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垃圾渗滤液膜浓缩液处理技术

       经济的飞速的发展,人们的生活质量不断提高,从而产生了大量的包括生活废弃物、工业固体废弃物和农业固体废弃物等固体废弃物,并且成分复杂,对环境造成了严重的影响。为减少固体废物对生产生活的影响,目前其处理的方法主要有焚烧、堆肥和填埋等,而应用最多又最成熟处理方法是进行垃圾填埋。据统计,其中工业垃圾和生活垃圾的填埋处理量分别占95.00%和98.33%。但垃圾填埋后将产生大量垃圾渗滤液,这些渗滤液水质水量变化大、有机物浓度高、重金属及氨氮含量高,对周边环境及填埋场场底土层污染严重,因此垃圾渗滤液的处理被越来越多的人们所关注。

一、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一6000mg/L之间。纳滤和反渗透工艺产生的浓缩液,COD通常在5000me/L以上,氨氮浓度在100一1000mg/L,电导率为40000~50000us/cm。

二、垃圾渗滤液膜浓缩液处理技术分析

       目前膜浓缩液的处置方式主要可以分为三大类,一是转移处理,即将膜浓缩液进行转移,具体包括外运和回灌处理;二是减量处理,即通过物理、化学等手段减少膜浓缩液绝对含量,处理技术有反渗透、纳滤、蒸发等;三是进行无害化处理,处理技术有电絮凝、沉淀、高级氧化和焚烧等。

       1.外运处理。外运处理是最为简单有效的一种处置方式。一般是将膜浓缩液转运至附近的焚烧厂进行焚烧处置。当填埋场附近没有焚烧厂,需进行远距离运输时,运输成本的增加会导致这种处理方式并不划算,通过外运这种方式处理膜浓缩液有一定的限制性。

       2.回灌处理。回灌处理在膜浓缩液处理中比较普遍,它是将膜浓缩液回灌至垃圾填埋厂,通过垃圾填埋厂生物的新陈代谢作用,吸附、降解和过滤掉其中的有毒有害物质的方式。膜浓缩液回灌对垃圾填埋场有好的一方面,也有坏的一方面。好的一方面是膜浓缩液回灌能为垃圾填埋场带来大量的有机物质和微生物种群,能促进垃圾的降解。

       坏的一方面的是膜浓缩液回灌带来的重金属、高盐物质会抑制生物活性,降低微生物的降解效率,威胁垃圾填埋场的稳定性。膜浓缩液处理效果还和一些处理参数有关。如在研究膜浓缩液的回灌处理效率时发现水力负荷是一个重要影响因素,而有机负荷和回灌次数参数影响小,当水力负荷在30~200mL/(L·d)时,回灌处理对化学需氧量的去除率可达70%~94%。

       3.反渗透处理。反渗透处理主要有两种方式,一种是纳滤分离技术,一种是通过高压进行处理。纳滤处理能够去除二价及以上的高价离子,是一种减量处理方式,常见的纳滤浓缩液处理工艺见图1。高压反渗透是指在压强大于10MPa的高压下进行反渗透处理,基于这一原理研制的碟管式高压反渗透技术可以在10~20 MPa下运行,渗滤液回收率可提高10%左右。在对大港石化的浓缩液进行防渗透处理时,选用的纳滤膜处理技艺,发现美国陶氏公司生产的NF90型纳滤膜在膜截留率、膜通量和膜的稳定性中表现最优。同时当温度在20~25℃,pH为7,压力在0.5MPa时为最佳的处理条件,回收率可以达到60%,此时,出水氨氮值都较低,均为3mg/L,COD均值也只有10mg/L。

       4.蒸发处理。蒸发处理也是一种减量处理方式。蒸发处理是指在一定压强、温度条件下,膜浓缩液中的一部分组分挥发出去的过程。蒸发处理减量效果明显,可以将原膜浓缩液体积减至2~10%。蒸发主要有三种处理方式,分别是:浸没蒸发法、压缩蒸发法、负压蒸发法。浸没蒸发法是利用高温蒸汽将浓缩液中水分蒸出,方法简便,效果明显,但是因为膜浓缩液中通常含有大量的氯离子,而氯离子在高温下对金属设备有很强的腐蚀力,这是使用浸没蒸发法处理膜浓缩液必须考虑的问题。压缩蒸发法通过物理压缩,提高了蒸汽温度,是一种低能耗的蒸发技术。但是其和浸没蒸发法有着同样的缺点,对机器设备腐蚀严重,所以,一般压缩蒸发器材都选用耐腐蚀的昂贵材料,造价昂贵,运行和维护成本高。负压蒸发法是为解决高温条件下的设备腐蚀问题而提出的。负压蒸发法充分利用负压蒸馏来避免氯离子对仪器设备的腐蚀,相关研究还处于初步阶段,技术还不成熟。

       5.膜蒸馏处理。膜蒸馏处理是通过膜两侧形成的蒸汽压差来使蒸汽分子在冷侧聚集,从而达到分离、提纯的过程。膜蒸馏处理结合了蒸馏技术和膜处理技术,操作简便,在海水、高盐废水处理等领域都有应用。膜蒸馏处理也是一种减量处理方式。例如在研究油田高盐废水时发现,当温度增加、废水量增加时,膜通量都增加,而当盐度增加时,膜通量减少,实验中采用的聚丙烯中空纤维膜截留率接近100%,具有很好的疏水性。膜蒸馏处理方式需要消耗热能,因此有廉价的蒸汽热能是其广泛应用的基础,另外膜蒸馏的通量较少,只有当其膜通量达到一定高值时,才有实际工业应用意义。

       6.高级氧化处理。高级氧化处理是指通过氧化剂以及物理化学作用产生的具有极强氧化性的·OH等自由基,利用这些自由基进行污染物降解的方法。根据使用氧化剂、催化剂的不同选择可以分为:Fenton法和类Fenton法;湿式氧化催化法;超临界水氧化催化法;光化学氧化催化法和臭氧氧化法等。例如利用Fenton氧化法和UV-Fenton法对某卫生填埋场纳滤浓缩液进行研究发现,Fenton氧化法和UV-Fenton法都受H2 O2、FeSO4·7H2 O、pH和反应时间的影响,UV-Fenton法相比Fenton氧化法投入药量少,反应时间短,有机物去除率更高。高级氧化法对于一些生化性差的污染物效果特别好,受到广泛的关注。但是,经过高级氧化法处理的膜浓缩液一般难以达到国家规定的排放标准,研究高效低成本的高级氧化法是今后工作的重点。

       7.焚烧处理。焚烧在处理放射性废液、高浓度有机废液方面有广泛的应用,是一种减量化和无害化的处理手段。焚烧对污染物去除彻底、效率高、占地少,但是焚烧处理前期投资比较大、焚烧处理复杂、对操作人员技术要求高。浓缩液会对焚烧设备造成腐蚀,单独为处理垃圾渗滤液建设焚烧厂也不具经济性,可行性差。这些是制约焚烧应用的因素。

       我国近年来也应用高级氧化过程应用领域已扩展到垃圾渗滤液浓缩液中难降解的持久性有机污染物,并取得不错的效果。随着对高级氧化的深入研究,生化+高级氧化+混凝沉淀组合工艺可望在不久的将来在渗滤液浓缩液处理中得到广泛的应用。

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