垃圾渗滤液膜滤浓缩液的处理技术探讨

2010-04-09周俊

河南化工 2010年4期

周俊

(浙江博华环境技术工程有限公司,杭州,310012)

1 引言

城市垃圾渗滤液的污染控制是城市垃圾填埋技术中的一大难题。2008年,国家颁布了《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB 16889-2008),对垃圾渗滤液的处理提出了更高的要求。随着标准的提高,垃圾渗滤液的处理更多的采用了生化 +膜滤的组合工艺。NF、RO膜越来越多的被用于垃圾渗滤液处理中,膜的运用具有很多优点,如出水效果好,占地面积小。然而在达标排放上清液的同时,也不可避免的产生了一批膜浓缩液。

膜滤浓缩液的体积占垃圾渗滤液原液体积的 8%-20%,转移运输费用高,开展减少浓缩液的量、浓缩液的达标排放方面的研究很有必要,本文尝试对国内现有的一些膜滤浓缩液处理技术进行综述。

2 渗滤液膜浓缩液特点

垃圾渗滤液膜滤浓缩液是垃圾渗滤液经过生物降解后经 RO膜 (或 NF膜)截留的残余液。纳滤与反渗透分离原理是:由于渗透膜的选择透过性,水能够顺利通过膜,而其他的化合物则或多或少甚至完全被膜截留,这样进水经过膜后被分成两部分:处理后的渗透液与截留液 (浓缩液)。浓缩液一般不具有可生化性,主要成份为腐殖质类物质,呈棕黑色,COD很高,并且含有大量的金属离子,TDS在 20000mg/L-60000mg/L之间。纳滤和反渗透工艺产生的浓缩液,COD通常在 5000mg/L以上,氨氮浓度在 100～1000mg/L,电导率为 40000～50000us/cm。[1]

3 浓缩液处理方法

3.1 回灌回灌实质是把填埋场做为一个以垃圾为填料的生物滤床。回灌的浓缩液在自上而下流经垃圾填埋层的过程中,其中的有机污染物被垃圾中的微生物所降解。对于回灌处理来说,回灌量和回灌频率、回灌污染物浓度是是回灌处理的最重要 3个控制参数。[2]

德国从 1986年开始将反渗透浓缩液回灌填埋场,实践证实:在充分考虑相关填埋场的特征设计基础上,长期采用回灌处理浓缩液的系统,填埋场排出的渗滤液中主要污染物质浓度没有显著变化。[3]蒋宝军、李俊生等[4]用重庆长生桥垃圾填埋场渗滤液经 DTRO过滤后的浓缩液做回灌实验,结果显示,回灌处理浓缩液在技术上可行,回灌可有效去除其中的COD和 NH3-N,水力负荷对浓缩液回灌去除 COD具有明显的影响。

然而,回灌对地下水污染的可能性增加,水流可形成短路,使填埋层含水率增加。[5]浓缩液直接回灌也有可能导致垃圾场含盐量增加。[1]

3.2 高级氧化技术蹇兴超、吴天宝[6]研究了用臭氧氧化纳滤浓缩液。德国柏林 Ruhleben污水厂三级出水经纳滤后,得到的纳滤浓缩液用臭氧氧化,结果显示臭氧氧化可以有效的破坏浓缩液中的含苯环和有色集团的大分子有机物,但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 52mg/L时,改善浓缩液可生化降解性的效果最好。

张龙、李爱明等[7]研究了混凝沉淀 -树脂吸附 -Fenton氧化工艺对垃圾渗滤液膜滤浓缩液的处理效果。MBR出水经纳滤后,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 125mg/L,COD去除率达到 98.1%。若不加 Fenton氧化深度处理则可以将 COD降至42mg/L,COD的去除率为 94.8%。处理量为 40t/d的膜滤浓缩液处理工程,投资成本约为 103.4万元,运行成本约为 17.4元 /t。混凝沉淀产生的污泥可就近运至填埋场进行处理。

3.3 蒸发蒸发在垃圾渗滤的处理、垃圾渗滤液膜滤浓缩液的处理中运用越来越多,目前使用较多的有浸没燃烧、负压蒸发、机械压缩蒸发。

岳东北、刘建国等[8]用蒸发法对垃圾渗滤经 RO处理后的浓缩液进行了实验室研究。结果表明,在酸性条件下,原液 PH越大,冷凝液中 NH3-N的浓度越大,COD越小;有机物挥发主要发生在蒸发初期,NH3-N的挥发主要发生在蒸发后期。

浸没燃烧蒸发 (SCE)技术是一种无固定传热面的蒸发方式。将燃料与空气送入紧靠液面或浸没在液面之下的燃烧室进行完全燃烧,然后将高温烟气直接喷入液体之中以加热液体。高温烟气进入液体后以大量小气泡形式上升,由于烟气与液体的混合与搅动十分强烈,从而大大强化了传热过程,尾气在排放之前降至与液体相差不多的温度,传热效率可高达 95%以上。[9]岳东北、许玉东等[10]采用浸没燃烧蒸发工艺(SCE)处理某卫生填埋场经 RO系统浓缩的渗滤液,该工程自 2004年 10月投运以来,运行稳定,处理效果好。系统对 RO浓缩液的浓缩倍数最高可达 10倍。该项目设计处理能力 20m3/d,投资 150万元,处理费用 3.21元 /m3。SCE系统最大的缺点是对 NH3-N去除效果差,但有机物仍可稳定达标。

由于浸没燃烧蒸发属于常压高温蒸发,膜滤浓缩液中含有浓度很高的氯离子,而氯离子在 70℃以上的温度下对金属材料产生非常强强烈的腐蚀作用。同时其水分以蒸气形式排出,能量散失率也较高。[11]

近年来,机械压缩蒸发 (MVC)工艺开始应用到垃圾渗滤液的处理中。MVC蒸发处理垃圾渗滤液的原理是将产生的蒸汽进行机械压缩,提高蒸汽温度,使成为热源,将原渗滤液蒸发产生新蒸汽,新蒸汽又经压缩提升温度,如此循环,而原高温蒸汽变成蒸馏水,蒸馏水排出前将余热交换给进水来液,故能耗很低。MVC蒸发处理工艺可把渗滤液浓缩到不足原液体积 3%～10%,清水排放率可高达 95%以上。潮州市锡岗垃圾填埋渗滤液采用MVC蒸发技术,经蒸发后产生的浓缩液大概在 10%左右。

针对MVC高效蒸发的特点,可考虑将MVC技术引入到膜滤浓缩液的处理,广州盛宝龙环保技术有限公司将从广州某地垃圾渗滤过 RO浓液通过MVC蒸发后,TDS达到 25%,配合沼气干燥,干燥粉末在 3%以下。[12]

3.4 膜蒸馏膜蒸馏是一种采用疏水微孔膜以膜两侧蒸气压力差为传质驱动力的膜分离过程,当不同温度的水溶液被输水微孔膜分隔开时,由于膜的疏水性,两侧的水溶液均不能透过膜孔进入另一侧,但由于暖侧水溶液与膜界面的水蒸气压高于冷侧,水蒸气就会透过膜孔从暖侧进入冷侧而冷凝。[13]减压膜蒸馏 (VMD)是将膜技术与传统蒸馏技术结合的一种新型膜分离过程,具有操作温度低,设备简单,对无机盐、大分子等挥发物的截留率可达 100%,可实现高浓度溶液的处理等优点。[14]刘东等[15]针对石化企业废水经 RO过程处理后的浓水,采用疏水性聚偏氟乙烯中空纤维膜,开展 VMD处理实验。结果表明,在 75℃、真空度 0.096MPa条件下,VMD过程初始通量达到 33L/(m2·h),VMD过程与化学絮凝相结合,将 RO浓缩 10倍时,VMD过程通量保持在16L/(m2·h)以上,产水电导率稳定在 4-7us/cm,脱盐率保持在 99.99%以上。

与常规蒸馏相比,膜蒸馏具有较高的蒸馏效率,并且蒸馏液较为纯净,占地面积更小,膜蒸馏也不需要把溶液加热到沸点,只要膜两侧维持适当的压差。然而膜成本高,蒸馏通量小,由于温度极化和浓度极化的影响,运行状态不稳定。膜蒸馏是一个有相变的过程,热量主要通过热传导的形势传递因而效率较低 (一般只有 30%左右)。然而,目前尚未见膜蒸馏用于垃圾渗滤液膜滤浓缩液的报道。