黃麗真
(泉州市環(huán)境衛(wèi)生中心,福建 泉州 362000)
填埋是目前我國城市生活垃圾的主要處理方式之一。填埋過程中產(chǎn)生的滲濾液由于有雨水等外界水分滲入的影響,滲濾液水質、水量變動范圍大,性質較不穩(wěn)定。按填埋時間來分,填埋場可分為初期(一般為5年以內)、中期(5年以上)及晚期填埋場。初期填埋場滲濾液處理較容易,到了中晚期之后,滲濾液會出現(xiàn)可生化性(B/C值)降低、氨氮濃度升高、碳氮比嚴重失衡等特征,處理更加困難。本文對泉州市室仔前垃圾填埋場庫區(qū)底部、填埋作業(yè)平臺垃圾層、垃圾中轉站及調節(jié)池滲濾液水質監(jiān)測數(shù)據(jù)的變化趨勢進行分析,并探討如何改善中晚期填埋場滲濾液的處理問題,以期為其他中晚期垃圾填埋場的運行管理提供參考。
室仔前垃圾填埋場于2000年年底建成投入運行,至2020年底累計填埋垃圾400多萬噸,垃圾堆體最高處達50m左右,從時間上看已屬于中晚期填埋場。場內垃圾填埋作業(yè)采用分區(qū)分單元進行,從庫區(qū)底部逐層往高處填埋,直至全場達到終場設計標高。滲濾液導排采用水平方向導排與豎向導排相結合,庫區(qū)底部設置主盲管與支盲管,支管與主管相連通。隨著垃圾填埋高度的上升,每5~10m高度再設一層水平導排管,同時在豎直方向設置導排石籠,將垃圾層的滲濾液引流至庫區(qū)底部盲管,最后匯流至滲濾液調節(jié)池。
垃圾填埋場占地面積大、填埋時間跨度長,垃圾滲濾液處理是垃圾填埋場日常管理中一項十分重要的工作。垃圾滲濾液處理一般采用前端生化處理+后端反滲透、芬頓氧化等深度處理的組合工藝,其中氨氮一般在生化階段的硝化反硝化工藝去除,在反硝化過程中需提供碳源作為反硝化細菌生長繁殖的能源。但中晚期填埋場滲濾液的BOD5低,存在大量難降解的有機物,無法直接成為反硝化菌生長繁殖的碳源,需投加葡萄糖、甲醇等易降解有機物作為碳源,使碳氮比(C/N)達到4∶1才能滿足生物脫氮需求。經(jīng)前端生化階段去除氨氮并降解部分COD后,滲濾液進入后端的反滲透或芬頓高級氧化等深度處理系統(tǒng),進一步去除有機污染物,最終使出水水質達到排放標準。
目前,室仔前填埋場滲濾液處理工藝采用生化+芬頓高級氧化+BAF生物濾池。該工藝利用硝化反硝化反應去除氨氮及易降解有機污染物,利用芬頓反應破壞大分子和難降解的有機污染物的化學結構,再利用BAF生物濾池進一步降解至排放要求。
對2001年以來填埋場庫底滲濾液水質、2015—2020年填埋作業(yè)平臺垃圾層和部分垃圾中轉站新滲濾液及2018年7月至2019年8月調節(jié)池滲濾液水質的COD、BOD5、氨氮等主要指標進行監(jiān)測分析,監(jiān)測項目及分析方法見表1。
表1 監(jiān)測項目及分析方法
填埋場使用初期庫區(qū)底部滲濾液收集管的滲濾液為新滲濾液,從圖1可知,初期COD、BOD5濃度高,B/C值范圍為0.5~0.7,氨氮濃度在1000mg/L左右。
圖1 2001-2020年填埋場庫區(qū)底部滲濾液水質變化趨勢
隨著時間的延長,滲濾液的COD、BOD5濃度和B/C值逐漸下降,尤其是2011年以后,下降速度更快,而氨氮卻逐步升高。這是由于填埋場底部最早的垃圾于2000年填埋,在長時間物理、生物、化學的綜合作用下,有機質逐漸分解流出垃圾堆體,產(chǎn)生的滲濾液COD濃度逐步下降,而COD中難降解的大分子有機污染物占比卻逐漸增多,導致BOD5快速下降,生化性越來越差,B/C值趨近于0。氨氮濃度卻沒有像COD一樣下降,反而持續(xù)上升,并保持在高濃度狀態(tài)下,這是由于垃圾堆體底部為厭氧環(huán)境,垃圾在氨化菌的氨化作用下,垃圾中蛋白質等含氮有機物經(jīng)氨化作用,氮元素幾乎全部轉化為氨氮,而厭氧環(huán)境下微生物難以將氨氮轉化為氮氣排出系統(tǒng),導致氨氮濃度居高不下,這與“氨氮濃度高與填埋時間關系緊密”的說法[1]一致。
填埋作業(yè)平臺垃圾層、中轉站滲濾液屬于新垃圾產(chǎn)生的新滲濾液,從圖2、圖3可見,填埋場作業(yè)平臺、中轉站滲濾液水質雖然會受到垃圾成分及雨水的影響,導致波動范圍較大,但普遍具有COD、BOD5濃度高、氨氮低、可生化性高等特點。統(tǒng)計2015—2020年監(jiān)測數(shù)據(jù),作業(yè)平臺的滲濾液COD濃度范圍為10000~26000mg/L,BOD5濃度范圍為6200~18000mg/L,B/C值范圍為0.5~0.7,氨氮濃度范圍為900~1900mg/L;垃圾中轉站的新滲濾液COD濃度范圍為30000~53000mg/L,BOD5濃度范圍為21000~37000mg/L,B/C值范圍為0.5~0.7,氨氮濃度范圍為800~1000mg/L。監(jiān)測結果表明,作業(yè)平臺、垃圾中轉站滲濾液污染物濃度雖高,但可生化性良好,與庫區(qū)底部滲濾液水質差異較大。
圖2 2015—2020年填埋場作業(yè)平臺垃圾層滲濾液水質變化趨勢
圖3 2015—2020年中轉站滲濾液水質變化趨勢
由于庫區(qū)底部產(chǎn)生的滲濾液氨氮濃度后期達3000mg/L左右,出水排放標準為25mg/L,去除率幾乎要達到100%才能滿足排放要求,按生化階段調節(jié)后C/N比為4∶1計算,需投加葡萄糖、甲醇等碳源使BOD5達到12000mg/L以上,才能使氨氮去除率滿足處理需求,如果直接通過投加碳源調節(jié),則成本極高,碳源投加費用將占處理廠全部成本的50%左右。
從滲濾液水質監(jiān)測數(shù)據(jù)分析可知,作業(yè)平臺及垃圾中轉站滲濾液BOD5濃度高,可生化性良好,可作為庫區(qū)底部滲濾液處理硝化反硝化脫氮工藝的碳源,降低葡萄糖等碳源投加成本。如果填埋作業(yè)平臺垃圾層的滲濾液直接通過厚度高達50m的垃圾層滲入庫區(qū)底部,這過程緩慢時間長,且經(jīng)過垃圾層微生物分解后又出現(xiàn)BOD5濃度下降、可生化性降低、氨氮濃度升高等問題,導致滲濾液處理困難。因此,2019年1月,填埋場布置專用管道將填埋作業(yè)平臺垃圾層、垃圾中轉站轉運至填埋場的新滲濾液直接引入調節(jié)池(見圖4)。
圖4 滲濾液導排收集布置圖
為評價引入新滲濾液前后對調節(jié)池水質的影響,選取2018年7月至2019年8月調節(jié)池水質監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析。從圖5可見,在未引入新滲濾液前,2018年7月至2019年1月調節(jié)池的COD的濃度范圍為1300~2800mg/L,BOD5濃度范圍為100~250mg/L,B/C值在0.08左右;引入新滲濾液后,2019年2月至2019年8月調節(jié)池的COD的濃度范圍為1800~7000mg/L,BOD5濃度范圍為350~2100mg/L,B/C值在0.3左右。調節(jié)池滲濾液水質變化大主要是受進場垃圾量及降雨的影響。泉州垃圾采取焚燒和填埋兩種處理方式相結合,在焚燒廠可接收的情況下盡量進入焚燒廠處理,因此進入填埋場的垃圾量變化較大。而6~8月是泉州的臺風季節(jié),大量雨水稀釋了污染物濃度,故這三月份的COD、氨氮濃度都明顯比其它月份低,但對B/C值的影響較小??梢姡?jīng)過混合的調節(jié)池滲濾液B/C值達到0.2~0.3,比未引入新滲濾液前的平均B/C值(0.08)有明顯提高。這與“將新鮮的垃圾滲濾液及時分離并儲存起來,并輸送至滲濾液處理站,可以有效解決滲濾液碳源不足的問題”的觀點[2]一致。
圖5 2018年7月至2019年8月調節(jié)池滲濾液水質變化趨勢
將新滲濾液直接引入調節(jié)池,不僅緩解了滲濾液碳源不足的問題,可節(jié)省20%左右的碳源投加費用,且混合后也在一定程度上降低了處理廠進水的氨氮濃度,緩解高濃度氨氮對微生物生長代謝的抑制作用。
通過多年的監(jiān)測分析發(fā)現(xiàn),在填埋場運行使用期間滲濾液污染物濃度受降雨、垃圾成分等各種因素不斷進行變化,填埋初期滲濾液處理較容易,隨著填埋時間的延長,滲濾液出現(xiàn)COD、BOD5下降、可生化性下降、氨氮濃度上升、碳氮比失調等趨勢,給處理造成極大的壓力。由此可見,中晚期填埋場可在填埋場運行期間通過將作業(yè)平臺、垃圾中轉站轉運至填埋場的新滲濾液直接引入調節(jié)池與庫底的滲濾液混合處理,填埋場封場后也可繼續(xù)將垃圾中轉站的滲濾液轉運至填埋場調節(jié)池與場內滲濾液混合,提高可生化性,降低運行成本,提高滲濾液前端生化處理效果,減少后端深度處理的壓力。