垃圾滲濾液的主要生物處理工藝包含哪些?
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生物處理工藝憑借其高效率、低費(fèi)用以及不產(chǎn)生化學(xué)污泥等優(yōu)勢(shì),被廣泛用于降解滲濾液中的各類(lèi)有機(jī)污染物。作為一種成熟且普及的技術(shù),其具體實(shí)施方式主要涵蓋好氧處理、厭氧處理以及兩者結(jié)合的協(xié)同工藝。
1. 好氧生物處理技術(shù)
好氧生物處理依賴(lài)于微生物在充足氧氣環(huán)境下的生命活動(dòng)。在此過(guò)程中,微生物以滲濾液內(nèi)的有機(jī)物作為營(yíng)養(yǎng)源,通過(guò)好氧分解完成自身代謝,從而達(dá)到凈化目的。該技術(shù)對(duì)多種污染物均具凈化能力,且反應(yīng)速率較快。其主流工藝包括活性污泥法、曝氣氧化塘法及好氧生物膜法。
序批式活性污泥法(SBR)
SBR工藝是在傳統(tǒng)活性污泥法基礎(chǔ)上深化革新而來(lái)的一種高效污水處理方法。它具有構(gòu)筑物簡(jiǎn)單、運(yùn)行管理便捷、污泥活性高、生化反應(yīng)快速、泥水分離徹底以及不易發(fā)生污泥膨脹等特點(diǎn)。Spagni等人的研究采用實(shí)時(shí)控制的SBR工藝處理滲濾液,結(jié)果顯示其對(duì)氨氮和總氮的平均去除率分別高達(dá)98%和95%。然而,化學(xué)需氧量(CODcr)的去除效能相對(duì)有限,僅為20%至30%。目前,國(guó)內(nèi)研究多聚焦于如何進(jìn)一步提升SBR法的處理效能,涌現(xiàn)出SBR與其他工藝聯(lián)用以及生物增效型SBR等新方向。孫鐵剛團(tuán)隊(duì)在現(xiàn)場(chǎng)中試中,結(jié)合生物增效技術(shù)與SBR-AO工藝處理垃圾滲濾液,證實(shí)經(jīng)過(guò)生物強(qiáng)化后,系統(tǒng)的處理效果顯著優(yōu)于傳統(tǒng)SBR工藝。
膜生物反應(yīng)器(MBR)
MBR是國(guó)內(nèi)垃圾滲濾液膜處理技術(shù)中研究最為活躍的工藝之一,由膜分離單元與生物反應(yīng)器整合構(gòu)成。汪進(jìn)輝等人運(yùn)用一體式聚丙烯MBR進(jìn)行處理研究,發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)對(duì)COD和氨氮具有較高的去除率,出水懸浮物(SS)接近零檢出。但與此同時(shí),膜通量下降迅速且持續(xù)處于低位。歐陽(yáng)科等通過(guò)一體式MBR處理滲濾液,系統(tǒng)評(píng)估了其對(duì)COD、氨氮(NH??-N)和總氮(TN)的去除表現(xiàn)。數(shù)據(jù)顯示,滲濾液COD可被降低至650-1500 mg/L。研究還發(fā)現(xiàn),膜污染進(jìn)程較快并呈現(xiàn)“兩段式”特征,而采用堿與氧化劑聯(lián)合清洗的方式能有效恢復(fù)膜性能,降低過(guò)濾壓力。
2. 厭氧生物處理技術(shù)
厭氧處理技術(shù)利用厭氧微生物在無(wú)氧環(huán)境下的代謝功能,能有效分解垃圾滲濾液中的有機(jī)污染物。與好氧技術(shù)相比,厭氧法存在水力停留時(shí)間長(zhǎng)、所需反應(yīng)器容積大等局限,但其污泥產(chǎn)量少、操作簡(jiǎn)便、投資及運(yùn)行成本低廉,尤其適合于處理可生化性差、有機(jī)物濃度高的滲濾液。近年來(lái),該技術(shù)在滲濾液處理領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。
上流式厭氧污泥床(UASB)反應(yīng)器因其出色的固液分離能力,成為當(dāng)前應(yīng)用最普遍的厭氧處理工藝。王偉等采用改進(jìn)型外循環(huán)UASB反應(yīng)器進(jìn)行研究,實(shí)驗(yàn)表明,在處理高濃度滲濾液時(shí),該反應(yīng)器在高負(fù)荷條件下能實(shí)現(xiàn)較高的沼氣產(chǎn)率。盡管COD去除效果良好,但出水仍難以穩(wěn)定達(dá)標(biāo),需后續(xù)工藝進(jìn)行深度處理。
3. 厭氧–好氧生物組合技術(shù)
厭氧工藝擅長(zhǎng)處理高濃度有機(jī)廢水,但周期較長(zhǎng);好氧工藝則水力停留時(shí)間短。單一使用任一種方法通常難以使垃圾滲濾液達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。因此,將厭氧與好氧工藝結(jié)合,形成經(jīng)濟(jì)合理的組合技術(shù),能夠協(xié)同去除多種污染物。研究表明,組合工藝的處理效果顯著優(yōu)于單一工藝。
金永祥等應(yīng)用復(fù)合式A/O系統(tǒng)處理晚期滲濾液,最終出水的氨氮(NH??-N)濃度低于20 mg/L,滿足了《生活垃圾填埋場(chǎng)污染控制標(biāo)準(zhǔn)》的要求。為實(shí)現(xiàn)總氮(TN)與氨氮(NH??-N)的同步高效去除,吳莉娜等開(kāi)發(fā)了UASB1+A/O+UASB2組合工藝,后置的UASB段充分利用了前段出水中的碳源,實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)高效的脫氮。通過(guò)該組合工藝,NH??-N和TN的去除率分別達(dá)到了97%和95%。
對(duì)于生化性差的老齡滲濾液,單一的微生物處理往往效果不彰,需要其他工藝輔助。投加復(fù)合微生物菌劑成為一種提升效能的策略,即通過(guò)生物工程技術(shù)馴化培育高效降解菌種。
李紅等通過(guò)向滲濾液中投加BM復(fù)合微生物菌劑,研究了其處理效果與機(jī)理,證實(shí)投加菌劑的實(shí)驗(yàn)組處理效果明顯優(yōu)于未投加組。新工藝的研發(fā)也備受關(guān)注,例如從普通活性污泥法和回轉(zhuǎn)式生物接觸法演變而來(lái)的JS-BC工藝。該工藝通過(guò)有效增殖和活化土壤菌(Bacillus),能夠高效去除BOD、COD、NH??-N、TN、TP等多種污染物,并同步分解系統(tǒng)產(chǎn)生的臭氣。
4. 高級(jí)氧化處理技術(shù)
高級(jí)氧化法(AOPs)是近年來(lái)水處理領(lǐng)域興起的新型技術(shù)。它在電、光輻射、催化劑、氧化劑等條件下,產(chǎn)生氧化能力極強(qiáng)的羥基自由基(·OH),能將水中難降解的有機(jī)物氧化為低毒或無(wú)毒的小分子物質(zhì),甚至徹底礦化為二氧化碳和水。根據(jù)自由基產(chǎn)生方式的不同,高級(jí)氧化技術(shù)可分為Fenton法、臭氧氧化法、電化學(xué)氧化法等。
Fenton技術(shù)
Fenton技術(shù)通過(guò)Fe2?的均相催化作用,使過(guò)氧化氫(H?O?)分解產(chǎn)生羥基自由基,進(jìn)而降解滲濾液中的有機(jī)物。陳迪等應(yīng)用Fenton技術(shù)處理循環(huán)式準(zhǔn)好氧垃圾滲濾液,在最佳運(yùn)行條件下,CODcr和色度的去除率分別達(dá)到84.77%和60%。然而,傳統(tǒng)Fenton法存在催化劑難回收利用、反應(yīng)pH要求低、產(chǎn)生大量含鐵污泥、出水Fe2?濃度高易造成二次污染、處理時(shí)間長(zhǎng)、藥劑耗量大等問(wèn)題。為此,改進(jìn)型的類(lèi)Fenton法應(yīng)運(yùn)而生,如超聲Fenton、光Fenton和電Fenton技術(shù)。Mohajeri等采用電Fenton法處理滲濾液,COD和色度的最高去除率分別可達(dá)94.07%和95.83%。
臭氧氧化技術(shù)
臭氧具有極強(qiáng)的氧化能力,其氧化還原電位僅次于氟。它既能直接氧化有機(jī)物,也能分解產(chǎn)生羥基自由基間接氧化目標(biāo)污染物。臭氧在污水除臭、消毒、脫色及有機(jī)物去除方面效果良好,且不產(chǎn)生二次污染。但單獨(dú)使用臭氧處理垃圾滲濾液,存在利用率低、氧化能力有限、成本高昂及降解效果不佳等挑戰(zhàn)。為此,研究者們探索了多種催化手段與臭氧聯(lián)用,形成了強(qiáng)化臭氧分解的高級(jí)氧化工藝,旨在提升臭氧利用效率、氧化速率和處理能力。劉衛(wèi)華等比較了催化臭氧氧化法與單純臭氧法處理富含難降解有機(jī)物廢水的效果,指出催化臭氧能顯著提升TOC和COD的去除率。
電化學(xué)氧化技術(shù)
與其他高級(jí)氧化法相比,電化學(xué)氧化技術(shù)可在常溫常壓下進(jìn)行,因其高效和操作簡(jiǎn)便而被視為最具前景的污水深度處理方法之一。Lei等將電化學(xué)氧化法用于生化處理后的滲濾液深度處理,其對(duì)COD、氨氮和BOD的去除率分別達(dá)到了98.5%、99.9%和99.9%,展現(xiàn)出卓越的污染物去除能力。該技術(shù)的原理是:在陰極發(fā)生還原反應(yīng),釋放電子,可去除大部分重金屬物質(zhì);在陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng),吸收電子,使有機(jī)物被礦化降解,氧化反應(yīng)也同時(shí)在溶液中進(jìn)行。此過(guò)程直接在水中發(fā)生,無(wú)需額外添加催化劑,避免了二次污染,因而被譽(yù)為“環(huán)境友好型技術(shù)”,是目前最具工業(yè)化應(yīng)用潛力的技術(shù)之一。
除上述方法外,等離子體氧化、超臨界水氧化、光化學(xué)氧化等技術(shù)也應(yīng)用于垃圾滲濾液處理。盡管高級(jí)氧化法處理效果顯著,但普遍面臨能耗高、技術(shù)尚未完全成熟等問(wèn)題。從經(jīng)濟(jì)性角度考慮,可將其與其他技術(shù)協(xié)同使用,或著力開(kāi)發(fā)低能耗的高級(jí)氧化技術(shù),甚至探索利用滲濾液及填埋場(chǎng)自身的物質(zhì)資源化為處理過(guò)程供能,這些都是未來(lái)值得深入發(fā)展的方向。