垃圾滲濾液膜過(guò)濾濃縮液處理方法

1、-垃圾滲濾液膜過(guò)濾濃縮液處理方法近年來(lái)，隨著我國(guó)城市化程度的加快和居民生活消費(fèi)水平的提高，我國(guó)城市生活垃圾的產(chǎn)生量以每年9%10%左右的速度增長(zhǎng)1。垃圾填埋是現(xiàn)階段我國(guó)垃圾處理的主要方式，然而采用填埋處置垃圾會(huì)產(chǎn)生大量污染性極強(qiáng)的垃圾滲濾液。目前我國(guó)城市生活垃圾填埋處理設(shè)施中產(chǎn)生滲濾液大約6.4萬(wàn)t/d2。垃圾滲濾液是一種成分復(fù)雜的高濃度有機(jī)廢水，如不妥善處理會(huì)對(duì)水體、土壤和大氣造成嚴(yán)重污染。目前垃圾滲濾液的常見(jiàn)處理方式主要有合并處理法、回灌法、生物處理法、物化處理法。物化處理技術(shù)主要包括吸附法、吹脫法、混凝沉淀法、化學(xué)沉淀法、高級(jí)氧化技術(shù)以及膜別離技術(shù)等3, 4。膜別離技術(shù)是利用隔膜使溶劑同

2、溶質(zhì)和微粒別離的一種水處理方法。近年來(lái)，利用新型的膜別離技術(shù)處理垃圾滲濾液已在歐美等興旺國(guó)家和地區(qū)得到廣泛應(yīng)用。目前常用的膜別離技術(shù)主要包括微濾(MF)、超濾(UF)、納濾(NF)、反滲透(RO)等，反滲透是以高于溶劑滲透壓的外界壓力作為跨膜推動(dòng)力，利用膜的選擇透過(guò)性截留離子物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)溶液中混合物別離的技術(shù)。納濾也是一種壓力驅(qū)動(dòng)型膜別離技術(shù)5。反滲透和納濾在運(yùn)行過(guò)程中都會(huì)不斷產(chǎn)生濃縮液，膜過(guò)濾濃縮液呈棕黑色，其體積約占垃圾滲濾液水量的13%30%，并具有以下特征6, 7, 8, 9：(1)有機(jī)污染物濃度特別高，成分復(fù)雜;(2)無(wú)機(jī)鹽組分含量高，可生化性差;(3)水質(zhì)水量隨時(shí)間變化較大;(4)重

3、金屬含量高。這些含有大量污染物的膜過(guò)濾濃縮液對(duì)地表水、地下水、土壤環(huán)境等都存在嚴(yán)重威脅，不能直接排放到環(huán)境中，對(duì)其合理的處理處置也是應(yīng)用反滲透、納濾技術(shù)的垃圾滲濾液處理工程中必須解決的一個(gè)難題。1 膜過(guò)濾濃縮液的處理處置方式目前垃圾滲濾液膜過(guò)濾濃縮液的處理處置方式可分為三種類型：一是轉(zhuǎn)移處置，包括外運(yùn)和回灌;二是進(jìn)一步減量，包括納濾、高壓反滲透、蒸發(fā)、膜蒸餾等;三是無(wú)害化處理，包括混凝沉淀、電絮凝、高級(jí)氧化等技術(shù)和枯燥、燃燒、固化/穩(wěn)定化等手段。1.1 外運(yùn)當(dāng)填埋場(chǎng)附近有能進(jìn)展危險(xiǎn)廢液處置的燃燒廠時(shí)，可以將膜濃縮液輸送至燃燒廠燃燒處理10，這無(wú)疑是最便利的處置手段。但當(dāng)距離較遠(yuǎn)時(shí)，輸送本錢(qián)會(huì)大

4、大增加，這種方法將不具有經(jīng)濟(jì)性。1.2 回灌回灌是滲濾液膜過(guò)濾濃縮液最普遍的處置方式，它是在滲濾液回灌的根底上開(kāi)展而來(lái)的，原理與滲濾液回灌一樣。將垃圾滲濾液膜過(guò)濾濃縮液回灌的方法是把填埋場(chǎng)作為一個(gè)以垃圾為填料的巨大生物濾床，通過(guò)生物降解、吸附、過(guò)濾等多重作用實(shí)現(xiàn)污染物的穩(wěn)定化或降解。在德國(guó)，從1986年開(kāi)場(chǎng)，濃縮液回灌就作為反滲透法處理垃圾滲濾液的一個(gè)有機(jī)組成局部而被廣泛采用11。目前我用納濾/反滲透技術(shù)的垃圾填埋場(chǎng)也大多都采用回灌法處置濃縮液?；毓嘁泊嬖谝恍﹩?wèn)題和風(fēng)險(xiǎn)。A. H. Robinson12報(bào)道了1998年德國(guó)Wischhafen填埋場(chǎng)的無(wú)生化預(yù)處理的滲濾液RO處理系統(tǒng)的濃縮液回灌

5、處置的影響，監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，對(duì)濃縮液進(jìn)展回灌后，滲濾液COD、NH3-N都有所升高，電導(dǎo)率則在幾個(gè)月發(fā)生急劇攀升，這直接影響了反滲透系統(tǒng)的處理效率。1.3 納濾和高壓反滲透技術(shù)納濾別離技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)二價(jià)和高價(jià)離子的選擇性去除，可用于反滲透濃水的減量。黎等5報(bào)道了市垃圾填埋場(chǎng)滲濾液處理中納濾的應(yīng)用。該處理工程采用兩級(jí)A/O式外置MBR+RO/NF工藝處理垃圾滲濾液，減少了濃縮液的處置(目前為回灌)規(guī)模;出水主要含NaCl，在沒(méi)有相關(guān)排放限值的情況下，可以直接排入水體。但是，報(bào)道未提及出水中是否含NO3-，其奉獻(xiàn)的總氮很可能使出水無(wú)法滿足最新排放標(biāo)準(zhǔn)。此外，納濾還可以與高壓反滲透(HPRO)聯(lián)合進(jìn)展?jié)馑?/p>

6、的進(jìn)一步減量。高壓反滲透工藝通常是指進(jìn)料端操作壓強(qiáng)大于10 MPa的反滲透工藝13。為提高回收率而開(kāi)展起來(lái)的基于碟管式反滲透(DTRO)的高壓反滲透工藝可以在1020 MPa下運(yùn)行，可使反滲透處理垃圾滲濾液的回收率從80%提高到90%以上，處理后的濃縮液可以省去蒸發(fā)濃縮步驟，直接進(jìn)展干化或燃燒10。在HPRO處理過(guò)程中，常與納濾工藝聯(lián)合。在25 MPa 操作壓強(qiáng)的條件下，NF將RO的濃縮液別離成兩局部，一局部是主要含二價(jià)無(wú)機(jī)物(如CaSO4)和有機(jī)物的截留液，另一局部是主要含有氯化物的出水，進(jìn)而再由HPRO處理，這樣可大大降低膜結(jié)垢現(xiàn)象的發(fā)生14。該組合工藝被稱為RO-NF/晶化-HPRO組合

7、膜工藝，除特殊設(shè)計(jì)的HPRO膜之外，其關(guān)鍵還在于把NF和晶化單元組裝成一個(gè)循環(huán)系統(tǒng)，因此，納濾才能在高濃度有機(jī)物和CaSO4 超飽和的狀態(tài)下連續(xù)運(yùn)行13, 14。HPRO工藝可實(shí)現(xiàn)較高的水回收率，自上世紀(jì)90年代起，德國(guó)已有一些采用該法處理垃圾滲濾液的研究和應(yīng)用。但目前在我國(guó)對(duì)該方法的研究和報(bào)道還較少。1.4 蒸發(fā)蒸發(fā)是指在一定的溫度和壓強(qiáng)下，把混合溶液中的相對(duì)易揮發(fā)的組分別離出去的過(guò)程。蒸發(fā)處理工藝可以將待處理溶液體積濃縮到缺乏原液體積的2%10%15。目前應(yīng)用較多的有浸沒(méi)蒸發(fā)法、負(fù)壓蒸發(fā)法和機(jī)械壓縮蒸發(fā)法等16。浸沒(méi)蒸發(fā)法是利用填埋氣燃燒產(chǎn)生的高溫氣體與生活垃圾填埋廠滲濾液直接接觸，使?jié)B濾

8、液的水分得以迅速蒸發(fā)，屬于常壓蒸發(fā)工藝8。岳東北等17報(bào)道了*填埋場(chǎng)采用兩級(jí)浸沒(méi)燃燒蒸發(fā)工藝處理滲濾液反滲透濃水的工程實(shí)例，出水水質(zhì)指標(biāo)均到達(dá)了?生活垃圾填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)?(GB 168892021)中的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。但是由于垃圾滲濾液膜過(guò)濾濃縮液常都含有濃度很高的氯離子，而氯離子在70 以上的溫度下會(huì)對(duì)金屬材料產(chǎn)生非常強(qiáng)的腐蝕作用，這使得設(shè)備腐蝕成為高溫蒸發(fā)處理垃圾滲濾液或濃縮液的最主要的限制因素18。為了解決常壓高溫蒸發(fā)所引起的設(shè)備腐蝕問(wèn)題，20世紀(jì) 90 年代起，一些歐洲國(guó)家如荷蘭、法國(guó)等開(kāi)場(chǎng)研究負(fù)壓蒸發(fā)法。負(fù)壓蒸發(fā)充分利用了水在負(fù)壓條件下沸點(diǎn)降低的特性。采用負(fù)壓蒸餾可以有效防止氯離子對(duì)金屬

9、設(shè)備的腐蝕，目前國(guó)尚未有采用該法處理滲濾液膜過(guò)濾濃縮液的報(bào)道。機(jī)械壓縮蒸發(fā)工藝是指通過(guò)機(jī)械方式對(duì)蒸汽進(jìn)展壓縮，進(jìn)而提高蒸汽溫度的技術(shù)，該工藝充分實(shí)現(xiàn)了能量利用，屬于低能耗的蒸發(fā)工藝。*地垃圾滲濾RO 濃縮液通過(guò)機(jī)械壓縮蒸餾發(fā)后，水質(zhì)明顯改善，最終到達(dá)排放標(biāo)準(zhǔn)19。在實(shí)際生產(chǎn)作業(yè)工程中，低能耗蒸發(fā)工藝產(chǎn)生的酸腐蝕和鹽對(duì)設(shè)備的腐蝕情況相當(dāng)嚴(yán)重，蒸發(fā)裝置的主材必須是昂貴的耐腐蝕材料，這造成了設(shè)備造價(jià)昂貴以及后期不菲的維護(hù)費(fèi)用7，提高了運(yùn)行本錢(qián)。1.5 膜蒸餾膜蒸餾是一種以疏水性微孔膜兩側(cè)蒸汽壓差為驅(qū)動(dòng)力，使熱側(cè)蒸汽分子穿過(guò)膜孔后在冷側(cè)冷凝富集，從而實(shí)現(xiàn)溶液別離、濃縮或提純等目的的膜別離過(guò)程20, 2

10、1。膜蒸餾技術(shù)是膜處理技術(shù)與蒸餾技術(shù)過(guò)程的結(jié)合，具有許多優(yōu)點(diǎn)22, 23：可在常壓下進(jìn)展，設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便;操作溫度低于傳統(tǒng)蒸餾工藝;設(shè)備體積小而靈活等。目前膜蒸餾技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于海水、苦咸水淡化、高含鹽廢水處理等多個(gè)領(lǐng)域21。膜蒸餾法也被認(rèn)為是一種對(duì)反滲透濃縮液進(jìn)一步回收減量的有效方式24。玖明等25采用膜蒸餾法進(jìn)展了垃圾滲濾液反滲透濃水處理的實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)驗(yàn)產(chǎn)水水質(zhì)符合?生活垃圾填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)?(GB 168892021)規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。膜蒸餾法目前正處于一個(gè)迅速開(kāi)展成熟的階段，但作為一種尚處于應(yīng)用初期的新技術(shù)，膜蒸餾法處理垃圾滲濾液膜過(guò)濾濃縮液的大規(guī)模應(yīng)用仍需要學(xué)者進(jìn)一步的研究。1.

11、6 混凝沉淀與電絮凝混凝沉淀法是水和污水處理中的常用技術(shù)，它通過(guò)電性中和、壓縮雙電層、吸附架橋和網(wǎng)捕等作用去除污水中呈膠體和微小懸浮狀態(tài)的有機(jī)和無(wú)機(jī)污染物。躍春等26 采用混凝沉淀法對(duì)*垃圾填埋場(chǎng)滲濾液膜過(guò)濾濃縮液進(jìn)展了處理，測(cè)試了混凝劑種類、投加量和助凝劑配比對(duì)處理效果的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明，F(xiàn)eSO4和PAM聯(lián)用時(shí)的處理效果最好;在最正確反響條件下廢水的COD去除率可達(dá)74%，UV254去除率到達(dá)52%。電絮凝工藝是利用電化學(xué)方法，在產(chǎn)生絮凝劑的同時(shí)在陽(yáng)極上析出O2微氣泡，陰極上產(chǎn)生H2微氣泡，并通過(guò)絮凝作用、氣浮作用和電解氧化復(fù)原作用共同實(shí)現(xiàn)污染物的有效去除27。與傳統(tǒng)的混凝沉淀工藝相比，

12、電絮凝法具有效率高、泥量小并易于固液別離等優(yōu)勢(shì)，已逐漸成為研究的熱點(diǎn)28。國(guó)外已有許多學(xué)者將電絮凝法應(yīng)用于垃圾滲濾液預(yù)處理或深度處理29, 30，在此根底上也有了將其應(yīng)用于滲濾液膜過(guò)濾濃縮液處理的嘗試。S. TOP等31以鋁電極做陽(yáng)極，采用電絮凝法處理土耳其*垃圾填埋場(chǎng)滲濾液納濾膜濃縮液，最終的處理結(jié)果顯示，COD、色度、總磷的去除率都隨電流密度和反響時(shí)間的增大而不同程度地增加。由此可見(jiàn)，混凝沉淀法和電絮凝法對(duì)膜過(guò)濾濃縮液都有一定凈化效果，但凈化效果不夠徹底?；炷恋矸ê碗娦跄梢宰鳛橐环N垃圾滲濾液膜過(guò)濾濃縮液的預(yù)處理工藝，與其他工藝聯(lián)合共同實(shí)現(xiàn)對(duì)垃圾滲濾液膜過(guò)濾濃縮液的妥善處置。1.7 高

13、級(jí)氧化技術(shù)高級(jí)氧化技術(shù)是一種通過(guò)化學(xué)氧化劑以及光、聲、電、磁等物理化學(xué)過(guò)程產(chǎn)生大量活性極強(qiáng)、具有極強(qiáng)氧化性的OH等自由基降解水中有機(jī)物的方法。根據(jù)氧化劑和催化劑的選取不同，高級(jí)氧化技術(shù)大體可分為以下幾種32：(1)Fenton法和類Fenton法;(2)光化學(xué)氧化法和光催化氧化法;(3)臭氧氧化法;(4)濕式氧化法和濕式催化氧化法;(5)電化學(xué)氧化法;(6)超臨界水氧化法及超臨界水催化氧化法。高級(jí)氧化技術(shù)適用于處理高濃度難生化降解的廢水，在垃圾滲濾液膜過(guò)濾濃縮液的處理中受到關(guān)注和應(yīng)用。王凱等33采用Fenton-絮凝聯(lián)合工藝處理*垃圾填埋場(chǎng)滲濾液納濾膜濃縮液，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，處理水COD、BOD

14、、色度去除率分別高達(dá)82.4%、63.7%、87.5%。電-Fenton法是一種Fenton法的變形形式，其原理是通過(guò)電解的方式，使通入的O2先在陰極通過(guò)復(fù)原反響生成H2O2，再與溶液中的Fe2+發(fā)生Fenton反響34。Yujue Wang等35采用電-Fenton法對(duì)*垃圾填埋場(chǎng)滲濾液膜過(guò)濾濃縮液進(jìn)展處理，在最正確實(shí)驗(yàn)條件下，反響6 h，TOC和TN去除率分別到達(dá)82%、51%。可等36, 37采用臭氧氧化法以及H2O2/O3體系分別進(jìn)展了滲濾液反滲透濃縮液處理的研究，COD、色度、腐殖酸去除率分別到達(dá)67.6%、98%、86.1%，BOD5/COD從0.008提升到0.26，可生化性明顯

15、提升。 Zhao*in Li等38采用電-過(guò)臭氧化(H2O2/O3)過(guò)程處理滲濾液反滲透濃水，并與傳統(tǒng)的臭氧氧化法、過(guò)臭氧化法以及電Fenton法作了比較。實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明，在優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)條件下，6 h TOC去除率可達(dá)92%，效果優(yōu)于其他三種方法。高級(jí)氧化法可以對(duì)滲濾液膜過(guò)濾濃縮液中的有機(jī)物實(shí)現(xiàn)較為高效的去除，但一般單一的高級(jí)氧化法也無(wú)法穩(wěn)定地將垃圾滲濾液膜過(guò)濾濃縮液處理到達(dá)標(biāo)排放圍。研究開(kāi)發(fā)更加便捷高效、低本錢(qián)的高級(jí)氧化方法是高級(jí)氧化法處理垃圾滲濾液膜過(guò)濾濃縮液進(jìn)一步研究的重點(diǎn)。1.8 燃燒燃燒法作為一種重要的減量化、無(wú)害化手段在處理高濃度有機(jī)廢液、放射性廢液等危險(xiǎn)廢液方面已有了較為廣泛的應(yīng)用，

16、同樣可以作為處置滲濾液膜過(guò)濾濃縮液的有效手段。最常用的廢液燃燒爐形式有：液體噴射型燃燒爐、流化床燃燒爐、回轉(zhuǎn)窯燃燒爐三類39。燃燒法具有占地少、處理速度快、污染物破除徹底、可回收鹽類和能量等優(yōu)點(diǎn);但燃燒法的初期投資較大、燃燒過(guò)程控制復(fù)雜、操作水平要求高，這些都限制了燃燒法在國(guó)的推廣速度40。此外，燃燒過(guò)程中存在有害物質(zhì)的排放、結(jié)焦結(jié)渣以及爐體腐蝕等亟待解決的問(wèn)題41。由于燃燒法投資大、本錢(qián)高，單獨(dú)為濃縮液處置建立燃燒設(shè)施的可能性不大，但當(dāng)垃圾填埋場(chǎng)附近有配套液體燃燒設(shè)施的垃圾燃燒廠時(shí)，濃縮液通常可進(jìn)展燃燒處置。1.9 固化/穩(wěn)定化技術(shù)固化/穩(wěn)定化技術(shù)處理廢液是利用一定的化學(xué)添加劑(固化劑)使其

17、失穩(wěn)脫水最終成為不可逆的常態(tài)固體42。目前固化/穩(wěn)定化技術(shù)已成為危險(xiǎn)廢棄物的重要處置手段43，同時(shí)也在放射性廢液、含重金屬?gòu)U液等危險(xiǎn)廢液的處置中有較多的研究和應(yīng)用44, 45。S. Y. Hunce等46采用該法進(jìn)展了垃圾滲濾液反滲透濃縮液的處理研究，結(jié)果顯示，水泥與不同集料的組合均取得了良好的處理效果，浸出液中TOC、氨氮、重金屬均得到有效去除，浸出液水質(zhì)到達(dá)歐盟相關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)。固化產(chǎn)物(混凝土類似物)在未來(lái)有可能作為一種建材產(chǎn)品，具體性能還有待進(jìn)一步研究，相關(guān)行業(yè)規(guī)也需要盡快建立。2 結(jié)論近年來(lái)，隨著垃圾滲濾液產(chǎn)生量的增長(zhǎng)，垃圾滲濾液膜過(guò)濾濃縮液的處理成為威脅環(huán)境平安的重要問(wèn)題。雖然處理垃圾

18、滲濾液膜過(guò)濾濃縮液的方法有很多，但是目前我國(guó)垃圾滲濾液膜過(guò)濾濃縮液的處置手段仍主要以回灌為主，長(zhǎng)期的回灌可能會(huì)導(dǎo)致滲濾液出水含鹽量升高，影響處理工藝的穩(wěn)定性，還可能會(huì)對(duì)垃圾填埋體生物系統(tǒng)造成不利影響;此外，大量流體的回灌會(huì)提高垃圾堆體水位，影響垃圾堆體的穩(wěn)定性，帶來(lái)平安隱患。燃燒處理可以實(shí)現(xiàn)廢水的直接固化，但一般僅限毗鄰含液體燃燒設(shè)施的垃圾燃燒廠的情形，當(dāng)需要長(zhǎng)距離外運(yùn)時(shí)會(huì)增加運(yùn)營(yíng)本錢(qián);由于燃燒法投資大、本錢(qián)高，單獨(dú)為濃縮液處置建立燃燒設(shè)施的可能性不大。納濾和高壓反滲透工藝可實(shí)現(xiàn)垃圾滲濾液膜過(guò)濾濃縮液的進(jìn)一步減量，但反響條件要求較高;蒸發(fā)工藝處理垃圾滲濾液膜過(guò)濾濃縮液存在著能耗高、設(shè)備腐蝕嚴(yán)重的問(wèn)題;混凝沉淀法和電絮凝法、高級(jí)氧化工藝對(duì)膜過(guò)濾濃縮液都有一定凈化效果，但其單獨(dú)處理的效果很難到達(dá)排放標(biāo)準(zhǔn)，它們可以作為一種垃圾滲濾液膜過(guò)濾濃