CN100455525C

CN100455525C - 垃圾填埋场渗滤液氨氮处理系统

Info

Publication number: CN100455525C
Application number: CNB2007100677750A
Authority: CN
Inventors: 郝永俊; 吴伟祥; 孙华; 吴松维; 陈英旭
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2007-03-26
Filing date: 2007-03-26
Publication date: 2009-01-28
Anticipated expiration: 2027-03-26
Also published as: CN101045595A

Abstract

本发明公开了一种垃圾填埋场渗滤液氨氮处理系统。它具有围坑，在围坑内由多块相互平行的竖直隔板均分为多个区，每个区从上至下依次为植被层、覆土层、沙砾排水层、第二防渗膜、粘土压实层、第一防渗膜、填料层，在每个区均匀插入多根竖直插管，在每个区的高坡端的填料层前端设有砾石层，砾石层的上部设有水平多孔布水管，多孔布水管由污水管经第一污水泵与第一渗滤液桶相连，在覆土层上方设有布水管，布水主管经第二污水泵与第二渗滤液桶相连。本发明利用填埋场覆土这一原本闲置的土地资源而建，通过填料吸附、微生物降解、植物吸收与转化、土壤颗粒吸附与截留等过程去除污染物，尤其是氨氮，并可实现自然供氧或人工强制供氧。

Description

垃圾填埋场渗滤液氨氮处理系统

技术领域

本发明专利涉及一种垃圾填埋场渗滤液氨氮处理系统。

背景技术

城市垃圾渗滤液是污水治理领域的一个难题。产生量大、水质复杂，且含高浓度氨氮是垃圾渗滤液的主要特征，若处理不当，便会对填埋场附近的地下水及地表水污造成严重的污染，渗滤液散发出的臭气和孳生的蚊蝇也对周边产生很大的危险。目前垃圾渗滤液的场内处理方法主要有物理化学法、生物法、土地处理、回灌和湿地处理等。

与城市污水相比，垃圾渗滤液的氨氮浓度高出数十至数百倍。而氨氮对生物法处理过程中的微生物活性有抑制作用。有资料显示：在好氧情况下，温度为15℃、pH＝8的条件下，当总氮浓度超过200mg/L时，其中有6％的氨氮转化为NH3形式，会破坏微生物的氧化作用，氨氮浓度越高，抑制性越强。另外，随着填埋场填埋时间的延长，渗滤液的生化性逐渐降低，在填埋后期，BOD/COD值小于0.1，此时的渗滤液很难经过处理使其达标。

吹脱法可去除大部分氨氮，改善碳氮比，再进行生物处理，但吹脱塔易堵塞、调节pH，必须投加大量的碱，而且为了曝气，还需要提供一定的风量，造成了处理费用偏高。同时氨吹脱只是将废水中的铵离子转化为游离氨，最后将之排放到大气中，实质上氨的污染问题并未得到解决。此外，温度对氨吹脱影响较大，在低温时效率急剧下降。化学沉淀法不受温度限制，生成的沉淀中含有和土壤肥料相似的组分N，P，Mg和有机物质，可作为复合肥加以利用，或用作结构制品的阻燃剂，但有毒物质也可能混在沉淀中，所以对沉淀物的使用应慎重。电化学氧化法可使氨氮去除率达100％，处理过程短，但要求所处理溶液中应含有一定Cl^-，目前多限于实验室规模，且消耗电能，处理成本较高。渗滤液由于渗透压很高，反渗透膜的水通量太低，因此不适用。催化法去除氨氮效率高，但由于在高温高压下进行，设备成本较高。且多采用贵金属作催化剂，因此，处理成本较高。高浓度的渗滤液即使经过一系列的生物处理后也很难达到排放标准，况且渗滤液处理投资大、费用高，很多填埋场由于资金短缺而无法按要求对渗滤液进行必要的处理。

垃圾渗滤液回灌是目前国内外研究的热点问题之一，主要是利用垃圾层内的微生物降解有机物，以提高水质。但是，许多研究表明，渗滤液回灌对渗滤液氨氮没有明显的去除效果，其原因是垃圾层处于厌氧状态，氨氮无法得到硝化，使得传统的硝化-反硝化耦合脱氮过程无法实现。

吸附法是利用多孔性的固体物质，使渗滤液中氨氮被吸附在固体表面而去除的方法。沸石对铵离子有很强的选择性，一般作为离子交换树脂去除氨氮。沸石是一种骨架状硅铝酸盐，其内部硅铝氧基组成的骨架中有很多空腔和连接空腔的孔道，具有内表面积大、多孔穴的特征，可吸附各种污染物，释放出骨架上的金属阳离子，具有较强的吸附与离子交换能力。沸石吸附法在中性或偏酸性条件下进行，水中氨氮主要以NH₄ ⁺的形式存在，有利于吸附和离子交换。吸附后的含铵沸石可作为复合肥的载体，在提高复合肥产品质量稳定性及农作物的生长方面都具有明显效果，还有助于提高土壤质量。

中国的天然沸石资源丰富，因此沸石吸附法处理氨氮有很大的发展空间，而且沸石吸附法没有二次污染，还可以回收氨，变废为宝。由于沸石对氨氮的吸附速度较低，当沸石粒径较大时吸附达到平衡，历时较长，其他条件一定时，进水氨氮浓度越大，吸附速率越大。目前，利用沸石吸附去除氨氮多用于工业废水，用于渗滤液处理的研究还不太多，且多为实验室规模，因此还有待进一步研究。

土地处理法，即在人工控制的条件下，通过土地-植物-微生物系统的物理、生物和化学的综合反应，使渗滤液得到净化，设计上包括多种形式的土地处理系统。英国对土地一植物处理法应用相对广泛。Craig D.Martin采用曝气和表面慢流湿地系统处理垃圾渗滤液，能将COD从1182mg/L降至136mg/L，对氨氮、TN、TSS、TOC、重金属等去除率达64％～99％。陈玉成等采用土地渗滤与芦苇湿地两级土地处理系统净化垃圾渗滤液，静态与动态试验及小试结果表明，该方法在技术上是可行的，经处理后，COD和氨氮的去除率均达到90％以上。土地一植物处理法具有投资少，操作简单，运行费用低等优点。但从长远来看，存在着重金属及盐类在土壤中的积累和饱和问题，对土壤结构、植物生长和周围地下水有潜在污染作用，且易受土地条件限制，仅适合于土地广阔的地区。

发明内容

本发明的目的是提供一种垃圾填埋场渗滤液氨氮处理系统。

垃圾填埋场渗滤液氨氮处理系统具有围坑，在围坑内由多块相互平行的竖直隔板均分为多个区，每个区从上至下依次为植被层、覆土层、沙砾排水层、第二防渗膜、粘土压实层、第～防渗膜、填料层，在每个区均匀插入多根竖直插管，在每个区的高坡端的填料层前端设有砾石层，砾石层的上部设有水平多孔布水管，多孔布水管由污水管经第一污水泵与第一渗滤液桶相连，围坑填料层的高坡端壁设有多个第二反冲洗管，围坑填料层的低坡端壁设有多个第二排水管和多个第一排水管，每个排水管都设有阀门，围坑底部外壁设有水位观测管，每个区的覆土层低坡端上部设有第四排水管，并设有阀门，在沙砾排水层底部高坡端外侧壁设有第一反冲洗管，在沙砾排水层底部低坡端外侧壁设有第三排水管，并设有阀门，在覆土层上方设有布水主管，布水主管上设有多孔布水支管，布水主管经第二污水泵与第二渗滤液桶相连。

所述的围坑呈长方体，长300～500cm×宽300～500cm×高80～120cm，坡度为4～6％，围坑壁以及围坑底基均由高密度聚乙烯防渗膜、土工布以及粘土层加固而成。

竖直插管插入深度位于填料层底部5～10cm处，竖直插管内径4～6cm，处于填料层的竖直插管管壁开有多个小孔，竖直插管管底封口并开有多个小孔，竖直插管管顶设有阀门，并与覆土层上方的曝气泵相连。

每个区的坑底的填料层分别为炉渣层、煤矸石层、沸石层、活性炭层。

本发明涉及的垃圾渗滤液氨氮处理系统，附属于垃圾填埋场覆土层，通过对覆土层结构的改造而成，充分利用了这一原本闲置的土地资源；系统主要利用填料吸附、微生物降解、植物吸收与转化、土壤颗粒吸附与截留等过程达到对渗滤液污染物，尤其是氨氮的高效脱除，形成了立体式多层次构造型垃圾渗滤液处理系统，各个处理单元(或分区)之间既可串联又可并联；另外在填料区设有竖直插入管，既可实现自然供氧或人工强制供氧，有利于硝化反应的进行，还可以利用竖直插入管进行填料反冲洗；整套系统具有适应不同渗滤液水质以及操作灵活等特点。

附图说明

图1是垃圾填埋场渗滤液氨氮处理系统的正视图；

图2是垃圾填埋场渗滤液氨氮处理系统的侧视图；

图3是垃圾填埋场渗滤液氨氮处理系统的俯视图；

图4是垃圾填埋场渗滤液氨氮处理流程图；

图中：炉渣层1、煤矸石层2、沸石层3、活性炭层4、第一防渗膜5、粘土压实层6、第二防渗膜7、植被层8、竖直插管9、垂直隔板10、覆土层11、沙砾排水层12、围坑13、围坑底基14、第一污水泵15、污水管16、第一反冲洗管17、水平多孔布水管18、第二反冲洗管19、砾石层20、第一渗滤液桶21、第二渗滤液桶22、第一排水管23、第二排水管24、水位观测管25、第三排水管26、第四排水管27、第二污水泵28、布水主管29、多孔布水支管30、曝气泵31。

具体实施方式

如图1、2、3所示，垃圾填埋场渗滤液氨氮处理系统具有围坑13，围坑呈长方体，长300～500cm×宽300～500cm×高80～120cm，坡度为4～6％，围坑壁以及围坑底基14均由高密度聚乙烯防渗膜(HDPE)、土工布以及粘土层加固而成，在围坑内由多块相互平行的竖直隔板10均分为多个区，每个区从上至下依次为植被层8(渗滤液耐性植物，如香根草、水花生、香蒲、水葱、灯心草等)、覆土层11(厚度10cm；为增强透水性和肥力，进行结构和品质改良)、沙砾排水层12、第二防渗膜7、粘土压实层6(厚度10～15cm)、第一防渗膜5、填料层(厚度30～35cm)，在每个区均匀插入多根竖直插管9，竖直插管插入深度位于填料层底部5～10cm处，竖直插管内径4～6cm，处于填料层的竖直插管管壁开有多个小孔，竖直插管管底封口并开有多个小孔，竖直插管管顶设有阀门，并与覆土层11上方的曝气泵31相连，在每个区的高坡端的填料层前端设有砾石层20，砾石层的上部设有水平多孔布水管18，多孔布水管由污水管16经第一污水泵15与第一渗滤液桶21相连，围坑填料层的高坡端壁设有多个第二反冲洗管19，围坑填料层的低坡端壁设有多个第二排水管24和多个第一排水管23，每个排水管都设有阀门，围坑底部外壁设有水位观测管25，每个区的覆土层11低坡端上部设有第四排水管27，并设有阀门，在沙砾排水层12底部高坡端外侧壁设有第一反冲洗管17，在沙砾排水层12底部低坡端外侧壁设有第三排水管26，并设有阀门，在覆土层11上方设有布水主管29(内径4～6cm)，布水主管29上设有多孔布水支管30(内径1.5～2.5cm)，布水主管29经第二污水泵28与第二渗滤液桶22相连。

所述的每个区的坑底的填料层分别为炉渣层1、煤矸石层2、沸石层3、活性炭层4。

本发明的主要设计思想是“单元相接、循序渐进、逐级去污”，其功能单元包括填料区、植被区、土壤区，而微生物则分布于不同区内。根据渗滤液具体水质特征，可以考虑设置预处理单元，即首先对渗滤液原液进行曝气处理，到达降低污染负荷以及充氧的目的。然后进入各个填料区，填料区之间可以串联或并联，利用填料本身多孔性结构对污染物进行吸附，不同填料对不同污染物具有不同吸附功能和一定的选择性；另外，由于各个填料区回灌液水质以及其特异性吸附物的差异，使得各个填料区形成不同的微生物种群。填料区出水进入植被层，各个分区可种植不同的植物，这些植物对污染物负荷具有不同的适应性，同时对不同的污染物具有各自独特的去除优势；灌溉水在土壤层下渗过程中，通过土壤颗、土壤胶体以及土壤微生物的复合作用，得以截留、吸附、沉淀与分解转化。通过渗滤液在不同功能单元间的循环处理，达到有机污染物和氨氮等污染物的去除。

如图4所示，本发明工艺路线可灵活选择。将经过曝气预处理的渗滤液存放于渗滤液桶，通过污水管经污水泵回灌至填料层(可以直接进入任何一种填料层，也可以按照煤渣层、煤矸石层、沸石层、活性炭层依次串联)，在进入填料层之前，设有布水支管和砾石布水区。填料层回灌液水位可通过置于两端的水位观测管观测，以便人为控制进水量。填料层处理尾水可通过排水管排入渗滤液桶，再由污水泵输送至位于植被层的灌溉主管，再经各个布水支管管壁上的小孔排出，进入植被层，一部分污水沿着土壤表面向位置较低的一头漫流，经排水管排出；一部分污水，则通过自然蒸发和植物蒸腾作用进入大气，起到渗滤液减量的效果；另一部分污水则经土壤层下渗至沙砾层，再在重力作用下向地势较低的一头流动，最后经排水管排出。根据出水水质，判定是否达标排放或继续进入系统进行处理。

将香根草、水花生、香蒲、水葱、灯心草，这5种草本植物混合种植在各个区，利用不同污染负荷的渗滤液处理水进行灌溉。对渗滤液具有强耐性的植物将会在高污染负荷区生长，同样耐性较弱者仅能在低污染负荷区生长，这样便可筛选出对不同污染负荷具有适应能力的植物。在此基础上，重新散播该植物种子或栽种幼苗，使得不同分区形成茂盛的植物生长态势。

填料层有氧对于污染物的净化，尤其是氨氮的氧化具有重要意义。系统在设计上充分考虑到这一点，可以通过竖直插管实现填料层自然通过或强制通风。当系统采用间歇流运行方式时，在填料层污水周期性排空过程中会形成短暂的负压，空气便沿着竖直插管被抽吸进入填料层，并向四周扩散，实现了无动力自然通风的目的，为好氧微生物提供了好氧环境，其活性会被激发，有利于吸附在填料表面和空隙内的有机物的降解以及氨氮的氧化；在污水停滞期间，水中的溶解氧被消耗尽以后，便开始厌氧转化，有利于反硝化脱氮的进行。当系统采用连续流运行方式时，可以通过竖直插管进行强制通风，为填料层供氧。当填料已经吸附饱和，污染物去除效果低下时，可以排空污水，暂且停止运行，进行一段时间的活性恢复，并可以通过人工曝气加速物质的转化与填料活性的恢复进程。

填料层堵塞是固定化填料系统常见的问题，本设计充分考虑到填料层反冲洗，并在运行过程中尽可能予以避免。一方面，在正常运行过程中，当利用竖直插管进行强制曝气时，在填料层会形成气泡、水、固相三者的强烈混合与扰动，这有助于减少沉积在填料表面的悬浮物或固体小颗粒，并随着污水一起排出填料层。另一方面，可以定期通过设置在填料层外围两端的排水管，利用压力水对填料层进行冲洗，冲洗方向可以从左向右，也可以从右向左；或者也可以利用竖直插管由上而下进行冲洗，并通过人工调节各个排水管的开与关控制水流方向，还可以通过选择不同的竖直插管进行分段冲洗。

Claims

1.一种垃圾填埋场渗滤液氨氮处理系统，其特征在于具有围坑(13)，在围坑内由多块相互平行的竖直隔板(10)均分为多个区，每个区从上至下依次为植被层(8)、覆土层(11)、沙砾排水层(12)、第二防渗膜(7)、粘土压实层(6)、第一防渗膜(5)、填料层，在每个区均匀插入多根竖直插管(9)，在每个区的高坡端的填料层前端设有砾石层(20)，砾石层的上部设有水平多孔布水管(18)，多孔布水管由污水管(16)经第一污水泵(15)与第一渗滤液桶(21)相连，围坑填料层的高坡端壁设有多个第二反冲洗管(19)，围坑填料层的低坡端壁设有多个第二排水管(24)和多个第一排水管(23)，每个排水管都设有阀门，围坑底部外壁设有水位观测管(25)，每个区的覆土层(11)低坡端上部设有第四排水管(27)，并设有阀门，在沙砾排水层(12)底部高坡端外侧壁设有第一反冲洗管(17)，在沙砾排水层(12)底部低坡端外侧壁设有第三排水管(26)，并设有阀门，在覆土层(11)上方设有布水主管(29)，布水主管(29)上设有多孔布水支管(30)，布水主管(29)经第二污水泵(28)与第二渗滤液桶(22)相连。

2.根据权利要求1所述的一种垃圾填埋场渗滤液氨氮处理系统，其特征在于所述的围坑呈长方体，长300～500cm×宽300～500cm×高80～120cm，坡度为4～6％，围坑壁以及围坑底基(14)均由高密度聚乙烯防渗膜、土工布以及粘土层加固而成。

3.根据权利要求1所述的一种垃圾填埋场渗滤液氨氮处理系统，其特征在于所述的竖直插管(9)插入深度位于填料层底部5～10cm处，竖直插管内径4～6cm，处于填料层的竖直插管管壁开有多个小孔，竖直插管管底封口并开有多个小孔，竖直插管管顶设有阀门，并与覆土层(11)上方的曝气泵(31)相连。

4.根据权利要求1所述的一种垃圾填埋场渗滤液氨氮处理系统，其特征在于所述的每个区的坑底的填料层分别为炉渣层(1)、煤矸石层(2)、沸石层(3)、活性炭层(4)。