深度處理垃圾滲濾液反滲透濃縮液試驗(yàn)研究

張苧文，楊雨桐

（沈陽(yáng)建筑大學(xué)，遼寧 沈陽(yáng) 110170）

隨著我國(guó)城市數(shù)量的增多和人口的日益增長(zhǎng)，城市生活垃圾總量與日俱增。如今，全球的城市生活垃圾產(chǎn)量約為20.1億t·a-1，預(yù)計(jì)到2050年將達(dá)到34.0億t·a-1[1]。城市生活垃圾處理處置過(guò)程中產(chǎn)生一種污染物成分復(fù)雜、水質(zhì)水量變化大的高濃度的毒性有機(jī)廢水[2-3]，即為垃圾滲濾液。目前，垃圾滲濾液的處理采用“預(yù)處理+MBR膜生物系統(tǒng)+納濾/反滲透”工藝處理技術(shù)。在膜技術(shù)中，反滲透（RO）和納濾（NF）受到廣泛的認(rèn)可，因?yàn)樗鼈兛梢匀コ龔U水中幾乎所有的有機(jī)物[4]。然而，反滲透膜系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生20%～30%的濃縮液。濃縮液鹽分高、濃度高，可生物降解性較低，含有難降解的有機(jī)物，例如腐殖質(zhì)類物質(zhì)[5]。大分子腐殖質(zhì)在傳統(tǒng)的生物法聯(lián)合膜過(guò)濾工藝中難以被去除，并且這類物質(zhì)的存在會(huì)在水處理過(guò)程中產(chǎn)生一系列問(wèn)題[6]，處理不當(dāng)容易造成二次污染?，F(xiàn)如今，膜濃縮液的物化處理方法有混凝法、回灌法、蒸發(fā)法和高級(jí)氧化法等。回灌法是將填埋場(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。雖然回灌法處理濃縮液簡(jiǎn)單高效、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，但利用回灌法處理經(jīng)過(guò)生物處理后的濃縮液，其中的大分子有機(jī)物和微生物的降解轉(zhuǎn)化以及生物固定作用難以發(fā)揮功能。ROBINSON[7]報(bào)道了在德國(guó)Wischhafen填埋場(chǎng)的RO處理系統(tǒng)的濃縮液回灌處置的效果，發(fā)現(xiàn)進(jìn)行回灌后滲濾液的COD和NH3-N均有所提高，直接影響了反滲透系統(tǒng)的處理效率。蒸發(fā)法是在一定的條件下，將水中相對(duì)易揮發(fā)的組分分離出去的過(guò)程，可以去除掉濃縮液中多種有機(jī)污染物，但很容易造成二次濃縮液的積累[7]，且蒸發(fā)法工藝復(fù)雜，能耗較高，易腐蝕設(shè)備。張龍[9]等采用混凝沉淀-樹(shù)脂吸附-Fenton氧化處理垃圾滲濾液膜濾濃縮液，在最佳條件下，COD的去除率達(dá)98.10%。王凱[10]等采用Fenton試劑氧化聯(lián)合特種絮凝處理膜濾濃縮液，COD和色度的去除率達(dá)到40%，且水樣的可生化性得到大幅度提高，為后續(xù)處理創(chuàng)造了良好的條件，物化組合工藝為處理垃圾滲濾液濃縮液提供了一條新的途徑。因此，本文采用混凝沉淀-電化學(xué)氧化-曝氣生物濾池深度處理垃圾滲濾液濃縮液，系統(tǒng)地闡述了該方法對(duì)反滲透濃縮液的去除效果。

1 材料與方法

1.1 進(jìn)水水質(zhì)

實(shí)驗(yàn)所用濃縮液來(lái)自沈陽(yáng)市大辛生活垃圾填埋場(chǎng)，該填埋場(chǎng)采用的是MBR+NF/RO工藝處理垃圾滲濾液，處理規(guī)模為2 000 t·d-1。試驗(yàn)期間水質(zhì)指標(biāo)如下：pH=6.8，COD為1 325.425 mg·L-1，BOD5為25.9 mg·L-1，BOD5/COD為0.019，氨氮52.733 mg·L-1，UV254為36.726 cm-1，電導(dǎo)率為41.7 mS·cm-1。

1.2 分析項(xiàng)目及方法

pH值采用pH計(jì)測(cè)量；COD采用紫外分光光度計(jì)測(cè)定；BOD5采用稀釋培養(yǎng)法測(cè)定；氯離子采用硝酸銀滴定法測(cè)定；NH4+-N、NO3--N、NO2--N、UV254均采用紫外分光光度法測(cè)定。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

混凝沉淀試驗(yàn)：由于反滲透濃縮液中含有大量的難生物降解的COD，在工程上通常采用經(jīng)濟(jì)便捷的混凝沉淀進(jìn)行預(yù)處理[11]，以降低后續(xù)電化學(xué)氧化的氧化時(shí)間，節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用。本試驗(yàn)對(duì)3種混凝劑進(jìn)行篩選，發(fā)現(xiàn)聚合硫酸鐵（PFS）對(duì)反滲透濃縮液的COD以及UV254均有較好的去除效果，于是對(duì)PFS投加量以及反應(yīng)條件進(jìn)行了優(yōu)化試驗(yàn)，最終確定本試驗(yàn)的PFS投加量為2 200 mg·L-1，將初始pH值控制為6，投加助凝劑陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺（CPAM）為7 mg·L-1，混凝時(shí)間為30 min，沉淀時(shí)間為2 h。

電化學(xué)氧化試驗(yàn)：由于試驗(yàn)廢水在經(jīng)混凝預(yù)處理后引入了氯化物和濃縮液本身具有含氮化合物，電導(dǎo)率也隨之提高，在高級(jí)氧化技術(shù)中，電化學(xué)技術(shù)可間接氧化廢水中的氨氮、總氮等有機(jī)物。由于試驗(yàn)廢水底部含有大量絮狀物，所以將其過(guò)濾至電化學(xué)試驗(yàn)裝置內(nèi)。通過(guò)前期小試試驗(yàn)得出最佳電化學(xué)氧化條件：極板間距為3 cm，NaCl投加量為10 g·L-1，電流密度為10 A，反應(yīng)時(shí)間為120 min。

曝氣生物濾池試驗(yàn)：BAF采用上流式進(jìn)水和曝氣盤曝氣，反沖洗系統(tǒng)采用“氣沖+氣水連沖+水沖”方式進(jìn)行，BAF處理后的清水用作反沖洗的水，運(yùn)行時(shí)氣水比為4∶1～6∶1；采用直徑為3～5 mm的球形陶粒濾料，由于其具有較大的表面積，有利于微生物在其表面附著；BAF進(jìn)水為混凝沉淀-電化學(xué)高級(jí)氧化出水，進(jìn)水流量控制在4～5 L·h-1，水力停留時(shí)間約為24 h。

2 結(jié)果與討論

2.1 混凝沉淀預(yù)處理效果

混凝沉淀預(yù)處理的效果如下：進(jìn)水COD、UV254以及氨氮質(zhì)量濃度為1 325.425 mg·L-1、36.726 cm-1和52.733 mg·L-1，出水為581.746 mg·L-1、14.818 cm-1和33.014 mg·L-1，去除率分別為56.121%、59.66%、29.809%。

2.2 電化學(xué)高級(jí)氧化處理效果

COD、UV254、氨氮、亞硝態(tài)氮和硝態(tài)氮的去除率分別為62.548%、62.419%、61.629%、50.837%和51.825%，達(dá)到了最佳去除率，而當(dāng)反應(yīng)時(shí)間180 min后，電極鈍化，電流效率降低，體系的化學(xué)反應(yīng)速率逐漸下降。

在實(shí)際工程運(yùn)用中，無(wú)法保證其上清液的收集過(guò)程完全不混入細(xì)小絮狀體，因此進(jìn)入電化學(xué)裝置的樣品會(huì)出現(xiàn)濁度高的問(wèn)題，這也是需要解決的問(wèn)題。

2.3 BAF生物處理效果

BAF出水的COD、UV254、氨氮質(zhì)量濃度平均值為136.552 mg·L-1、2.897 cm-1和1.998 mg·L-1。

2.4 組合工藝對(duì)RO濃縮液的總體運(yùn)行效果

混凝-電化學(xué)-BAF深度處理系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行期間，對(duì)RO濃縮液中COD、UV254和氨氮的去除效果如圖1所示。

圖1 組合工藝對(duì)RO濃縮液總體處理效果

組合工藝對(duì)RO濃水中COD的去除效果如圖1（a）所示。從1個(gè)月左右的系統(tǒng)運(yùn)行效果可以看出，當(dāng)進(jìn)水COD為1 288.527～1 550.515 mg·L-1時(shí)，混凝出水、電化學(xué)氧化出水和最終出水的COD分別為471.224 ～647.222 mg·L-1、198.61～260.618 mg·L-1、106.728～157.089 mg·L-1。組合工藝的COD總?cè)コ蔬_(dá)到90%左右，其中混凝和電化學(xué)氧化單元充分利用了絮凝沉淀和強(qiáng)氧化能力處理掉了70%及以上的COD，降低了后續(xù)深度處理單元的負(fù)荷。該組合具有較強(qiáng)的抗沖擊負(fù)荷能力，當(dāng)組合進(jìn)水COD具有較強(qiáng)的變化時(shí)，出水COD仍保持在較低的水平。同時(shí)，組合工藝對(duì)垃圾滲濾液濃縮液的色度和臭味也有良好的去除效果。當(dāng)進(jìn)水NH4+-N的質(zhì)量濃度為48.439～63.528 mg·L-1時(shí)，BAF處理系統(tǒng)出水質(zhì)量濃度為0.756～1.927 mg·L-1，生物系統(tǒng)進(jìn)行較強(qiáng)的硝化作用，NH4+-N去除率達(dá)到了98%以上。電化學(xué)系統(tǒng)在氧化難生物降解的有機(jī)物時(shí)，使部分含氮有機(jī)物生成NH4+-N。好氧BAF池的硝化細(xì)菌進(jìn)行硝化作用進(jìn)一步去除NH4+-N，發(fā)生硝化作用進(jìn)行脫氮[12]，使得最終出水TN為4.927～7.628 mg·L-1，最終NH4+-N和TN均滿足排放要求。

3 結(jié)論

采用混凝沉淀-電化學(xué)氧化-BAF組合工藝深度處理垃圾滲濾液濃縮液，混凝沉淀通過(guò)絮凝降解大分子有機(jī)物，電化學(xué)氧化系統(tǒng)進(jìn)一步去除難生物降解物質(zhì)，再通過(guò)后面的BAF生物處理系統(tǒng)能高效降解滲濾液中的NH4+-N及可生物降解有機(jī)物，使出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)。運(yùn)行結(jié)果表明，組合工藝對(duì)濃縮的COD、NH4+-N及UV254具有良好且穩(wěn)定的去除效果，對(duì)COD、NH4+-N及UV254的去除率達(dá)到90.898%、98.526%和91.625%，出水水質(zhì)滿足并優(yōu)于《水污染物排放限值》（DB44/26—2001）的三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（CJ 343—2010）的B級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[13]。