CN101269856B - 处理垃圾渗滤液的方法及其专用装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种处理垃圾渗滤液的方法及其专用装置。本发明的处理垃圾渗滤液的装置包括两个串联的垃圾反应器1和垃圾反应器2；所述垃圾反应器1和垃圾反应器2包括池体、布水装置和通风管；所述池体的顶部开放，底部设有通孔；所述布水装置用于向所述池体中导入垃圾渗滤液；所述通风管竖置于所述池体中，用于通风。应用本发明的垃圾渗滤液处理装置可以实现垃圾填埋场的可持续利用，达到渗滤液零排放的目的。
Description
技术领域
本发明涉及处理垃圾渗滤液的方法及其专用装置。
背景技术
填埋场渗滤液具有水质复杂、水量波动大、有毒有害物质含量高等特性。迄今为止，几乎所有的污水处理方法都已用于渗滤液的处理，但大都遇到出水达标困难、处理成本较高、***稳定性差等问题。不管采用何种处理技术，渗滤液问题都受到垃圾稳定化的影响，垃圾稳定化时间越长，渗滤液处理周期就越长。渗滤液处理在填埋场日常管理中已成为世界性的难题。
传统的卫生填埋场注重于：(1)限制进入填埋场内的垃圾的水分含量，以使垃圾产生的渗滤液最少；(2)为防止渗滤液污染地表水和地下水，因此，填埋场的水分一直处于“流失”状态，而没有进行补充。越来越低的含水率降低了场内微生物的降解活动，大大延长了填埋场的维护期，增加了垃圾渗滤液污染地下水的可能性。针对传统卫生填埋存在的诸多问题，生物反应器卫生填埋应运而生。生物反应器卫生填埋是通过有目的的控制手段强化微生物的作用，使垃圾中易降解和中等易降解有机组分加速稳定化的一种垃圾填埋方式。这些控制条件包括流体(水、渗滤液)注入、替代性覆盖层设计、营养添加、pH调节、温度控制、供氧和微生物接种等。虽然生物反应器填埋场具有许多优点，但也存在以下问题：1)升温、pH值调节、接种等操作增加了运行费用；2)反应初期，渗滤液污染物浓度长时间居高不下，如不进行pH值调节易导致酸化阶段周期延长，影响整个填埋单元的稳定化进程；3)厌氧填埋工艺下，长期渗滤液回灌存在氨态氮累积的问题，特别是晚期渗滤液中氨态氮浓度尤为高；4)回灌工艺后仍有高浓度渗滤液需要处理，无法实现零排放。
为了克服厌氧型生物反应器的缺点，日本福冈大学的花嶋正孝教授在“准好氧生物反应器填埋”理论的基础上进行了“循环式准好氧生物反应器填埋”的实验。循环式准好氧填埋技术的核心是在垃圾层中引入空气，在加速填埋垃圾中有机物好氧分解的前提下，回灌渗滤液以保证填埋层中有充足的水分，这样既减少了渗滤液的排放量，又降低了渗滤液的污染强度。
但是，日本填埋垃圾的性质与我国有所不同，其垃圾主要是垃圾焚烧灰渣，有机质含量非常低，而我国垃圾中的厨余等有机物含量很高，而且，尽管准好氧填埋减少了渗滤液的排放量，但是仍然无法实现零排放。需要开发适合我国垃圾特性的准好氧填埋工艺。
目前的研究表明，在不进行pH值调节、温度调节等人工手段的条件下，利用矿化垃圾进行渗滤液处理对生化需氧量(BOD5)、化学需氧量(COD)和氨态氮(NH3-N)可以达到较好的效果，可以达到削减渗滤液中挥发性脂肪酸(VFA)含量、降低氨态氮浓度、调节pH值和增加碱度的目的。为了加速新鲜垃圾的稳定化，缩短渗滤液处理周期，考虑将准好氧生物反应器填埋与矿化垃圾处理渗滤液技术结合起来。
发明内容
本发明的目的是提供一种处理垃圾渗滤液的装置。
本发明所提供的处理垃圾渗滤液的装置，包括两个串联的垃圾反应器1和垃圾反应器2；
所述垃圾反应器1和垃圾反应器2包括池体、布水装置和通风管；
所述池体的顶部开放，底部设有通孔；
所述布水装置用于向所述池体中导入垃圾渗滤液；
所述通风管竖置于所述池体中，用于通风。
综合考虑通风效果和降水的影响，所述通风管的内径为2-3cm，所述通风管在所述垃圾反应器1或垃圾反应器2中的放置密度为1-3个通风管/m2，所述通风管的底部与渗滤液收集管相通。
为了便于气体扩散，所述通风管的管壁上还设有通孔。
所述通风管上的通孔的直径为0.2-0.5cm，所述通孔在通风管上的设置密度为500-1000个通孔/m2。
为了便于渗滤液的收集和通风，所述池体底部的通孔的直径为1-3cm。
本发明的处理垃圾渗滤液的装置中还设有水泵，用于将所述垃圾反应器1产生的渗滤液导入垃圾反应器2的布水装置中、将所述垃圾反应器2处理过的渗滤液导入垃圾反应器1的布水装置中。
所述垃圾反应器1和垃圾反应器2底部的通孔还连接有收集管，用于收集所述垃圾反应器1和垃圾反应器2的渗滤液以及进行通风。
本发明的另一个目的是提供一种利用上述垃圾渗滤液处理装置处理垃圾渗滤液的方法。
本发明所提供的处理垃圾渗滤液的方法，是将待处理的垃圾装入所述垃圾反应器1中，将矿化垃圾装入所述垃圾反应器2中，启动所述垃圾渗滤液处理装置，将所述垃圾反应器1中产生的渗滤液灌入所述垃圾反应器2的布水装置中，渗滤液经矿化垃圾处理后循环回灌至所述垃圾反应器1的布水装置中，渗滤液不外排，如此反复运行，直至渗滤液水质达到排放标准或达到纳入市政管网的标准。
其中，所述垃圾反应器1自下而上依次是承托与集水层、待处理垃圾层和覆土与均匀布水层；
所述承托与集水层是高度为所述池体有效高度1/10-1/20的颗粒；所述待处理垃圾层是高度为所述池体有效高度80％-90％的待处理垃圾；所述覆土与均匀布水层是高度为所述池体有效高度1/10-1/20的颗粒；
所述垃圾反应器2自下而上依次是承托与集水层、矿化垃圾层；
所述承托与集水层是高度为所述池体有效高度1/10-1/20的颗粒；所述矿化垃圾层是高度为所述池体有效高度90％-95％的矿化垃圾。
所述垃圾反应器1和垃圾反应器2的承托与集水层分为两层，一层由粒径为0-1cm的颗粒组成，另一层由粒径为3-5cm的颗粒组成，所述颗粒为砾石、砂石等；
所述垃圾反应器1的覆土与均匀布水层是由粒径为0-1cm的颗粒组成，所述颗粒为砾石、矿化垃圾等。
在垃圾反应器1和垃圾反应器2中还设有布水装置，所述垃圾反应器1的布水装置位于所述池体的顶部或埋于所述覆土与均匀布水层中；所述垃圾反应器2的布水装置位于所述池体的顶部或埋于矿化垃圾层中。
本发明的处理垃圾渗滤液的方法中，可采取自然通风，也可进行人工通风。
本发明的处理垃圾渗滤液的方法及其专用装置特别适合于有机质含量高的可生物降解有机物的生活垃圾，对待处理垃圾的粒径也没有限制。上述矿化垃圾是指在填埋场中填埋多年，基本达到稳定化，可进行开采利用的垃圾。
应用本发明的垃圾渗滤液处理装置进行垃圾处理，具有以下优点：
(1)加速待处理垃圾稳定化，实现垃圾填埋场的可持续利用
由于垃圾反应器1和垃圾反应器2中设有通风管，通风效果好、复氧迅速、垃圾中易降解的有机物在好氧条件下降解快，从而使渗滤液COD浓度迅速下降；此外垃圾反应器1产生的渗滤液经过垃圾反应器2的处理，COD浓度大幅度降低，这样回灌至垃圾反应器1的渗滤液COD浓度已经很低，因而可以明显促进待处理垃圾的降解，从而加速待处理垃圾的稳定化，缩短垃圾填埋周期和渗滤液处理周期，实现垃圾填埋场的可持续利用。
(2)实现渗滤液零排放
本发明的垃圾反应器1和垃圾反应器2中的通风管具有“拔风”作用，可以带走垃圾填埋层中的水分，减少渗滤液的产生。利用本发明的垃圾渗滤液处理装置可以实现渗滤液的零排放，所述零排放包含两层含义：第一，渗滤液通过两级垃圾反应器反复回灌，水分蒸发效果显著，可使渗滤液减少95％以上，最终从量上实现“零排放”；第二，在本发明的垃圾渗滤液处理装置运行过程中，渗滤液在量上减少的同时，水质也得到明显的改善，最终达到排放标准，达标渗滤液外排不再需要额外的处理费用，从而从经济性上实现“零排放”。
(3)实现已稳定垃圾填埋场的重复利用
矿化垃圾的利用使已稳定垃圾填埋场得到重复利用，实现了垃圾填埋场的可持续发展，而且利用矿化垃圾作为填料，构筑矿化垃圾生物反应器处理渗滤液，实现了以废治废。
(4)灵活控制回灌频率
可根据实际需要控制回灌频率为每天一次到数次不等。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图
图2为垃圾反应器1和垃圾反应器2示意图
具体实施方式
下面结合具体实验对本发明的垃圾渗滤液处理方法作进一步说明，具体实施方式如下：
实施例1、利用垃圾渗滤液处理装置进行垃圾处理
一、垃圾渗滤液处理装置的组装
本发明的垃圾渗滤液处理装置，包括两个垃圾反应器1和2、水泵和收集管。
垃圾反应器1和2包括高度为1.3m、直径为0.3m的PVC柱子构成的顶部开放、底部设有通孔的池体，布水装置和管壁上设有通孔的通风管。池体底部通孔的直径为1.5cm，共1个；通风管壁上通孔的直径为0.3cm，共100个。通风管的内径为3cm，共设置1个通风管，分别竖置于垃圾反应器1和2中，通风管底部距离池体底部10cm。为了便于观察待处理垃圾的降解状态，垃圾反应器1上还设置有垃圾取样口。
垃圾反应器1和垃圾反应器2的示意图如图2所示。其中1为垃圾反应器的池体，2为布水装置，3为通风管。
垃圾渗滤液处理装置的示意图如图1所示，垃圾反应器1和2按照如下方式进行串联：垃圾反应器1池体底部的通孔连接有收集管3-1，用于收集垃圾渗滤液，收集管3-1的另一端与一垃圾渗滤液收集池4-1相连，垃圾反应器2池体底部的通孔连接有收集管3-2，用于收集垃圾渗滤液，收集管3-2的另一端与一垃圾渗滤液收集池4-2相连。
垃圾反应器1和2均通过管道各连接一水泵，水泵5-1的进水端通过管道与垃圾渗滤液收集池4-1相连，水泵5-1的出水端与垃圾反应器2的布水装置相连。水泵5-2的进水端通过管道与垃圾渗滤液收集池4-2相连，水泵5-2的出水端与垃圾反应器1的布水装置相连。
其中，收集管3-1和收集管3-2均为大口径不满流设计，既满足渗滤液收集，又起到进气通风的效果；收集管31和收集管3-2上各设一个出水阀门。
二、垃圾反应器1和垃圾反应器2的填装
本实施例所使用的待处理垃圾取自上海市某居民小区，该居民小区人口数量10000左右，人口的年龄结构比较合理，居民层次高低兼有，生活水平有一定差异性。
将上述待处理垃圾进行预处理。先称重、破包，再用孔径分别为120mm、40mm和8mm的手动筛将待处理垃圾筛分成粒径分别为大于120mm、40-120mm、8-40mm和小于8mm的垃圾。然后对不同粒径的垃圾分别进行分类(粒径小于8mm的垃圾除外)，共分为12类，分别是可生物降解有机物、塑料、纸类(纸、硬纸板及纸箱)、包装物、纺织物、玻璃、铁金属、非铁金属、木块、矿物组分、特殊垃圾和余下物。
本实施例垃圾反应器1的填装物选用上述经过预处理的粒径小于120mm的可生物降解有机物作为待处理垃圾，其中厨余较多，以家庭垃圾为主，水果类废物较多，并有较多的植物纤维，对此填装物的主要物化性质检测数据如表1所示。
表1待处理垃圾中可生物降解有机物的主要物化性质
本实施例中用于处理渗滤液的矿化垃圾取自老港废弃物处置场，采用10年填埋龄的矿化垃圾，用8mm手动筛进行筛分，取粒径小于8mm的筛下物作为矿化垃圾反应器的装填物，其外观物理性状表现为：少许团聚体和粒状物指可捻碎、砂砾感较强、没有异味、类似土壤，其理化性状如表2所示。
表2矿化垃圾主要物化学性质
将待处理垃圾和矿化垃圾分别装填到垃圾反应器1和垃圾反应器2的池体中，为减少渗滤液的聚集，尽量使填装好的垃圾层顶部保持平整。
垃圾反应器1的池体中自下而上分别装填：高度为10cm、粒径为3-5cm的砾石和高度为5cm、粒径为1cm的小砾石，作为承托与集水层；高度为1m，重量为60kg的待处理垃圾层；粒径小于8mm、高度为10cm的矿化垃圾层，作为覆土层与均匀布水层；5cm作为安全高度，以防止进水流出。
垃圾反应器2的池体中自下而上分别装填：高度为10cm、粒径为3-5cm的砾石和高度为5cm、粒径为1cm的小砾石，作为承托与集水层；粒径小于8mm、高度为1.1m的矿化垃圾层；5cm作为安全高度，以防止进水溢出。
将垃圾反应器1与垃圾反应器2中的通风管竖置于砾石层上，为了节约动力，实验中采用自然通风，既池体的顶部处于敞开状态，收集管3-1和收集管32的出水阀门常开。
为了减少垃圾渗滤液产生的气味的扩散，垃圾反应器1的布水装置最好埋在待处理垃圾层中，垃圾反应器2的布水装置可以埋在矿化垃圾层中，也可以放置在矿化垃圾层的表面。在该实验中，将垃圾反应器1的布水装置埋于待处理垃圾层中距离待处理垃圾层上表面5cm的位置，将垃圾反应器2的布水装置埋于矿化垃圾层中距离矿化垃圾层上表面5cm的位置。
三、将垃圾反应器1产生的渗滤液灌到垃圾反应器2的布水装置，渗滤液经垃圾反应器2处理后再回灌到垃圾反应器1的布水装置，渗滤液不外排。垃圾反应器1产生的渗滤液再次全部灌到垃圾反应器2的布水装置，渗滤液经垃圾反应器2处理后再次回灌到垃圾反应器1的布水装置，如此反复运行，直至垃圾反应器1出水渗滤液达到排放标准或达到纳入市政管网的标准。
实验运行了一年，每天将垃圾反应器1中产生的渗滤液经垃圾反应器2处理后全部回灌到垃圾反应器1的布水装置中。平均每10天左右取样一次，每次取渗滤液约100mL，测定渗滤液中COD值和氨态氮浓度，并及时补充等体积的来自老港填埋场的待处理垃圾渗滤液；每周向垃圾反应器2中加自来水一次，以模拟自然降水，每周加入自来水的体积＝表3中当月平均降水量(mm)×矿化垃圾反应器横截面面积(mm2)/4。
表3上海南汇1956-1982年各月平均降水量(mm)
| 月份 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 |
| 降水量 | 44.1 | 62.3 | 79.3 | 103.1 | 126.2 | 153 | 93.2 | 115.1 | 173.6 | 56.7 | 50.8 | 42.5 |
表3摘自2005年上海市政工程设计研究院编写的《上海市竹园、白龙港污水处理厂污泥收集运输***与污泥处置工程可行性研究》。
实验设三次重复，以下统计数值是三次重复的平均值。经过一年的运行，垃圾反应器1出水渗滤液的平均COD值从实验开始时的60000mg/L迅速下降至第100天的590mg/L，到第130天时已经降到400mg/L，到实验结束时基本维持在1000mg/L以下；氨态氮的平均浓度从实验开始时的1650mg/L迅速上升至第21天的2590mg/L，随后开始迅速下降，到第87天时降到9mg/L，此后氨态氮浓度一直维持在10mg/L以下直至实验结束。实验结束时，垃圾反应器2出水渗滤液的平均COD值基本保持在1000mg/L以下，氨态氮平均浓度则保持在5mg/L以下。在第100天时垃圾反应器1的渗滤液达到最大累计净产量，即垃圾反应器1当日的出水渗滤液体积与回灌到垃圾反应器1的渗滤液的体积差，为320mL/kg垃圾；到实验结束时，渗滤液累计净产量为255mL/kg垃圾，实验结束当天渗滤液平均出水量仅为5mL/kg垃圾。
对正在运行的普通垃圾填埋场降解残留物性质进行分析，结果表明，在自然条件下渗滤液出水COD值达到100mg/L、300mg/L和1000mg/L排放标准的时间分别约为32年、22年和12年，即渗滤液的COD值要达到纳入市政管网的标准COD值1000mg/L至少需要12年的时间。说明在自然条件下垃圾的降解过程是极其缓慢的。而利用本发明的垃圾渗滤液处理装置进行垃圾处理，渗滤液COD值要降到三级排放标准1000mg/L只需要100天左右，渗滤液中氨态氮浓度要降到一级排放标准15mg/L只需要90天左右，由此大大缩短了垃圾填埋场的稳定化周期。利用本发明的垃圾渗滤液处理方法进行垃圾处理，渗滤液削减量可达98.4％，减少了回灌过程中的动力消耗，在降低垃圾填埋厂运行成本的同时，实现了渗滤液的零排放。
Claims (5)
1.一种垃圾渗滤液处理装置，包括垃圾反应器1和垃圾反应器2，其特征在于：所述垃圾反应器1和垃圾反应器2串联；所述垃圾反应器1和垃圾反应器2包括池体、布水装置和通风管；
所述池体的顶部开放，底部设有通孔；
所述池体底部通孔的直径为1-3cm；
所述布水装置用于向所述池体中导入垃圾渗滤液；
所述通风管竖置于所述池体中；
所述通风管的内径为2-3cm，所述通风管在所述垃圾反应器1或垃圾反应器2中的放置密度为1-3个通风管/m2，所述通风管的底部与渗滤液收集管相通；
所述通风管的管壁上设有通孔，所述通孔的直径为0.2-0.5cm，所述通孔在通风管上的设置密度为500-1000个通孔/m2；
所述垃圾渗滤液处理装置中还设有水泵，用于将所述垃圾反应器1产生的渗滤液导入垃圾反应器2的布水装置中、将所述垃圾反应器2处理过的渗滤液导入垃圾反应器1的布水装置中；
所述垃圾反应器1和垃圾反应器2池体底部的通孔还连接有收集管，用于收集所述垃圾反应器1和垃圾反应器2的渗滤液以及进行通风。
2.一种利用权利要求1所述的垃圾渗滤液处理装置处理垃圾渗滤液的方法，是将待处理的垃圾装入所述垃圾反应器1中，将矿化垃圾装入所述垃圾反应器2中，启动所述垃圾渗滤液处理装置，将所述垃圾反应器1中产生的渗滤液灌入所述垃圾反应器2中，渗滤液经矿化垃圾处理后循环回灌至所述垃圾反应器1中，渗滤液不外排，如此反复运行，直至渗滤液水质达到排放标准或达到纳入市政管网的标准。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述垃圾反应器1自下而上依次是承托与集水层、待处理垃圾层和覆土与均匀布水层；
所述承托与集水层是高度为所述池体有效高度的1/10-1/20的颗粒；所述待处理垃圾层是高度为所述池体有效高度80％-90％的待处理垃圾；所述覆土与均匀布水层是高度为所述池体有效高度的1/10-1/20的颗粒；
所述垃圾反应器2自下而上依次是承托与集水层、矿化垃圾层；
所述承托与集水层是高度为所述池体有效高度的1/10-1/20的颗粒；所述矿化垃圾层是高度为所述池体有效高度90％-95％的矿化垃圾。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述垃圾反应器1和垃圾反应器2的承托与集水层分为两层，一层由粒径为0-1cm颗粒组成，另一层由粒径为3-5cm的颗粒组成，所述颗粒为砾石、砂石；
所述垃圾反应器1的覆土与均匀布水层是由粒径为0-1cm的颗粒组成，所述颗粒为砾石、矿化垃圾。
5.根据权利要求2-4中任一所述的方法，其特征在于：所述垃圾反应器1的布水装置位于所述池体的顶部或埋于所述覆土与均匀布水层中；所述垃圾反应器2的布水装置位于所述池体的顶部或埋于矿化垃圾层中。
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