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1、垃圾渗滤液预处理除氨的必要性探讨一、垃圾渗滤液水质特点以及处理要求垃圾渗滤液是一种成分复杂的高浓度废水，含有大量有机物、植物性营养物（含氮为主）、无机离子以及重金属离子等物质，具有色度深、有机物含量高、氨氮含 量高，水质复杂、随场龄变化等特点。根据填埋场的“年龄”可将垃圾渗滤液分为两大类，一类是“年轻”填埋场（五年以下）的渗滤液，其特点是氨氮浓度高，一般在1000mg/L左右；COD和BOD5浓度 高，COD约2000030000mg/L，BOD5约1000020000mg/L，BOD5/COD比值一般为0.5-0.7, C/N较高，可生化性良好;挥发性脂肪酸（VFA）、金属含量较高。另一类是
2、“老” 的垃圾填埋场（五年以上）渗滤液，其特点是氨氮浓度很高，约20003000mg/L； BODCOD相对较低，COD约1000015000mg/L，BOD5约10002000mg/L，甚至更低，BOD5/COD 一般为0.2-0.3,甚至0.1，可生化性较差；其C/N也比较低，营养失衡；且VFA较低，金属离子浓度也有所降低。垃圾渗滤液污染物含量较高，必须经过处理后排水水质达到生活垃圾填埋场污染控制标准（GB16889-2008）规定的水污染物排放浓度限值才能排放。一般地区和容易发生严重环境污染问题而需要采取特别保护措施地区的水污染物排放限值分别见下表：项目名称色度CODBODSSNH -N
3、TNTP一般地区40倍100mg/l30mg/l30mg/l25mg/l40mg/l3mg/l特别地区30倍60mg/l20mg/l30mg/l8mg/l20mg/l1.5mg/l上述标准值自2008年7月1日正式实施，和原标准相比，增加了总氮（TN）指标，因此现有生活垃圾填埋场的垃圾渗滤液处理装置均需要进行相应调整，满足新 标准的要求，新建的垃圾渗滤液处理装置则必须考虑满足上述各污染物排放指标的要求。二、垃圾渗滤液的处理方法垃圾渗滤液的处理在我国目前还处于初级阶段，由于缺乏必要的基础研究和技术开发，加之垃圾渗滤液水质水量的复杂多变性，垃圾填埋场渗滤液的处理大多照搬 一般污水处理的技术，采用传
4、统的生物处理法和物化方法，总体上采用以生物处理为主体工艺进行处理。根据工艺流程可分为预处理、主处理和深度处理三个工序。预处理工序一般采用物化方法，为生化处理的前处理，包括沉淀、除氨等，能够有效降低氨氮浓度，同时去除部分COD和渗滤液中的绝大部分重金属离子，降低生 物毒性，减轻其对生化的抑制，保证了生物处理工艺的正常运行和处理效果，特别针对老龄的垃圾渗滤液，有必要进行前处理。目前已经投产运行的垃圾渗滤液处理装置， 很多设置了预处理工序，也有不少的装置没有进行预处理而直接采用生化处理。垃圾渗滤液主处理工序基本采用生化处理，为各种厌氧、好氧方法的组合。一般采用厌氧和强制脱氮生化工艺，对有机物和氨氮有
5、较高的去除率，是废水中有机物 的主要处理措施。垃圾渗滤液经过预处理和生化处理以后，可降解的有机物基本被去除，而极难生物降解的腐植酸类物质，常规生化、物化工艺均难于处理，同时废水中的氨氮由于 好氧生化转化为硝态氮，而现有生化系统的反硝化作用稍弱，因此处理出水的COD和总氮仍然较高，为了达到排放标准的要求，需要进行深度处理。目前主要采用纳滤和 反渗透膜法处理、高级氧化处理、生化处理及其组合工艺。目前的垃圾渗滤液处理装置虽然采用了上述工艺流程，但没有充分考虑垃圾渗滤液中氨氮含量较高等特点，很多装置没有进行除氨预处理或者除氨效率不高，使进 入生化系统的氨氮过高，因而处理系统不是无法正常运转、总氮难以达
6、标就是运行费用过高。因此应该对垃圾渗滤液的特性和生化处理系统的特点进行针对性分析，采用 相应的预处理以及后续处理措施，保证生活垃圾填埋场水污染物特别是总氮指标达到控制标准要求。三、预处理除氨的必要性分析垃圾渗滤液常规的生化处理包括好氧处理、厌氧处理及两者结合处理的方法，常用完全生物厌氧后接A/O （缺氧/好氧）工艺，它具有处理效果好、脱氮效率高、 运行成本低等优点，是目前用得最多，也最为有效的处理方法。生化脱氮处理机理如下：污水中的有机氮、蛋白氮等在好氧条件下首先被氨化菌转化为氨氮，和污水中氨氮一起在硝化菌的作用下变成硝酸盐氮，此阶段称为好氧硝化。随后在缺氧条件下， 由反硝化菌作用，并有外加碳
7、源提供能量，使硝酸盐氮还原成氮气从污水中逸出，此阶段称为缺氧反硝化。硝化菌是化能自养菌，需在好氧环境中氧化氨氮获得生长所需能量；反硝化菌是兼性异养菌，它们利用有机物作为电子供体，硝态氮作为电子最终受体，将硝态氮 还原成气态氮。生物脱氮系统中硝化和反硝化反应需要具备如下条件：硝化阶段：足够的溶解氧，DO值在2mg/l以上；合适的温度（20C30C），不低于10C；足够长的污泥龄（1225d）和合适的pH条件（约8.59.2）。反硝化阶段：硝酸盐；缺氧条件，DO值在0.2mg/l左右，充足的碳源和合适的pH条件（中性或弱碱性）。生物脱氮也有一些条件限制：首先，进水氨氮浓度不能太高。污水中的氨氮浓度
8、越高，对微生物活性的抑制作用就越强，已有资料表明，在温度为15C和pH值为8的条件下，当总的氨氮浓度 超过200mg/L时，其中有6%的氨氮为NH3的形态，此时氨氮将破坏微生物的氧化作用，使微生物活性受到抑制。有关试验表明：氨氮浓度为1600mg/L时，厌氧污泥的相 对活性只有59%，污泥活性受到中度抑制。当进水氨氮浓度大于3000mg/L时，污泥活性出现重度抑制，几乎没有生物活性。其次，发生反硝化作用要有充足的碳源提供能量，污水中五日生化需氧量（BOD,）与总凯氏氮之比大于4时，可达理想脱氮效果；五日生化需氧量与总凯氏氮之比 小于4时，脱氮效果不好。五日生化需氧量与总凯氏氮之比过小时，需外加
9、碳源才能达到理想的脱氮效果。上述是由可生化性较好的生活污水得出的结论，实际工程中也得到了很好的验证，相比之下，垃圾渗滤液的氨氮浓度高出数十至数百倍，污染物浓度又很高，对生 化系统的设计和运行参数就必须进行相应的考虑。下面就从理论和实际工程的角度予以分析。采用生物脱氮工艺时，在处理能力、进水BOD5和COD均相同的情况下，总氮和氨氮含量对生物池设计和运行的参数影响较大，主要体现在缺氧池容积、内回流比、 好氧池供氧量和投加碱度等方面。在可生化性较好、碳源有保证的情况下，进水氨氮浓度为800mg/l和100mg/l相比，理论计算缺氧池容积需要增大8倍，内回流比增大 6倍，好氧量增大3倍，同时吨水需要
10、投加约0.3kg （以碳酸钙计）的碱度才能污水处理要求。在除氨以后，可以节省生化系统这部分的投资以及运行费用，总的核算下 来，投资增加有限，运行费用差不多，但增加了生化系统的运行稳定性，能够保证出水达标。如果不进行预处理除氨，生化系统进水氨氮浓度至少在800mg/l以上，即使在一般地区，系统的脱氮率也需要达到97%，环境敏感地区则需要达到99%，生化系统 很难做到。当进行预处理除氨后，进入生化系统的氨氮在100mg/l以下，一般地区，系统的脱氮率为75%，环境敏感地区为92%，生化系统经过参数调整基本可以做到。杭州天子岭固体废弃物处理有限公司现有垃圾渗滤液采用生化法处理，进水氨氮浓度约1500
11、mg/l，COD约4000mg/l，BOD约1500mg/l，属于中期填埋场渗滤液。 系统没有进行除氨处理，虽然经过了三级絮凝沉淀气浮的物化处理和三级生化处理，总的水力停留时间在72小时以上，好氧系统气水比大于80： 1，但由于进水氨氮浓 度过高，来水的可生化性不是很好，生物活性受到抑制，使出水氨氮为700mg/l，系统的脱氮率不到60%，而COD去除率也未能达到设计要求，出水在800mg/l左右，都 大大超过了排放标准。武汉陈家冲垃圾填埋场渗滤液处理装置采用硝化反硝化生化和膜法联合处理，进水氨氮浓度为1200mg/l, COD和BOD都比较高，可生化性较好，C/N比大于4,属 于新建垃圾场渗
12、滤液。在没有进行除氨就直接用生化系统处理的情况下，总的水力停留时间约78h，硝化罐气水比180： 1，内回流比15： 1，经过后续超滤、纳滤和反渗 透处理后，出水氨氮能够达标。但由于反硝化罐水力停留时间只有11h，对于来水氨氮浓度1200mg/l而言，处理时间相对较短，相当一部分的硝酸盐氮没有转化为氮气 予以去除，因而出水总氮超标。如果按照除氨以后的常规生化系统进行设计，本系统的气水比可以减小到50： 1，内回流比可以减小为4： 1，而且在填埋场初期渗滤液的 总氮也能处理达标。今后随着垃圾填埋场年限的增加，BOD5会不断下降，而COD下降有限，NH3-N可能还会有所上升，垃圾渗滤液的可生化性下
13、降，C/N比较低，生化处 理系统运行会比较困难，出水的总氮和COD都可能难以达标。如果进行预处理除氨，改善生化处理系统进水的水质条件，再增加反硝化的处理时间，本系统可以适应后期 的渗滤液处理，不需要对系统重新建设，通过适当改造即可满足要求。上述从生化处理工艺的特性分析以及实际工程的运行情况，都说明垃圾渗滤液处理面临的难题主要是高含量氨氮对生化系统的影响问题，氨氮过高将威胁到生物系 统的安全运行。所以，对于氨氮含量在2002500mg/1的垃圾渗滤液，在进行生物处理前，有必要进行预处理除氨，以保证后续生化处理的正常运行，确保最终处理出水 达标。四、除氨的方法比较目前国内外对于垃圾渗滤液预处理除氨
14、基本采用物化方法，包括蒸汽汽提除氨、曝气池吹脱除氨、空气吹脱塔除氨、化学沉淀法除氨和离子交换法除氨等，下面就 分别予以介绍。(1) 蒸汽气提除氨以NH4+形态存在于水中的NH3-N很难从水中迁移到气相中来，而以NH3形态存在的NH3-N则可以迁移到气相中。NH3极易溶于水中，随着温度的升高，其在水中的溶 解度会降低。0C时，1体积水可溶约700体积的NH3 (g)；25C时，1体积水可溶约500体积的NH3 (g)。若把水加热到100C时，NH3基本可从水中完全逸出。蒸汽汽 提除氨是用蒸汽和废水直接接触，将垃圾渗滤液进行加热到100C以上，从而将挥发性的氨扩散到气相中去，达到从垃圾渗滤液中分离
15、氨的目的。汽提法对氨氮的去除率 可达97%以上。但需要大量的蒸汽，而且汽提塔内容易生成水垢，使操作受到一定的影响。由于汽提除氨能耗较高，一般适用于超高浓度(35%以上)的含氨废水处理， 因为其回收的氨水或液氨可以抵消甚至超过其运行成本。垃圾渗滤液氨氮浓度一般在2500mg/L以下，且水量相对较大，用汽提法蒸汽消耗大而回收氨的技术难度大、含 有杂质且回收量太少，因而经济性很差而很少采用。(2) 曝气池吹脱除氨曝气吹脱是直接或调整pH后在调节池或专门吹脱池中鼓风曝气，达到脱氨和改善营养比例的作用。国内有关专家对曝气吹脱用于渗滤液脱氨预处理进行了研究， 在对穿孔管曝气、表面曝气和射流曝气3种曝气方式
16、的研究中发现，射流曝气效果最好，原因是该种方式具有较强的传质能力及切割搅拌作用，同时不易堵塞。广东中山 市垃圾渗滤液处理厂改造工程进行了曝气池吹脱除氨的实际应用，在调节池前端增加曝气吹脱池，投加石灰调pH，采用射流鼓气方式对氨氮进行吹脱，然后经生化处理 后，出水氨氮达到GB16889-97二级标准要求。就国内曝气吹脱研究与应用而言，在吹脱时间上应保证68h以上，同时水温不能太低，否则影响除氨效率。曝气吹脱技术存在的主要问题还有吹脱气体的二次污 染和调pH值吹脱池废渣清理的问题，吹脱气体会造成周围大气环境质量的下降，其次为调节pH值使用石灰带来池内废渣处理的问题，不然的话，污水中的悬浮物过高， 进入生化系统也会带来不利影响。曝气池吹脱法除氨在国内垃圾渗滤液处理中应用较多，但除氨效果受诸多因素的影响不是
