垃圾滲濾液膜濾濃縮液的處理技術(shù)探討

周 俊

(浙江博華環(huán)境技術(shù)工程有限公司,杭州,310012)

1 引言

城市垃圾滲濾液的污染控制是城市垃圾填埋技術(shù)中的一大難題。2008年,國家頒布了《生活垃圾填埋場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB 16889-2008),對垃圾滲濾液的處理提出了更高的要求。隨著標(biāo)準(zhǔn)的提高,垃圾滲濾液的處理更多的采用了生化 +膜濾的組合工藝。NF、RO膜越來越多的被用于垃圾滲濾液處理中,膜的運用具有很多優(yōu)點,如出水效果好,占地面積小。然而在達(dá)標(biāo)排放上清液的同時,也不可避免的產(chǎn)生了一批膜濃縮液。

膜濾濃縮液的體積占垃圾滲濾液原液體積的 8%-20%,轉(zhuǎn)移運輸費用高,開展減少濃縮液的量、濃縮液的達(dá)標(biāo)排放方面的研究很有必要,本文嘗試對國內(nèi)現(xiàn)有的一些膜濾濃縮液處理技術(shù)進(jìn)行綜述。

2 滲濾液膜濃縮液特點

垃圾滲濾液膜濾濃縮液是垃圾滲濾液經(jīng)過生物降解后經(jīng) RO膜 (或 NF膜)截留的殘余液。納濾與反滲透分離原理是:由于滲透膜的選擇透過性,水能夠順利通過膜,而其他的化合物則或多或少甚至完全被膜截留,這樣進(jìn)水經(jīng)過膜后被分成兩部分:處理后的滲透液與截留液 (濃縮液)。濃縮液一般不具有可生化性,主要成份為腐殖質(zhì)類物質(zhì),呈棕黑色,COD很高,并且含有大量的金屬離子,TDS在 20000mg/L-60000mg/L之間。納濾和反滲透工藝產(chǎn)生的濃縮液,COD通常在 5000mg/L以上,氨氮濃度在 100～1000mg/L,電導(dǎo)率為 40000～50000us/cm。[1]

3 濃縮液處理方法

3.1 回灌 回灌實質(zhì)是把填埋場做為一個以垃圾為填料的生物濾床。回灌的濃縮液在自上而下流經(jīng)垃圾填埋層的過程中,其中的有機(jī)污染物被垃圾中的微生物所降解。對于回灌處理來說,回灌量和回灌頻率、回灌污染物濃度是是回灌處理的最重要 3個控制參數(shù)。[2]

德國從 1986年開始將反滲透濃縮液回灌填埋場,實踐證實:在充分考慮相關(guān)填埋場的特征設(shè)計基礎(chǔ)上,長期采用回灌處理濃縮液的系統(tǒng),填埋場排出的滲濾液中主要污染物質(zhì)濃度沒有顯著變化。[3]蔣寶軍、李俊生等[4]用重慶長生橋垃圾填埋場滲濾液經(jīng) DTRO過濾后的濃縮液做回灌實驗,結(jié)果顯示,回灌處理濃縮液在技術(shù)上可行,回灌可有效去除其中的COD和 NH3-N,水力負(fù)荷對濃縮液回灌去除 COD具有明顯的影響。

然而,回灌對地下水污染的可能性增加,水流可形成短路,使填埋層含水率增加。[5]濃縮液直接回灌也有可能導(dǎo)致垃圾場含鹽量增加。[1]

3.2 高級氧化技術(shù) 蹇興超、吳天寶[6]研究了用臭氧氧化納濾濃縮液。德國柏林 Ruhleben污水廠三級出水經(jīng)納濾后,得到的納濾濃縮液用臭氧氧化,結(jié)果顯示臭氧氧化可以有效的破壞濃縮液中的含苯環(huán)和有色集團(tuán)的大分子有機(jī)物,但是降低總有機(jī)物含量的速度較慢。初步研究發(fā)現(xiàn)臭氧投配量在 52mg/L時,改善濃縮液可生化降解性的效果最好。

張龍、李愛明等[7]研究了混凝沉淀 -樹脂吸附 -Fenton氧化工藝對垃圾滲濾液膜濾濃縮液的處理效果。MBR出水經(jīng)納濾后,納濾膜濃縮液經(jīng)混凝沉淀 -樹脂吸附 -Fenton氧化后可將膜濾濃縮液的 COD降至 125mg/L,COD去除率達(dá)到 98.1%。若不加 Fenton氧化深度處理則可以將 COD降至42mg/L,COD的去除率為 94.8%。處理量為 40t/d的膜濾濃縮液處理工程,投資成本約為 103.4萬元,運行成本約為 17.4元 /t?；炷恋懋a(chǎn)生的污泥可就近運至填埋場進(jìn)行處理。

3.3 蒸發(fā) 蒸發(fā)在垃圾滲濾的處理、垃圾滲濾液膜濾濃縮液的處理中運用越來越多,目前使用較多的有浸沒燃燒、負(fù)壓蒸發(fā)、機(jī)械壓縮蒸發(fā)。

岳東北、劉建國等[8]用蒸發(fā)法對垃圾滲濾經(jīng) RO處理后的濃縮液進(jìn)行了實驗室研究。結(jié)果表明,在酸性條件下,原液 PH越大,冷凝液中 NH3-N的濃度越大,COD越小;有機(jī)物揮發(fā)主要發(fā)生在蒸發(fā)初期,NH3-N的揮發(fā)主要發(fā)生在蒸發(fā)后期。

浸沒燃燒蒸發(fā) (SCE)技術(shù)是一種無固定傳熱面的蒸發(fā)方式。將燃料與空氣送入緊靠液面或浸沒在液面之下的燃燒室進(jìn)行完全燃燒,然后將高溫?zé)煔庵苯訃娙胍后w之中以加熱液體。高溫?zé)煔膺M(jìn)入液體后以大量小氣泡形式上升,由于煙氣與液體的混合與攪動十分強(qiáng)烈,從而大大強(qiáng)化了傳熱過程,尾氣在排放之前降至與液體相差不多的溫度,傳熱效率可高達(dá) 95%以上。[9]岳東北、許玉東等[10]采用浸沒燃燒蒸發(fā)工藝(SCE)處理某衛(wèi)生填埋場經(jīng) RO系統(tǒng)濃縮的滲濾液,該工程自 2004年 10月投運以來,運行穩(wěn)定,處理效果好。系統(tǒng)對 RO濃縮液的濃縮倍數(shù)最高可達(dá) 10倍。該項目設(shè)計處理能力 20m3/d,投資 150萬元,處理費用 3.21元 /m3。SCE系統(tǒng)最大的缺點是對 NH3-N去除效果差,但有機(jī)物仍可穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

由于浸沒燃燒蒸發(fā)屬于常壓高溫蒸發(fā),膜濾濃縮液中含有濃度很高的氯離子,而氯離子在 70℃以上的溫度下對金屬材料產(chǎn)生非常強(qiáng)強(qiáng)烈的腐蝕作用。同時其水分以蒸氣形式排出,能量散失率也較高。[11]

近年來,機(jī)械壓縮蒸發(fā) (MVC)工藝開始應(yīng)用到垃圾滲濾液的處理中。MVC蒸發(fā)處理垃圾滲濾液的原理是將產(chǎn)生的蒸汽進(jìn)行機(jī)械壓縮,提高蒸汽溫度,使成為熱源,將原滲濾液蒸發(fā)產(chǎn)生新蒸汽,新蒸汽又經(jīng)壓縮提升溫度,如此循環(huán),而原高溫蒸汽變成蒸餾水,蒸餾水排出前將余熱交換給進(jìn)水來液,故能耗很低。MVC蒸發(fā)處理工藝可把滲濾液濃縮到不足原液體積 3%～10%,清水排放率可高達(dá) 95%以上。潮州市錫崗垃圾填埋滲濾液采用MVC蒸發(fā)技術(shù),經(jīng)蒸發(fā)后產(chǎn)生的濃縮液大概在 10%左右。

針對MVC高效蒸發(fā)的特點,可考慮將MVC技術(shù)引入到膜濾濃縮液的處理,廣州盛寶龍環(huán)保技術(shù)有限公司將從廣州某地垃圾滲濾過 RO濃液通過MVC蒸發(fā)后,TDS達(dá)到 25%,配合沼氣干燥,干燥粉末在 3%以下。[12]

3.4 膜蒸餾 膜蒸餾是一種采用疏水微孔膜以膜兩側(cè)蒸氣壓力差為傳質(zhì)驅(qū)動力的膜分離過程,當(dāng)不同溫度的水溶液被輸水微孔膜分隔開時,由于膜的疏水性,兩側(cè)的水溶液均不能透過膜孔進(jìn)入另一側(cè),但由于暖側(cè)水溶液與膜界面的水蒸氣壓高于冷側(cè),水蒸氣就會透過膜孔從暖側(cè)進(jìn)入冷側(cè)而冷凝。[13]減壓膜蒸餾 (VMD)是將膜技術(shù)與傳統(tǒng)蒸餾技術(shù)結(jié)合的一種新型膜分離過程,具有操作溫度低,設(shè)備簡單,對無機(jī)鹽、大分子等揮發(fā)物的截留率可達(dá) 100%,可實現(xiàn)高濃度溶液的處理等優(yōu)點。[14]劉東等[15]針對石化企業(yè)廢水經(jīng) RO過程處理后的濃水,采用疏水性聚偏氟乙烯中空纖維膜,開展 VMD處理實驗。結(jié)果表明,在 75℃、真空度 0.096MPa條件下,VMD過程初始通量達(dá)到 33L/(m2·h),VMD過程與化學(xué)絮凝相結(jié)合,將 RO濃縮 10倍時,VMD過程通量保持在16L/(m2·h)以上,產(chǎn)水電 導(dǎo)率穩(wěn)定在 4-7us/cm,脫鹽率保持在 99.99%以上。

與常規(guī)蒸餾相比,膜蒸餾具有較高的蒸餾效率,并且蒸餾液較為純凈,占地面積更小,膜蒸餾也不需要把溶液加熱到沸點,只要膜兩側(cè)維持適當(dāng)?shù)膲翰?。然而膜成本?蒸餾通量小,由于溫度極化和濃度極化的影響,運行狀態(tài)不穩(wěn)定。膜蒸餾是一個有相變的過程,熱量主要通過熱傳導(dǎo)的形勢傳遞因而效率較低 (一般只有 30%左右)。 然而,目前尚未見膜蒸餾用于垃圾滲濾液膜濾濃縮液的報道。

4 結(jié)語

隨著膜在垃圾滲濾液處理中運用的越來越廣泛,濃縮液的量越來越多,目前針對填埋場膜濾濃縮液的研究許多還停留在實驗室階段,研究開發(fā)應(yīng)用于實際工程中的膜濾濃縮液技術(shù),變得越來越緊迫,然而變得越來越緊迫,應(yīng)引起足夠的重視。

[1]技術(shù)規(guī)范編寫組.生活垃圾填埋場滲濾液處理工程技術(shù)規(guī)范編制說明 (征求意見稿)[C]環(huán)保部,北京,2008.

[2]梁梁,尹軍,蔣寶軍,吳曉燕.垃圾滲濾液回灌處理如干參數(shù)控制[J].吉林建筑工程學(xué)院學(xué)報,2009,26(3):63-66.

[3]劉研萍,李秀金,王寶貞,等.滲濾液的反滲透濃縮液回灌研究[J].環(huán)境工程,2008,26(4):89-93.

[4]蔣寶軍,李俊生,楊威,等.垃圾滲濾液反滲透濃縮液回灌處理中試研究[J].哈爾濱商業(yè)大學(xué)學(xué)報,2006,22(6):36-40.

[5]李青松,金春姬,喬志香,向勇.滲濾液回灌在實際應(yīng)用中應(yīng)注意的問題[J].四川環(huán)境,2004,23(4):78-84.

[6]蹇興超,吳天寶.臭氧和好氧生物法處理污水廠出水的納米過濾濃縮液[J].中國環(huán)境科學(xué),1998,18(4):353-355.

[7]張龍,李愛民,吳海鎖,等.混凝沉淀 -樹脂吸附 -Fenton氧化工藝處理垃圾滲濾液膜濾濃縮液[J].環(huán)境污染與防治,2009,31(3):16-20.

[8]岳東北,劉建國,聶永豐,許玉東.蒸發(fā)法深度處理濃縮滲濾液的實驗研究[J].環(huán)境科學(xué)動態(tài),2005,1:44-45.

[9]岳東北,聶永豐,許玉東.廢水浸沒燃燒蒸發(fā)技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用[J].中國給水排水,2005,21(4):28-30.

[10]岳東北,許玉東,何亮,聶永豐.浸沒燃燒蒸發(fā)工藝處理濃縮滲濾液[J].中國給水排水,2005,21(7):71-73.

[11]楊琦,何晶晶,邵立明.負(fù)壓蒸發(fā)法處理生活垃圾填埋場滲濾液[J].環(huán)境工程,2006,24(1):17-19.

[12]陳偉雄.低能源蒸發(fā) +氨回收工藝處理垃圾滲濾液達(dá)新標(biāo)實例[R].城市垃圾減量化、資源化、無害化處理與綜合利用暨垃圾處理新設(shè)備、新技術(shù)交流研討會,杭州,2009.

[13]王廷濤,楊慶峰.反滲透濃縮液的再利用 [J].化工進(jìn)展,2009,28(5):734-740.

[14]吳庸烈.膜蒸餾技術(shù)及其應(yīng)用進(jìn)展[J].膜科學(xué)與技術(shù),2003,23(4):67-79.

[16]環(huán)國蘭,杜啟云,王薇.膜蒸餾技術(shù)研究現(xiàn)狀[J].天津工業(yè)大學(xué)學(xué)報,2009,28(4):12-18.

[15]劉東,武春瑞,呂曉龍.減壓膜蒸餾法反滲透濃水處理過程研究[C]/第六屆全國膜與膜過程學(xué)術(shù)報告會,天津,2008.