浓缩液处理技术概述

2019-07-21 版权声明 举报文章

浓缩液处理技术概述

摘要:针对严格的出水标准,垃圾渗滤液的典型处理工艺以MBR+NF/RO为主,势必会产生难以处理的浓缩液,本文介绍了浓缩液的产生及其特点,详述浓缩液的各种处理技术,归纳技术特点、工程应用可操作性、待解决的问题等,并进行技术总结。

关键词:浓缩液、回灌、蒸发、高级氧化、膜蒸馏

中图分类号:C35文献标识码: A

随着经济发展和社会进步,我国的垃圾产生量也在逐年增加,垃圾处理的方式主要有垃圾焚烧、卫生填埋、堆肥[1]。其中,卫生填埋以其运行费用低、管理相对简便、处理量大及适应性强,成为我国垃圾处理采用的主要方式[2]。

渗沥液是指垃圾在填埋和堆放过程中,由于垃圾中有机物的分解产生的水和垃圾中的游离水、降水以及入渗的地下水,通过淋溶作用形成的污水[3]。垃圾填埋场产生的渗滤液是一种含高浓度氨氮和难降解有机物、重金属等成份复杂的废水。

随着人们对垃圾渗滤液处理日益重视,国家标准也越来越严格,2008 年7 月起正式实施的《生活垃圾填埋污染控制标准》(GB16889- 2008)明确了垃圾渗滤液中总氮、氨氮、重金属等污染控制指标,并提高了新建和现有填埋场的渗滤液污染物排放限值等要求[4],对传统的处理技术提出挑战。

目前,国内外处理工艺主要以MBR、RO、NF为代表的膜处理技术为主,采用NF/RO,为了保证为保证膜工艺运行周期及出水水质,膜的回收率通75%~85%,即会产生15%~25%浓缩液。不经处理直接排放的浓缩液很容易造成二次污染,是膜处理技术应用过程中亟待解决的问题。

1.浓缩液的产生及特点

浓缩液主要是膜截留下来的高浓度污染物,反渗透膜可有效截流包括一价盐在内的小分子物质,故反渗透出水可以达到很高的排放标准,但其浓缩液盐分含量很高。纳滤膜具有选择透过性,一价盐(铵盐和硝酸盐、亚硝酸盐)均无法被纳滤膜截流,纳滤出水达标保障性不及反渗透膜,但是其浓缩液中含盐量较低[5]。

浓缩液的主要特点:1)有机物浓度高。根据 NF 或 RO 膜分离的选择透过性原理,水能够顺利通过膜,其他成分部分或完全被截留,有机物含量较高; 2)可生化性差。膜滤浓缩液是垃圾渗滤液经过生物降解后,再通过膜处理得出的残液,主要为不易降生物降解的物质。 3)成分复杂,垃圾渗滤液本身的复杂特性决定其膜滤浓缩液同样具有复杂特性。

2.浓缩液的处理方法

目前,针对浓缩液的处理方法主要有:回灌、膜蒸馏、蒸发、高级氧化。

2.1回灌

所谓回灌就是把垃圾填埋场本身看做生物滤床,浓缩液注入到堆体上端,贯

穿堆体而流出。在这个过程中,垃圾堆体里活跃的微生物发挥生化降解作用,结

合物理作用等实现污染物的降解。对渗滤液回灌处理屡见报道,且见应用于实际。

研究和实际工作都表明,渗滤液的回灌处理能够加速填埋场稳定化进程,促进有

机物降解,缩短产沼时间等。同时降解过程还有减容作用,使得场区内有效库容

增大[6]。

蒋宝军等[7]试验了重庆市某垃圾填埋场经碟管式反渗透处理后浓缩液的回灌影响。试验表明在技术上采用回灌处理浓缩液是可行的,通过回灌能有效去除 COD和 NH3-N,去除率分别为81.6%和70%。水力负荷对浓缩液回灌去除 COD 有较大影响,当水力负荷为32.38mL/(L・d)时,COD去除率为94%,而当水力负荷上升到202.36 mL/(L・d)时,去除率下降到70%。

刘研萍等[6]对浓缩液回灌进行实验的结果表明亦证明回灌是处理浓缩液的有效手段。厌氧填埋条件下,回灌实现了81.6%的COD去除率,82.5%的BOD

5去除率和60%~70%的NH3-N去除率。在最佳水力负荷32.38 mL/(L・d)下,达到了 85%以上的COD去除率。对浓缩液pH进行调节后再回灌的研究发现,pH为9时,COD去除率最高,pH为11时,NH3-N去除率最高。

2.2膜蒸馏

膜蒸馏(Membrane Distillation,MD)的原理结合蒸馏的原理和膜的特性,疏水膜两侧的蒸气压力差作为传质驱动力,推动水蒸气从压力高即温度高的一侧通过疏水性膜到达压力低的一侧而冷凝,实现水相和溶液的分离[8]。

膜蒸馏过程几乎在常压下进行,设备简单,可以处理极高浓度的水溶液。由

于膜蒸馏过程的传质推动力为蒸气压差,因此只需维持膜两侧的温差即可,没有

必要耗费很大能量把溶液加热到沸点,便于就地取材,利用廉价能源推动膜蒸馏

过程发生。生产过程中产生的余热就是很好的廉价热源。

2.3蒸发技术

蒸发是将挥发性组分与非挥发性组分分离的物理过程,通过加热溶液使水沸

腾气化,不断去除气化的水蒸气。浓缩液蒸发处理时,水分从浓缩液中沸腾而出,

污染物残留在浓缩液中[9]。重金属和无机物以及大部分有机物的挥发性都比水弱,

因此会留在浓缩液中,部分挥发性烃、有机酸和氨等污染物与水蒸气最终存在于

冷凝液中。蒸发处理工艺把浓缩液处理到不足原液体积的2%~10%[10]。

浸没燃烧、负压蒸发、机械压缩蒸发是常见的蒸发方式。

浸没燃烧蒸发(Submerged combustion evaporation,SCE)就是把燃烧产生的高温烟气浸没在液体中,烟气以气泡形式在液体中上升,剧烈的混合与搅动实现充分的热量传递[11]。

岳东北等[12]对垃圾渗滤液的反渗透浓缩液采用蒸发法开展了试验研究。结果表明,当浓缩液的pH在酸性范围内时,提高pH使得冷凝液中NH3-N的浓度增大,COD 浓度减小。研究蒸发的不同阶段物质逸出情况时发现,蒸发初期以有机物挥发为主,蒸发后期则以NH3-N挥发为主。

采用这个工艺处理某卫生填埋场的垃圾渗滤液的RO浓缩液,利用填埋气(LandfillGas,LFG)作为燃料,岳东北等[13]发现经过两级SCE处理,进水COD 从12000 mg/L降低到出水的低于230 mg/L,TDS也有大幅的下降。系统对RO浓缩液的浓缩倍数最高可达10倍。这种方法充分利用了填埋场内的 LFG,消除环境污染同时提高能源利用率。然而这种方法对 NH3-N 没有去除效果。

膜滤浓缩液中的氯离子浓度很高,蒸发过程中温度大于70℃时,氯离子即会对金属材料产生强烈的腐蚀作用。为了解决常压高温蒸发所引起的设备腐蚀问题,采用负压蒸发的方法来处理含高浓度氯离子的废水。负压蒸发利用水在负压条件下沸点降低的规律,既避免氯离子对金属的腐蚀(< 70℃),又保证了蒸发速率。

机械蒸发(Mechanical Vaporize Compression,MVC)是通过机械方式压缩蒸汽使其温度升高,蒸汽升高之后用作热源加热蒸发浓缩液。浓缩液受热后一部分液体气化形成蒸汽。形成的蒸汽受到机械压缩后充当新的热源。原先的热源由于热量散失导致温度降低,逐渐形成蒸馏水。形成蒸馏水的冷凝过程热量传递给新一批的浓缩液水样。这个循环过程充分实现能量利用,降低了系统能耗。但是,此技术需要注意的地方在于 Ca2+和Mg2+在蒸发过程中存在结垢倾向,应采取缓垢和除垢的措施。设备接触部分还要充分考虑设备选材问题防止设备腐蚀。

2.4高级氧化工艺

高级氧化工艺(Advanced Oxidation Processes,AOPs)由 Glaze 等人提出,以产生羟基自由基(・OH)产生与否进行判断。高级氧化工艺中一般都含有氧化剂,部分含有催化剂,或光、热、辐射等其它条件作为辅助强化产生・OH 的能力。・OH

具有强氧化能力,且与有机物反应时无选择性。・OH与有机物发生反应后,大分子物质转化为小分子物质,复杂物质转化为简单物质,有毒物质转化为低毒物质。但是,高级氧化技术也存在氧化不彻底的缺点,需要进一步的絮凝沉淀,使得实际工程运行费用增加。

王东梅等[14]用Fenton氧化-絮凝-吸附法处理垃圾渗滤液浓缩液,实验结果表明:Fenton氧化-絮凝-吸附法对垃圾渗滤液反渗透浓缩液有较好的处理效果,对TOC的去除率为95.9%,UV254的去除率为97.1%,色度的去除率为99.6%。

徐K士等[15]采用UV-Fenton工艺对垃圾渗滤液的纳滤浓缩液进行处理,结果表明,UV-Fenton工艺能有效去除浓缩液中的有机污染物。TOC去除率随着H2O2和FeSO4・7H2O投加量的增加而升高,该工艺对pH具有缓冲性,在初始pH为2.0-6.0时,TOC去除率受pH的影响较小;随着初始温度从20℃升至60℃,TOC去除率小幅下降。

3.结论

对比膜滤浓缩液主要的四种处理方法,回灌存在地下水污染的潜在风险。导流措施不到位时,垃圾堆体内可能形成短流,导致堆体内含水率增加。此外高盐度的浓缩液加剧了盐积累问题。盐积累使得渗滤液电导率升高,膜产水率下降,甚至出现由电导率增高而导致膜过滤失效的问题。这些是采用回灌方式处理需要考虑的问题,目前多地已明确规定浓缩液禁止回灌。

膜蒸馏法则存在膜法处理中的共同问题,例如温度极化和浓度极化造成传质推动力下降和膜污染等。并且目前膜蒸馏处理垃圾渗滤液膜滤浓缩液的研究尚未见报道。

蒸发工艺在实际运行过程中都会碰到设备结垢及腐蚀问题,并且纯物理过程无法完全保证出水达标,需要联合其他工艺。目前,蒸发工艺在渗滤液的处理领域已有成功应用。浓缩液中离子含量高,设备结垢问题在所难免,如果妥善解决这一问题,蒸发处理工艺不失为一种经济可行的方法。

高级氧化技术在化学氧化过程中多数有机物被分解成二氧化碳,高价态的盐和重金属得到了完全固定,解决了整个系统盐平衡的问题,系统水回收率高,抗负荷冲击能力强。但工艺链长,处理技术比较复杂,间接增加了运行管理上的难度,并且需要加入具有很强氧化性的氧化剂及絮凝剂、混凝剂,产生的污泥造成二次污染。高级氧化技术在很大程度上提高浓缩液的可生化性,可与生化处理联合,降低运行费用,达到标准排放。

参考文献

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[2] 李波,蔡宽,吴伟祥等.厌氧-两级SBR-混凝沉淀工艺在城镇小型垃圾填埋场渗滤液处理中的应用[J].水处理技术,2010,3(12):127-130.

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[11]周俊.垃圾渗滤液膜滤浓缩液的处理技术探讨[J].河南化工, 2010, (4): 55~56

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[13]岳东北,许玉东,何亮等.浸没燃烧蒸发工艺处理浓缩渗滤液[J].中国给水排水, 2005, (7): 71~73

[14]王东梅,刘丹,龚正君等. Fenton氧化-絮凝-吸附法处理垃圾渗滤液反渗透浓缩液[J]. 科学技术与工程,2013,13(18):5423-5426

[15]徐K士,汪诚文等. UV-Fenton工艺对垃圾渗滤液纳滤浓缩液的处理效果及影响因素研究,2013,3(1):65-70

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