摘要:垃圾在堆放过程中产生的渗滤液,会对土壤、地下水等造成严重危害,如何实现垃圾渗滤液的无害化处理成为当前环境治理中的新课题。膜生物反应器是废水净化中比较成熟的技术,将其应用到垃圾渗滤液的处理中,既有技术可行性,又有广阔的前景。本文首先概述了影响膜通量的几种常见因素,随后介绍了恢复通量效果的主流清洗技术,包括物理清洗、化学清洗等。最后总结了垃圾渗滤液膜污染防治工艺流程,为实现垃圾渗滤液的高效、彻底处理提供了一定的借鉴。
关键词:垃圾渗滤液;膜通量;化学清洗技术;微滤膜组件
中图分类号:X505 文献标识码:A
1 引言
垃圾在填埋过程中,所含的污染物质在降雨淋溶作用下溶出,并与径流、自身降解等产生的水分一起形成的高浓度废水,称为垃圾渗滤液。垃圾渗滤液具有水量水质变化大、有毒有害物质种类多、污染物浓度高、氨氮含量高等特点,是一种难处理的高浓度废水。垃圾渗滤液成分复杂,存在Ca2+、Mg2+等成垢物质,同时含有大量的有机污染物,容易在输送和处理过程中出现多种污垢,造成管道和处理装置的堵塞、泄露或损坏。一方面,会影响厂区设施的运行和处理系统的稳定出水;另一方面,甚至会造成渗滤液外泄,影响填埋区使用寿命和坝体稳定性,引发环境和安全事故。
2 垃圾渗滤液的结垢特性
垃圾渗滤液的水质和水量随垃圾的成分、填埋方法、填埋时间及其季节等因素的变化而变化,且地区差异大,总体上COD、NH3-N等污染物的浓度高,有机物种类多,重金属含量高,容易形成垢物。研究认为,渗滤液在收集过程中的结垢主要与挥发性脂肪酸的发酵产物(碳酸)和Ca2+的反应有关。对垃圾填埋场渗滤液管道结垢原因进行研究,发现结垢物主要组成为CaCO3,高硬度和高碱度是造成结垢的主要原因。通过对渗滤液水质、水流状态、环境条件等方面的分析,发现结垢量随着渗滤液温度的升高,以及pH、碱度和硬度的增大而增大。
3 膜蒸馏技术简介
膜蒸馏是一种将传统蒸馏和膜技术相结合的新型分离技术,原理为:微孔疏水膜将温度不同的2种介质(液/液或液/气)分隔开来,利用疏水膜两侧可透过组分(通常为水)的蒸汽分压差作为驱动力,使得温度较高侧的液体中的可透过组分(水)以气态形式穿过分离膜,而液体、不溶物及各种离子等则无法透过疏水膜,从而达到分离效果。膜蒸馏具有脱盐率高,产水水质好,水回收率高,可在低温低压下操作,能够处理高浓度原料液,分离性能不受渗透压限制(常规反渗透技术不适合用于处理含盐量大于65g/L的浓水,因为该浓度盐水的渗透压将会高于8×106Pa,导致处理能耗和成本显著增加)等优势,可被广泛用于海水/苦咸水/工业废水的淡化、脱盐及深度处理浓缩等过程,并且在食品加工、医药卫生等行业也有较好的应用前景。微孔疏水膜是膜蒸馏技术的核心,要求膜应具备高疏水性、高孔隙率、较好的化学及热力学稳定性,并且膜表面必须有较好的抗污染性能。常用的膜为聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯和聚四氟乙烯膜;而新型膜为复合膜,即用以上几种膜作为基膜,对其表面进行修饰或改性,使膜能够兼顾膜通量和截留率,并一定程度上改善膜的抗污染性能。但复合膜的规模化生产受限于生产工艺和成本,多数处于实验室研发阶段。膜蒸馏使用的膜组件形式包括中空纤维式、平板式和卷式。主要操作形式有直接接触膜蒸馏、气隙膜蒸馏、吹扫气膜蒸馏和真空膜蒸馏。膜蒸馏的理论基础和小试/中试技术应用近年来已获得长足发展,在过去的10年间发表的论文数量显著增加。但决定膜蒸馏能否进一步工程化应用的重要因素是该技术的运行能耗及稳定性。垃圾焚烧发电厂可提供低温蒸汽、烟道气等热源,充分利用这些热源将对降低膜蒸馏运行能耗有积极意义。另一方面,通过渗滤液前端处理工艺改善进水水质,能够延长膜清洗周期,有效提高膜蒸馏运行的稳定性。
4 垃圾渗滤液的处理思路
4.1 工艺流程设计
(1)生物反应器参数选取。以往的设计中,习惯于将污泥负荷作为设计生物反应器的主要参数,但是大量的经验表明该指标并不能客观反映膜污染防治效果。因此本次试验中创新性地将“水力停留时间”作为主要参数,既保证了试验结果的可靠性,同时又简化了工艺流程和降低了操作难度。(2)泵系统的选择。试验中需要统计出水流量和进水流量。因此试验装置中分别需要一台提升泵和出水泵。泵的功率、扬程等具体参数也要根据试验需求进行科学确定。(3)膜组件的选择。膜的选用是影响该试验质量和结果精度的决定性因素。在选择膜组件时应综合考虑多种指标,首先就是膜通量,自然是越高越好,但是也要兼顾成本。理论上来说,只要新膜的通量维持在95%以上,即可满足一般试验的要求。
4.2 磁处理阻垢
自20世纪40年代Vermeriren利用“磁化水”来减少锅炉水垢的生成,磁处理防垢技术得到了广泛的研究发展。磁处理根据磁场来源的不同可以分为永磁式和电磁式。永磁式即利用永磁体产生磁场,优点是无需耗电,设备结构相对简单,但磁场强度较弱,除垢效果受水质影响大;实践中,更多使用的是电磁式,通过对通电线圈施加不同频率的电流来产生不同强度和性质的磁场,更适用于高流量、高硬度的循环水系统。磁处理阻垢技术应用于工业防垢、除垢已有几十年历史,在石油炼化、冶金等行业的换热器和锅炉系统中广泛使用。然而,目前对于磁场阻垢的机理仍没有统一的认识,主要的研究集中在磁处理对水中溶解气体含量、pH、Zeta电位、表面张力等溶液物理化学性质,以及水分子结构和结晶晶型等的影响方面。一般认为,溶液中离子种类不同,进行磁处理的效果会有差异。研究较多的是磁场对CaCO3与CaSO4的影响,磁场明显影响了CaCO3的结晶过程,但对CaSO4的结晶影响较小,对含SO2－4的溶液阻垢效果不佳。
4.3 膜组件优化
膜组件是构成膜处理技术的最基本和最重要的单元。优化膜组件的目的在于增加膜表面的流体湍动程度,进而改善传质效率和热传导效率,可有效提高膜蒸馏过程的产水量和减少污染物在膜表面的附着。增加膜表面流体湍动程度的方式包括:通过对中空纤维膜弯曲或缠绕定型,使其在组件内的形态由常规的直列式变为螺旋/波浪式;在组件壳程内增加挡板或在壳程进出口处增加液体分配器,改变液体在组件内的流动形态;针对平板膜组件可改变液体在膜两侧的流道,增加液体与膜表面的接触时间并加强扰流效果。
5 结束语
在垃圾处理能力日益提升的背景下,垃圾渗滤液的无害化处理引起了各方关注。膜分离技术能够实现对渗滤液中有害物质的过滤,从而降低垃圾渗滤液的污染危害。在设计基于膜生物反应器的垃圾渗滤液处理装置时,应重点从膜组件、泵系统等方面进行科学设计,保证装置能够发挥预期的效果。
参考文献:
[1] 叶华计.膜分离技术在垃圾渗滤液处理中的运用[J].科学技术创新,2019(35):162-163.
[2] 黄健,孙威威,黄智,王斌,王志华,张华,张勇,谢能勇.焚烧发电垃圾渗滤液处理过程中DOM的荧光光谱分析[J].安徽建筑大学学报,2019,27(06):76-80.
[3] 吴娟娟.生活垃圾焚烧发电项目环境监理关键点探析[J].智能城市,2019,5(23):136-137.
[4] 王博.臭氧及组合工艺处理垃圾渗滤液MBR出水和浓缩液中有机污染物试验研究[D].青岛理工大学,2019.
[5] 袁建华.利用异养硝化—好氧反硝化功能混合菌剂处理高氨氮垃圾渗滤液的研究[D].重庆大学,2019.