渗滤液的反渗透浓缩液回灌技术应用.pdf

渗滤液的反渗透浓缩液回灌技术应用 宋延冬左俊芳朱正贤 北京天地人环保科技有限公司， 北京 100176 摘要 以宜昌、 宁国、 蒙城垃圾填埋场为例， 介绍了碟管式反渗透 DTRO 浓缩液回灌工艺， 研究发现 浓缩液回灌 方式应根据垃圾填埋场的地理特征和业主的具体要求来确定。山谷型填埋场可以采用石笼回灌法， 施工简单， 成本较 低， 另外也可采用两层生物滤化床方式， 成本稍高， 但效果较好; 平原型填埋场宜采用两层生物滤化床方式， 而采用石 笼回灌法容易出现短流现象。浓缩液回灌对渗滤液电导率无明显影响， 不会影响后续反渗透系统的正常运行。 关键词 垃圾填埋场; 渗滤液; 反渗透; 浓缩液; 回灌 USE OF RECIRCULATION TECHNIQUE OF CONCENTRATED LEACHATE PRODUCED BY LEACHATE REVERSE- OSMOSIS Song YandongZuo JunfangZhu Zhengxian Beijing TDR Environ-Tech． Co． ， Ltd， Beijing 100176，China AbstractThe paper takes landfills in Yichang，Ningguo and Mengcheng for example， it was introduced a process of disc tube reverse osmosis DTRO concentrated leachate recirculation． The result indicated that the way of recirculation should be based on the geographical features of landfill and owners’demand． Valley landfills can use the way of stone cage recirculation that is built simply at low-cost． On the other hand，the way of two-biological filter bed which is more effective can also be used although more costly． Plain landfills should use two-layer biological filter bed，short flow may be caused if use the way of stone cage recirculation． Conductance will not be influenced obviously due to recirculation，and the normal operation of RO system won’ t be affected． Keywordslandfill; leachate; reverse-osmosis; concentrated leachate; recirculation 0引言 垃圾渗滤液成分复杂且含大量有毒有害物质， 水 质水量波动大， 国内的垃圾填埋场一般都采用回灌 法、 物化法或生化法处理。回灌法是一种非彻底的处 理方法， 而且处理能力有限 ［1］， 而常规的物化法和生 化法处理垃圾渗滤液很难达标 ［2- 3］， 用反渗透技术处 理渗滤液已逐步变为一种趋势， 但是用反渗透处理会 有一定量的浓缩液产生， 浓缩液的处理是一个新的难 点。浓缩液的处理有回灌、 焚烧、 固化、 蒸馏干燥和真 空干燥等方法， 但是最经济的方法是回灌法。 浓缩液回灌是基于渗滤液回灌的基础上发展而 来的， 渗滤液回灌法的基本操作原理是用适当的方法 将在填埋场底部收集到的渗滤液从其覆盖层表面或 覆盖层下部重新灌入填埋场。这样就可利用填埋垃 圾中所含有的大量微生物对回灌渗滤液中含有的有 机物进行生物降解、 吸附、 过滤 ［4- 5］。国内外大量的研 究资料表明， 渗滤液回灌利于垃圾场内水分和营养物 质的均衡分布， 促进垃圾中有机物的降解， 从而缩短 垃圾场的稳定时间 ［6- 7］。在德国， 从 1986 年开始， 浓 缩液回灌就作为反渗透法处理垃圾渗滤液的一个有 机组成部分而被广泛采用 ［8］。从 2003 年 9 月起， 重 庆市长 生 桥 垃 圾 卫 生 填 埋 场 就 已 开 始 采 用 反 渗 透 浓缩液回灌工艺处理垃圾渗滤液 ［9］。下面分 别以宜昌市黄家湾垃圾处理场、 安徽省宁国市垃圾卫 生填埋场、 蒙城县垃圾卫生填埋场的反渗透浓缩液回 灌工程为实例对浓缩液回灌工艺进行分析和研究。 1工程实例 1. 1宜昌市黄家湾垃圾处理场 1. 1. 1渗滤液处理工艺 宜昌市黄家湾垃圾处理场为山谷型填埋场， 该场 33 环境工程 2012 年 4 月第 30 卷第 2 期 投入使用以后， 每年平均无害化处理城市生活垃圾约 20 万 t， 每天产生渗滤液约 200 t， 对地下水、 地表水和 土壤环境产生严重污染。2008 年建成渗滤液处理系 统， 该处理系统采用碟管式反渗透 浓缩液回灌工 艺， 工艺流程见图 1， 处理能力为 240 m3/d， 回收率约 79 ， 设备每天产生浓缩液约 50 t。碟管式反渗透系 统对污染物的去除率极高， 对 COD、 TOC 和金属离子 去除率均 ＞ 99 ， 氨氮去除率 ＞ 98 ， 具有较高且稳 定的脱盐率， 出水可达 GB 168892008生活垃圾填 埋场污染控制标准 排放标准。 图 1宜昌渗滤液处理工艺流程 1. 1. 2浓缩液回灌工艺 回灌可分为表面回灌和地下回灌两种方式 ［10］。 根据宜昌市黄家湾垃圾处理场山谷型的地理特点， 垃 圾堆体较大， 垃圾层厚， 地下回灌方式不易形成短流， 另外， 适当的表面回灌可以增加浓缩液吸纳量， 因此 可以采用地下回灌和表面回灌相结合的方式。地下 回灌具体采用石笼回灌方法 见图 2 ， 石笼回灌法是 指在垃圾堆体上挖井 2 ～ 3 m 深 垃圾堆体总深度约 10 m ， 采用 10 号铅丝编制石笼， 笼内填充直径 32 ～ 64 mm 的卵石， 石笼直径 ＞ 1 m， 石笼中心设 DE200 的聚丙烯中空管或高密度聚乙烯 HDPE 穿孔管， 通 过管路将浓缩液注入垃圾堆体深处， 再通过石笼的透 水性使浓缩液向周围扩散。然后再以石笼底部为圆 心水平铺设一层厚度为 0. 4 m 的级配卵石， 铺设区域 直径为 16 ～ 18 m， 渗滤液可以通过垂直的石笼和底 部的级配卵石层向垃圾堆体进行水平、 垂直扩散， 另 外， 随着垃圾填埋高度的增加， 石笼的高度也可做相 应调整。 图 2石笼回灌法示意 石笼深度如果过浅＜ 2 m ， 上层垃圾经浓缩液 回灌后变得松软， 槽车容易凹陷进去， 无法靠近回灌 点进行回灌， 而深度过大则会增加施工成本， 因山区 地势崎岖， 若不用槽车而用管路进行回灌施工也比较 麻烦， 经试验证实石笼深度以 2 ～ 3 m 为宜。 表面回灌的结构简单， 为石笼回灌的下半部分， 不做石笼只做卵石坑， 见图 3， 即在垃圾堆体表面铺 设一层厚度为 0. 4 m 的卵石层， 这样回灌车可以开到 坑边直接倾泻浓缩液。适量的表面回灌可以吸纳更 多的浓缩液， 减小处理规模， 且该垃圾处理场周围无 居民区， 所以可以采用地下回灌与表面回灌相结合的 方法。另外， 当垃圾堆体不断升高后， 上面还可以加 上铅丝笼及附属物改成石笼。 图 3表面回灌示意 根据宜昌黄家湾垃圾填埋场具体情况及现有路 况， 结合业主方的要求， 在不影响垃圾填埋作业的原 则下， 较规律的分配了 5 个回灌点， 其中 2 个为表面 回灌点， 3 个为石笼回灌点。经回灌后观察 表层回 灌点达到饱和可以吸纳浓缩液 100 m3， 石笼回灌点 吸纳量为 65 m3， 饱和后一周可恢复继续回灌。2 个 表面回灌点和 3 个石笼回灌点 1 周内可消纳浓缩液 395 m3， 可以满足全负荷每周 350 m3的要求。 1. 1. 3回灌后水质变化情况 宜昌垃圾填埋场在反渗透浓缩液回灌后的一段 时间内， 对渗滤液和浓缩液的电导率和 COD 进行的 监测， 结果分别见图 4 和图 5。 图 4宜昌垃圾填埋场渗滤液和浓缩液的电导率变化曲线 影响碟管式反渗透设备运行的主要因素为原水 即渗滤液电导率， 从图 4 可以看出 浓缩液和渗滤液 的电导率均波动不大， 渗滤液基本保持在 18 ms/cm 左右， 该垃圾填埋场实施浓缩液回灌工程之前， 渗滤 液电导率在 16 ～ 18 ms/cm， 可见浓缩液回灌未对渗 43 环境工程 2012 年 4 月第 30 卷第 2 期 图 5宜昌垃圾填埋场渗滤液和浓缩液的 COD 变化曲线 滤液电导率造成明显的影响。 一般认为， 浓缩液回灌到垃圾场后， 经过长期循 环可能会导致渗滤液中无机盐的积累从而使电导率 升高， 不利于反渗透膜系统的正常运行。事实上在垃 圾场内的碱性环境下， 浓缩液中的重金属离子会形成 氢氧化物沉淀， 同时会被垃圾、 腐殖质和土壤吸附， 而 且垃圾在降解过程中生成的大分子量腐殖质类有机 物能与重金属离子形成稳定的螯合物， 此外浓缩液回 灌能促使 SO4 2 － 被还原为 H2S， H2S 与渗滤液中的重 金属离子反应生成硫化物沉淀， 从而使重金属离子浓 度大大降低 ［11］。同时， 垃圾堆体中存在的大量多孔 的腐殖质带负电荷， 对某些离子 如钾离子和某些金 属离子 具有吸附去除作用 ［12］， 此外， 腐殖酸盐在有 Ca2 、 Mg2 存在时形成沉淀， 可去除部分浓缩液中的 Ca2 、 Mg2 。因此， 浓缩液回灌对盐类有一定程度的 去除作用。 从图 5 可以看出 从 15 月初渗滤液和浓缩液 的 COD 值一直稳定保持在较低水平， 从 5 月 10 号 开始， COD 值 均 有 了 明 显 升 高 的 趋 势， 渗 滤 液 ρ COD 从 1 400 mg/L 上升到 6 000 mg/L 以上， 浓 缩液 ρ COD 从 5 000 mg/L 上升到 14 000 mg/L 左 右。原因可能是该填埋场不断有新鲜垃圾填入， 进 入夏季， 新填入的垃圾成分变化大， 有机物含量增 大， 另外由于温度升高， 垃圾内部微生物降解速度 加快， 雨水较多， 促使垃圾层中的水解产物一同被 冲刷下来， 这些都可能导致垃圾渗滤液中 COD 含量 增大。 从图 4 和图 5 可以看出回灌对浓缩液的电导率 和 COD 均有较好的去除效果。 1. 2安徽省宁国市垃圾卫生填埋场 1. 2. 1渗滤液处理系统 安徽省宁国市垃圾卫生填埋场也属于山谷型填 埋场， 渗滤液处理工艺同样采用碟管式反渗透 浓 缩液回灌工艺， 处理能力 100 m3/d， 设备每天产生浓 缩液约 25 t。 1. 2. 2浓缩液回灌工艺 由于该填埋场属于山谷型填埋场， 垃圾堆体较 厚， 浓缩液回灌采用了柱状卵石井回灌方式 见图 6 ， 即在垃圾堆里挖深 5 m、 直径为 8 m 的圆柱形大坑， 然后填充直径 32 ～ 64 mm 的卵石， 最上面覆盖 0. 5 m 厚的垃圾层， 中心为 DE300 的 HDPE 导液管， 深度小 于 2 m， 用于浓缩液回灌。在导液管底部装有 2 层十 字交叉的 DE90 的 HDPE 穿孔布水管， 使回灌下来的 浓缩液在垃圾层中分布更均匀。另外还均匀布有 4 根 DE110 的 HDPE 导气管， 从卵石井底部伸出， 作用 是防止甲烷等气体的积聚。 图 6柱状卵石井回灌示意 此回灌方法适合垃圾堆体较大的垃圾填埋场， 优 点是占地面积小， 可以一次性承载较大容量的浓缩 液， 缺点是施工难度大， 投资费用较高。该垃圾填埋 场分布有 3 个回灌井， 每天对 1 个回灌井进行回灌， 由 1 个容积 4 t 的吸粪车进行回灌， 每天回灌 7 ～ 8 车， 3 个回灌井轮流进行回灌。 1. 2. 3回灌后水质变化情况 宁国垃圾填埋场渗滤液的浓缩液回灌后， 对渗滤 液和浓缩液的电导率进行了监测， 结果见图 7。 图 7宁国垃圾填埋场渗滤液和浓缩液的电导率变化曲线 从图 7 可以看出 宁国垃圾填埋场的浓缩液回灌 53 环境工程 2012 年 4 月第 30 卷第 2 期 后， 渗滤液和浓缩液的电导率都比较稳定， 渗滤液电 导率没有出现大的波动， 不会影响反渗透系统运行， 说明此回灌方式适合该垃圾填埋场。 1. 3蒙城县垃圾卫生填埋场 蒙城县垃圾卫生填埋场渗滤液处理工艺与宜昌、 宁国一样， 都是碟管式反渗透 浓缩液回灌， 每天 产生浓缩液约 22 t。由于该垃圾填埋场属于平原型 填埋场， 具有垃圾堆体小， 垃圾层薄的特点 5 m 左 右 ， 浓缩液回灌最初采用的是石笼回灌法， 出现了 短流现象， 另外由于调节池容积较小， 再加上短流现 象， 浓缩液回灌后渗滤液电导率波动较大， 影响了后 续反渗透设备的正常运行。后来对回灌工艺进行改 进， 将垃圾层表面覆盖厚度为 0. 3 m 的卵石层， 相当 于两层生物滤床 见图 8 ， 两卵石层间的垃圾层厚度 约为 2 m， 若垃圾层厚度过小＜ 2 m ， 容易造成上层 垃圾层积水较多， 导致回灌的浓缩液流速变慢， 影响 回灌效果; 上层垃圾层过厚容易造成短流， 经试验厚 度以 2 m 为宜。下层卵石可以起到较好的布水和导 气作用， 在不用石笼回灌时石笼穿孔管可只作导气 用。实际回灌时采用 DN63 的新型双层复合水带， 水 带上均匀打眼进行表面喷洒 石笼回灌暂未使用 ， 见图 9。 图 8两层生物滤化床示意 图 9表面喷洒回灌照片 该回灌法的优点是开挖出的垃圾回填后具有较 大的孔隙率， 垃圾可以得到较高的利用率， 使生物培 养达到最优化， 对浓缩液的 COD、 电导率等指标具有 较好的去除效果， 另外布水效果比石笼直灌更均匀， 且蒸发量增大; 缺点是投资费用相比石笼回灌方式较 高， 对周围环境污染严重， 如垃圾填埋场周围无居民 区， 可采用此法。 回灌区为 12 m 100 m 的大区域， 均分为 5 个小 区， 每个小回灌区回灌时间为 1 h， 共计回灌约 6 t 的 浓缩液。每个小时换 1 个回灌区 由阀门控制 ， 每 天回灌 4 ～ 5 h。回灌时采取 5 个小回灌区依次单独 进行回灌的方式， 而非同时进行， 因为单独对一个回 灌区进行回灌可以使浓缩液喷洒的高度和区域更广， 分散更为均匀。浓缩液回灌后渗滤液的电导率比较 稳定， 不会影响反渗透系统运行。 2结论 1 浓缩液回灌的条件是垃圾填埋场必须具备良 好的防渗措施和畅通的渗滤液导排、 收集系统， 避免 对水体、 土壤等造成二次污染或形成短流。宜昌、 宁 国、 蒙城垃圾填埋场具备较好的防渗措施和渗滤液导 排系统， 因此可以实施回灌。浓缩液的回灌方式需根 据垃圾填埋场的具体地理特征和业主需求来确定 山 谷型垃圾填埋场垃圾堆较厚， 可以采用石笼回灌法， 施工简单， 投资成本较低且不易造成短流 若环境允 许可以考虑兼用表面回灌方法 ; 平原型垃圾填埋场 垃圾堆体较小， 用石笼回灌法容易造成短流， 所以建 议采用两层生物滤化床方式， 垃圾利用率高， 对浓缩 液各项指标的去除效果好。环境条件允许的话可以 采用表面喷洒方式， 若不允许则可以采用埋管方式进 行回灌 即将 PE 穿孔管埋入表面卵石层中 。 另外， 若投资费用可以接受且想要达到较好回灌 效果的话， 山谷型填埋场也可以采用两层生物滤化床 形式， 具体采用何种回灌方式可以根据业主的具体情 况和要求而定。 2 回灌对浓缩液的电导率和 COD 均有较好的去 除效果， 而影响碟管式反渗透系统运行的主要因素是 渗滤液的电导率， 从本文中几个工程实例可知， 浓缩 液回灌后没有对渗滤液电导率造成明显的影响， 即不 会影响后续反渗透处理系统的正常运行。 3 浓缩液回灌在垃圾填埋体上作为处理的一种 方法有别于渗滤液的回灌， 其中有机污染物等的负荷 量极高， 因此， 浓缩液的回灌条件必须紧密配合垃圾 下转第 10 页 63 环境工程 2012 年 4 月第 30 卷第 2 期 钠 0. 15 三聚磷酸钠方式清洗陶瓷膜效果稳定。 图 12清洗效果变化情况 4结论 1 使用陶瓷膜过滤废碱液会产生一定程度膜污 染， 根据膜通量随时间变化情况， 确定陶瓷膜清洗周 期为 2. 5 h。 2 采用 0. 2 硝酸清洗 15 min， 0. 55 次氯酸钠 清洗 10 min，0. 15 三聚磷酸钠清洗 10 min 方式清 洗陶瓷膜， 可以得到良好的再生效果， 膜通量恢复率 在 85 以上， 而且连续清洗再生效果稳定。 3 清洗方式操作简单， 清洗用时 35 min， 清洗剂 用量少， 可实现在线清洗， 具有一定工程适用价值。 参考文献 ［1］沈淞涛， 杨顺生， 方发龙， 等． 啤酒工业废水的来源与水质特点 ［J］． 工业安全与环保， 2003， 29 12 3- 5． ［2］邢卫红， 翻益群， 徐南平． 无机陶瓷膜应用过程的进展［J］． 膜 科学与技术， 2003， 23 4 86- 91． ［3］朱科学， 周惠明． 陶瓷膜分离技术及其在食品工业中的应用 ［J］． 食品技术， 2002 5 8- 10． ［4］黄仲涛． 无机膜技术及其应用［M］． 北京 中国石化出版社， 1999． ［5］徐农， 黄江丽， 刘广立， 等． 陶瓷微滤膜过滤黑液的清洗与再生 ［J］． 重庆环境科学， 2003， 25 12 54- 61． ［6］段少妮， 胡海修． 酸性清洗剂清洗陶瓷微滤膜在反渗透给水预 处理中膜污染的试验研究［J］． 西南给排水， 2005， 27 1 11- 13． ［7］国家环保局． 水和废水监测分析方法［M］． 北京 中国环境科学 出版社， 2003． ［8］王君如， 汪喜生， 裘湛， 等． 无机陶瓷膜处理废乳化液后的污染 与清洗［J］． 净水技术， 2009， 28 4 32- 34． ［9］王长进， 储凌， 金江． 陶瓷膜处理含油废水的膜化学清洗研究 ［J］． 水处理技术， 2010， 36 11 51- 55． ［ 10］刘俊， 周元祥， 汤利华， 等． 无机陶瓷膜处理生活污水中膜污染 及清洗研究［J］． 安徽建筑工业学院学报， 2007， 15 3 57- 60． ［ 11］刘昌盛， 傅金祥， 李慧． 陶瓷膜微滤的影响因素及膜污染再生探 讨［J］． 辽宁化工， 2010， 39 1 55- 60． ［ 12］严煦世， 范瑾初． 给水工程［M］． 北京 中国建筑工业出版社， 1999． 作者通信处路京鹏110168辽宁省沈阳市浑南东路九号沈阳建 筑大学 E- mailljp6219 163． com 2011 － 09 － 15 櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅 收稿 上接第 36 页 填埋体的形成并结合填埋操作的具体条件， 以控制回 灌量处于最适宜的程度 即不会造成短流 ， 并限制 在最适当的范围之内 以不影响填埋作业 。在我 国， 反渗透浓缩液回灌技术还处于研究发展阶段， 技 术尚不够完善， 有待于进一步的研究和实践。 参考文献 ［1］张宏忠，松全元，王淀佐． 垃圾渗滤液膜处理技术［J］． 膜科 学与技术，2004，24 5 69- 73． ［2］蒋宝军，李俊生，杨威，等． 垃圾渗滤液反渗透浓缩液回灌处 理中试研究［J］． 哈尔滨商业大学学报，2006，22 6 36- 40． ［3］李晔，吴飞，张发有，等． 垃圾填埋场渗滤液回灌法处理技术 探讨［J］． 工业安全与环保，2004，30 5 19- 21． ［4］胡敏云，陈云敏． 垃圾填埋场渗滤液回灌调节池的容量设计 方法［J］． 环境工程，2000，18 6 53- 56． ［5］李青松，金春姬，乔志香，等． 渗滤液回灌在实际应用中应注 意的问题［J］． 四川环境，2004，23 4 78- 80． ［6］Lawson T A． Leachate recirculation a landfill management tool ［J］．Proceedings of the Institute of Waste Management，1997 3 9- 13． ［7］Warith M． Bioreactor landfills experimental and field results［J］． Waste Management，2001，22 1 7- 17． ［8］刘研萍，李秀金，王宝贞． 渗滤液的反渗透浓缩液回灌研究 ［J］． 环境工程，2008，26 4 89- 93． ［9］梁梁，尹军，蒋宝军． 垃圾渗滤液回灌处理若干参数控制［J］． 吉林建筑工程学院学报，2009，26 3 63- 66． ［ 10］张鸿郭，陈振雄，王筱虹． 垃圾填埋场渗滤液回灌技术研究 ［J］． 新疆环境保护，2008，30 1 42- 45． ［ 11］王罗春，刘疆鹰，赵由才，等． 垃圾填埋场渗滤液回灌综述 ［J］． 固体废弃物处置，1999，21 2 48- 50． ［ 12］刘方春，刘春生，杜振宇，等． 褐煤腐植酸对钾的吸附特性研 究［J］． 农业工程学报，2006，22 8 27． 作者通信处左俊芳100176北京经济技术开发区同济中路 7 号 兴盛工业园 5 号楼 电话 010 51660180 － 177 E- mailzuojunfang 163． com 2011 － 08 － 15 收稿 01 环境工程 2012 年 4 月第 30 卷第 2 期