垃圾滲濾液膜濾濃縮液的處理技術探討

周 俊

(浙江博華環境技術工程有限公司,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準》(GB 16889-2008),對垃圾滲濾液的處理提出了更高的要求。隨著標準的提高,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點,如出水效果好,占地面積小。然而在達標排放上清液的同時,也不可避免的產生了一批膜濃縮液。

膜濾濃縮液的體積占垃圾滲濾液原液體積的 8%-20%,轉移運輸費用高,開展減少濃縮液的量、濃縮液的達標排放方面的研究很有必要,本文嘗試對國內現有的一些膜濾濃縮液處理技術進行綜述。

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過生物降解后經 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,這樣進水經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,主要成份為腐殖質類物質,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生的濃縮液,COD通常在 5000mg/L以上,氨氮濃度在 100～1000mg/L,電導率為 40000～50000us/cm。[1]

3 濃縮液處理方法

3.1 回灌 回灌實質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垃圾填埋層的過程中,其中的有機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。[2]

德國從 1986年開始將反滲透濃縮液回灌填埋場,實踐證實:在充分考慮相關填埋場的特征設計基礎上,長期采用回灌處理濃縮液的系統,填埋場排出的滲濾液中主要污染物質濃度沒有顯著變化。[3]蔣寶軍、李俊生等[4]用重慶長生橋垃圾填埋場滲濾液經 DTRO過濾后的濃縮液做回灌實驗,結果顯示,回灌處理濃縮液在技術上可行,回灌可有效去除其中的COD和 NH3-N,水力負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致垃圾場含鹽量增加。[1]

3.2 高級氧化技術 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污水廠三級出水經納濾后,得到的納濾濃縮液用臭氧氧化,結果顯示臭氧氧化可以有效的破壞濃縮液中的含苯環和有色集團的大分子有機物,但是降低總有機物含量的速度較慢。初步研究發現臭氧投配量在 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出水經納濾后,納濾膜濃縮液經混凝沉淀 -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。混凝沉淀產生的污泥可就近運至填埋場進行處理。

3.3 蒸發 蒸發在垃圾滲濾的處理、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、負壓蒸發、機械壓縮蒸發。

岳東北、劉建國等[8]用蒸發法對垃圾滲濾經 RO處理后的濃縮液進行了實驗室研究。結果表明,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;有機物揮發主要發生在蒸發初期,NH3-N的揮發主要發生在蒸發后期。

浸沒燃燒蒸發 (SCE)技術是一種無固定傳熱面的蒸發方式。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行完全燃燒,然后將高溫煙氣直接噴入液體之中以加熱液體。高溫煙氣進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烈,從而大大強化了傳熱過程,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 95%以上。[9]岳東北、許玉東等[10]采用浸沒燃燒蒸發工藝(SCE)處理某衛生填埋場經 RO系統濃縮的滲濾液,該工程自 2004年 10月投運以來,運行穩定,處理效果好。系統對 RO濃縮液的濃縮倍數最高可達 10倍。該項目設計處理能力 20m3/d,投資 150萬元,處理費用 3.21元 /m3。SCE系統最大的缺點是對 NH3-N去除效果差,但有機物仍可穩定達標。

由于浸沒燃燒蒸發屬于常壓高溫蒸發,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生非常強強烈的腐蝕作用。同時其水分以蒸氣形式排出,能量散失率也較高。[11]

近年來,機械壓縮蒸發 (MVC)工藝開始應用到垃圾滲濾液的處理中。MVC蒸發處理垃圾滲濾液的原理是將產生的蒸汽進行機械壓縮,提高蒸汽溫度,使成為熱源,將原滲濾液蒸發產生新蒸汽,新蒸汽又經壓縮提升溫度,如此循環,而原高溫蒸汽變成蒸餾水,蒸餾水排出前將余熱交換給進水來液,故能耗很低。MVC蒸發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 95%以上。潮州市錫崗垃圾填埋滲濾液采用MVC蒸發技術,經蒸發后產生的濃縮液大概在 10%左右。

針對MVC高效蒸發的特點,可考慮將MVC技術引入到膜濾濃縮液的處理,廣州盛寶龍環保技術有限公司將從廣州某地垃圾滲濾過 RO濃液通過MVC蒸發后,TDS達到 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蒸氣壓力差為傳質驅動力的膜分離過程,當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,兩側的水溶液均不能透過膜孔進入另一側,但由于暖側水溶液與膜界面的水蒸氣壓高于冷側,水蒸氣就會透過膜孔從暖側進入冷側而冷凝。[13]減壓膜蒸餾 (VMD)是將膜技術與傳統蒸餾技術結合的一種新型膜分離過程,具有操作溫度低,設備簡單,對無機鹽、大分子等揮發物的截留率可達 100%,可實現高濃度溶液的處理等優點。[14]劉東等[15]針對石化企業廢水經 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。結果表明,在 75℃、真空度 0.096MPa條件下,VMD過程初始通量達到 33L/(m2·h),VMD過程與化學絮凝相結合,將 RO濃縮 10倍時,VMD過程通量保持在16L/(m2·h)以上,產水電 導率穩定在 4-7us/cm,脫鹽率保持在 99.99%以上。

與常規蒸餾相比,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,只要膜兩側維持適當的壓差。然而膜成本高,蒸餾通量小,由于溫度極化和濃度極化的影響,運行狀態不穩定。膜蒸餾是一個有相變的過程,熱量主要通過熱傳導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,研究開發應用于實際工程中的膜濾濃縮液技術,變得越來越緊迫,然而變得越來越緊迫,應引起足夠的重視。

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

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[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].哈爾濱商業大學學報,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用中應注意的問題[J].四川環境,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].中國環境科學,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.蒸發法深度處理濃縮滲濾液的實驗研究[J].環境科學動態,2005,1:44-45.

[9]岳東北,聶永豐,許玉東.廢水浸沒燃燒蒸發技術的發展及應用[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.負壓蒸發法處理生活垃圾填埋場滲濾液[J].環境工程,2006,24(1):17-19.

[12]陳偉雄.低能源蒸發 +氨回收工藝處理垃圾滲濾液達新標實例[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備、新技術交流研討會,杭州,2009.

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[16]環國蘭,杜啟云,王薇.膜蒸餾技術研究現狀[J].天津工業大學學報,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術報告會,天津,2008.