深度处理垃圾渗滤液反渗透浓缩液试验研究

张苧文，杨雨桐

（沈阳建筑大学，辽宁 沈阳 110170）

随着我国城市数量的增多和人口的日益增长，城市生活垃圾总量与日俱增。如今，全球的城市生活垃圾产量约为20.1亿t·a-1，预计到2050年将达到34.0亿t·a-1[1]。城市生活垃圾处理处置过程中产生一种污染物成分复杂、水质水量变化大的高浓度的毒性有机废水[2-3]，即为垃圾渗滤液。目前，垃圾渗滤液的处理采用“预处理+MBR膜生物系统+纳滤/反渗透”工艺处理技术。在膜技术中，反渗透（RO）和纳滤（NF）受到广泛的认可，因为它们可以去除废水中几乎所有的有机物[4]。然而，反渗透膜系统会产生20%～30%的浓缩液。浓缩液盐分高、浓度高，可生物降解性较低，含有难降解的有机物，例如腐殖质类物质[5]。大分子腐殖质在传统的生物法联合膜过滤工艺中难以被去除，并且这类物质的存在会在水处理过程中产生一系列问题[6]，处理不当容易造成二次污染。现如今，膜浓缩液的物化处理方法有混凝法、回灌法、蒸发法和高级氧化法等。回灌法是将填埋场作为一个以垃圾为填料的巨大生物滤床，通过生物降解、吸附、过滤等多重作用实现污染物的稳定化或降解。虽然回灌法处理浓缩液简单高效、经济实惠，但利用回灌法处理经过生物处理后的浓缩液，其中的大分子有机物和微生物的降解转化以及生物固定作用难以发挥功能。ROBINSON[7]报道了在德国Wischhafen填埋场的RO处理系统的浓缩液回灌处置的效果，发现进行回灌后渗滤液的COD和NH3-N均有所提高，直接影响了反渗透系统的处理效率。蒸发法是在一定的条件下，将水中相对易挥发的组分分离出去的过程，可以去除掉浓缩液中多种有机污染物，但很容易造成二次浓缩液的积累[7]，且蒸发法工艺复杂，能耗较高，易腐蚀设备。张龙[9]等采用混凝沉淀-树脂吸附-Fenton氧化处理垃圾渗滤液膜滤浓缩液，在最佳条件下，COD的去除率达98.10%。王凯[10]等采用Fenton试剂氧化联合特种絮凝处理膜滤浓缩液，COD和色度的去除率达到40%，且水样的可生化性得到大幅度提高，为后续处理创造了良好的条件，物化组合工艺为处理垃圾渗滤液浓缩液提供了一条新的途径。因此，本文采用混凝沉淀-电化学氧化-曝气生物滤池深度处理垃圾渗滤液浓缩液，系统地阐述了该方法对反渗透浓缩液的去除效果。

1 材料与方法

1.1 进水水质

实验所用浓缩液来自沈阳市大辛生活垃圾填埋场，该填埋场采用的是MBR+NF/RO工艺处理垃圾渗滤液，处理规模为2 000 t·d-1。试验期间水质指标如下：pH=6.8，COD为1 325.425 mg·L-1，BOD5为25.9 mg·L-1，BOD5/COD为0.019，氨氮52.733 mg·L-1，UV254为36.726 cm-1，电导率为41.7 mS·cm-1。

1.2 分析项目及方法

pH值采用pH计测量；COD采用紫外分光光度计测定；BOD5采用稀释培养法测定；氯离子采用硝酸银滴定法测定；NH4+-N、NO3--N、NO2--N、UV254均采用紫外分光光度法测定。

1.3 实验方法

混凝沉淀试验：由于反渗透浓缩液中含有大量的难生物降解的COD，在工程上通常采用经济便捷的混凝沉淀进行预处理[11]，以降低后续电化学氧化的氧化时间，节约运行费用。本试验对3种混凝剂进行筛选，发现聚合硫酸铁（PFS）对反渗透浓缩液的COD以及UV254均有较好的去除效果，于是对PFS投加量以及反应条件进行了优化试验，最终确定本试验的PFS投加量为2 200 mg·L-1，将初始pH值控制为6，投加助凝剂阳离子型聚丙烯酰胺（CPAM）为7 mg·L-1，混凝时间为30 min，沉淀时间为2 h。

电化学氧化试验：由于试验废水在经混凝预处理后引入了氯化物和浓缩液本身具有含氮化合物，电导率也随之提高，在高级氧化技术中，电化学技术可间接氧化废水中的氨氮、总氮等有机物。由于试验废水底部含有大量絮状物，所以将其过滤至电化学试验装置内。通过前期小试试验得出最佳电化学氧化条件：极板间距为3 cm，NaCl投加量为10 g·L-1，电流密度为10 A，反应时间为120 min。

曝气生物滤池试验：BAF采用上流式进水和曝气盘曝气，反冲洗系统采用“气冲+气水连冲+水冲”方式进行，BAF处理后的清水用作反冲洗的水，运行时气水比为4∶1～6∶1；采用直径为3～5 mm的球形陶粒滤料，由于其具有较大的表面积，有利于微生物在其表面附着；BAF进水为混凝沉淀-电化学高级氧化出水，进水流量控制在4～5 L·h-1，水力停留时间约为24 h。

2 结果与讨论

2.1 混凝沉淀预处理效果

混凝沉淀预处理的效果如下：进水COD、UV254以及氨氮质量浓度为1 325.425 mg·L-1、36.726 cm-1和52.733 mg·L-1，出水为581.746 mg·L-1、14.818 cm-1和33.014 mg·L-1，去除率分别为56.121%、59.66%、29.809%。

2.2 电化学高级氧化处理效果

COD、UV254、氨氮、亚硝态氮和硝态氮的去除率分别为62.548%、62.419%、61.629%、50.837%和51.825%，达到了最佳去除率，而当反应时间180 min后，电极钝化，电流效率降低，体系的化学反应速率逐渐下降。

在实际工程运用中，无法保证其上清液的收集过程完全不混入细小絮状体，因此进入电化学装置的样品会出现浊度高的问题，这也是需要解决的问题。

2.3 BAF生物处理效果

BAF出水的COD、UV254、氨氮质量浓度平均值为136.552 mg·L-1、2.897 cm-1和1.998 mg·L-1。

2.4 组合工艺对RO浓缩液的总体运行效果

混凝-电化学-BAF深度处理系统稳定运行期间，对RO浓缩液中COD、UV254和氨氮的去除效果如图1所示。

图1 组合工艺对RO浓缩液总体处理效果

组合工艺对RO浓水中COD的去除效果如图1（a）所示。从1个月左右的系统运行效果可以看出，当进水COD为1 288.527～1 550.515 mg·L-1时，混凝出水、电化学氧化出水和最终出水的COD分别为471.224 ～647.222 mg·L-1、198.61～260.618 mg·L-1、106.728～157.089 mg·L-1。组合工艺的COD总去除率达到90%左右，其中混凝和电化学氧化单元充分利用了絮凝沉淀和强氧化能力处理掉了70%及以上的COD，降低了后续深度处理单元的负荷。该组合具有较强的抗冲击负荷能力，当组合进水COD具有较强的变化时，出水COD仍保持在较低的水平。同时，组合工艺对垃圾渗滤液浓缩液的色度和臭味也有良好的去除效果。当进水NH4+-N的质量浓度为48.439～63.528 mg·L-1时，BAF处理系统出水质量浓度为0.756～1.927 mg·L-1，生物系统进行较强的硝化作用，NH4+-N去除率达到了98%以上。电化学系统在氧化难生物降解的有机物时，使部分含氮有机物生成NH4+-N。好氧BAF池的硝化细菌进行硝化作用进一步去除NH4+-N，发生硝化作用进行脱氮[12]，使得最终出水TN为4.927～7.628 mg·L-1，最终NH4+-N和TN均满足排放要求。

3 结论

采用混凝沉淀-电化学氧化-BAF组合工艺深度处理垃圾渗滤液浓缩液，混凝沉淀通过絮凝降解大分子有机物，电化学氧化系统进一步去除难生物降解物质，再通过后面的BAF生物处理系统能高效降解渗滤液中的NH4+-N及可生物降解有机物，使出水水质达标。运行结果表明，组合工艺对浓缩的COD、NH4+-N及UV254具有良好且稳定的去除效果，对COD、NH4+-N及UV254的去除率达到90.898%、98.526%和91.625%，出水水质满足并优于《水污染物排放限值》（DB44/26—2001）的三级标准和《污水排入城镇下水道水质标准》（CJ 343—2010）的B级标准[13]。