南京純水探討垃圾滲濾液處理技術(shù)
【南京純水設(shè)備】垃圾滲濾液是指來源于垃圾填埋場(chǎng)中垃圾本身含有的水份、進(jìn)入填埋場(chǎng)的雨雪水及其他水分，扣除垃圾、覆土層的飽和持水量，并經(jīng)歷垃圾層和覆土層而形成的一種高濃度有機(jī)廢水。其成分復(fù)雜，污染物濃度高、色度大、毒性強(qiáng)，不僅含有大量的有機(jī)污染物，還含有各類重金屬污染物，如果處置不當(dāng)，不但影響地表水的質(zhì)量，還會(huì)危及的地下水的安全。南京純水設(shè)備而垃圾滲濾液的性質(zhì)隨著填埋場(chǎng)的當(dāng)?shù)貧夂?、運(yùn)行時(shí)間的不同而發(fā)生著變化，如何處理妥善一直是填埋場(chǎng)設(shè)計(jì)、運(yùn)行和管理中非常棘手的問題。
近年來隨著人們的生活水平提高，城市垃圾總量逐年增加，迫使許多地方不得不興建更多新的垃圾填埋場(chǎng)和焚燒廠，隨之而來的垃圾滲濾液處理難題也日漸棘手，儼然已經(jīng)成為一個(gè)急迫的環(huán)境問題。
目前，滲透液的處理方式主要包括回灌、濃縮以及無害化處理3種。其中，濃縮處理主要是以基于膜技術(shù)和蒸發(fā)技術(shù)為基礎(chǔ)的減量方法；無害化處理主要涵蓋混凝/電絮凝、吸附以及高級(jí)氧化等技術(shù)進(jìn)行。
回灌
回灌是目前國(guó)內(nèi)廣泛應(yīng)用的滲濾液處理方法之一。是將滲濾液收集后，再返回到填埋場(chǎng)中，通過自然蒸發(fā)減少濾液，并經(jīng)過垃圾層和埋土層發(fā)生生物、物理、化學(xué)等作用截留污染物的過程。
回灌能凈化滲濾液，減少滲濾液的水量，大大降低滲濾液處理費(fèi)用。能加速填埋場(chǎng)內(nèi)垃圾降解，提高填埋場(chǎng)產(chǎn)甲烷的速率和甲烷的產(chǎn)生量，增大填埋場(chǎng)的沉降速率和總沉降幅度，縮短填埋場(chǎng)的維護(hù)期。雖然滲濾液液回灌技術(shù)可促進(jìn)可降解有機(jī)物的降解，但同時(shí)會(huì)導(dǎo)致出水COD、電導(dǎo)率以及NH4+、Cl-等的富集；隨著回灌工作的進(jìn)行，各類污染物會(huì)接近或達(dá)到吸附總?cè)萘?，從而引起出水的電?dǎo)率高于回灌進(jìn)水。這一現(xiàn)象將對(duì)后續(xù)的反滲透等滲濾液處理過程產(chǎn)生明顯的負(fù)面效應(yīng)。更重要的是，回灌將可能造成地下水污染。因此，對(duì)于回灌技術(shù)目前主要采用控制頻率、控制總量的辦法適度回灌、部分回灌但不適用于大比例全回灌。
濃縮
常見的濃縮技術(shù)可分為膜技術(shù)和蒸發(fā)技術(shù)兩大類。
生物處理+膜處理工藝
(1)工藝流程：預(yù)處理→微生物處理→膜吸附過濾
(2)典型工藝：中溫厭氧系統(tǒng) +MBR+RO
(3)工藝內(nèi)容：垃圾滲濾液通過調(diào)節(jié)池流入到中溫厭氧池，經(jīng)大分子有機(jī)污染物降解后進(jìn)入缺氧段 MBR 反映器中，與回流水混合進(jìn)入好氧段 MBR 進(jìn)行曝氣，去除滲濾液中的 TN，好氧池出水進(jìn)入 MBR 分離器，將分離的污泥濃液回流至 MBR 缺氧段， MBR 出水進(jìn)入反滲透系統(tǒng)，滲濾液經(jīng)反滲透處理后實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。
全膜法過濾處理工藝
(1)工藝流程：預(yù)處理→兩級(jí)反滲透膜過濾
(2)典型工藝：兩級(jí) DTRO 反滲透處理工藝
(3)工藝描述：垃圾填埋場(chǎng)滲濾液原液經(jīng)由調(diào)節(jié)池進(jìn)入到高壓泵后，通過循環(huán)高壓泵進(jìn)入到一級(jí) DTRO 反滲透膜過濾，出水后進(jìn)入到二級(jí) DTRO 反滲透系統(tǒng)，經(jīng)兩級(jí)反滲透過濾后出水達(dá)標(biāo)排放，循環(huán)進(jìn)入到系統(tǒng)進(jìn)行處理。南京實(shí)驗(yàn)室純水設(shè)備一級(jí)濃液回灌垃圾填埋區(qū)進(jìn)行集中處理，二級(jí)濃液回流到總進(jìn)水口，系統(tǒng)總產(chǎn)水率在 60% 左右。
低耗蒸發(fā) + 離子交換處理工藝
(1)工藝流程：預(yù)過濾→蒸汽壓縮分離水→吸收氣體氨
(2)典型工藝：MVC 蒸發(fā) + 離子交換
(3)工藝內(nèi)容：填埋場(chǎng)垃圾滲濾液經(jīng)調(diào)節(jié)池過濾器在線反沖過濾，除去滲濾液中的 SS、纖維，提高去除效率，再經(jīng) MVC 壓縮蒸發(fā)原理，將滲濾液中的污染物與水分離，實(shí)現(xiàn)水質(zhì)凈化效果。通過特種樹脂去除蒸餾水中的氨，達(dá)到水質(zhì)的全面達(dá)標(biāo)排放。在 MVC 蒸發(fā)過程中排出揮發(fā)性氣體氨，利用離子交換系統(tǒng)吸收滲濾液中剩余鹽酸氣體。
技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)
生物處理 + 膜深度處理工藝：
其工藝原理為生化反映和物理處理工藝，由于生化系統(tǒng)運(yùn)行過程中受到的影響因素較多，需要各單元之間密切協(xié)調(diào)配合，該工藝自控程度較高，技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)較低，但對(duì)“老齡化”滲濾液處理難度較大。因此，總體來看該工藝投資較低，主體設(shè)備多為國(guó)產(chǎn)，污染物總量能夠達(dá)到很好削減效果，管理較便捷。該工藝的不足之處在于出水率較低，增加了回灌的難度;生物處理效果不穩(wěn)定，生物菌種需要培養(yǎng)、馴化，增加了運(yùn)行成本;對(duì)“老齡化”滲濾液的生化效果極差;運(yùn)行不能長(zhǎng)時(shí)間停運(yùn)，需要連續(xù)運(yùn)行。
雙級(jí) DTRO 反滲透處理工藝：
該工藝具有操作簡(jiǎn)便，能夠間歇式運(yùn)行，自動(dòng)程度高，易于維護(hù)管理;膜產(chǎn)品類型多。其不足之處在于對(duì)滲濾液原水水質(zhì)較為敏感，出水率容易受到 SS、電導(dǎo)率以及溫度等因素的影響;兩級(jí)反滲透處理工藝中，前級(jí)預(yù)處理缺乏，容易導(dǎo)致反滲透膜堵塞，更換頻率高，增加處理成本;出水率低(正常狀態(tài)下為 55%-70%)，回灌難度大，增加運(yùn)行成本。
MVC 蒸發(fā) +DI 離子交換處理工藝
該工藝的優(yōu)勢(shì)在于受滲濾液的原始水質(zhì)影響較小，出水率高，通常以可以達(dá)到 90%，能夠做到間歇式運(yùn)行，自控程度較高、維護(hù)簡(jiǎn)單;濃液量較少。南京純水設(shè)備不足之處是蒸發(fā)工藝實(shí)際應(yīng)用較為復(fù)雜，電耗等能耗較高，維護(hù)成本較大;設(shè)備材質(zhì)要求較高，尤其是要具有較強(qiáng)的耐強(qiáng)酸、強(qiáng)堿腐蝕性;運(yùn)行設(shè)備噪聲較大;后期蒸發(fā)罐清洗頻次較大，藥劑成本高。
新技術(shù)介紹：正滲透膜法垃圾滲透液處理
正滲透（FO）技術(shù)及設(shè)備近年來持續(xù)高溫，成為各研究院所的熱門話題。
工藝特點(diǎn)：
無需生化處理，流程短、自動(dòng)化程度高、運(yùn)行穩(wěn)定、出水效果好、部分廢物實(shí)現(xiàn)資源化‘
工藝流程包括：
預(yù)處理系統(tǒng)→FO+HCRO系統(tǒng)→MVR系統(tǒng)以及氨氮吸收系統(tǒng)。
無害化處理
根據(jù)處理原理的不同，無害化處理技術(shù)可分為物理法和化學(xué)法兩種。前者包括混凝、電絮凝以及吸附等；后者主要涵蓋高級(jí)氧化技術(shù)。
混凝、電絮凝與吸附
作為一種簡(jiǎn)單高效的處理技術(shù)，混凝可有效去除滲濾液中的可溶性有機(jī)物，還能提升出水的可生化性，但不能完全有效地去除有機(jī)物。而混凝的效果依賴于凝聚劑及操作條件。研究人員發(fā)現(xiàn)，pH值調(diào)控對(duì)滲濾液COD的最大去除效率為25%,，Fe3+則可達(dá)40%。
與混凝類似，利用電絮凝處理垃圾滲濾液能夠有效去除水體中的有機(jī)物，相較于混凝，電絮凝反應(yīng)效率高、去除率高、產(chǎn)生的泥量小、停留時(shí)間短、操作便捷且無需化學(xué)試劑。但是，電絮凝對(duì)污染物的去除同樣不夠徹底。此外，滲濾液濃液中富集的Cl-和HA與FA在電絮凝的過程中可能會(huì)生成各種有毒鹵代烴。
與膜技術(shù)、混凝以及電絮凝類似，吸附過程僅僅將污染物從水體中轉(zhuǎn)移。目前，吸附主要應(yīng)用于滲濾液處理過程中；常見的吸附劑包括飛灰、膨潤(rùn)土、硅藻土、樹脂、沸石以及活性炭等，但受制于吸附材料的選擇性，吸附過程僅能有限去除部分污染物。
高級(jí)氧化(AOPs)
是通過物理與化學(xué)過程產(chǎn)生大量強(qiáng)氧化性自由基，最終氧化降解水體有機(jī)污染物以及特定無機(jī)污染物的技術(shù)。除˙OH外，AOPs還可生成硫酸根自由基、磷酸根自由基、碳酸根自由基以及氯自由基。值得注意的是，水體中的氨氮需利用硫酸根自由基而非˙OH自由基處理。南京實(shí)驗(yàn)室純水設(shè)備依據(jù)反應(yīng)溫度的不同，AOPs可分為常溫AOP和高溫AOP兩類，前者包括臭氧氧化、芬頓氧化、光化學(xué)氧化、電化學(xué)氧化和超聲氧化等；后者包括濕式氧化(WAO)以及超臨界水氧化(SCWO)。
常溫AOP
目前，國(guó)內(nèi)的滲濾液濃液處理以常溫AOP為主。但單一常溫AOP技術(shù)的處理效果較為有限；一般為芬頓及芬頓衍生的氧化、臭氧氧化、UV-TiO2以及超聲幾種技術(shù)。芬頓及其衍生的氧化技術(shù)會(huì)產(chǎn)生大量含鐵污泥需要支付高昂的處理費(fèi)用進(jìn)行再處理。
為了提升凈化效率降低固廢量，可考慮光化學(xué)氧化、電化學(xué)氧化以及超聲氧化等技術(shù)與臭氧/芬頓氧化耦合使用。研究表面UV-TiO2與臭氧氧化的有效結(jié)合使得水體DOC的去除效率提升至52.2%。光-芬頓氧化可將耗鐵量和產(chǎn)泥量分別降低至原有的1/32和1/25。常溫AOP不能將有機(jī)物完全氧化，但可有效提高水體可生化性。因此，滲濾液經(jīng)常溫AOP處理后可進(jìn)入生化反應(yīng)器進(jìn)行處理。
高溫AOP
高溫AOP是在高溫高壓條件下，利用氧化劑氧化水中有機(jī)污染物的過程；其中，濕式空氣氧化法的反應(yīng)溫度與壓力分別為180～315,℃、2～15,MPa，而超臨界水氧化則分別為＞374.3,℃及＞22.1,MPa。濕式空氣氧化法可有效降解有機(jī)物，但不能將之完全降解礦化。以FA和HA為例，三氯苯酚共存的NaNO2催化的濕式空氣氧化法可將其有效降解，但不能將之完全氧化。同時(shí)，濕式空氣氧化法對(duì)氮的去除效果高度依賴于催化劑的存在；如Pt基催化劑可選擇性的將氨氮而非硝氮轉(zhuǎn)化為N2，Ru基催化劑正好相反。此外，濕式空氣氧化法的高溫條件會(huì)導(dǎo)致腐蝕，而滲濾液中大量存在的Cl-則會(huì)加劇這一情況。相較之下，超臨界水氧化可將有機(jī)物徹底氧化生成CO2和H2O并有效降低中間產(chǎn)物產(chǎn)量；以FA為例，超臨界水氧化可將去除效率從濕式空氣氧化法的69.2%,提升至98.0%,。南京純水設(shè)備同時(shí)，超臨界水氧化還可將有機(jī)物中的Cl、S、P等分別氧化為HCl、H2SO4和H3PO4，而有機(jī)氮?jiǎng)t被氧化為氮?dú)夂蜕倭恳谎趸Ｑ芯勘砻?，超臨界水氧化對(duì)填埋場(chǎng)滲濾液膜濾濃液中COD和氨氮的去除效率分別高達(dá)99.23%,和98.64%,。
此外，超臨界操作條件對(duì)無機(jī)鹽離子的低溶解性在一定程度上降低了超臨界水氧化反應(yīng)體系的電化學(xué)腐蝕，但也導(dǎo)致了嚴(yán)重的反應(yīng)器腐蝕與結(jié)垢；同時(shí)，腐蝕效應(yīng)隨著超臨界水氧化反應(yīng)體系溫度、密度以及侵蝕性離子濃度的增加而惡化。
