垃圾渗滤液处置:本土技术性价比优势明显
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编者按

环境保护部3月份针对垃圾填埋场渗滤液超标排放的执法问题做出了解释:建设生活垃圾处置设施,必须符合环境保护和环境卫生标准;处置城市生活垃圾应当遵守国家有关环境保护和环境卫生管理的规定。《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB168892008)规定,生活垃圾填埋场应设置污水处理设施,生活垃圾渗滤液等污水经处理并符合本标准规定的污染物排放控制要求后可直接排放。否则将依法进行处罚。

由于渗滤液成分的复杂多变性和独特性,目前尚没有一种适合所有填埋场、或适合某一填埋场整个运营期和监管期的渗滤液处理技术。填埋场渗滤液处理的工艺以及设施必须因地制宜、因时制宜,针对不同的垃圾填埋场、不同的渗滤液特性具体研究;同时,综合建设和运行成本,对渗滤液的处理方案及处理技术的选择应有长远考虑。对于此领域内业界的探索和实践,本报将持续关注。

垃圾渗滤液如果不能有效处理,作为环境设施的垃圾填埋场也就变成了污染源。而处置难度大,处置费用高,专业技术缺乏,这些都是造成垃圾渗滤液污染事故频发的重要原因,那么,我国的相关处置技术发展情况如何?对于我国垃圾渗滤液的特殊性,国外引进的技术是否适用?我国垃圾填埋场渗滤液处置的难点在哪儿?

记者通过对北京市丰台区马家楼垃圾转运站、北京市阿苏卫垃圾填埋场以及北京市六里屯垃圾填埋场等处的渗滤液处理工程或扩容改造工程的调查发现,这些工程通过不同工艺的组合和对部分进口工艺的创新改造,较好地解决了我国垃圾渗滤液处理问题。记者还就上述问题采访了几位业内专家。

处理起步晚,弯路多

为研究渗滤液付出很大代价

上世纪末,垃圾填埋场渗滤液污染问题在我国开始受到重视。业内专家介绍说,最初将渗滤液作为市政污水处理,采用氧化沟等工艺,但不久就发现处理设施难以运行。因为渗滤液属于高浓度有机废水,化学需氧量远远超出市政生活污水,且含有重金属等有毒有害物质,成分十分复杂,普通污水处理工艺中的微生物在渗滤液环境中难以存活,也就无法完成调试。

针对这种情况,当时国家“863”计划将垃圾渗滤液处理列为攻关项目,北京市政管委、海淀区科委、海淀环卫中心等部门均开始斥资研究相关技术,上述专家参与了部分研究项目,并告诉记者,研究过程中付出了很大的代价。2000年至今,也先后有企业引进国外管式MBR(膜生物反应器)DTRO(碟管式反渗透)等工艺设备,但由于我国垃圾渗滤液的特殊性,单体工艺无法完全解决问题,这些设备在实际应用中运行不稳定、能耗高,而且全进口的设备也导致项目造价高、维护费用高等问题。

据了解,全国很多垃圾填埋场最初使用的引进工艺设备,均因其不能适应当地垃圾渗滤液的特点,无法满足处理要求而需要重新进行工艺改造。当然这些技术理念的引进,也为我国此领域内技术的研发提供了借鉴,如DTRO工艺和管式膜MBR工艺等。

水土不服问题严重

有机质含量高,造成国外技术不能适应

据记者调查,DTRO是从德国引进的成熟技术,并且此技术在德国垃圾渗滤液处理方面颇见功效,为什么到了我国就会出现不适应症?

有关专家给记者做了详细分析。DTRO技术在应用中的基本流程是:pH值调试――砂滤――袋式过滤器――DTRO膜系统。由于德国垃圾填埋场对有机质的填埋比例进行了严格限制,渗滤液成分相对简单,化学需氧量基本上不超过1000毫克/升,DTRO 技术取得了很好的应用效果。但我国垃圾填埋场的垃圾成分复杂,有机质含量高,渗滤液成分也极其复杂,根据地域、季节以及雨污分流等措施的不同,化学需氧量在4000毫克/升~70000毫克/升之间。因此,德国应用成功的DTRO技术,面对中国的渗滤液出现了一系列问题。

首先,pH值的调试就极为困难,先要加入氢氧化钠、氢氧化钙等碱性物质,如果控制不当,还要再加入盐酸、硫酸等强酸调节,不但成本增加,同时也易造成二次污染。

到了砂滤系统和袋式过滤器两个过滤流程时,由于渗滤液浓度大、TDS(溶解性总固体)值高,极易造成堵塞,在我国几个垃圾填埋场渗滤液处理项目的实际应用中,其对砂滤系统冲洗水的用量远远大于其过滤的渗滤液量。而DTRO膜系统也最终因为渗滤液浓度高而导致严重堵塞,几乎无法通过。

同样从德国引进的管式MBR技术,在进入中国后也遇到了问题。与DTRO工艺不同的是,管式MBR工艺主要弊端是能耗太高。

据记者调查,MBR工艺技术是膜分离技术与生物技术有机结合的新型废水处理工艺,也称膜分离活性污泥法,这种反应器综合了膜处理术和生物处理技术带来的优点,一方面,膜截留了反应池中的微生物,使池中的活性污泥浓度大大增加,使降解污水的生化反应进行得更迅速更彻底,另一方面,由于膜的高过滤精度,保证了出水清澈透明从而省掉二沉池。

上述专家告诉记者,引进的MBR工艺采用的是管式膜,有机物含量较高的渗滤液难以通过,从而容易导致膜的堵塞。为了进行膜的污染控制,必须进行大流量冲刷。以日处理200吨渗滤液工程为例,每小时出水大约10吨,而每小时反应器内的水流量为150吨~300吨,这些水都通过泵进行循环,能耗巨大,直接导致运行成本增加,也直接导致垃圾处理处置费用增加,不利于在我国广泛推广。

技术瓶颈能否突破?

改进工艺、因地制宜才能适应我国市场需求

技术可以引进,但不能照搬。从我国现有工程案例来看,垃圾渗滤液处理照搬的国外技术难以适应我国国情。面对越来越大的市场需求,如何突破技术瓶颈、减少投资浪费?

记者在现场调研后发现,对现有工艺创新改造、优化工艺组合以适合不同地域垃圾渗滤液处理需求,是产业界需要努力的方向。另外,根据我国节能减排的政策要求,降低能耗是关键。

例如,北京市丰台区马家楼、阿苏卫和六里屯等处的几座垃圾渗滤液处理设施主要工艺是中温厌氧+膜生物反应器(MBR)+纳滤(NF)/反渗透(RO)。但承建这些工程的北京洁绿科技发展有限公司对于中温厌氧和MBR技术做了根本性的改造,使其适应当地垃圾渗滤液特点,并将吨水能耗控制在15千瓦时以下。

对于厌氧工艺来说,传统方法在处理浓度高、毒性大的渗滤液时,甚至难以调试,而北京洁绿引入生物工程技术,将传统方法中90180天的厌氧生物调试期缩短到20天左右。毫无疑问,成熟的厌氧处理工艺是降低高浓度垃圾渗滤液处理过程中能耗的有效途径,目前这项技术在多个工程中得到成功应用。20%的运行费用可去除60%以上的有机污染物,高浓度时可达到80%的去除率。

这里的MBR也和引进的管式MBR工艺不同。实践证明,全引进的MBR对我国垃圾渗滤液处理技术发展是一个有力的推动,但同时也将渗滤液处理工程引向高能耗的发展方向。针对这个问题,北京洁绿自主研发出低能耗MBR工艺,利用浸没式MBR处理垃圾渗滤液并且将其机组设备化,形成由前置反硝化――硝化――二级反硝化――MBR机组组成的低能耗生化反应系统,对总氮、氨氮和有机污染物具有很强的去除能力。由于大大减少了泵的使用,这一工序中,同等处理规模比进口MBR工艺减少80%的能耗。

在进口的管式MBR成套工艺设备中,曝气使用射流曝气器(需要鼓风机与泵),而其中泵的能耗比风机还要大。上述专家分析说,与普通的鼓风曝气相比,射流曝气虽然安装简便,但要消耗两倍以上的能量,而曝气又是渗滤液处理过程中的耗能大户,几乎占据全过程能耗的一半。由于能耗高,目前北京范围内已经不再使用射流曝气方式,但北京之外的地区尚未进行改造。

合理选择深化处理系统是渗滤液出水达标的保障。由于渗滤液中存在很多难降解的腐殖酸类和类腐殖酸类有机质,难以再被生化利用,要想达到更高标准,必须进一步处理。纳滤和反渗透的作用就是截留不可生化处理的大分子有机物,也是整个工程最后达标的保障。对于北京洁绿组合工艺中的纳滤,由于水处理行业中已经成熟运用多年,业主可以选择市场采购,而不必受制于进口成套设备的垄断性经营,使投资成本大为降低。

此外,在反渗透工艺中,国产化设备也体现了明显优势。DTRO工艺中,为了防止结垢,膜表面采用波纹状设计,使原水在通过膜系统时形成紊流,但这需要较大压力来推动紊流出水,其入水口压强要达到40~100千克/平方厘米,相配套的阀门等都需要国外进口,维护费用高。据测算,要维持正常运行,处理1吨渗滤液的成本甚至要超过150元。

而上述国产化的反渗透系统则采用平面膜,表面光滑,水流平稳,入水口压强仅需15~25千克/平方厘米,其他维护费用较低。

除了工艺之外,多位业内专家认为,因地制宜选择组合工艺是一个项目成功的前提。比如我国南方因为潮湿多雨,垃圾含水量高,产生的渗滤液浓度较低,对于雨污分流做得不够的垃圾填埋场,可以不用厌氧工艺,而选择MBRNF/RO;而对于雨污分流做得较好的填埋场和垃圾焚烧厂,产生的渗滤液浓度高,必须前置厌氧工艺。

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为什么要处理垃圾渗滤液?

安徽省六安市生活垃圾填埋场日前发生垃圾渗滤液泄漏事件,对周边农田造成污染,并迫使附近村庄居民不得不被整体异地安置。而这只是近年来多次发生的填埋场渗滤液污染事件之一。早在2003年,某科研单位就对北京几个大型垃圾填埋场进行了相关调查,结果表明都不同程度存在渗漏,有的甚至还污染了浅层地表水。

垃圾渗滤液是指垃圾在填埋和堆放过程中由于垃圾中有机物质分解产生的水和垃圾中的游离水、降水以及入渗的地下水,通过淋溶作用形成的污水。渗滤液的产生量受诸多因素的影响,如降水量、蒸发量、地面流失、地下水渗入、垃圾的特性、地下层结构、表层覆土和下层排水设施情况等。

填埋场渗滤液作为一种水溶性的组分,化学需氧量与生物需氧量都非常高,含有大量有机质、氮、磷以及重金属等,其浓度高、色度深。垃圾填埋场渗滤液对周围地下水和地表水均会造成严重的环境污染。垃圾填埋场大量的地下水污染事件表明,渗滤液是地下水最重要的污染源。

渗滤液中含有非常多的有毒物质,且浓度很高,成为环境的巨大威胁,渗滤液不经处理完全排入江河湖泊,其中的有机污染物、无机污染物会使水生生物和农作物受到污染,并通过食物链和生态环境对人体健康产生危害。但垃圾渗滤液却由于其性征的复杂性而使得对其的处理成为目前世界上较为棘手的科学难题之一。

MBR机组,比进口MBR工艺减少80%的能耗