河南省确山县城垃圾填埋场的垃圾渗滤液处理工程.doc
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河南省确山县城垃圾填埋场的垃圾渗滤液处理工程
1、项目概况
确山县位于河南省南部，淮河北岸，西依桐柏、伏牛两山余脉，东眺黄淮平原，素有"中原腹地，豫鄂咽喉"之称。
全县辖15个乡镇，总人口49万，总面积1711平方公里。
盘龙镇是确山县委、县政府驻地,是全县政治、经济、文化中心。
南枕盘龙山,北畔三里河,京广铁路、107国道纵贯会境。
全镇总面积11平方公里,辖7个居委会,共有13个居民小组,全镇总户数13500户、4.5万人口,有回、汉等民族。
垃圾填埋场渗滤液的来源包括大气降水、地表径流水、地下水、垃圾和覆盖材料中的水分及垃圾中有机成分分解产生的水分等。
由于本工程所处的特殊地理位置及当地独特的水文地质条件，本工程不考虑地表径流水和和地下水对垃圾渗滤液量的影响，按同类工程经验，垃圾本身分解产生的水分和覆盖材料中的水分予以忽略不计，大气降水作为垃圾渗滤液产生的最主要来源。
故本工程渗滤液产生量的计算只考虑大气降水。
本工程进行填埋作业时，填埋区按三隔区域进行。
总占地面积为88228m2，其中填埋一区38714m2，填埋二区面积26116m2，填埋三区面积23398m2，降雨强度取确山县30年平均降水量985.6mm。
渗滤液计算按照最不利情况计算，即填埋一区二区封场、三区作业计算，封场区雨水下渗系数取0.3，作业区雨水下渗系数取0.5。
根据以上相关系数，最不利情况下场区渗滤液产生量为
Q=（38714×0.3+26116×0.3+23398×0.5）×985.5/1000=30696（m3/a）
经计算，最不利情况下，库区渗滤液产量最大年产生量为3.07万m3。
平均每日84.1m3。
2、处理量：
确定为100m3/d（含每日8吨生活污水）。
3、设计理念与指导思想
（1）、以区域生态环境的思想指导整个垃圾填埋场的规划设计，将废水处理工艺转变为区域生态系统的构造，实现废水处理“零占地”。
（2）、充分利用填埋场周边的空地、土塘、以及用来防洪蓄水的水塘等等，以阿科蔓生态基为依托，附加水生生物与植物的投放与培植，结合陆生生态系统的建立，形成以垃圾填埋场为核心的稳定的区域生态系统，当渗滤液经过适当处理后，充分利用所净化后的水来进行该区域生态系统的保持与维护，使其在此系统内得到最大化的利用，实现废水等污染物向外界的“零排放”。
由此改变传统填埋场环境条件差、对周边环境造成不良影响的不好印象。
（3）、通过水生生态系统与陆生生态系统相结合的方式，建立稳定的区域生态系统，实现污水处理的环境效益、社会效益、生态效益等综合效益的最大化。
（4）、在垃圾渗滤液得到适当处理的基础上，建立稳定、高效的区域生态系统，实现“三低”（即低投资、低运行费、低水平技术管理要求）目标。
4、垃圾渗滤液处理工艺方案的确定
（1）、工艺综述
垃圾渗滤液是城市垃圾填埋场中从所填埋的垃圾中渗滤出来的废水，具有COD、NH3-N浓度高，色度大，可生化性差，重金属离子含量高，水质水量变化大，且随填埋场的年龄的增长水质有恶化的趋势等特点。
针对以上水质特点，国内外众多的研究机构以及现有的工程实例都倾向于物化与生化相结合的处理工艺。
物化主要有氨吹脱、加药絮凝以及膜过滤；生化主要是厌氧与好氧相结合，在厌氧提高可生化性的基础上进一步采取尽可能长的停留时间进行好氧生化。
总的来讲，为了改善C/N比，一般是采用先吹脱再生化的方法，氨吹脱对NH3-N有很好的去除效果，但操作环境差，容易造成二次污染，而且需要加药调整pH值，鼓风吹脱氨气，造成运行费用高；加药絮凝可以去除一部分的COD，但从资料文献看到，其效果并不是很好，去除率通常只有20％～30％；膜处理工艺是新兴的处理工艺，但其浓缩液会造成污染物的累积，随着时间的延续必将增大处理难度，而且膜污染问题一直没有得到很好的解决，造成膜组件频繁更换，导致运行成本增加，且此工艺本身就存在能耗高的问题。
可见目前还没有很好的办法来处理垃圾渗滤液，而且从现有的工程实例中可以看到，目前普遍存在的问题是投资大，运行费用高，平均达到20～30元/吨。
所以找到经济合理的垃圾渗滤液处理方法是所有同行亟待解决的问题。
（2）、工艺流程
通过分析国内外资料文献中对垃圾渗滤液处理工艺的研究和探讨，结合阿科蔓生态技术的自身优势，提出了应用阿科蔓技术处理垃圾渗滤液的方案。
工艺充分利用阿科蔓水生态系统环境技术的优势，结合实地情况，通过陆生生态系统与水生生态系统相结合的方式，使废水处理与生态系统的建设同步实现。
具体工艺流程如图-1所示：
（3）工艺流程说明
整体工艺采用“物化——生化”相结合的方法，物化采用絮凝；生化采用先厌氧后间歇实现缺氧、好氧，且充分延长水力停留时间，使微生物对有机污染物进行最大程度的降解。
①、垃圾渗滤液经过初步调节池均质均量后进入物化絮凝处理装置。
絮凝剂选用华南理工大学最新研制的FJ－2型絮凝剂。
设备采用ZWGT全自动污水污泥高速同步处理设备，它集投药、反应、沉淀、污泥浓缩与脱水于一体，是污水处理、固液分离同步进行的新型设备。
在ZWGT中完成絮凝沉淀和泥水分离过程，脱水污泥的含水率低于80％。
②、经过絮凝处理的渗滤液进入阿科蔓EAE（即高效厌氧生态）系统，在此系统内对有机污染物进行降解，同时对大分子难降解的有机污染物完成水解—酸化作用，将难降解的大分子物质分解成小分子物质，提高可生化性。
③、阿科蔓EA/OE（高效缺氧/好氧生态）系统通过充分利用阿科蔓独特的功能型设计，与曝气方式的完美结合，将五级A/O系统串连组成高效的EA/OE系统，使得整个EA/OE系统不断实现缺氧－好氧环境的改变，同时使水流态在系统中不断发生变化，间断实现完全推流式与完全混合式的完美结合。
通过在好氧段底部布设微孔曝气管向水中曝气供氧的同时，充分搅动水体，使此段呈现完全混合式，使污染物充分混合，并得到充足的氧，随后进入推流段。
在推流段中，在水流控制型阿科蔓的作用下使水流迅速从完全混合态进入推流态，使污染物能够最大限度地与阿科蔓表面所形成的生物膜反应，以达到最大程度降解有机物。
随着水流不断向前推进，水中的DO不断降低，在推流段后段实现缺氧环境，为反硝化脱氮进一步创造环境，提高系统的脱氮能力。
水流在系统内不断实现缺氧与好氧的环境转变，以及水流态方式的转变，实现推流式反应器与完全混合式反应器的完美组合。
并根据水中污染物浓度变化的规律以及对氧的需求量的变化，整个系统内部采取渐减曝气的方式，以保证氧的充分利用。
同时，为了提高在前面两级A/O系统的脱氮效果，采取单级内部混合液回流的方式以提高反硝化程度。
在此系统内总的水力停留时间为30天，其中A段与O段的HRT比为1：
2，即A段的HRT为10天，O段的HRT为20天，系统局部示意图请参见图2。
④、通过在阿科蔓EA/OE系统中完成对CODcr、NH3-N的大部分的降解后，出水一般可以达到排放标准。
为了充分利用垃圾填埋场周围的水塘，将少量阿科蔓生态基放置其中，同时增加水生动物及植物的投放与栽培，从而建立一个稳定的水生生态系统，同时通过在塘体周边区域内种植各种植被建立陆生生态系统，使两系统相互促进，使水质得到进一步提高的基础上美化垃圾填埋场的周边环境，改变垃圾填埋场及周边区域内的生态环境。
⑤为了尽量减少系统向外界环境排放污染物，实现该区域向外界的“零排放”，将垃圾渗滤液经过处理后尽量在该区域范围内回用、消耗掉。
经过阿科蔓泛氧化塘深度处理的水可以满足部分回用的要求，将其回喷用于抑制垃圾填埋场的扬尘、喷灌该区域内的绿色植被、冲洗清运垃圾的车辆、甚至经过适当的消毒处理回用于该区域内员工生活区的冲厕使用等等。
通过以上途径将经过处理可以回用的水在本区域内消耗掉，实现处理水向外界的“零排放”。
（4）、工艺流程中可能存在的问题分析及对策
针对上述方案我们进行了认真的问题分析，提出了以下几点可能存在的问题：
①、配絮凝剂的投加是否需要调整原水的pH值、投加量以及对垃圾渗滤液中的污染物去除效果如何？
②、生化前做物化处理将会导致絮凝剂投加量增大、产泥量增加，导致处理成本增加。
是否可以将物化放置于生化处理后面？
③、物化絮凝处理主要去除难降解有机物和色度，垃圾渗滤液原本C/N比失调，去除部分C后是否会导致后续处理单元更难于进行生化处理？
是否需要重新投加碳源？
④、絮凝对原水中重金属离子的去除效果有多少？
如果将物化处理放在生化单元后面，原水中的重金属离子是否会抑制微生物的增长？
⑤、絮凝处理会使原水中的部分土著微生物被去除，是否会影响后续生化单元微生物的培养和驯化？
针对以上问题，我们做了认真的分析，结论如下：
①、选用的华南理工大学最新研制的FJ－2型絮凝剂，是一种水溶性好，阳离子电荷密度较高、分子量中等的两性高分子絮凝剂。
具有较高的抗盐、抗酸和抗碱性能，能适应广泛的pH值，可在比较恶劣的酸性或碱性条件下使用。
根据华南理工大学的实验数据，该絮凝剂对垃圾渗滤液COD去除率可达60％，色度去除率达95％。
根据华南理工大学的试验，排除其他一些因素，我们认为对CODcr的去除率可以达到40％～50％。
由于垃圾渗滤液存在地域性差异，对不同性质的渗滤液絮凝剂的投加量以及去除效果可能存在较大差异，因此，我们将通过对类似地区垃圾填埋场的渗滤液经过实验室小试来验证这种絮凝剂的实际去除效果并确定其最佳的投药量。
②、化学絮凝是相对较便宜的处理手段，絮凝剂的价格一般比较低，且垃圾渗滤液的处理规模一般均较小，本工程只有100m3/d，因此总的投药量不会很大，产生的污泥量则相对巨大的垃圾填埋场来讲更是微不足到。
此外，前段投加絮凝剂能够降解很大一部分的CODcr，因此可以大大减少后续处理单元的负荷，以及减小其规模，同时减少其充氧的能耗费用等。
因此，权衡利弊，认为将絮凝放置在前段更为经济合理。
③、圾渗滤液具有高CODcr、高氨氮的特点，且C/N比值偏小。
化学絮凝法可以去除一部分的C，但对N却没有明显的去除效果，因此使原本偏小的C/N比变的更小，造成后续生化处理单元中微生物的所需的C/N失调，不利于反硝化脱氮，存在需要另外大量投加C源的可能。
但是阿科蔓生态系统在这方面却有着独特的优势，即在碳氮比失调的情况下仍能高效脱氮。
原因是在阿科蔓生态基上所形成的稳定的生物膜中，内层厌氧菌群能够利用外层死亡的好氧菌群作为C源来完成反硝化过程，从而达到脱氮的目的，因此避免了大量碳源的投加。
针对营养比例失调的情况下微生物难以培养驯化的问题，我们考虑在培养驯化的初期阶段适当投加C源（可能情况下直接加渗滤液原水），来平衡营养元素结构，待系统稳定后将停止投加。
④、絮凝对重金属离子的去除效果在资料文献中报道不多，但大都肯定对重金属离子是有一定的去除效果，且需要在偏碱性的环境中效果会明显一点。
因此，我们将视具体情况在絮凝剂中添加少量的石灰来达到絮凝去除重金属离子的作用。
在满足重金属离子不对后续生化处理中微生物生长产生抑制作用的前提下，允许其部分进入后续单元，通过阿科蔓生态系统予以进一步去除。
⑤、从微生物学的角度考虑是应当尽量保留土著微生物，以利于后续生化处理单元中微生物的培养与驯化。
但是，微生物的特点是无处不在，且经过驯化以后会改变其特性，使得其能够适应新的环境，且其在适宜的环境中能够繁殖迅速。
因此，此问题担心是没有太多必要的。
在絮凝阶段不可能将土著微生物完全去除，且由于在后续生化单元中的阿科蔓生态基上任何微生物都能找到适合的生存环境，所以通过培养驯化是完全能够满足废水处理的要求。
现行的许多先物化后生化的废水处理工艺也充分证明了这一点。
5、工艺系统设计
（1）、设计依据
本垃圾填埋场的渗滤液为100m3/d，设计小时平均流量为4.2m3/h。
设计进、出水（假设系统水量有剩余，需要向外界排放部分水量，则要求其必须满足国家相应标准）质参见下表：
项目
CODcr
（mg/L）
BOD5
（mg/L）
NH3-N
（mg/L）
SS
（mg/L）
PH
色度
（稀释倍数法）
设计平均进水水质
8000
4000
1500
2000
8.0
500
设计出水水质
≤300
≤150
≤25
≤200
6～9
≤60
注：
①、由于本项目为新建项目，没有现成的原水水质资料，因此设计进水水质为取相近地区的垃圾填埋场的水质资料作为参考，结合全国垃圾填埋场渗滤液的水质特点给予假设得出。
②、设计出水水质满足《生活垃圾填埋场污染物控制标准》（GB16889－1997）二级标准
（2）、各单元去除效率
原水
化学絮凝
阿科蔓EAE池
阿科蔓EA/EO池
出水
（总去除率）
CODCr
（mg/L）
8000
4000~4800
40%~50%
1600~2400
50%~60%
≤300
≥88%
≥96.5%
NH3-N
（mg/L）
1500
1200~1300
13.3%~20%
1000~1200
8.3%~17%
≤25
≥98%
≥98.5%
（3）工艺设计
①、初步调节池
人工操作粗格栅：
1道，栅条间隙20mm，宽度0.20m，过栅流速0.58m/s。
回转式细格栅：
1道，栅条间隙5mm，宽度0.50m，过栅流速0.75m/s，安装角35o。
调节池：
10×8×3m，1座；有效水深2.5m；有效容积：
200m3；HRT：
2d。
采用JBG-3立式环流搅拌机进行搅拌，使污泥处于翻动和悬浮状态，达到均质搅动目的。
1用1备，单台电机功率3kw，服务范围：
最大面积200m2，最大宽度14m，2-6m深度可调。
②、化学混凝处理
一次提升泵：
CP（T）-500.75-50，2台（1用1备），单台Q=6m3/h，H=11.5m，P=0.75kw。
ZWGT全自动污水污泥高速同步处理设备，10m3/h，2台（1用1备）。
复配絮凝剂投加设备：
药剂搅拌容器与计量投加泵。
③、阿科蔓EAE系统（1个）
采用土塘结构，塘底铺盖彭润土防水毡加黏土回填作防渗处理；
有效容积为1200m3；HRT：
1200/100=12d。
阿科蔓：
SDF型：
150m2
BDF型，100m2
采用1台JBG-3液下环流搅拌机，使污泥处于翻动和悬浮状态，达到均匀、搅动目的，保证良好的厌氧处理效果。
④、阿科蔓EA/OE系统（1个）
采用土塘结构，塘底铺盖彭润土防水毡加黏土回填作防渗处理；
土塘的结构与曝气设备的布置上创造五级A/O串连的环境。
有效容积：
3000m3；HRT：
3000/100=30d；其中A段约10天，O段约20天。
阿科蔓：
水流控制型：
150m2；
SDF型：
250m2；
BDF型：
200m2；
回流泵：
CP（T）-500.75-50，4台（2用2备），单台Q=6m3/h，H=11.5m，N=0.75kw。
曝气器：
橡胶膜微孔曝气管780根（580mm/根），充氧能力0.351kgO2/h·根，动力效率8.41kgO2/kw·h。
风机：
L42LD（电机Y180M-4），3台（2用1备），单台Q=14.7m3/min，ΔP=4000mmH2O，P=18.5kw。
⑤、阿科蔓高效泛氧化塘系统
采用土塘结构，塘底铺盖彭润土防水毡加黏土回填作防渗处理；
有效容积：
2500m3；HRT：
2500/100＝25d。
阿科蔓：
BDF型，150m2。
水生植物：
在近岸浅水区域种植水竹、美人蕉、睡莲等。
6、工程投资概算
（1）、土建工程
序号
名称
数量
单价（元）
金额（万元）
1
调节池兼格栅安置
240+12m3
350
8.82
2
阿科蔓EAE塘
680m2
60
4.08
3
阿科蔓EA/EO塘
1350m2
60
8.10
5
阿科蔓高效生物塘
1660m3
60
9.96
6
控制室及操作间
60m2
1000
6.00
7
合计
36.96
（2）、设备及安装工程
序号
名称
型号规格
数量
单价（万元）
金额（万元）
1
人工操作粗隔栅
1台
0.04
0.04
2
回转式细格栅
1台
2.0
2.0
3
液下环流搅拌机
JBG-3，2用1备
3台
2.5
7.5
4
提升泵
CP（T）-500.75-50，备1
2台
0.47
0.94
5
回流泵
CP（T）-500.75-50，备2
4台
0.47
1.88
6
微孔曝气管
780根
0.008
6.24
7
罗茨风机
L42LD，备1
3台
2.0
6.0
8
ZWGT设备
Q＝10m3/h
2台
18.0
36.0
9
复配絮凝剂投加设备
3.0
10
阿科蔓生态基
SDF型
400m2
550
22
BDF型
450m2
800
36
水流控制型
150m2
550
8.25
11
水生植物
3
12
管件、配电和材料
一批
12
13
采保运输[1+2+…+12]×3%
4.34
14
设备安装[1+2+…+12]×10%
14.48
15
合计
163.67
（3）、工程投资估算
序号
项目
价格（万元）
备注
1
土建工程
36.96
2
设备及安装
163.67
3
设计费
10.03
[1+2]×5%
4
调试及培训费
4.91
[2]×3%
5
管理费
12.93
[1+2+3+4]×6%
6
利润
17.25
[1+2+3+4]×8%
7
税金
16.22
[1+2+3+4+5+6]×6.6%
8
工程造价
261.97
贰佰柒拾伍万肆仟柒佰元整
注∶平均每吨渗滤液的投资为2.62万元，若设计处理能力大，则单位投资降低。
如此高浓度的垃圾渗滤液，用其它能够处理达到排放标准的技术方法，每吨处理能力投资一般为3--5万元左右。
7、运行费用分析
①、每天用电费
回转式细格栅：
1.1kw×24h=26.4kwh
一次提升泵：
0.75kw×24h=18kwh
ZWGT设备（化学混凝处理）：
0.8kw×24h=19.2kwh
液下环流搅拌机：
3kw×24h×2台＝144kwh
回流泵：
0.75kw×24h×2台＝36kwh
罗茨鼓风机：
18.5×2×24＝888kwh
合计用电量1131.6kwh/d（处理1吨渗滤液平均耗电11.32kwh）
电费1131.6kwh/d×0.75元/kwh≈848元/d
②、每天的药品费
PAC∶1.8元/kg×2g/L×100m3/d＝360元/d
絮凝剂∶20元/kg×30mg/L×100m3/d×10-3＝60元/d
合计420元/d（此为一般估算，以日后实物调试的最佳投药量为准。
）
③、每天人工费
①管理人员及工程技术人员1名3000元÷30天＝100元/d
②管理人员2名2000元×2÷30天＝133.3元/d
合计233.3元/d
④、处理厂每天运行费用
电费＋药品费＋人工费＝848＋420＋133.3＝1401.3元/d
平均每吨渗滤液运行成本∶14.01元/吨。
（未计维修费、折旧费等）
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