反渗透在垃圾渗滤液处理工程中的应用
导读:：反渗透分离技术能有效截留垃圾渗滤液中溶解态的有机和无机污染物, 在国内外已广泛用于渗滤液的处理工程中.湖南某垃圾场渗滤液处理工程利用反渗透进行处理，日处理量200T/D，工程运行实践表明，该工艺处理效果好、运行稳定，出水各项指标均可达到《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB 16889-2008)表2的排放浓度限值。
关键词：垃圾渗滤液，反渗透
近年来随着城市生活垃圾填埋场的不断建设，垃圾渗滤液的处理问题也日益凸显出来，垃圾渗滤液对垃圾场周围的水体环境造成严重的污染，如何处理垃圾渗滤液成了一个需要迫切关心的问题。为了更好地控制垃圾渗滤液产生的影响，国家环保部于2008年4月颁布了《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB16899-2008)，为满足新标准的要求[1]，本文推荐采用反渗透处理的工艺进行垃圾渗滤液的处理。
垃圾在堆放、填埋处理过程中,由于厌氧发酵、有机物分解、雨水冲淋及地下水的浸泡等原因,会产生多种代谢产物和水分,形成渗滤液,破坏周围土壤的生态平衡,降低土壤活力,造成土壤或水源污染。垃圾渗滤液主要来自3个方面:①填埋场内的自然降雨和径流; ②垃圾自身的含水; ③在垃圾卫生填埋后由于微生物的厌氧分解而产生的水 。垃圾渗滤液具有不同于一般城市污水的特点:BOD5 和COD 浓度高、金属含量较高、水质水量变化大、氨氮含量较高、微生物营养元素比例失调等。渗滤液基本水质特征见表1
表1 垃圾渗滤液基本水质特征
|
项目 |
垃圾填埋场渗滤液 |
|
颜色 |
黄、黑灰色 |
|
嗅 |
恶臭 |
|
总残渣 |
2356-35703 |
|
COD |
189-54412 |
|
BOD |
116-19000 |
|
pH |
3.5-8.5 |
|
NH3-N |
600-7400 |
|
NO2-N |
0.59-19.26 |
|
TP |
0.86-71.9 |
|
Fe |
6.92-66.8 |
|
Cu |
0.1-1.43 |
|
Pb |
0.069-1.53 |
|
Cd |
0-0.13 |
|
Cr |
189-3263 |
|
Zn |
0.2-3.48 |
|
Ca |
200-300 |
|
Hg |
0-0.032 |
注：收集北京、宁波、杭州、苏州、成都、梧州、深圳等地垃圾填埋及垃圾焚烧产生的渗滤液数据总结，除颜色、嗅、pH值外，其他单位都为mg/L
目前国内对垃圾渗滤液的处理一般是采用回灌法、物化法和生化法。循环回灌是一种非彻底的处理方法,而且处理能力有限,操作环境差,不适于年降水量大的南方,回灌后的渗滤液仍需要采用好氧生化及物化等后续处理才能向环境排放。物化法处理成本一般较高,不适于大水量垃圾渗滤液的处理。生物处理法包括厌氧生物处理、好氧生物处理和两者相结合的方法,但实际运行中,生物菌常无法适应垃圾渗滤液水量、水质和COD剧烈的变化,经常发生生物菌被抑制甚至死亡的现象。当菌种一旦被破坏,重新恢复将需要时间,在实践中无法达到处理的目的。并且由于处理要求相应提高,生物处理无法达到处理要求。随着膜技术的发展与推广,反渗透已经成为处理垃圾渗滤液的主要方法,这是由于反渗透具有高效的截留污水中溶解态的无机和有机污染物的特性。各国的研究者相继把目光转向了反渗透技术,对用反渗透技术处理渗滤液的可行性进行了一系列的验证[2]。
1 反渗透分离技术
早在1977年，Chian[3]就提出将反渗透运用到垃圾渗滤液处理中，以降低净化出水的COD,Glbert等[4]采用反渗透装置处理垃圾渗滤液，对COD和NH3-N的去除率分别达到97 %和99.6 %.Hurt[5]等采用低压聚酰胺反渗透膜处理TrailRoad垃圾填埋场渗滤液，在操作压力大于1.03MPa时，膜通量为26-54l/m2.h,对TOC和NH3-N的去除率分别大于96 %和88 %，Angeloy[6]等用SW30-2521型卷式膜(陶氏公司)对意大利Pietramelina垃圾填埋场的渗滤液进行中试，采用MF与处理去除悬浮物质，用HCL调节pH为6，控制温度28℃，试验表明，当操作压力从2.0MPa增至5.3MPa时，COD的去除率从96 %上升到98 %.此外COD对金属去除率的影响和金属离子的属性有关，通过对Zn、Cu、Cd的过滤试验发现，渗滤液经反渗透膜处理后可有效去除污染物，从而得到净化，出水回收约为80%，可直接排放，对环境无任何污染。
国内近年来对反渗透处理垃圾渗滤液技术有所进展，我国湖南大学的袁维芳[7]比较了8种型号的反渗透膜对广州大田垃圾填埋场渗滤液的处理效果，试验证明，醋酸纤维素膜为最佳膜材料，该膜在保证产水达到国家一级标准(COD<80mg/l, NH3-N<10mg/l, pH=6.9)的条件下，膜通量最大，在操作压力为3.5MPa，膜通量为32-42l/m2.h，COD、NH3-N电导率，色度的去除率分别为96%以上，80%-95%、90%-95%、100%，出水水质达到GB16889-1997生活垃圾填埋场污染控制标准中一级排放限值的要求(也能达到新的《生活垃圾填埋场污染控制标准》GB16889-2008的排放标准，广州市兴丰生活垃圾填埋场结合水质特点，采用UASB、SBR、连续微滤(CMF)和反渗透(RO)组合处理渗滤液并回收利用。采用的卷式反渗透膜组件能有效去除有机和无机污染物，出水水质符合《生活杂用水水质标准》(CJ/T48-1999).断面自锁连接卷式反渗透膜组件在严重污染的进水水质条件下性能稳定，具有很好的清洗恢复能力。
图1 反渗透分离机理
2 反渗透膜分离技术在工程中运用
(1)湖南某市垃圾卫生填埋场，日处理垃圾500吨，日处理垃圾渗滤液200吨，垃圾渗滤液采用UBF+SBR+MBR+RO的工艺，出水要求达到《生活垃圾填埋场污染控制标准》GB16889-2008表2标准。GB16889-2008标准一般地区出水要求见表2.
表2 GB16889-2008标准一般地区出水要求
|
序号 |
控制污染物 |
进水 |
出水 |
污染物排放监控位置 |
|
1 |
色度（稀释倍数） |
1200 |
40 |
常规污水处理设施排放口 |
|
2 |
化学需氧量（CODCr）（mg/L） |
6000 |
100 |
常规污水处理设施排放口 |
|
3 |
生化需氧量（BOD5）（mg/L） |
3000 |
30 |
常规污水处理设施排放口 |
|
4 |
悬浮物（mg/L） |
2000 |
30 |
常规污水处理设施排放口 |
|
5 |
总氮（mg/L） |
1500 |
40 |
常规污水处理设施排放口 |
|
6 |
氨氮（mg/L） |
500 |
25 |
常规污水处理设施排放口 |
|
7 |
总磷（mg/L） |
15 |
3 |
常规污水处理设施排放口 |
|
8 |
粪大肠菌群数（个/L） |
240000 |
10000 |
常规污水处理设施排放口 |
|
9 |
总汞（mg/L） |
0.016 |
0.001 |
常规污水处理设施排放口 |
|
10 |
总镉（mg/L） |
0.4 |
0.01 |
常规污水处理设施排放口 |
|
11 |
总铬（mg/L） |
0.16 |
0.1 |
常规污水处理设施排放口 |
|
12 |
六价铬（mg/L） |
0.02 |
0.05 |
常规污水处理设施排放口 |
|
13 |
总砷（mg/L） |
0.01 |
0.1 |
常规污水处理设施排放口 |
|
14 |
总铅（mg/L） |
0.40 |
0.1 |
常规污水处理设施排放口 |
(2)主要构筑物、设备及其参数
设计综合处理车间一座，按功能分割为膜处理车间、控制室、低压配电间、药剂间等。膜处理车间在综合处理车间内。
土建条件(综合处理车间)
平面尺寸 20m×18m
车间净高 5m
主要设备
|
①.反渗透进水泵 |
数量：1台 |
|
厂商品牌： |
格兰富 |
|
型号： |
CRN立式离心泵 |
|
流量： |
16m3/h |
|
扬程： |
8m |
|
材质： |
不锈钢 |
|
电机： |
功率Pn：2.2kW 2.2kW 电压/频率Un/Hz： 380V/50 保护等级IP： 55 |
|
②.反渗透高压泵 |
数量：1台 |
|
厂商品牌： |
格兰富 |
|
型号： |
CRN立式离心泵 |
|
流量： |
32m3/h |
|
扬程： |
160m |
|
材质： |
不锈钢 |
|
电机： |
功率Pn：22kW 2.2kW 电压/频率Un/Hz： 380V/50 保护等级IP： 55 |
|
③. 保安过滤器 |
数量：1台 |
|
厂商品牌： |
HAYWARD |
|
规格： |
Ф250×1000mm |
|
流量： |
25m3/h |
|
材质： |
不锈钢 |
|
④. CIP清洗系统 |
数量：1套 |
|
厂商品牌： |
国产 |
|
规格： |
V=1.0m3 |
|
清洗泵： |
0.55KW |
|
材质： |
PE |
反渗透前设置UBF,SBR,MBR.MBR采用的是德国BERGHOF外置式管式超滤膜，RO采用的是美国DOW卷式反渗透膜。反渗透的工艺参数见下表3
表3 反渗透的工艺参数
|
项目 |
主要参数 |
|
反渗透类型 |
卷式膜 |
|
进水流量Qh |
Qh =8.3m3 / hr |
|
清液采率η |
η=70% |
|
设计过滤通量JRO |
JRO = 14 l/ h*m2(产品参数) |
|
单位膜元件面积Sa,RO |
Sa,RO = 30m2(产品参数) |
|
膜元件数nRO |
nRO=12 |
|
系统操作压力 |
3-5Mpa |
(3)运行结果
渗滤液处理站于2006.5完工并投入试运行，经过三个月的调试，运行PH=6.5左右，操作压力1-1.5MPa,清液流量保持在120L/min,处理出水水质达到《生活垃圾填埋场污染控制标准》GB16889-2008表2极限值标准。对COD、BOD5、NH3-N、SS去除率分别达到98.2%、98.8%、98%、98.5%.调试期间水质情况见表4.
表4 调试期间水质情况
|
项目 |
COD（mg/L） |
BOD5(mg/L） |
NH3-N(mg/L） |
SS( mg/L） |
电导率(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)运行成本分析
本套处理系统渗滤液日处理调节池渗滤液量200 m/d，清水量150 m/d，年处理渗滤液量73000 m/a，年运行费用163.5万元，运行单价为22.38y/t。系统的运行成本分析见表5.
|
序号 |
名称 |
年费用/万元 |
运行费用/ y/t |
|
1 |
电费 |
81 |
11.09 |
|
2 |
药剂费 |
25 |
3.42 |
|
3 |
膜更换费 |
35 |
4.79 |
|
4 |
保养维护费 |
10 |
1.37 |
|
5 |
水费 |
0.5 |
0.07 |
|
6 |
人工费 |
12 |
1.64 |
|
7 |
合计 |
163.5 |
22.38 |
以上可以看出，该组合工艺具有出水稳定、运行成本低等优点。2006年5月进行了运行调试。结果表明，在碳源充足条件下，出水COD<100 mg/L、氨氮<25mg/L，完全排放标准，其他指标也满足排放标准。
3 结论
采用RO处理填埋场渗滤液，工程运行实践表明，该工艺具有处理效果好、运行稳定等特点出水水质达到《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB16889-2008)中一般地区渗滤液出水水质要求。符合“建设资源节约型、环境友好型社会”的要求，具有一定的推广价值[8]。
参考文献：
[1].江智清，MBR一纳滤工艺在垃圾渗滤液处理中的应用[J]，《海峡科学》，2009年第6期(总第30期)，111-122.
[2].李炜臻白庆中,纳滤膜分离技术在垃圾填埋场渗滤液处理中的应用[J], 《安徽农业科学》. 2007年24期 .
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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].袁维芳，王国生，汤克敏.反渗透法处理城市垃圾填埋场渗滤液[J].水处理技术，1997，23(6)233-235.
[8]闵海华,杜昱,刘淑玲，李元宁，王琦.MBR/RO工艺处理垃圾渗滤液[J]. 中国给水排水,2010, 26( 4).
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