礦化垃圾反應床處理滲濾液的工程應用
摘要：礦化垃圾含有大量的高活性微生物種群，具有高效處理滲濾液的能力。2004年9月以礦化垃圾反應床為主體的規模為70m3/d的滲濾液處理系統在山東省即墨市垃圾填埋場正式運行，其出水COD濃度可達到國家二級排放標準，BOD5、NH3-N、TP、SS和大腸桿菌等指標均達到國家一級排放標準，系統運行費用約為3元/m3。
關鍵詞：礦化垃圾反應床；滲濾液；工程應用
1礦化垃圾反應床
城市生活垃圾經過8年以上的填埋，在物理、化學和生物的作用下發生了改變，由散發出惡臭氣體的原生垃圾慢慢地轉變為具有泥土氣味的陳腐垃圾，稱之為“礦化垃圾”。在礦化垃圾里大部分可降解有機物已被去除，形成一些具有吸附和絡合能力的腐殖質類物質，并留下了很多微小的孔道，這些微孔適合微生物的附著生長。與此同時，在厭氧、缺氧或微氧的條件下，經過含有重金屬、高濃度鹽類、高濃度氨氮和其他有毒有害物質的滲濾液沖刷或浸泡，生長于垃圾中的微生物經過馴化、選擇和變異等作用，逐漸形成一個適應于這種環境的微生物群體。因此，相對于傳統生物處理法中的微生物種群，礦化垃圾中的微生物種群對滲濾液具有更強的適應性和處理能力。礦化垃圾反應床就是利用礦化垃圾本身的吸附和絡合性能，以及其中的微生物來處理滲濾液的。
2工程應用
2.1工程概述
山東省即墨市靈山固體廢棄物綜合處理場一期工程于2003年5月4日建成投產，生活垃圾平均處理量為250t/d，平均滲濾液產生量為60m3/d。采用以礦化垃圾反應床為主體的處理工藝，設計處理規模為70m3/d，設計進水COD濃度為12000mg/L、BOD5濃度為3000mg/L、SS濃度為 500mg/L、NH3-N濃度為1000mg/L；設計出水按《生活垃圾填埋污染控制標準》(GB16889—1997)中滲濾液排放控制項目及其限值的二級排放標準設計，即COD濃度≤300mg/L、BOD5濃度≤150mg/L、SS濃度≤200mg/L、NH3-N≤25mg/L、大腸菌值為 10-1～10-2。
2.2工藝流程
滲濾液處理工程的核心為3個礦化垃圾反應床，在一級礦化垃圾反應床前設有調節池和厭氧池，對應的每一級反應床之后建有一座集水池。其工藝流程如圖1所示。
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工藝流程 |
2.3構筑物的設計
①調節池
調節池的主要作用是調節水質和水量，其尺寸為B×L×H=35m×110m×3.5m，有效容積為13000m3，設計水力停留時間為60d(按遠期滲濾液量為210m3/d設計)，為半地下式結構，塊石漿砌，內襯2mm厚的HDPE膜。為了防止降水的進入，以及使部分滲濾液能夠厭氧酸化，在其頂部覆蓋了 HDPE膜。
②厭氧池
厭氧池主要利用了滲濾液本身帶有的微生物進行厭氧處理，并具有調節水量的作用。其尺寸為 B×L×H=20m×35m×4.5m，有效容積為3000m3，設計水力停留時間為50d，為半地下式結構，首先用開挖出來的泥土筑堤，再在其內壁用片石漿砌，并在上面襯2mm厚的HDPE膜，池頂部覆蓋HDPE膜。
③礦化垃圾反應床
礦化垃圾反應床是整個滲濾液處理系統的核心。有機物的降解、氮和磷的去除主要在3個反應床內發生。反應床均為長方形結構，上部設有大阻力布水裝置，下部采用穿孔HDPE管作為收集管。3個反應床的總有效容積為6000m3，一級和二級反應床的尺寸均為B×L×H=20m×40m×4m，設計水力停留時間為25d；三級反應床的尺寸為 B×L×H=25m×35m×4m，設計水力停留時間為30d。反應床進水采用間歇式，每天布水8次(白天6次，晚上2次)，每次布水10～15min，單純水力負荷為80～90L/(m2•d)。
④集水池
集水池的主要作用是調節各個反應床之間的水量平衡，并通過觀察池子的水位和檢測池內水質來了解礦化垃圾反應床的運行狀況。采用敞開式結構，塊石漿砌，內襯2mm厚的HDPE膜。一級和二級集水池的尺寸均為 B×L×H=12m×12m×5m，三級集水池尺寸為B×L×H=8m×24m×5m。
⑤設備與裝置
整個處理系統設有揚程 H=350kPa、流量Q=70m3/h的潛水泵3臺，分別放在厭氧池、一級和二級集水池內，各自向一級、二級和三級礦化垃圾反應床的大阻力布水裝置供水。另設1臺揚程H=100kPa、流量Q=80m3/h的潛水泵，用于把調節池的滲濾液泵至厭氧池。所有潛水泵的開啟均由帶有水位控制和時間控制的配電系統來控制。
2.4運行結果和討論
2.4.1運行結果
該工程自2004年9月運行以來，除布水裝置偶爾出現小故障以外，運行穩定，各項出水指標均達到了設計要求，出水被用作場內洗車、道路噴灑、綠化、養魚、填埋作業防塵灑水和蚊蠅打藥用水等。運行期間對系統進行了多次水質檢測，檢測的主要指標有COD、BOD5、NH3-N、TP、pH、SS和大腸桿菌。
系統進水COD濃度范圍為 8500～12000mg/L，出水COD濃度范圍為170～800mg/L，去除率>95%。在大部分時間里出水COD濃度<300mg /L(滿足國家二級排放標準)，在少部分時間里出現出水COD濃度>300mg/L的情況，通過附加物理化學處理可使出水COD濃度<300mg/L。分析表明，出現出水COD濃度>300mg/L的主要原因是布水系統出現故障而未能及時維修，布水不均勻則使進水工況發生了比較大的變化。當修復好布水系統后，出水水質恢復正常。
該系統對BOD5、NH3-N、TP的處理效果一直是比較穩定的,出水BOD5、NH3-N和TP均滿足國家一級排放標準。當進水BOD5的平均濃度為810mg/L時，出水BOD5的平均濃度為11mg /L，平均去除率為98.6%。另外，從系統對NH3-N和TP的去除情況看，當進水NH3-N、TP的平均濃度分別為940mg/L和7.53mg/L 時，出水平均濃度分別為5.4mg/L和0.07mg/L，平均去除率為99.4%和99.1%。另外，三級礦化垃圾反應床出水的pH、SS和大腸桿菌3 項指標也都滿足了一級排放標準。
2.4.2討論
礦化垃圾反應床作為一種新型的滲濾液處理工藝，能夠高效地去除各種污染物質。其主要工作原理是：
①由于礦化垃圾有大量微小的孔道，比表面積大，具有很強的吸附和離子交換性能，懸浮物質和大腸桿菌就是通過吸附和過濾截留而被去除的。
②有機污染物首先是在礦化垃圾的物理吸附和生物吸附的共同作用下被截留下來，最后被存在于礦化垃圾里的高活性微生物所降解。
③ 含氮物質在調節池和厭氧池里被轉化分解為氨。由于大阻力配水系統所噴出的水霧非常細小，因此在第一級礦化垃圾反應床布水期間大部分的氨被空氣所吹脫，余下的氨同樣有部分在第二和第三級被吹脫掉，連續的三次吹脫總共可以去除80%以上的氨。由于礦化垃圾反應床的上部與大氣接觸為好氧狀態，中間為兼氧，底部為厭氧，因此剩余未被吹脫的氨是在硝化和反硝化的作用下得到去除的。
④由于滲濾液里磷的本底容量比較低，在礦化垃圾的物理化學吸附以及微生物利用下可以得到去除。
3結論
從實際工程的建設和運行情況來看，以礦化垃圾反應床為主體的滲濾液處理工藝具有以下兩個特點：
①工藝流程簡單，無重大設備需要維護，不需要固液分離裝置，運行管理方便。反應床運行穩定，耐沖擊負荷，對滲濾液COD、BOD5、NH3-N和TP去除效果顯著。
② 該工藝所用的礦化垃圾分選來自原有垃圾堆場的陳垃圾，開挖和分選每噸礦化垃圾的費用約為50元；工程總投資約為120萬元。系統運行管理編制為2人(負責日常巡視和反應床表面的翻松)；運行中不需要投加任何藥劑；除4臺潛水泵外，無其他電耗大的設備，包括工人工資福利待遇在內的運行成本約為3元/m3。
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