小中大随着城市的不断扩张,城市垃圾越来越多,垃圾焚烧法已经被广泛应用,但是焚烧法所产生的垃圾渗滤液极难处理,它具有COD 高、氨氮高、BOD/COD 比值偏低等特点[1-3],因此通常使用生化法处理。由于垃圾渗滤液组成成分的复杂性,单一的处理方法不能使其达到排放标准,在生物法处理后的出水中仍含有很多难降解物质和重金属,使用膜法进行深度处理是目前比较有效的方法之一。一般常用的是超滤膜、纳滤膜[4-6]、反渗透膜[7],由于垃圾渗滤液的难处理性,通常使用多种膜集成工艺处理。
韩国的Ahn 等[8]采用管式MBR+RO 工艺对某省垃圾场渗滤液进行了试验研究, COD 平均去除率为97%,处理效果很好。王薇等[9]采用MBR 和纳滤集成工艺处理垃圾渗滤液结果表明,纳滤对COD、色度的脱除情况很好,试验过程中膜性能稳定,透过通量和脱盐率的变化不大。左俊芳等[10]采用碟管式反渗透(DTRO)处理垃圾渗滤液,出水水质稳定且能达到国家生活垃圾填埋场污染控制标准中水污染物排放控制要求。
综上所述,膜法应用于垃圾渗滤液已是比较成熟的办法,但膜法也有其缺点。武江津等[11]分析了膜分离技术在垃圾渗滤液处理中的优势和不足,该技术具有受原水水质影响小、出水水质好、运行稳定和占地面积小等优点,在垃圾渗滤液等高浓度、难降解废水的处理中具有明显的优势,但是存在运行费用高以及浓缩液需要进一步处理的问题。
本文采用T-MBR+NF+RO 工艺处理垃圾焚烧厂渗滤液,目标是使出水达到国家生活垃圾填埋场污染控制标准中水污染物排放控制的要求。纳滤浓缩水因其COD、含盐量很高并且呈碱性,适合采用石灰混凝法处理,处理后的上清液重新回到系统中继续深度处理,排出的混凝剂进行干燥处理,从而提高了水的回收率并解决了膜法水处理中浓缩水处理的问题。
1 试验部分
1.1 试剂与仪器
试验设备和材料:微型高压隔膜泵,型号DP-130;纳滤膜为陶氏NF270-400,膜材料为聚酰胺,有机物脱除率在80%以上,Ca2+ 脱除率在40%~60%,操作压力0.6 MPa 时纯水通量64.36 L·m-2·h-1,pH 适用范围2~11,总有效面积为0.001 8 m2。
反渗透膜为沃顿产品,脱盐率95.3%,操作压力1 MPa 时,纯水通量32.5 L·m-2·h-1,总有效面积为0.001 8 m2。
试验试剂:盐 酸,氢 氧 化钠,氢 氧 化钙,过硫酸钾,重铬酸钾,硫酸亚铁氨等,均为分析纯。
1.2 试验用水
试验处理的是天津双港垃圾焚烧处理厂垃圾渗滤液经管式膜MBR 处理后的出水,大部分COD、氨氮、悬浮物等污染物已被去除,其水质为:COD为507~1 635 mg·L-1,氨氮质量浓度10~186 mg·L-1,电导6.43~10.09 mS·cm-1,pH 为8.06~9.20,色度300~700 倍,硬度1 998~2 717 mg·L-1,浊度0.603~0.874 NTU,基本满足纳滤进水水质要求。
1.3 试验装置
工艺流程如图1 所示。工艺采用序批式间歇进水,T-MBR 出水进入进水箱,经隔膜泵加压后通过纳滤膜分离,纳滤系统回收率为80%,纳滤产水进入中间水箱经隔膜泵加压通过反渗透膜分离,反渗透系统回收率为77%,产水进入产水箱,浓水回流到进水箱;积蓄到一定量的纳滤浓水放入混凝水箱,投入一定量的石灰乳,先快速搅拌30~60 s(转速300 r·min-1),接着中速条件搅拌10 min(转速100r·min-1),最后慢速搅拌15 min(转速50 r·min-1),搅拌结束并静置沉降30 min 后,50%的清液调节pH 呈中性后回到进水箱继续深度处理,沉淀物排出。整个系统水的总回收率为86%。试验过程在常温下进行,试验温度20~30℃。清洗使用0.01 mol·L-1盐 酸,无压力冲洗。
图1 纳滤反渗透试验装置及工艺流程
Fig.1 The experimental setup and flow chart of nanofiltration and reverse osmosis
1.4 分析方法和仪器
试验主要监测水质指标包括:COD、NH3-N、pH、硬度,各项水质指标均按照《水和废水监测分析方法》(第四版)中的分析方法分析。
COD:重铬酸钾法;氨氮:纳氏试剂法;总氮:UV2450 紫外分光光度法;pH:PHS-25 玻璃电极pH计;电导:DDB-303A 便携式电导率仪;硬度:EDTA-络合滴定法;浊度:2011N 浊度仪;重金属:180-80 原子吸收光谱仪。
2 结果与讨论
2.1 浊度去除效果
管式膜出水作为纳滤膜的进水,其浊度为1.40NTU,符合纳滤膜进水的浊度要求,纳滤的出水浊度为0.185 NTU,说明纳滤膜对水中悬浮物有很好的去除效果,为后续反渗透膜正常运行提供了保证。反渗透膜出水浊度为0.095 NTU,说明反渗透膜对悬浮物去除的更彻底。
2.2 电导率
电导率反映了水体中的含盐量,可作为纳滤膜去除离子性能的重要指标。纳滤过程中电导率的变化如图2 所示。
由图2 可以看出,进水电导率为3 080~8 240S·cm-1,纳滤出水电导率为2 660~6 700 μS·cm-1,纳滤膜的脱盐率相对稳定,保持在10%~20%。纳滤膜的脱盐率较低,这是由于MBR 出水中含有大量的一价离子,而二价及其以上的离子所占比例相对较小的缘故。
反渗透出水电导率的平均值为418 μS·cm-1,对盐类去除率初期达96%,随着运行时间的延长,膜受到一定污染截留率会有所下降,但平均去除率为90.7%,这证实了反渗透脱盐的高效性。
2.3 COD 去除效果
COD 的去除效果如图3 所示,可以看出进水COD 在597~1 087 mg·L-1 之间,在操作压力为0.6MPa 时,经过纳滤膜处理后,出水COD 降到了200mg·L-1 以下,平均去除率为85.8%,这对于垃圾渗滤液这种高浓度的有机废水而言是相当高效的。这是由于经过了MBR 的生化降解和过滤,MBR 出水中的大分子及可生化有机物浓度已经大大降低,但仍然含有大量的难以降解的腐殖酸、棕黄酸等,其分子量大于纳滤膜截留的分子量,所以纳滤处理可以取得很好的去除效果。但是根据垃圾渗滤液排放限值的规定,纳滤出水未达到排放标准,需要反渗透膜进行深度处理,经反渗透膜处理COD 降到50 mg·L-1以下,平均去除率为76.7%,反渗透膜COD 去除率低于纳滤膜可能是因为进水经过纳滤膜处理后COD 低的缘故。