垃圾滲濾液反滲透濃水深度處理中試研究
采用混凝/Fenton/曝氣生物濾池(BAF)組合工藝深度處理廣東省某垃圾焚燒廠垃圾滲濾液反滲透RO濃水。連續(xù)兩個多月的中試運行結果顯示，在聚合硫酸鐵投量為1kg/m3、雙氧水(27.5%)投量為7.8L/m3、H2O2∶Fe2+=2∶1(物質(zhì)的量之比)、BAF的水力停留時間為12h的條件下，出水COD<300mg/L、色度<64倍，優(yōu)于《水污染物排放限值》(DB44/26—2001)第二時段的三級標準和《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標準》(CJ343—2010)的B級標準，可回用于垃圾焚燒爐渣冷卻。
關鍵詞：垃圾滲濾液;反滲透濃水;混凝;Fenton;曝氣生物濾池
垃圾滲濾液由于具有成分復雜、污染物濃度高、水質(zhì)變化大等特點，為其處理工藝的選擇帶來了難度[1]。反滲透可以實現(xiàn)垃圾滲濾液的高回用率及高出水水質(zhì)標準，不僅使處理后的廢水達到回用標準，還可有效降低處理設施的占地面積，已成為處理垃圾滲濾液的最有效技術[2]。
反滲透技術處理垃圾滲濾液必然會產(chǎn)生高COD、高色度、高TDS的膜濾濃縮液，若直接將濃水回流到調(diào)節(jié)池，長期積累必然會導致廢水處理系統(tǒng)，尤其是生物處理系統(tǒng)中微生物由于鹽度高導致滲透壓不平衡而造成的崩潰;如果直接外排，必定造成嚴重的環(huán)境污染。
若RO濃水經(jīng)處理后能滿足《水污染物排放限值》(DB44/26—2001)第二時段的三級標準和《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標準》(CJ343—2010)的B級標準，將出水作為垃圾焚燒爐渣冷卻水是減少垃圾滲濾液污染及節(jié)約水資源的有效途徑。為實現(xiàn)這一目標，筆者采用混凝/Fenton/曝氣生物濾池組合工藝(專利號：200510035132.9)進行了深度處理中試研究。
1材料與方法
1.1中試進水水質(zhì)
中試在廣州市某垃圾焚燒廠垃圾滲濾液處理廠現(xiàn)場進行，進水為反滲透濃水，試驗期間的水質(zhì)如下：pH值為5.6～8(均值為6.8)，溫度為12～32℃(均值為22℃)，色度為2998～8192倍(均值為5595倍)，COD為1293～2575mg/L(平均值為1934mg/L)，UV254為22.5～25.35cm-1(平均值為23.9cm-1)，TDS為32.5～40.7g/L(均值為36.65g/L)，堿度為92～108mg/L(均值為100mg/L)，氯離子為8.23～9.15g/L(均值為8.69g/L)，硫酸根為0.98～1.16g/L(均值為1.07g/L)。
1.2試驗裝置
中試規(guī)模為10～12m3/d，試驗廢水由濃縮液儲池經(jīng)潛水泵進入試驗裝置，工藝流程見圖1。
圖1中試工藝流程
混凝綜合反應池采用碳鋼防腐材質(zhì)，尺寸為1.9m×4.5m，有效容積為12m3;Fenton循環(huán)反應池采用316L不銹鋼材質(zhì)，尺寸為0.5m×6m，有效容積為1m3;Fenton沉淀池采用碳鋼防腐材質(zhì)，尺寸為1.9m×4.5m，有效容積為12m3;緩沖池采用碳鋼防腐材質(zhì)，尺寸為1.5m×4.5m，有效容積為7.5m3;BAF為碳鋼防腐材質(zhì)，尺寸為1.5m×4.5m，有效容積為4m3;清水池采用PE材質(zhì)，尺寸為1.32m×1.76m，有效容積為2m3。污水及污泥管均采用PVC管，曝氣管為鍍鋅管。
1.3分析項目及方法
pH值：pH計;COD：COD快速密閉消解儀;色度：稀釋倍數(shù)法;UV254：紫外分光光度法;TDS：電導率儀;總堿度：滴定法;氯離子：硝酸銀滴定法;硫酸根：鉻酸鋇分光光度法。
2結果與討論
2.1混凝預處理效果
該滲濾液濃水含有大量的難生物降解COD且色度高，對于這類滲濾液，工程上一般會選用經(jīng)濟便捷的混凝工藝進行預處理[3]，可有效降低后續(xù)Fen-ton試劑的投加量，節(jié)約運行費用。本研究經(jīng)過前期大量的混凝藥劑篩選，發(fā)現(xiàn)使用聚合硫酸鐵(PFS)藥劑對RO濃水中COD及色度有很好的去除效果，并對PFS投加量進行了優(yōu)化，最終確定中試的PFS投加量為1kg/m3，初始pH值控制在5～7，混凝時間為30min，投加陽離子型聚丙烯酰胺(CPAM)助凝，沉淀時間為2h�；炷A處理的運行效果如下：進水COD、UV254、色度的平均值分別為2121mg/L、23.9cm-1、6144倍，出水平均值分別為885mg/L、9.3cm-1、714倍，去除率分別為58.3%、61.1%、88.4%;進、出水pH值分別為6.8、4.2。
2.2Fenton試劑高級氧化處理效果
經(jīng)混凝預處理后試驗廢水的pH值降至4～5之間，恰好符合Fenton試劑的最佳反應pH值范圍，因此Fenton反應無需調(diào)節(jié)pH值。通過前期小試得出最佳Fenton反應條件如下：雙氧水投加量為7.8L/m3，H2O2∶Fe2+=2∶1(物質(zhì)的量之比)，氧化反應后出水pH值調(diào)整至7～8，采用兩級加藥的方式，分級比為4∶1，每級反應時間約為90min。
中試裝置的Fenton單元首先通過離心泵投加27.5%的H2O2和10%的硫酸亞鐵，藥劑投加比例按照小試的最優(yōu)化結果。采用兩級投藥方式，首先在Fenton沉淀池中加入4/5的Fenton試劑，反應進行90min后，投加另外1/5的Fenton試劑，然后進入Fenton反應池進行反應，F(xiàn)enton氧化出水加堿和CPAM。
在中試過程中發(fā)現(xiàn)，滲濾液在投加了Fenton試劑后會產(chǎn)生大量的泡沫，工程放大后需要考慮在Fenton反應池中增加消泡裝置。經(jīng)Fenton單元處理后，出水COD、UV254、色度的平均值分別為418mg/L、2.37cm-1、74倍，平均去除率分別為52.8%、74.5%、89.6%。
2.3BAF生物處理效果
BAF采用上流式進水和穿孔管曝氣，穿孔管設計成環(huán)形，管上交錯間隔開直徑為3～4mm的小孔;反沖洗系統(tǒng)采用氣沖+氣水聯(lián)沖+水沖方式進行，反沖洗水采用BAF處理后的清水;正常曝氣時氣水體積比為4∶1～6∶1，反沖洗曝氣時氣水體積比為20∶1～30∶1;采用直徑為3～5mm的陶粒濾料，陶粒表面有很多小孔，具有較大的比表面積，有利于微生物在濾料表面附著。
BAF的進水為Fenton高級氧化后的出水，進水流量控制在0.3～0.4m3/h，水力停留時間約為12h。經(jīng)BAF處理后，出水COD、UV254、色度的平均值分別為287mg/L、1.98cm-1、40倍，平均去除率分別為31.3%、16.5%、45.9%;進、出水pH值分別為7.5和7.2.
2.4組合工藝對RO濃水的總體處理效果
混凝/Fenton/BAF深度處理系統(tǒng)穩(wěn)定運行期間，對RO濃水中COD和色度的去除效果以及根據(jù)實際運行情況加藥后計算的加藥比如圖2所示。
圖2組合工藝對RO濃水的總體處理效果
從兩個多月連續(xù)運行效果可以看出，深度處理系統(tǒng)進水COD基本在1600～2600mg/L之間波動，加藥比基本控制在要求范圍內(nèi)。經(jīng)組合工藝深度處理后，出水COD和色度分別穩(wěn)定在300mg/L和64倍以下，出水水質(zhì)滿足并優(yōu)于《水污染物排放限值》(DB44/26—2001)第二時段的三級標準和《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標準》(CJ343—2010)的B級標準，可回用于垃圾焚燒爐渣冷卻。
3工藝技術經(jīng)濟分析
中試的運行費用主要包括藥劑費和電費。其中，藥劑(均為工業(yè)純)費用見表1，總計為27.44元/m3。
表1藥劑費用
中試的耗電設備包括羅茨風機1臺、污水提升泵3臺、Fenton循環(huán)泵1臺、BAF進水泵1臺、污泥泵1臺、反沖洗水泵1臺，功率分別為2.2、0.55、0.55、0.55、0.55、1.5kW，運行時間分別為24、2、3、24、1、0.05h，電價按0.8元/(kW˙h)計算，則電費分別為3.52、0.22、0.11、0.88、0.037、0.005元/m3，總計4.772元/m3。
綜上，RO濃水深度處理系統(tǒng)的運行費用(不計人工費)合計為32.212元/m3。4結論采用“混凝/Fenton/BAF”組合工藝深度處理焚燒垃圾滲濾液RO濃水，在中試規(guī)模長期連續(xù)運行條件下取得了理想的處理效果。針對垃圾滲濾液RO濃水水質(zhì)復雜、高COD和高色度等特點，在Fen-ton高級氧化前采用混凝預處理措施可有效減少Fenton試劑的投加量，大大節(jié)約運行成本。
組合工藝最終出水水質(zhì)滿足并優(yōu)于《水污染物排放限值》(DB44/26—2001)第二時段的三級標準和《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標準》(CJ343—2010)的B級標準，可回用于垃圾焚燒爐渣冷卻。
