深度處理垃圾滲濾液反滲透濃縮液試驗研究

張苧文，楊雨桐

（沈陽建筑大學，遼寧 沈陽 110170）

隨著我國城市數量的增多和人口的日益增長，城市生活垃圾總量與日俱增。如今，全球的城市生活垃圾產量約為20.1億t·a-1，預計到2050年將達到34.0億t·a-1[1]。城市生活垃圾處理處置過程中產生一種污染物成分復雜、水質水量變化大的高濃度的毒性有機廢水[2-3]，即為垃圾滲濾液。目前，垃圾滲濾液的處理采用“預處理+MBR膜生物系統+納濾/反滲透”工藝處理技術。在膜技術中，反滲透（RO）和納濾（NF）受到廣泛的認可，因為它們可以去除廢水中幾乎所有的有機物[4]。然而，反滲透膜系統會產生20%～30%的濃縮液。濃縮液鹽分高、濃度高，可生物降解性較低，含有難降解的有機物，例如腐殖質類物質[5]。大分子腐殖質在傳統的生物法聯合膜過濾工藝中難以被去除，并且這類物質的存在會在水處理過程中產生一系列問題[6]，處理不當容易造成二次污染。現如今，膜濃縮液的物化處理方法有混凝法、回灌法、蒸發法和高級氧化法等。回灌法是將填埋場作為一個以垃圾為填料的巨大生物濾床，通過生物降解、吸附、過濾等多重作用實現污染物的穩定化或降解。雖然回灌法處理濃縮液簡單高效、經濟實惠，但利用回灌法處理經過生物處理后的濃縮液，其中的大分子有機物和微生物的降解轉化以及生物固定作用難以發揮功能。ROBINSON[7]報道了在德國Wischhafen填埋場的RO處理系統的濃縮液回灌處置的效果，發現進行回灌后滲濾液的COD和NH3-N均有所提高，直接影響了反滲透系統的處理效率。蒸發法是在一定的條件下，將水中相對易揮發的組分分離出去的過程，可以去除掉濃縮液中多種有機污染物，但很容易造成二次濃縮液的積累[7]，且蒸發法工藝復雜，能耗較高，易腐蝕設備。張龍[9]等采用混凝沉淀-樹脂吸附-Fenton氧化處理垃圾滲濾液膜濾濃縮液，在最佳條件下，COD的去除率達98.10%。王凱[10]等采用Fenton試劑氧化聯合特種絮凝處理膜濾濃縮液，COD和色度的去除率達到40%，且水樣的可生化性得到大幅度提高，為后續處理創造了良好的條件，物化組合工藝為處理垃圾滲濾液濃縮液提供了一條新的途徑。因此，本文采用混凝沉淀-電化學氧化-曝氣生物濾池深度處理垃圾滲濾液濃縮液，系統地闡述了該方法對反滲透濃縮液的去除效果。

1 材料與方法

1.1 進水水質

實驗所用濃縮液來自沈陽市大辛生活垃圾填埋場，該填埋場采用的是MBR+NF/RO工藝處理垃圾滲濾液，處理規模為2 000 t·d-1。試驗期間水質指標如下：pH=6.8，COD為1 325.425 mg·L-1，BOD5為25.9 mg·L-1，BOD5/COD為0.019，氨氮52.733 mg·L-1，UV254為36.726 cm-1，電導率為41.7 mS·cm-1。

1.2 分析項目及方法

pH值采用pH計測量；COD采用紫外分光光度計測定；BOD5采用稀釋培養法測定；氯離子采用硝酸銀滴定法測定；NH4+-N、NO3--N、NO2--N、UV254均采用紫外分光光度法測定。

1.3 實驗方法

混凝沉淀試驗：由于反滲透濃縮液中含有大量的難生物降解的COD，在工程上通常采用經濟便捷的混凝沉淀進行預處理[11]，以降低后續電化學氧化的氧化時間，節約運行費用。本試驗對3種混凝劑進行篩選，發現聚合硫酸鐵（PFS）對反滲透濃縮液的COD以及UV254均有較好的去除效果，于是對PFS投加量以及反應條件進行了優化試驗，最終確定本試驗的PFS投加量為2 200 mg·L-1，將初始pH值控制為6，投加助凝劑陽離子型聚丙烯酰胺（CPAM）為7 mg·L-1，混凝時間為30 min，沉淀時間為2 h。

電化學氧化試驗：由于試驗廢水在經混凝預處理后引入了氯化物和濃縮液本身具有含氮化合物，電導率也隨之提高，在高級氧化技術中，電化學技術可間接氧化廢水中的氨氮、總氮等有機物。由于試驗廢水底部含有大量絮狀物，所以將其過濾至電化學試驗裝置內。通過前期小試試驗得出最佳電化學氧化條件：極板間距為3 cm，NaCl投加量為10 g·L-1，電流密度為10 A，反應時間為120 min。

曝氣生物濾池試驗：BAF采用上流式進水和曝氣盤曝氣，反沖洗系統采用“氣沖+氣水連沖+水沖”方式進行，BAF處理后的清水用作反沖洗的水，運行時氣水比為4∶1～6∶1；采用直徑為3～5 mm的球形陶粒濾料，由于其具有較大的表面積，有利于微生物在其表面附著；BAF進水為混凝沉淀-電化學高級氧化出水，進水流量控制在4～5 L·h-1，水力停留時間約為24 h。

2 結果與討論

2.1 混凝沉淀預處理效果

混凝沉淀預處理的效果如下：進水COD、UV254以及氨氮質量濃度為1 325.425 mg·L-1、36.726 cm-1和52.733 mg·L-1，出水為581.746 mg·L-1、14.818 cm-1和33.014 mg·L-1，去除率分別為56.121%、59.66%、29.809%。

2.2 電化學高級氧化處理效果

COD、UV254、氨氮、亞硝態氮和硝態氮的去除率分別為62.548%、62.419%、61.629%、50.837%和51.825%，達到了最佳去除率，而當反應時間180 min后，電極鈍化，電流效率降低，體系的化學反應速率逐漸下降。

在實際工程運用中，無法保證其上清液的收集過程完全不混入細小絮狀體，因此進入電化學裝置的樣品會出現濁度高的問題，這也是需要解決的問題。

2.3 BAF生物處理效果

BAF出水的COD、UV254、氨氮質量濃度平均值為136.552 mg·L-1、2.897 cm-1和1.998 mg·L-1。

2.4 組合工藝對RO濃縮液的總體運行效果

混凝-電化學-BAF深度處理系統穩定運行期間，對RO濃縮液中COD、UV254和氨氮的去除效果如圖1所示。

圖1 組合工藝對RO濃縮液總體處理效果

組合工藝對RO濃水中COD的去除效果如圖1（a）所示。從1個月左右的系統運行效果可以看出，當進水COD為1 288.527～1 550.515 mg·L-1時，混凝出水、電化學氧化出水和最終出水的COD分別為471.224 ～647.222 mg·L-1、198.61～260.618 mg·L-1、106.728～157.089 mg·L-1。組合工藝的COD總去除率達到90%左右，其中混凝和電化學氧化單元充分利用了絮凝沉淀和強氧化能力處理掉了70%及以上的COD，降低了后續深度處理單元的負荷。該組合具有較強的抗沖擊負荷能力，當組合進水COD具有較強的變化時，出水COD仍保持在較低的水平。同時，組合工藝對垃圾滲濾液濃縮液的色度和臭味也有良好的去除效果。當進水NH4+-N的質量濃度為48.439～63.528 mg·L-1時，BAF處理系統出水質量濃度為0.756～1.927 mg·L-1，生物系統進行較強的硝化作用，NH4+-N去除率達到了98%以上。電化學系統在氧化難生物降解的有機物時，使部分含氮有機物生成NH4+-N。好氧BAF池的硝化細菌進行硝化作用進一步去除NH4+-N，發生硝化作用進行脫氮[12]，使得最終出水TN為4.927～7.628 mg·L-1，最終NH4+-N和TN均滿足排放要求。

3 結論

采用混凝沉淀-電化學氧化-BAF組合工藝深度處理垃圾滲濾液濃縮液，混凝沉淀通過絮凝降解大分子有機物，電化學氧化系統進一步去除難生物降解物質，再通過后面的BAF生物處理系統能高效降解滲濾液中的NH4+-N及可生物降解有機物，使出水水質達標。運行結果表明，組合工藝對濃縮的COD、NH4+-N及UV254具有良好且穩定的去除效果，對COD、NH4+-N及UV254的去除率達到90.898%、98.526%和91.625%，出水水質滿足并優于《水污染物排放限值》（DB44/26—2001）的三級標準和《污水排入城鎮下水道水質標準》（CJ 343—2010）的B級標準[13]。