不同回灌堆体和回灌方式对纳滤浓缩液回灌效果的影响*

史东晓，张怀玉，华建敏，吕 清，吕永彬，陈益琴

（1．常州市生活废弃物处理中心，江苏 常州 213171；2．江苏维尔利环保科技股份有限公司，江苏 常州 213125；3．常州市环境卫生管理处，江苏 常州 213001；4．宜兴市环境卫生管理处，江苏 宜兴 214200）

不同回灌堆体和回灌方式对纳滤浓缩液回灌效果的影响*

史东晓1，张怀玉2，华建敏2，吕 清3，吕永彬4，陈益琴1

（1．常州市生活废弃物处理中心，江苏 常州 213171；2．江苏维尔利环保科技股份有限公司，江苏 常州 213125；3．常州市环境卫生管理处，江苏 常州 213001；4．宜兴市环境卫生管理处，江苏 宜兴 214200）

分别以4 a的老龄垃圾和焚烧厂产生的灰渣为堆体，采用水平和垂直2种回灌方式，研究工程中最适合的回灌参数。结果表明：老龄垃圾堆体中的微生物降解进水中部分COD，使得出水COD有所下降。而炉渣堆体中对进水只有一定的物理截留作用。炉渣堆体对于NH4+有着吸附和离子交换的作用，导致初期出水的NH3-N较低。同时，炉渣堆体的回灌出水中电导率较高，影响后续产生的渗沥液的处理。在回灌方式方面，水平回灌虽然进水的停留时间较长，但是出水的COD和电导率没有太大的变化，NH3-N反而升高。

纳滤；浓缩液；回灌

纳滤浓缩液呈棕黑色，含有的有机物主要是腐殖质类物质，不易生物降解，COD通常在5 000 mg/L以上，氨氮达到100～1 000 mg/L，并含有大量的金属离子，TDS为20 000～60 000 mg/L，电导率为40～50 mS/cm。采用回灌法处理纳滤浓缩液，不仅可以利用填埋垃圾堆体对重金属离子进行吸附截留，同时更加经济，更容易操作［1-4］。德国在1986年就已开始进行浓缩液回灌技术的研究和应用［5-7］。基于回灌技术的可操作性及投资和运行成本较低，目前在我国已受到业主和科研机构越来越多的关注，但仍未见具体例证［8-10］。本研究目的是在采取不同的填埋垃圾堆体和不同的回灌方式条件下，探索其对回灌出水的影响，进而得到纳滤浓缩液回灌过程中的最佳技术参数，找到一条适合我国国情的纳滤浓缩液的处置方法。

1 试验

1.1 试验装置

试验装置分为3部分：进水水箱、回灌柱、出水储池。回灌柱由玻璃钢制成，高2．2 m，直径0．8 m。由图1可知，回灌柱体顶部装有法兰盖，填装垃圾堆体时将其打开。平时回灌时，将其关闭。顶盖300 mm以下为布水层，再往下的1．65 m为垃圾堆层，柱的底部设有50 mm的砾石层和200 mm的集水层。回灌柱中垃圾的支撑层是以井字架的玻璃钢为支撑层的多孔栅板，其孔径为20 mm。回灌出水可通过砾石层和筛孔流入集水层。集水层设计成圆球状，防止渗沥液中固体颗粒的沉积。在柱体的底部设有三通阀，其中一个接口连接集水井，用以收集渗沥液并计量渗沥液量，另外一个接口则是为了方便取样。

图1 试验工艺流程

1.2 试验材料

回灌的进水来自常州市生活废弃物处理中心渗沥液处理站纳滤处理工艺产生的浓缩液。垃圾堆体来自于填埋场中填埋时间为4 a、深度1 m处的生活垃圾和垃圾焚烧厂产生的炉渣垃圾。

1.3 试验方法

1.3.1 回灌堆体的选取

由于新鲜的垃圾堆体产甲烷菌等微生物活性较低，并不适于回灌。初始试验选用的是填埋龄为4 a的堆体，由于堆体中表层土的水分和微生物量较小，故选取了深度为1 m左右的堆土。老龄的垃圾堆体中容易生物降解的有机质已经在长时间的堆填中分解，垃圾中残留的大部分都是塑料袋和纺织类物质。将所取的垃圾堆填装入罐体，并人工将其压实。老龄垃圾堆体中的垃圾大部分为塑料，而炉渣堆体则是由焚烧厂产生的炉渣组成。炉渣堆体中含水率很低，间隙较小，炉渣的粒径仅有1～5 mm。

1.3.2 回灌方式

试验在常州市生活废弃物处理中心进行，采用2种不同的垃圾作为堆体材料。采取水平回灌和垂直回灌2种回灌方式。水平回灌是采用广角实心喷雾喷嘴，置于主表面的圆心处，在距离垃圾堆体表面0．1 m的位置进行喷洒，流量控制在1．8 L/min。垂直回灌则是以开孔直径为15 mm的PVC管作为进水布水管，进水流量为2 L/min。布水管在中心位置直接伸入垃圾堆体0．8 m，布水管外面则是直径为0．15 m的石笼，石笼与进水管之间布有粒径为20～30 mm的砾石层，防止进水管的堵塞，同时达到扩大进水范围的目的。

本试验共有6套回灌装置，其中3套采用4 a的老龄垃圾，另外3套堆填焚烧厂产生的炉渣。为了尽可能地模拟实际垃圾填埋场的回灌情况，3个相同堆体的回灌装置中，有1套装置采用渗沥液进行回灌，以维持堆体中微生物的生长。其余2套堆体则回灌渗沥液和浓缩液以1∶4的比例混合的混合液，2套装置分别采用了水平和垂直回灌方式，以研究不同回灌方式对浓缩液的影响。

1.4 试验测定指标及方法

本研究采用哈希快速测定法（哈希DR2800）监测了进出水的COD、VFA、氨氮和总氮；利用电导率仪（HANNA DIST4）测定电导率；利用便携式pH计（SHKY 8205） 测定pH。

2 试验结果与分析

2.1 回灌进水水质

浓缩液回灌过程中，以渗沥液进水为参比，以渗沥液和浓缩液1∶4混合的混合液作为进水，研究浓缩液的回灌特性。由表1可知，由于浓缩液中的NH3-N较低，渗沥液与浓缩液的混合液NH3-N仅为268．4 mg/L。同时，由于常州市生活废弃物处理中心的浓缩液长时间得不到有效的处理直接回灌调节池，导致了调节池中渗沥液的电导率逐步的升高。目前，浓缩液和渗沥液的电导率分别为40．5、38．6 mS/cm，长此以往必将对渗沥液的处理产生影响。

表1 回灌进水的水质特性

2.2 不同回灌堆体对回灌出水的影响

根据常州市生活废弃物处理中心的实际情况，取用堆填于填埋场的2种不同的堆体：老龄垃圾堆体及炉渣堆体。老龄垃圾中由于堆填的时间较久，部分有机质已经被降解或者随着渗沥液而流出，但是堆体中还残留有部分的微生物；炉渣由于其本身多孔的物理性状，期间虽然没有微生物的生长，但是对离子有吸附和离子交换的作用。

2.2.1 COD的变化

以垂直回灌为例，研究不同回灌堆体对回灌出水的影响。由图2可知，老龄垃圾堆体和炉渣堆体出水的COD变化趋势相同，即随着时间的变化而不断降低。老龄垃圾堆体中，初期的出水COD为6 540 mg/L，相比于进水，高出了1 954 mg/L，升高了42．6%；而炉渣堆体初期的出水COD为13 550 mg/L，是进水的3倍，明显高于老龄垃圾堆体中的出水。以老龄垃圾为堆体，出水的COD在回灌的第8天降至了3 950 mg/L，并趋于稳定，后期出水的COD相比于初期降低了39%，相比于进水也降低了636．2 mg/L；以炉渣为堆体的回灌稳定期为18 d，出水COD降至4 590 mg/L，之后回灌出水的COD一直维持在4 500 mg/L左右，相比于初期出水，COD降低了9 050 mg/L，降低率为66．8%。回灌出水中的COD在老龄垃圾堆体中的稳定周期比炉渣堆体短，变化幅度比炉渣堆体小，出水的COD也低于炉渣堆体。

图2 垂直回灌中不同堆体对出水COD的影响

由表1可知，回灌进水中的COD为4 586．2 mg/L，2种堆体初期出水的COD均高于进水，由回灌过程中COD的变化可知，炉渣堆体初期出水的COD不仅高于老龄垃圾堆体的出水COD，且是老龄垃圾堆体出水COD的2倍。同时，老龄垃圾堆体出水的稳定期比炉渣堆体短。老龄垃圾堆体中回灌出水中的COD稳定在3 950 mg/L左右，出水的COD低于进水，说明浓缩液中的COD在回灌过程中得到了部分的降解。而在炉渣堆体中，其最终的出水COD为4 500 mg/L，与进水值没有太大的变化，说明在炉渣堆体回灌过程中，进水中的COD并没有被去除。

结果表明，经过长期的厌氧堆填，老龄垃圾中生存着部分兼氧或者厌氧微生物，在回灌过程中，这些微生物对进水中的COD有着一定的降解作用。对于炉渣堆体，由于其内部微生物的种类及活性都没有老龄垃圾堆体高，因此，在有机物的降解方面，老龄垃圾堆体好于炉渣堆体。

2.2.2 NH3-N的变化

由图3可知，回灌进水NH3-N变化范围为150～400 mg/L，但是老龄垃圾回灌出水NH3-N基本在1 000 mg/L以上，初期甚至达到了2 362．5 mg/L。NH3-N的变化趋势与COD类似，初期其NH3-N相比后期较高。虽然稳定后回灌出水的NH3-N最低为660 mg/L，但还是高于进水值。而在炉渣堆体中，回灌出水的NH3-N在初期最高只有120 mg/L，最低为32．5 mg/L。在进水的第40天出水的NH3-N升高到197．5 mg/L，出水的浓度逐渐接近于进水值。

图3 垂直回灌中不同堆体对出水氨氮的影响

老龄垃圾中的出水NH3-N较高，这是由于在进水中的炉渣是一种多孔颗粒，其比表面积较大，对离子有着一定的吸附和交换作用，导致在回灌初期，出水NH4+降低。在回灌后期，出水的NH3-N突然升高，接近进水NH3-N，可能是由于进水在堆体中有着固定的流动路径，同时，在此路径中的炉渣对进水中的NH3-N可能已经达到了吸附饱和。

2.2.3 电导率的变化

由图4可知，炉渣堆体的回灌出水中电导率随着回灌时间的增加而逐渐降低，但是初期回灌出水的电导率就达到了120 mS/cm，进水中的电导率仅在40 mS/cm左右，炉渣回灌出水即使在电导率稳定情况下也达到了60 mS/cm，远高于进水。老龄垃圾堆体回灌出水的电导率初期为43 mS/cm，稳定后为39 mS/cm，老龄垃圾堆体中回灌出水的电导率与进水的电导率变化不大。炉渣堆体回灌出水的电导率过高，以炉渣为堆体很容易影响后续渗沥液处理系统中的生化处理效果，为此，炉渣并不适宜作为回灌的堆体。

图4 垂直回灌不同堆体对出水电导率的变化

2.3 不同回灌方式对回灌出水的影响

本试验分别采用了水平和垂直2种回灌方式，水平回灌是以喷灌的形式进行，进水直接从表面进入，布水位置很高；而垂直回灌则是用1根长0．8 m的布水管通过石笼垂直回灌。由于布水管的布水位置不同，导致了回灌水在堆体中停留时间也有所不同，这对回灌出水的水质变化有着巨大的影响。以老龄垃圾堆体为对象研究不同回灌方式下，回灌出水的特性。

2.3.1 COD和氨氮的变化

由于水平回灌的喷灌位置在罐体的顶部，喷灌的过程中，布水较为均匀，所以，相比于垂直回灌，回灌水在水平回灌方式下在罐体中的停留时间较长。图5是采用老龄垃圾堆体在2种不同回灌方式下的COD和氨氮的变化情况。水平回灌出水达到稳定时，其NH3-N为1 530 mg/L，垂直回灌出水NH3-N的稳定值为1 000 mg/L，最低达到了660 mg/L。水平回灌出水的氨氮明显高于垂直回灌出水的氨氮值。这可能是由于回灌水在水平回灌装置中停留时间较久，在进水堆体中的回灌路径较多。通过物理冲刷和厌氧消化作用，导致了出水中NH3-N较高。在COD的变化上，2种回灌方式对COD都没有太大的影响。原因在于回灌水中的COD主要是一些难于生物降解的有机物，即使在水平回灌装置中的停留时间比较久，也没有得到降解，导致最终出水中COD差距不大。

图5 垃圾堆体中垂直和水平回灌出水COD和氨氮的变化情况

2.3.2 电导率的变化

在渗沥液回灌中，电导率及离子浓度对于后续的处理具有重要的作用。由图6可知，水平回灌出水与垂直回灌出水的电导率变化曲线基本重合，同时由于水平回灌过程中，进水在堆体中的流经路径较为复杂，其出水的变化也较大，但是大部分的值与垂直回灌相同，说明在回灌过程中，即使进水在堆体中的停留时间较久，也不会影响出水电导率的变化，在实际的回灌过程中可采用垃圾的垂直回灌。

图6 垃圾堆体中不同回灌方式下出水电导率的变化

3 结论

1）回灌过程中，4 a的老龄垃圾堆体中有一定量的微生物生长，可以对回灌溶液中的有机物进行进一步的生物降解，使得回灌出水的COD有所下降。而炉渣堆体中没有微生物的生长，对于进水只有一定的物理截留作用。

2）炉渣的多孔性使回灌出水的氨氮远低于进水，原因是炉渣堆体对氨氮有着一定的吸附和交换作用。

3）在炉渣堆体中回灌，其出水的电导率较高，影响后续产生的渗沥液的处理。而在老龄垃圾堆体中回灌，出水的电导率与进水变化不大，对后续的反应影响不大。

4）对于纳滤浓缩液采用老龄垃圾堆体垂直回灌方式，可以对浓缩液中的COD有一定程度的降解，氨氮浓度仅略有提高，而电导率基本保持不变，垃圾堆体对高价金属离子有一定的吸附作用，表明纳滤浓缩液在正确选择垃圾堆体和回灌方式的条件下，是一种很好的浓缩液处理的备选方案。

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Influence of Different Recirculating Pile and Recirculation Way on Recirculation Effect of Nanofiltration Concentrated Liquor

Shi Dongxiao1,Zhang Huaiyu2,Hua Jianmin2,Lü Qing3,Lü Yongbin4,Chen Yiqin1
（1．Changzhou Domestic Waste Treatment Center,Changzhou Jiangsu 213171;2．Jiangsu Welle Environmental Co．,Ltd,Changzhou Jiangsu 213125;3．Changzhou Environmental Sanitation Management Office,Changzhou Jiangsu 213001;4．Yixing Environmental Sanitation Management Office,Yixing Jiangsu 214200）

Taking aged waste with four years and slag from one waste incineration plant as the pile,using horizontal and vertical recirculation ways,the most suitable recirculation parameters were studied．The results showed that microorganism in aged waste file degraded part of COD in the influent to make COD in the effluent fallen,and slag pile only played a certain role of physical interception for the influent．Slag pile also played the roles of adsorption and ion exchange for NH4+to lead to low concentration of NH3-N of effluent in the initial stage．At the same time,the recirculation effluent of slag pile had higher conductivity to influence the subsequent leachate treatment．In the recirculation ways,although the influent of horizontal recirculation had longer residence time,there was not much change in COD and conductivity of the effluent,and NH3-N rose instead．

nanofiltration；concentrated liquor；recirculation

X703．1

A

1005-8206（2012）05-0011-04

2010年常州市第32批科技计划（社会发展科技计划） （CS20100018）

2012-08-15

史东晓（1972—），高级工程师，主要从事填埋场的技术及管理工作。

E-mail：shidongxiao．2008@163．com。

（责任编辑：刘冬梅）