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垃圾滲濾液處理工藝是否會受到垃圾分類的影響?

時間:2023-06-05 09:38

來源:《CE碳科技》

作者:中城環境

垃圾滲濾液是垃圾分類和處置過程中產生的二次污染,是一種高濃度有機廢水。隨著垃圾分類的積極推進,垃圾滲濾液的產生量將會減少,填埋場滲濾液C/N比失調的現象會更加嚴重,并且促使現有滲濾液處理工藝優化調整。

垃圾分類會促使滲濾液處理領域排放標準發生變化,使其更加符合行業的特點和發展需求,并帶動預脫氨、短程硝化反硝化和厭氧氨氧化等新的處理工藝在滲濾液處理領域廣泛應用。

本文從滲濾液產量、水質、處理工藝、排放標準、濃縮液和新工藝的推廣應用等方面,闡述了垃圾分類對垃圾滲濾液處理領域的影響,以期為滲濾液處理行業健康發展提供借鑒和參考。

近年來,我國加速推行垃圾分類制度,全國垃圾分類工作由點到面逐步啟動,已取得積極進展。垃圾分類收集與處理是垃圾合理處置和資源回收的重要基礎,也是實現減量化、資源化和無害化的必經之路,對保護人體健康、提升環境衛生具有重大意義。

目前大部分城市將生活垃圾劃分為4類:可回收物、廚余垃圾(又稱濕垃圾)、其他垃圾(又稱干垃圾)和有害垃圾。其中,可回收物進入再生資源回收利用系統,廚余、其他垃圾進入垃圾處理系統,有害垃圾一般單獨回收或進入危險廢物處理系統,從而確保得到安全處置。

垃圾滲濾液是垃圾分類和處置過程中產生的二次污染,是一種高濃度有機廢水,其水質和水量受垃圾種類、當地環境及降水量等諸多因素影響,變化較大。我國垃圾滲濾液處理領域經過多年的健康發展,目前已經建成數百座滲濾液處理設施。垃圾分類的積極推進,將對滲濾液水量,水質和處理工藝產生很大影響,做好垃圾分類的同時,必須兼顧垃圾滲濾液處理。

01垃圾分類對滲濾液產量的影響

垃圾滲濾液主要由垃圾本身的內含水和其他外部來水如降雨、降雪等混入的水分組成。垃圾焚燒廠和廚余垃圾處理廠中的滲濾液量基本不受降雨、降雪影響。隨著干、濕垃圾分離,進入垃圾焚燒廠和垃圾填埋場中的垃圾含水率降低,這部分垃圾滲濾液量將會減少。

隨著垃圾分類工作的積極推進,居民逐漸養成良好的垃圾投放習慣,開敞式的老舊垃圾收集桶、運輸車逐步被淘汰,新增密閉式垃圾收集桶和運輸車,同時,政府不斷加強監管,使垃圾暫存、收運、轉運、處理、處置各個環節更加規范。這些分類工作也使其他外部來水產生的垃圾滲濾液量有所減少。

針對分類后各種垃圾處理處置過程中產生的廢水分析如下:

(1)可回收物是指適宜回收和可循環利用的廢棄物。這部分垃圾本身不產生水,在回收利用過程中會使用部分新鮮水,從而產生廢水,但是水質較好,一般不歸屬于垃圾滲濾液范疇。

(2)有害垃圾是指存有對人體健康有害的重金屬、有毒的物質或者對環境造成現實危害或者潛在危害的廢棄物。這部分垃圾在處理處置過程中會產生部分廢水,水量比較小,水質與傳統滲濾液相比差異很大,處理工藝不同,一般不歸屬于垃圾滲濾液范疇。

(3)廚余垃圾,又稱濕垃圾,包括剩菜剩飯、骨頭、菜根菜葉、瓜果皮殼等食品類廢物。這部分垃圾有機質含量豐富、易腐爛、熱值低,采用常規的填埋和焚燒很難妥善處理,目前國內主流處理工藝是預處理+厭氧。厭氧沼渣脫水后產生大量沼液,水質和傳統滲濾液相似,處理難度大。隨著垃圾分類的進行,各地濕垃圾處理設施不斷投入使用,需要處理的沼液量會越來越多,在垃圾滲濾液處理中的占比也會不斷增大。厭氧沼液處理是當前垃圾滲濾液處理領域的熱點,也是一大難點。

(4)其他垃圾,又稱干垃圾,是指除上述類別之外的磚瓦陶瓷、渣土、衛生間廢紙、紙巾等難以回收的廢棄物及塵土、食品袋(盒)。這部分垃圾目前仍然采用國內傳統的垃圾處理方式——填埋或焚燒。由于實行了垃圾分類,致使最終進入垃圾填埋場和焚燒廠的垃圾量減少,產生的滲濾液量比未進行垃圾分類時也會減少。

02垃圾分類對滲濾液水質的影響

傳統的垃圾滲濾液水質特點主要有:

(1)污染物成分復雜,水質波動比較大,處理難度大;

(2)有機物和氨氮濃度高,難降解有機物占有一定的比例;

(3)重金屬和鹽分含量高。

實施垃圾分類后,垃圾滲濾液主要來源于濕垃圾厭氧脫水后的沼液和干垃圾焚燒或填埋產生的滲濾液。

濕垃圾厭氧脫水后的沼液與傳統垃圾滲濾液水質相似,但是也存在不同點:

(1)由于濕垃圾中含有餐廚垃圾,油脂含量比較高,造成其沼液中的油脂含量比較高;

(2)濕垃圾厭氧無論采用中溫,還是高溫處理,經過脫水后其沼液水溫會高于常規的垃圾滲濾液;

(3)由于濕垃圾成分復雜,厭氧脫水后沼液易形成浮渣,SS含量高,尤其是纖維狀雜質比較多;

(4)垃圾分類將濕垃圾和重金屬類垃圾分開,沼液中的重金屬含量有所降低。

對于垃圾焚燒廠和填埋場產生的滲濾液而言,由于大量有機類濕垃圾單獨處理,造成進入焚燒廠和填埋場的垃圾有機質減少,其產生的滲濾液中有機污染物濃度大幅降低,對于老齡化填埋場,滲濾液C/N比失調的現象更加嚴重。同樣由于進入焚燒廠和填埋場含重金屬類的垃圾單獨收集,其滲濾液中重金屬含量也會降低。

03垃圾分類對滲濾液處理工藝的影響

1. 對有機垃圾處理廠污水處理工藝的影響

有機垃圾處理廠主要處理廚余垃圾等易腐生物質廢棄物。國內部分城市從2000年開始率先實行餐飲垃圾單獨收集、單獨處理,這部分餐飲垃圾處理廠產生的厭氧沼液根據不同的出水排放標準,可選擇的處理工藝主要有以下幾種:

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圖1 餐飲垃圾處理廠厭氧沼液處理工藝流程

隨著垃圾分類的實施,各地均加強了對廚余垃圾的分類收集,廚余垃圾一般在接收料斗(坑)中暫存,會產生高濃度的滲濾液,COD高達60000mg/L。此外,廚余垃圾干式厭氧脫水沼液的COD比餐飲垃圾濕式厭氧脫水后沼液要高,COD為30000mg/L左右。

如果有機垃圾處理廠只有廚余垃圾處理,則污水處理工藝中須增設厭氧系統;如果有機垃圾處理廠包含餐飲垃圾和廚余垃圾綜合處理,這部分高濃度滲濾液或沼液,一部分可以進入餐飲垃圾濕式厭氧系統,另一部分可以作為碳源,補充至污水處理缺氧工段。

垃圾分類促使國內大部分城市開始新建有機垃圾綜合處理廠,其沼液的處理量會越來越大,結合其他餐飲垃圾厭氧沼液處理的經驗,后期該部分處理工藝設計應進行優化。

(1)預處理系統

餐飲垃圾含油率比較高,經預處理除油后,仍有部分油脂會進入污水處理系統;此外,餐飲和廚余垃圾成分復雜,厭氧后產生的沼液中含渣量比較大,尤其是干式厭氧沼液進入污水處理區后其含固率在2%左右,容易形成浮渣。而油脂和浮渣等雜質均會影響污水處理系統后續工段正常運行,必須在預處理系統中去除,因此預處理工藝的合理選擇至關緊要。

(2)進水沼液的溫度

餐飲和廚余垃圾經中溫或高溫厭氧后,沼液溫度比常規滲濾液偏高,而溫度過高或過低都會影響微生物的活性,直接影響整個系統的處理效率。因此,生化處理工段冷卻系統的設計須考慮進水溫度對生化處理的影響。

(3)碳源

餐飲和廚余垃圾厭氧脫水后沼液COD受厭氧系統影響較大,國內餐飲和廚余垃圾厭氧處理技術實際運行結果差異也較大,從而導致產生的沼液COD差異較大,但是沼液中總氮和氨氮含量受垃圾源項影響較大,有的城市厭氧沼液總氮高達4000mg/L,造成MBR系統碳源嚴重不足,如果只投加新鮮碳源如乙酸鈉和葡萄糖等,運行成本會很高,實際運行中可以考慮將經過預處理后,進入厭氧之前的餐飲垃圾漿料做為補充碳源。

(4)超濾膜的選擇

由于濕垃圾厭氧沼液中雜質含量高,尤其是纖維類輕物質比較多,MBR系統超濾膜堵塞嚴重,現場運行維護量大。目前國內常用的管式超濾膜清洗困難,并且清洗時容易刮破膜管,影響正常運行,相比較而言,內置式超濾膜清洗維護要簡便,預計將來會占領更多的市場。

2. 對填埋場滲濾液處理工藝的影響

垃圾分類實施后,進入垃圾填埋場的垃圾量大幅減少,濕垃圾不再進入填埋場,垃圾含水率大幅下降,滲濾液產量下降,垃圾中有機質含量減少導致滲濾液水質變化較大,對填埋場現有滲濾液處理工藝系統影響較大,具體表現在以下方面:

(1)滲濾液產量下降,造成現有填埋場調節池水力停留時間過長,可降解有機物在調節池得到充分降解,不利于后續生化工藝脫氮處理。

(2)現有滲濾液處理系統配置過剩,造成部分設備閑置,如膜系統、冷卻系統和污泥脫水系統。

(3)填埋場滲濾液隨著填埋時間的延長,有機污染物逐年下降,C/N比嚴重失調,通常情況下,填埋場利用補給的新垃圾產生的新鮮滲濾液與老齡化填埋場滲濾液進行合理調配,有利于滲濾液高效脫氮,節省運行成本,隨著垃圾分類的進行,進入填埋場新鮮垃圾的有機質含量降低,從而產生的滲濾液有機物含量低,不能保證高效脫氮所需要的碳源,實際運行中只能通過投加葡萄糖或乙酸鈉等新鮮碳源,確保脫氮效果。長期大量投加碳源,影響整個滲濾液處理系統穩定,降低系統抗沖擊負荷能力。

(4)滲濾液量的減少,造成濃縮液產量降低。

3. 對焚燒廠滲濾液處理工藝的影響

與垃圾填埋場情況相同,垃圾分類使得進入垃圾焚燒廠的垃圾量大幅減少、垃圾中有機質含量下降,導致垃圾焚燒廠滲濾液量和滲濾液中有機物含量均大幅下降。垃圾分類對垃圾焚燒廠現有滲濾液處理工藝的影響主要表現在以下方面:

(1)滲濾液處理工藝路線的改變。目前,國內垃圾焚燒廠滲濾液處理常用工藝如圖2所示。由于有機質含量大幅降低,原工藝路線中厭氧系統可以直接超越,厭氧系統的停用造成其配套設施如沼氣處理系統等停用。

(2)隨著滲濾液水量和水質的雙重變化,出現了一系列影響:現有MBR生化池容積會偏大,導致水力停留時間延長、活性污泥的活性下降;鼓風機配置會過剩,射流曝氣溶解氧很難控制;內回流比降低;現有冷卻系統停開或者間歇運行;剩余污泥量減少,造成部分污泥處理設備閑置。

(3)深度處理系統處理水量減少,部分膜系統設備會閑置,電耗和藥耗降低,整個滲濾液處理系統運行成本會下降。

(4)滲濾液量的減少,造成濃縮液產量降低,長期困擾的濃縮液問題將會得到解決。

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圖2 垃圾焚燒廠滲濾液處理工藝流程

04垃圾分類對滲濾液處理的其他影響

1. 排放標準的變化

垃圾分類后,無論是垃圾填埋場還是垃圾焚燒廠,其滲濾液的水量和水質都發生很大的變化,處理工藝也可能會改變,相應的排放標準預計也會有所變化。目前國內滲濾液行業出水水質執行的標準有:《污水綜合排放標準》GB 8978;《污水排入城鎮下水道水質標準》GB/T 31962;《生活垃圾填埋場污染物控制標準》GB 16889;《城市污水再生利用 工業用水水質》GB/T 19923。

未來排放標準的變化,會更加符合行業的特點和發展需求,從而推動行業的健康發展,如國內很多有機垃圾綜合處理廠沼液處理后達到當地污水處理廠接管標準,排至附近污水處理廠進一步處理。

2. 濃縮液問題

垃圾分類后,進入垃圾填埋場和垃圾焚燒廠垃圾量減少,產生的滲濾液量也相應減少,從而產生的濃縮液量也會減小,并且隨著濕垃圾、可回收物和有害垃圾的分開,干垃圾中的有機質、重金屬和鹽分含量均大幅降低,膜系統的產水率提高,濃縮液產生量也會減小。垃圾焚燒廠濃縮液完全回用或回噴成為可能,濃縮液將不再是困擾垃圾焚燒廠滲濾液處理的難題。

另外隨著出水排放標準的變化,深度處理工藝采用非膜法,逐漸受到滲濾液處理領域的青睞,非膜法沒有濃縮液產生,徹底解決了濃縮液的問題。

3. 新工藝在滲濾液行業內推廣應用

(1)預脫氨工藝的應用

隨著垃圾分類的開展,國內很多城市將新建廚余垃圾處理廠,廚余垃圾經過厭氧發酵后,沼液中的氨氮含量較高(已建項目實測值高達4000mg/L以上),而前端厭氧為了達到高產氣率,出水沼液中的COD相對偏低,無法滿足高效生物脫氮所要求的C/N比,投加碳源又引起運行成本直接上升,在這種情況下,預脫氨工藝將日益受到重視。

預脫氨工藝包含膜脫氨、氨吹脫和汽提脫氨等。老齡化填埋場滲濾液C/N比嚴重失調,垃圾分類后新填入的垃圾有機質含量又低,產生的新鮮滲濾液也無法彌補碳源不足的問題,對于老齡化填埋場滲濾液處理工藝改造,同樣需要預脫氨工藝。

(2)短程硝化反硝化和厭氧氨氧化工藝的應用

垃圾分類使得滲濾液處理領域迫切需要低碳源或無碳源的脫氮處理工藝,對于高氨氮餐飲廚余厭氧沼渣脫水后的沼液,采用短程硝化反硝化或厭氧氨氧化工藝去除大部分氨氮和總氮,可減輕后續生化處理負荷,大幅降低運行成本,提高處理效果。

(3)深度生物脫氮技術的應用

垃圾分類后,許多滲濾液處理項目,尤其是廚余垃圾處理廠中的滲濾液項目中COD比較容易達到排放標準要求,但是總氮達標仍然是處理系統中的重點和難點。結合其他類似項目運行數據,兩級A/O+MBR系統出水TN在70~150mg/L之間,污水處理廠接管標準對TN要求比較苛刻,一般排放限值在40~50mg/L之間。如果單純為去除TN而采用反滲透工藝則代價太大。因此深度生物脫氮工藝如反硝化濾池、深床反硝化濾池等將備受青睞,在確保TN達標排放的同時,又避免了濃縮液的產生。

(4)非膜法深度處理工藝的應用

隨著垃圾分類的開展,廚余垃圾處理廠沼液的處理將是今后滲濾液處理領域的熱點,相比垃圾焚燒廠和填埋場,廚余垃圾處理廠很難消納滲濾液處理的二次污染物——濃縮液。因此,在滿足排放標準的前提下,深度處理宜采用非膜法,以避免濃縮液產生,其應用的前景值得期待。

05結論

(1)隨著垃圾分類的積極推進,垃圾滲濾液的產生量將會減少。

(2)垃圾分類對滲濾液水質影響較大,填埋場滲濾液C/N比失調的現象會更加嚴重,重金屬含量會降低。

(3)垃圾分類會促使垃圾焚燒廠和填埋場對現有滲濾液處理工藝進行技改,廚余垃圾處理廠沼液處理工藝有待優化。

(4)垃圾分類會促使滲濾液處理領域排放標準發生變化,使其更加符合行業的特點和發展需求。

(5)新的處理工藝將會隨著垃圾分類的開展在滲濾液處理領域得到推廣應用。



作者簡介

丁西明:現就職于中城環境天津分公司,高級工程師,注冊公用設備工程師(給水排水),注冊環保工程師,主要從事市政污水處理廠和垃圾滲濾液等高濃度廢水處理的設計與研究工作。


本文首發于《中國給水排水》,更新后刊登于《CE碳科技》。

作者:中城環境 丁西明、康建邨、高波、孫月馳、湯萌萌、劉榮飛


編輯:李丹

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