垃圾渗滤液膜处理技术

文章编号:1007-8924(2004)05-0069-05

垃圾渗滤液膜处理技术

张宏忠1　松全元1　王淀佐2

(1.北京科技大学土木与环境工程学院,北京　100083;2.

中国工程院,北京　100038)

摘　要:目前在国外,垃圾填埋场渗滤液膜分离技术处理工艺相当成熟,而在我国这一新技术

还未得到应用和推广.总结现有的各种渗滤液膜分离技术处理工艺,并进行可行性分析,对我国今后城市垃圾卫生填埋的建设和垃圾渗滤液污染的控制具有一定的参考价值.关键词:垃圾填埋场;渗滤液;膜;处理中图分类号:TQ028.8

文献标识码:A

垃圾渗滤液水质量复杂、多变,污染物浓度高,其净化和处理一直是世界性的一个难题.目前国内的垃圾填埋场一般是采用回灌法、物化法和生化法处理垃圾渗滤液.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,是目前使用最多、也最为有效的处理方法.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 (化学需氧量)剧烈的变化,经常发生生物菌被抑制甚至死亡.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.即使采用混凝、活性炭吸附、臭氧氧化或其它氧化剂氧化等物化预处理方法,也只能破坏渗滤液中的部分污染物.不能被生物降解和被吸附破坏的“硬COD ”会残留下来,并在排放水体中长期积累.将一些水处理工艺中出水更洁净、又能节省投资和运行费用的新工艺、新系统、新设备如膜分离技术及设备应用到垃圾渗滤液的处理中,是目前垃圾渗滤处理的新思路.

自从膜分离技术问世以来,很快就被人们发现它在环境工程中的作用.由于膜分离技术在水处理方面有着独特的优势,经过近30年的开发,目前它已成为一项广泛用于工业废水和生活污水治理的有

效手段.目前在国外,垃圾填埋场渗滤液膜分离技术

处理工艺相当成熟,而在我国这一新技术还未得到应用和推广.总结现有各种渗滤液膜分离技术处理工艺,并进行可行性分析,对我国今后城市垃圾卫生填埋场的建设和垃圾渗滤液污染的控制具有一定的参考价值.

1　反渗透处理工艺

早在1976年Chian [1]就提出,降低渗滤液COD 的最有效方法是反渗透(RO )技术.后经Krug 等[2]研究证明了RO 膜处理渗滤液的可行性.国外近年来开发污水处理的新工艺中,RO 是应用最广泛的一种方法,这是由于其具有的高效的截留污水中溶解态的无机和有机污染物.Hurd [3]选用3种低压聚酰胺RO 膜处理“trailroad ”垃圾填埋渗滤液的试验表明,透过液的流量取决于操作压力大小及TOC (总化学需氧量)的浓度.操作压高于10.3MPa 时,透过液流量为26.0～54.0L/(m 2・h ),TOC 和Cl 的去除率大于96%.NH

3

-N 的去除率大于88%.

Kristina 等[4]研究了RO 膜性能对处理3种类型的

垃圾填埋渗滤液的影响.对于传统填埋场和生化池的渗滤液来说,水通量和电导率呈线性关系,COD 和NH 3-N 的去除率大于98%.而特殊垃圾池的渗滤液由于渗透压很高,RO 的水通量太低,因此不适用.德国垃圾填埋场渗滤液的综合处理工艺是生物

收稿日期:2002-09-23;

修改稿收到日期:2003-10-12

作者简介:张宏忠(1968-),男,河南新乡人,博士,现为郑州轻工业学院副教授,从事生活污水和工业废水处理.

第24卷　第5期膜　科　学　与　技　术

Vo1.24　No.5

2004年10月MEMBRANESCIENCEANDTECHNOLOGY Oct.2004

预处理和一级(或二级)RO处理.An geloy等[5]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了中试,采用MF预处理去除悬浮物质,用HCl调节pH为6,控制温度28℃.试验表明,当渗滤液COD增至111749m g/L时,渗透量大大降低;操作压从2.0 MPa增至5.3MPa时,COD的去除率从96%上升为98%.另外,COD对金属去除率的影响和金属离子的属性有关.以Zn、Cu、Cd试验发现,渗滤液经RO膜处理后可有效地去除有机和无机污染物从而得到净化,出水的回收率约为80%,可直接排放,对环境无任何污染.表1是德国一典型垃圾填埋场渗滤液经RO膜处理前后的技术指标.所采用的RO 系统处理量为36m3/h,已正常运行了9年,只更换了一次膜.该系统采用两级RO装置,操作压控制在3.6～6.0MPa,比渗透量约为15L/(m2・h),对无机盐和有机污染物的平均截留率约为99%.Kolenfeld 垃圾填埋场渗滤液的RO处理结果与上述类似,进料的电导率为15000～16000μS/cm,截留率大于98%,COD的去除率达99%,膜使用寿命超过3年.

表1　Ihlenber g填埋场渗滤液经RO膜处理

前后的技术指标[6]

Tab.1　Ihlenber glandfill plant’sleachate parameters in purificationwithreverseosmosis

项　目渗滤液出水1出水2去除率/% pH值7.7 6.8 6.6

电导率/(μS・cm-1)1725038220

COD/(mg・L-1)179715<15>99.2 NH3/(mg・L-1)3669.80.6699.9

Cl/(mg・L-1)283048.4 1.999.9

Na/(mg・L-1)418055.9 2.599.9

重金属/(mg・L-1)0.25<0.005<0.005>98

1982年颇尔水处理有限公司(PallCor p.)首次推出碟管式(DT)反渗透技术[7],并于1987年应用于垃圾渗滤液和其它工业废水的净化处理,在德国的Ihlenber g建立了世界上第一家采用DT反渗透技术的垃圾渗滤液处理系统,目前日处理垃圾渗滤液1150m3.由于PallRochem-DT反渗透膜柱具有独特的流体力学特性,保证膜的最优化清洗,防止结垢,可以专门用于处理高浊度流体,即使被处理的渗滤液的淤塞密度指数(SDI)高达20,系统仍能正常工作,而且能有效防止短路现象,膜片寿命长,易于更换;从而保证了处理后的净水质量.由于DT反渗透技术的应用,如今在西北欧、

北美、远东有100多座渗滤液RO处理场正在连续运行(其中德国有43座),在这一领域处于领先地位.

2　高压反渗透处理工艺

污水处理的关键是出水回收率要高.由于常规RO存在着渗透压现象,限制了出水回收率的提高,但这对于高压反渗透(HPRO)却是可行的.HPRO 通常是指在进料端的操作压大于10MPa,而12 MPa的驱动压差足以在高渗透压的情况下实现盐水分离.基于DT膜组件的HPRO技术有了很大进展,使垃圾渗滤液的出水回收率从80%上升到90%,这意味着浓缩系数从5提高到10,浓缩液的电导率从50000～120000μS/cm提高到100000～120000μS/cm[6].1998年国外采用HPRO系统的垃圾卫生填埋场有25个.由于常规RO(6MPa)膜结垢、污染和渗透压等原因,限制了出水回收率的提高,所以RO常需结合高成本、高能耗的蒸发和干燥等过程处理渗滤液.而HPRO由于提高了出水回收率,浓缩液体积大大降低,可以省去后续的蒸发过程,直接排入干燥或固化设备,也可以直接燃烧,使运行成本明显降低.HPRO处理垃圾渗滤液的工艺流程如图1所示.30000h的实际运行时间证明了此工艺的可靠性.综合考虑比能耗和设备投资等指标,对于目前的RO膜及设备来说,最佳的驱动压差应为12MPa[8].

图1　HPRO处理垃圾渗滤液的工艺流程Fig.1　DiagramofHPRO processinleachate purification

3　纳滤处理工艺

纳滤(NF)膜分离技术能否应用于实践,其关键在于能否有效地控制膜结垢现象,因为膜结垢极大地影响膜的通量和截留率等性能.污垢是由于物质在膜表面或孔内积累形成的,能引起纳滤膜结垢的物质主要是溶解态的有机和无机物质、胶体及悬浮

　・70

　・膜　科　学　与　技　术第24卷