反滲透在垃圾滲濾液處理工程中的應用
導讀:：反滲透分離技術能有效截留垃圾滲濾液中溶解態(tài)的有機和無機污染物, 在國內外已廣泛用于滲濾液的處理工程中.湖南某垃圾場滲濾液處理工程利用反滲透進行處理，日處理量200T/D，工程運行實踐表明，該工藝處理效果好、運行穩(wěn)定，出水各項指標均可達到《生活垃圾填埋場污染控制標準》(GB 16889-2008)表2的排放濃度限值。
關鍵詞：垃圾滲濾液，反滲透
近年來隨著城市生活垃圾填埋場的不斷建設，垃圾滲濾液的處理問題也日益凸顯出來，垃圾滲濾液對垃圾場周圍的水體環(huán)境造成嚴重的污染，如何處理垃圾滲濾液成了一個需要迫切關心的問題。為了更好地控制垃圾滲濾液產生的影響，國家環(huán)保部于2008年4月頒布了《生活垃圾填埋場污染控制標準》(GB16899-2008)，為滿足新標準的要求[1]，本文推薦采用反滲透處理的工藝進行垃圾滲濾液的處理。
垃圾在堆放、填埋處理過程中,由于厭氧發(fā)酵、有機物分解、雨水沖淋及地下水的浸泡等原因,會產生多種代謝產物和水分,形成滲濾液,破壞周圍土壤的生態(tài)平衡,降低土壤活力,造成土壤或水源污染。垃圾滲濾液主要來自3個方面:①填埋場內的自然降雨和徑流; ②垃圾自身的含水; ③在垃圾衛(wèi)生填埋后由于微生物的厭氧分解而產生的水 。垃圾滲濾液具有不同于一般城市污水的特點:BOD5 和COD 濃度高、金屬含量較高、水質水量變化大、氨氮含量較高、微生物營養(yǎng)元素比例失調等。滲濾液基本水質特征見表1
表1 垃圾滲濾液基本水質特征
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項目 |
垃圾填埋場滲濾液 |
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顏色 |
黃、黑灰色 |
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嗅 |
惡臭 |
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總殘渣 |
2356-35703 |
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COD |
189-54412 |
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BOD |
116-19000 |
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pH |
3.5-8.5 |
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NH3-N |
600-7400 |
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NO2-N |
0.59-19.26 |
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TP |
0.86-71.9 |
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Fe |
6.92-66.8 |
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Cu |
0.1-1.43 |
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Pb |
0.069-1.53 |
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Cd |
0-0.13 |
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Cr |
189-3263 |
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Zn |
0.2-3.48 |
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Ca |
200-300 |
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Hg |
0-0.032 |
注：收集北京、寧波、杭州、蘇州、成都、梧州、深圳等地垃圾填埋及垃圾焚燒產生的滲濾液數(shù)據(jù)總結，除顏色、嗅、pH值外，其他單位都為mg/L
目前國內對垃圾滲濾液的處理一般是采用回灌法、物化法和生化法。循環(huán)回灌是一種非徹底的處理方法,而且處理能力有限,操作環(huán)境差,不適于年降水量大的南方,回灌后的滲濾液仍需要采用好氧生化及物化等后續(xù)處理才能向環(huán)境排放。物化法處理成本一般較高,不適于大水量垃圾滲濾液的處理。生物處理法包括厭氧生物處理、好氧生物處理和兩者相結合的方法,但實際運行中,生物菌常無法適應垃圾滲濾液水量、水質和COD劇烈的變化,經(jīng)常發(fā)生生物菌被抑制甚至死亡的現(xiàn)象。當菌種一旦被破壞,重新恢復將需要時間,在實踐中無法達到處理的目的。并且由于處理要求相應提高,生物處理無法達到處理要求。隨著膜技術的發(fā)展與推廣,反滲透已經(jīng)成為處理垃圾滲濾液的主要方法,這是由于反滲透具有高效的截留污水中溶解態(tài)的無機和有機污染物的特性。各國的研究者相繼把目光轉向了反滲透技術,對用反滲透技術處理滲濾液的可行性進行了一系列的驗證[2]。
1 反滲透分離技術
早在1977年，Chian[3]就提出將反滲透運用到垃圾滲濾液處理中，以降低凈化出水的COD,Glbert等[4]采用反滲透裝置處理垃圾滲濾液，對COD和NH3-N的去除率分別達到97 %和99.6 %.Hurt[5]等采用低壓聚酰胺反滲透膜處理TrailRoad垃圾填埋場滲濾液，在操作壓力大于1.03MPa時，膜通量為26-54l/m2.h,對TOC和NH3-N的去除率分別大于96 %和88 %，Angeloy[6]等用SW30-2521型卷式膜(陶氏公司)對意大利Pietramelina垃圾填埋場的滲濾液進行中試，采用MF與處理去除懸浮物質，用HCL調節(jié)pH為6，控制溫度28℃，試驗表明，當操作壓力從2.0MPa增至5.3MPa時，COD的去除率從96 %上升到98 %.此外COD對金屬去除率的影響和金屬離子的屬性有關，通過對Zn、Cu、Cd的過濾試驗發(fā)現(xiàn)，滲濾液經(jīng)反滲透膜處理后可有效去除污染物，從而得到凈化，出水回收約為80%，可直接排放，對環(huán)境無任何污染。
國內近年來對反滲透處理垃圾滲濾液技術有所進展，我國湖南大學的袁維芳[7]比較了8種型號的反滲透膜對廣州大田垃圾填埋場滲濾液的處理效果，試驗證明，醋酸纖維素膜為最佳膜材料，該膜在保證產水達到國家一級標準(COD<80mg/l, NH3-N<10mg/l, pH=6.9)的條件下，膜通量最大，在操作壓力為3.5MPa，膜通量為32-42l/m2.h，COD、NH3-N電導率，色度的去除率分別為96%以上，80%-95%、90%-95%、100%，出水水質達到GB16889-1997生活垃圾填埋場污染控制標準中一級排放限值的要求(也能達到新的《生活垃圾填埋場污染控制標準》GB16889-2008的排放標準，廣州市興豐生活垃圾填埋場結合水質特點，采用UASB、SBR、連續(xù)微濾(CMF)和反滲透(RO)組合處理滲濾液并回收利用。采用的卷式反滲透膜組件能有效去除有機和無機污染物，出水水質符合《生活雜用水水質標準》(CJ/T48-1999).斷面自鎖連接卷式反滲透膜組件在嚴重污染的進水水質條件下性能穩(wěn)定，具有很好的清洗恢復能力。
圖1 反滲透分離機理
2 反滲透膜分離技術在工程中運用
(1)湖南某市垃圾衛(wèi)生填埋場，日處理垃圾500噸，日處理垃圾滲濾液200噸，垃圾滲濾液采用UBF+SBR+MBR+RO的工藝，出水要求達到《生活垃圾填埋場污染控制標準》GB16889-2008表2標準。GB16889-2008標準一般地區(qū)出水要求見表2.
表2 GB16889-2008標準一般地區(qū)出水要求
|
序號 |
控制污染物 |
進水 |
出水 |
污染物排放監(jiān)控位置 |
|
1 |
色度（稀釋倍數(shù)） |
1200 |
40 |
常規(guī)污水處理設施排放口 |
|
2 |
化學需氧量（CODCr）（mg/L） |
6000 |
100 |
常規(guī)污水處理設施排放口 |
|
3 |
生化需氧量（BOD5）（mg/L） |
3000 |
30 |
常規(guī)污水處理設施排放口 |
|
4 |
懸浮物（mg/L） |
2000 |
30 |
常規(guī)污水處理設施排放口 |
|
5 |
總氮（mg/L） |
1500 |
40 |
常規(guī)污水處理設施排放口 |
|
6 |
氨氮（mg/L） |
500 |
25 |
常規(guī)污水處理設施排放口 |
|
7 |
總磷（mg/L） |
15 |
3 |
常規(guī)污水處理設施排放口 |
|
8 |
糞大腸菌群數(shù)（個/L） |
240000 |
10000 |
常規(guī)污水處理設施排放口 |
|
9 |
總汞（mg/L） |
0.016 |
0.001 |
常規(guī)污水處理設施排放口 |
|
10 |
總鎘（mg/L） |
0.4 |
0.01 |
常規(guī)污水處理設施排放口 |
|
11 |
總鉻（mg/L） |
0.16 |
0.1 |
常規(guī)污水處理設施排放口 |
|
12 |
六價鉻（mg/L） |
0.02 |
0.05 |
常規(guī)污水處理設施排放口 |
|
13 |
總砷（mg/L） |
0.01 |
0.1 |
常規(guī)污水處理設施排放口 |
|
14 |
總鉛（mg/L） |
0.40 |
0.1 |
常規(guī)污水處理設施排放口 |
(2)主要構筑物、設備及其參數(shù)
設計綜合處理車間一座，按功能分割為膜處理車間、控制室、低壓配電間、藥劑間等。膜處理車間在綜合處理車間內。
土建條件(綜合處理車間)
平面尺寸 20m×18m
車間凈高 5m
主要設備
|
①.反滲透進水泵 |
數(shù)量：1臺 |
|
廠商品牌： |
格蘭富 |
|
型號： |
CRN立式離心泵 |
|
流量： |
16m3/h |
|
揚程： |
8m |
|
材質： |
不銹鋼 |
|
電機： |
功率Pn：2.2kW 2.2kW 電壓/頻率Un/Hz： 380V/50 保護等級IP： 55 |
|
②.反滲透高壓泵 |
數(shù)量：1臺 |
|
廠商品牌： |
格蘭富 |
|
型號： |
CRN立式離心泵 |
|
流量： |
32m3/h |
|
揚程： |
160m |
|
材質： |
不銹鋼 |
|
電機： |
功率Pn：22kW 2.2kW 電壓/頻率Un/Hz： 380V/50 保護等級IP： 55 |
|
③. 保安過濾器 |
數(shù)量：1臺 |
|
廠商品牌： |
HAYWARD |
|
規(guī)格： |
Ф250×1000mm |
|
流量： |
25m3/h |
|
材質： |
不銹鋼 |
|
④. CIP清洗系統(tǒng) |
數(shù)量：1套 |
|
廠商品牌： |
國產 |
|
規(guī)格： |
V=1.0m3 |
|
清洗泵： |
0.55KW |
|
材質： |
PE |
反滲透前設置UBF,SBR,MBR.MBR采用的是德國BERGHOF外置式管式超濾膜，RO采用的是美國DOW卷式反滲透膜。反滲透的工藝參數(shù)見下表3
表3 反滲透的工藝參數(shù)
|
項目 |
主要參數(shù) |
|
反滲透類型 |
卷式膜 |
|
進水流量Qh |
Qh =8.3m3 / hr |
|
清液采率η |
η=70% |
|
設計過濾通量JRO |
JRO = 14 l/ h*m2(產品參數(shù)) |
|
單位膜元件面積Sa,RO |
Sa,RO = 30m2(產品參數(shù)) |
|
膜元件數(shù)nRO |
nRO=12 |
|
系統(tǒng)操作壓力 |
3-5Mpa |
(3)運行結果
滲濾液處理站于2006.5完工并投入試運行，經(jīng)過三個月的調試，運行PH=6.5左右，操作壓力1-1.5MPa,清液流量保持在120L/min,處理出水水質達到《生活垃圾填埋場污染控制標準》GB16889-2008表2極限值標準。對COD、BOD5、NH3-N、SS去除率分別達到98.2%、98.8%、98%、98.5%.調試期間水質情況見表4.
表4 調試期間水質情況
|
項目 |
COD（mg/L） |
BOD5(mg/L） |
NH3-N(mg/L） |
SS( mg/L） |
電導率(μS/cm) |
|
原水 |
4760 |
1840 |
835 |
690 |
14540 |
|
MBR出水 |
265 |
121 |
54 |
50 |
1550 |
|
RO出水 |
84 |
21 |
16 |
10 |
56 |
|
去除率 |
98.2% |
98.8% |
98% |
98.5% |
99.6% |
(4)運行成本分析
本套處理系統(tǒng)滲濾液日處理調節(jié)池滲濾液量200 m/d，清水量150 m/d，年處理滲濾液量73000 m/a，年運行費用163.5萬元，運行單價為22.38y/t。系統(tǒng)的運行成本分析見表5.
|
序號 |
名稱 |
年費用/萬元 |
運行費用/ y/t |
|
1 |
電費 |
81 |
11.09 |
|
2 |
藥劑費 |
25 |
3.42 |
|
3 |
膜更換費 |
35 |
4.79 |
|
4 |
保養(yǎng)維護費 |
10 |
1.37 |
|
5 |
水費 |
0.5 |
0.07 |
|
6 |
人工費 |
12 |
1.64 |
|
7 |
合計 |
163.5 |
22.38 |
以上可以看出，該組合工藝具有出水穩(wěn)定、運行成本低等優(yōu)點。2006年5月進行了運行調試。結果表明，在碳源充足條件下，出水COD<100 mg/L、氨氮<25mg/L，完全排放標準，其他指標也滿足排放標準。
3 結論
采用RO處理填埋場滲濾液，工程運行實踐表明，該工藝具有處理效果好、運行穩(wěn)定等特點出水水質達到《生活垃圾填埋場污染控制標準》(GB16889-2008)中一般地區(qū)滲濾液出水水質要求。符合“建設資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會”的要求，具有一定的推廣價值[8]。
參考文獻：
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[4].GlbertY S C,Chang jie,Tonni A K.Removal of Non-biodegradable Compounds fromStabilized Leachate Using VSEPRO Membrane Filtration[J].Desalination,2007,202(1-3)310-317.
[5].HurdS,Kennedy KJ,Droste RL.Low-pressure Reverse Osmosis Treatment of LandfillLaechate[J].Waste Technology and management,2001,27,(1) 1-14.
[6].AngeloC,Rolando R,Nicola V.Treatment of Landfill Leachate by Reverse Osmosis[J]. WaterResearch,1999.33(3) 647-652.
[7].袁維芳，王國生，湯克敏.反滲透法處理城市垃圾填埋場滲濾液[J].水處理技術，1997，23(6)233-235.
[8]閔海華,杜昱,劉淑玲，李元寧，王琦.MBR/RO工藝處理垃圾滲濾液[J]. 中國給水排水,2010, 26( 4).
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