垃圾渗滤液浓缩液处理技术探析

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  • 来源:建筑学研究前沿

1、引言

控制城市垃圾渗滤液引起的污染是当前垃圾填埋技术要解决的一大难题。国家曾在2008年颁布了《生活垃圾填埋场污染控制标准》,对处理垃圾渗滤液提出了更高的要求。随着要求的提高,垃圾渗滤液的处理逐渐采用了生化组合膜滤的工艺。实际渗滤液处理中越来越多的采用NF、RO膜,这种薄膜具有很多优点,例如占地面积小、透水效果好。然而在达到排放上清液指标的同时也不可避免的产生了一批膜浓缩液。

产生的膜滤浓缩液,其体积占全部垃圾渗滤液原液的8%-20%,且浓缩液的运输费用高。因此,研究如何减少浓缩液的量及浓缩液的达标排放有极大的现实意义。文中笔者对国内现有的一些膜滤浓缩液处理技术进行简要分析

2、渗滤液处理浓缩液特点

浓缩液中的主要成分是甲苯、N,N一二甲基甲酰胺、2,4一二甲基一苯甲醛、2,4一二(1,1一二甲基乙基)苯酚、三(2一氯乙基)磷酸、邻苯二甲酸环己基甲基丁基醚、邻苯二甲酸二丁酯、3,5-二叔丁基一4一羟苯基丙酸、乙酰胺、正十六酸、~t-A硫二烯酸,以及少量的十八烷到二十五烷之间的正烷烃等有机物。从这些有机物的特点来看,基本不能作为营养源参与生物反应。

根据我国几家采用反渗透工艺的项目运行经验分析,要保证反渗透出水的各项指标达标,浓缩液的产量非常大,一般会占到进水量的25% 一45%。浓缩液中的COD主要成分是难降解有机物,一般随地域和当地居民饮食习惯的差异,浓缩液的COD浓度在1 000 mg/L一5000 mg/L之间,其中的有机物很难作为营养源参与微生物代谢。根据对不同地区渗滤液处理项目发现,浓缩液中的总氮含量在100 mg/L一1 000 mg/L。浓缩液的色度一般在500倍~1 500倍之间,并且生色团和助色团相对物质量越高,色度越高。根据反渗透截流性的特点,100%的二价以上的无机盐离子、85%~90% 的一价盐离子、30% 左右的硝态氮、亚硝态氮都会存在于浓缩液中。通过数倍浓缩后,浓缩液中的氯离子浓度约为10 000 mg/L一50 000mg/L之间,TDS为20000~60000mg/L,电导率为40000~50 000 0μs/cm,这些含极难降解,且含盐度极高的浓缩液成为了所有渗滤液处理中的一道难题。

3、浓缩液处理方法

3.1 回灌

回灌其实是将填埋场视为一个以垃圾为填料的生物滤床。自上而下将回灌的浓缩液引入垃圾填埋层,垃圾中的微生物会降解液体中的有机污染物。对于回灌过程来说,回灌频率、回灌量以及回灌污染物浓度是回灌处理最重要的3个控制参数。

西方国家从上世纪九十年代就开始将反渗透浓缩液利回灌填埋场。实践证实:在全名考虑填埋场相关特征设计的基础上,可实现回灌处理浓缩液系统的长期使用,且填埋场排出的渗滤液中含有的污染物浓度变化幅度较小。蒋宝军、李俊生等做回灌实验,用重庆长生桥垃圾填埋场渗滤液经DTRO 过滤后的浓缩液。实验结果证实,回灌处理浓缩液在实施中可行,回灌处理能有效过滤其中的COD和NH3 - N,浓缩液回灌去除COD收水力负荷的影响较大。然而,回灌处理可能对地下水产生污染,水流短路形成后,填埋层含水率增加。同时浓缩液直接回灌也将导致垃圾场含盐量升高。

3.2 高级氧化技术

德国柏林Ruh leben污水厂在三级出水经纳滤后,用臭氧氧得到的纳滤浓缩液,结果证实臭氧氧化能够有效地破坏浓缩液中的有色集团的大分子有机物,不足是降低总有机物含量的速度较慢。初步研究发现臭氧投配量在55mg /L时,将取得最好效果的浓缩液可生化降解性。

张龙、李爱明等研究了混凝沉淀- 树脂吸附- Fen ton氧化工艺对垃圾渗滤液膜滤浓缩液的处理效果。MBR 在经纳滤后,纳滤膜浓缩液经混凝沉淀- 树脂吸附- Fenton氧化后可将膜滤浓缩液的COD 降至120m g /L,COD去除率达到98.0%。如果不加Fen ton,COD氧化深度就会降至402m g /L,COD的去除率在94.0%。实践得知,处理能力为50t /d的膜滤浓缩液处理,需要有110.5万元的投资成本,其后运行成本在15.4元/ t。混凝沉淀得到的污泥要运至附近的填埋场进行处理。

3.3 蒸发

蒸发技术在垃圾渗滤液膜滤浓缩液的处理、垃圾渗滤的处理中有越来越多的运用。目前使用较多的有负压蒸发、浸没燃烧、机械压缩蒸发等。

岳东北、刘建国等用蒸发法来验证垃圾浓缩液渗滤经RO 处理的效果。结果证实,在酸性条件下随着原液PH 的升高,冷凝液中的COD就越小,同时NH3 - N的浓度逐渐变大。有机物挥发主要出现在蒸发过程初期,而蒸发后期主要是NH3-N的挥发。

浸没燃烧蒸发技术是一种不固定传热面的蒸发方式。过程中把燃料和空气送入燃烧室进行充分燃烧,其后将高温烟气直接引入液体中以使液体升温。高温烟气在进入液体后以大量小气泡形式上升,由于烟气与液体混合的活动十分强烈,从而大大提高了传热效率。若将尾气在排放之前控制到液体一致的温度,则传热效率会达95%。岳东北、许玉东等采用浸没燃烧蒸发工艺处理经RO系统浓缩的渗滤液。该项目自正式运行以来,性能稳定,处理效果好。处理能够实现RO浓缩液的10倍浓缩。该项目最初设计处理能力在30m3 /d,投入资金为120万元,处理开支在3.00元/m3。该系统最大的不足是滤除NH3 - N的效果差。

浸没燃烧蒸发属于常压条件下的高温蒸发,膜滤浓缩液中将会存在很高浓度的氯离子。氯离子在70℃ 以上的温度就会腐蚀金属材料。同时其水分以蒸气形式排出,有较高能量散失率。

近年来,机械压缩蒸发技术逐步应用到垃圾渗滤液的处理。MVC蒸发处理垃圾渗滤液的基本原理是机械压缩产生的蒸汽,使高温蒸汽成为热源,同时将原渗滤液蒸发为新蒸汽,之后又经压缩提升温度,如此循环。系统中的原高温蒸汽冷却成蒸馏水,在排出前将余热交换给进水来液,故有较高能量利用率。该蒸发处理技术能把渗滤液浓缩至原液体积的3% ~ 10%,清水排放率达96%以上。

针对MVC高效蒸发的优势可考虑将其引入到膜滤浓缩液的处理中来。广州某地垃圾渗滤过RO浓液通过MVC技术蒸发处理后,TDS 达到25%,配合沼气进行干燥,干燥粉末在5%以下。

3.4 膜蒸馏

膜蒸馏是一种采用疏水微孔膜,用膜两边蒸气压力的差值来力的膜分离,当输水微孔膜分隔开不同温度水溶液时,则会因为膜的疏水性导致两侧的水溶液均不可透过膜孔穿入到另一侧。暖侧水溶液同膜之间的水蒸气压会高于冷侧的气压,水蒸气能穿过膜孔由暖侧过渡至冷侧发生冷凝。减压膜蒸馏主要是将传统蒸馏技术和膜技术结合发明的一种新型膜分离技术。该方法具有设备简单,过程温度低,对大分子等挥发物的截留率能够达到100%,能够完成高浓度溶液的处理等优点。刘东等采用疏水性聚偏氟乙烯中空纤维膜来处理部分石化企业废水经RO过程处理后得到的污水,开展VMD处理实验。结果证实,在75℃、压强0.096MPa 条件下VMD过程初始通量达到33L /(m2# h),则VMD过程与化学絮凝发生良好的结合。在将RO 浓缩至原来的1/10倍时,VMD过程通量可以保持在15L /(m2# h)以上,产水电导率保持在5- 8us /cm,脱盐率可以稳定在99.9%以上。

相比较于常规蒸馏法,膜蒸馏可以实现较高的蒸馏效率,该法系统占地面积更小,得到的蒸馏液较为纯净。同时膜蒸馏过程也不要求把溶液加热至沸点,膜两侧维持适当的压差即可完成蒸馏处理。然而膜成本高,蒸馏通量受到系统限制。温度变化以及浓度极化也将影响膜蒸馏效果,难以保持运行状态的稳定。膜蒸馏是一个存在相变的过程,热量主要是通过热传导的方法传递到液体中,所以能量转化效率较低(通常在20%左右)。

结语

随着膜技术在垃圾渗滤液处理中越来越广泛的应用,实现浓缩液的量也越来越多。目前大多数关于填埋场膜滤浓缩液的研究还处于实验阶段,加快研究应用于实际处理的膜滤浓缩液技术是广大科学工作者需要面对的一个重大课题,具有非常重要的现实意义,必须引起足够的重视。