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        2. 滲濾液的反滲透濃縮液回灌技術應用

          • 發布日期:
          • 來源:環境工程

          以宜昌、寧國、蒙城垃圾填埋場為例,介紹了碟管式反滲透( DTRO) ———濃縮液回灌工藝,研究發現: 濃縮液回灌方式應根據垃圾填埋場的地理特征和業主的具體要求來確定。山谷型填埋場可以采用石籠回灌法,施工簡單,成本較低,另外也可采用兩層生物濾化床方式,成本稍高,但效果較好; 平原型填埋場宜采用兩層生物濾化床方式,而采用石籠回灌法容易出現短流現象。濃縮液回灌對滲濾液電導率無明顯影響,不會影響后續反滲透系統的正常運行。

          垃圾滲濾液成分復雜且含大量有毒有害物質,水質水量波動大,國內的垃圾填埋場一般都采用回灌法、物化法或生化法處理?;毓喾ㄊ且环N非徹底的處理方法,而且處理能力有限,而常規的物化法和生化法處理垃圾滲濾液很難達標,用反滲透技術處理滲濾液已逐步變為一種趨勢,但是用反滲透處理會有一定量的濃縮液產生,濃縮液的處理是一個新的難點。濃縮液的處理有回灌、焚燒、固化、蒸餾干燥和真空干燥等方法,但是最經濟的方法是回灌法。濃縮液回灌是基于滲濾液回灌的基礎上發展而來的,滲濾液回灌法的基本操作原理是用適當的方法將在填埋場底部收集到的滲濾液從其覆蓋層表面或覆蓋層下部重新灌入填埋場。這樣就可利用填埋垃圾中所含有的大量微生物對回灌滲濾液中含有的有機物進行生物降解、吸附、過濾。國內外大量的研究資料表明,滲濾液回灌利于垃圾場內水分和營養物質的均衡分布,促進垃圾中有機物的降解,從而縮短垃圾場的穩定時間。在德國,從1986 年開始,濃縮液回灌就作為反滲透法處理垃圾滲濾液的一個有機組成部分而被廣泛采用。從2003 年9 月起,重慶市長生橋垃圾衛生填埋場就已開始采用反滲透———濃縮液回灌工藝處理垃圾滲濾液。下面分別以宜昌市黃家灣垃圾處理場、安徽省寧國市垃圾衛生填埋場、蒙城縣垃圾衛生填埋場的反滲透濃縮液回灌工程為實例對濃縮液回灌工藝進行分析和研究。

          一、工程實例

          1. 1 宜昌市黃家灣垃圾處理場

          1. 1. 1 滲濾液處理工藝

          宜昌市黃家灣垃圾處理場為山谷型填埋場,該場投入使用以后,每年平均無害化處理城市生活垃圾約20 萬t,每天產生滲濾液約200 t,對地下水、地表水和土壤環境產生嚴重污染。2008 年建成滲濾液處理系統,該處理系統采用碟管式反滲透———濃縮液回灌工藝,工藝流程見圖1,處理能力為240 m3 / d,回收率約79% ,設備每天產生濃縮液約50 t。碟管式反滲透系統對污染物的去除率極高,對COD、TOC 和金屬離子去除率均> 99% ,氨氮去除率> 98% ,具有較高且穩定的脫鹽率,出水可達GB 16889—2008《生活垃圾填埋場污染控制標準》排放標準。

          宜昌滲濾液處理工藝流程

          1. 1. 2 濃縮液回灌工藝

          回灌可分為表面回灌和地下回灌兩種方式。根據宜昌市黃家灣垃圾處理場山谷型的地理特點,垃圾堆體較大,垃圾層厚,地下回灌方式不易形成短流,另外,適當的表面回灌可以增加濃縮液吸納量,因此可以采用地下回灌和表面回灌相結合的方式。地下回灌具體采用石籠回灌方法( 見圖2) ,石籠回灌法是指在垃圾堆體上挖井2 ~ 3 m 深( 垃圾堆體總深度約10 m) ,采用10 號鉛絲編制石籠,籠內填充直徑32 ~64 mm 的卵石,石籠直徑> 1 m,石籠中心設DE200的聚丙烯中空管或高密度聚乙烯( HDPE) 穿孔管,通過管路將濃縮液注入垃圾堆體深處,再通過石籠的透水性使濃縮液向周圍擴散。然后再以石籠底部為圓心水平鋪設一層厚度為0. 4 m 的級配卵石,鋪設區域直徑為16 ~ 18 m,滲濾液可以通過垂直的石籠和底部的級配卵石層向垃圾堆體進行水平、垂直擴散,另外,隨著垃圾填埋高度的增加,石籠的高度也可做相應調整。

          石籠回灌法示意

          石籠深度如果過淺( < 2 m) ,上層垃圾經濃縮液回灌后變得松軟,槽車容易凹陷進去,無法靠近回灌點進行回灌,而深度過大則會增加施工成本,因山區地勢崎嶇,若不用槽車而用管路進行回灌施工也比較麻煩,經試驗證實石籠深度以2 ~ 3 m 為宜。

          表面回灌的結構簡單,為石籠回灌的下半部分,不做石籠只做卵石坑,見圖3,即在垃圾堆體表面鋪設一層厚度為0. 4 m 的卵石層,這樣回灌車可以開到坑邊直接傾瀉濃縮液。適量的表面回灌可以吸納更多的濃縮液,減小處理規模,且該垃圾處理場周圍無居民區,所以可以采用地下回灌與表面回灌相結合的方法。另外,當垃圾堆體不斷升高后,上面還可以加上鉛絲籠及附屬物改成石籠。

          滲濾液表面回灌示意

          根據宜昌黃家灣垃圾填埋場具體情況及現有路況,結合業主方的要求,在不影響垃圾填埋作業的原則下,較規律的分配了5 個回灌點,其中2 個為表面回灌點,3個為石籠回灌點。經回灌后觀察: 表層回灌點達到飽和可以吸納濃縮液100 m3 ,石籠回灌點吸納量為65 m3 ,飽和后一周可恢復繼續回灌。2 個表面回灌點和3 個石籠回灌點1 周內可消納濃縮液395 m3 ,可以滿足全負荷每周350 m3 的要求。

          1. 1. 3 回灌后水質變化情況

          宜昌垃圾填埋場在反滲透濃縮液回灌后的一段時間內,對滲濾液和濃縮液的電導率和COD 進行的監測,結果分別見圖4 和圖5。

          宜昌垃圾填埋場滲濾液和濃縮液的電導率變化曲線

          影響碟管式反滲透設備運行的主要因素為原水即滲濾液電導率,從圖4 可以看出: 濃縮液和滲濾液的電導率均波動不大,滲濾液基本保持在18 ms / cm左右,該垃圾填埋場實施濃縮液回灌工程之前,滲濾液電導率在16 ~ 18 ms / cm,可見濃縮液回灌未對滲濾液電導率造成明顯的影響。

          宜昌垃圾填埋場滲濾液和濃縮液的COD變化曲

          一般認為,濃縮液回灌到垃圾場后,經過長期循環可能會導致滲濾液中無機鹽的積累從而使電導率升高,不利于反滲透膜系統的正常運行。事實上在垃圾場內的堿性環境下,濃縮液中的重金屬離子會形成氫氧化物沉淀,同時會被垃圾、腐殖質和土壤吸附,而且垃圾在降解過程中生成的大分子量腐殖質類有機物能與重金屬離子形成穩定的螯合物,此外濃縮液回灌能促使SO42 - 被還原為H2 S,H2 S 與滲濾液中的重金屬離子反應生成硫化物沉淀,從而使重金屬離子濃度大大降低。同時,垃圾堆體中存在的大量多孔的腐殖質帶負電荷,對某些離子( 如鉀離子和某些金屬離子) 具有吸附去除作用,此外,腐殖酸鹽在有Ca2 + 、Mg2 + 存在時形成沉淀,可去除部分濃縮液中的Ca2 + 、Mg2 + 。因此,濃縮液回灌對鹽類有一定程度的去除作用。

          從圖5 可以看出: 從1—5 月初滲濾液和濃縮液的COD 值一直穩定保持在較低水平,從5 月10 號開始,COD 值均有了明顯升高的趨勢,滲濾液ρ( COD) 從1 400 mg /L 上升到6 000 mg /L 以上,濃縮液ρ( COD) 從5 000 mg /L 上升到14 000 mg /L 左右。原因可能是該填埋場不斷有新鮮垃圾填入,進入夏季,新填入的垃圾成分變化大,有機物含量增大,另外由于溫度升高,垃圾內部微生物降解速度加快,雨水較多,促使垃圾層中的水解產物一同被沖刷下來,這些都可能導致垃圾滲濾液中COD 含量增大。

          從圖4 和圖5 可以看出回灌對濃縮液的電導率和COD 均有較好的去除效果。

          1. 2 安徽省寧國市垃圾衛生填埋場

          1. 2. 1 滲濾液處理系統

          安徽省寧國市垃圾衛生填埋場也屬于山谷型填埋場,滲濾液處理工藝同樣采用碟管式反滲透———濃縮液回灌工藝,處理能力100 m3 / d,設備每天產生濃縮液約25 t。

          1. 2. 2 濃縮液回灌工藝

          由于該填埋場屬于山谷型填埋場,垃圾堆體較厚,濃縮液回灌采用了柱狀卵石井回灌方式( 見圖6) ,即在垃圾堆里挖深5 m、直徑為8 m 的圓柱形大坑,然后填充直徑32 ~ 64 mm 的卵石,最上面覆蓋0. 5 m厚的垃圾層,中心為DE300 的HDPE 導液管,深度小于2 m,用于濃縮液回灌。在導液管底部裝有2 層十字交叉的DE90 的HDPE 穿孔布水管,使回灌下來的濃縮液在垃圾層中分布更均勻。另外還均勻布有4根DE110 的HDPE 導氣管,從卵石井底部伸出,作用是防止甲烷等氣體的積聚。

          柱狀卵石井回灌示意

          此回灌方法適合垃圾堆體較大的垃圾填埋場,優點是占地面積小,可以一次性承載較大容量的濃縮液,缺點是施工難度大,投資費用較高。該垃圾填埋場分布有3 個回灌井,每天對1 個回灌井進行回灌,由1 個容積4 t 的吸糞車進行回灌,每天回灌7 ~ 8車,3個回灌井輪流進行回灌。

          1. 2. 3 回灌后水質變化情況

          寧國垃圾填埋場滲濾液的濃縮液回灌后,對滲濾液和濃縮液的電導率進行了監測,結果見圖7。

          寧國垃圾填埋場滲濾液和濃縮液的電導率變化曲線

          從圖7 可以看出: 寧國垃圾填埋場的濃縮液回灌后,滲濾液和濃縮液的電導率都比較穩定,滲濾液電導率沒有出現大的波動,不會影響反滲透系統運行,說明此回灌方式適合該垃圾填埋場。

          1. 3 蒙城縣垃圾衛生填埋場

          蒙城縣垃圾衛生填埋場滲濾液處理工藝與宜昌、寧國一樣,都是碟管式反滲透———濃縮液回灌,每天產生濃縮液約22 t。由于該垃圾填埋場屬于平原型填埋場,具有垃圾堆體小,垃圾層薄的特點( 5 m 左右) ,濃縮液回灌最初采用的是石籠回灌法,出現了短流現象,另外由于調節池容積較小,再加上短流現象,濃縮液回灌后滲濾液電導率波動較大,影響了后續反滲透設備的正常運行。后來對回灌工藝進行改進,將垃圾層表面覆蓋厚度為0. 3 m 的卵石層,相當于兩層生物濾床( 見圖8) ,兩卵石層間的垃圾層厚度約為2 m,若垃圾層厚度過小( < 2 m) ,容易造成上層垃圾層積水較多,導致回灌的濃縮液流速變慢,影響回灌效果; 上層垃圾層過厚容易造成短流,經試驗厚度以2 m 為宜。下層卵石可以起到較好的布水和導氣作用,在不用石籠回灌時石籠穿孔管可只作導氣用。實際回灌時采用DN63 的新型雙層復合水帶,水帶上均勻打眼進行表面噴灑( 石籠回灌暫未使用) ,見圖9。

          兩層生物濾化床示意

          該回灌法的優點是開挖出的垃圾回填后具有較大的孔隙率,垃圾可以得到較高的利用率,使生物培養達到最優化,對濃縮液的COD、電導率等指標具有較好的去除效果,另外布水效果比石籠直灌更均勻,且蒸發量增大; 缺點是投資費用相比石籠回灌方式較高,對周圍環境污染嚴重,如垃圾填埋場周圍無居民區,可采用此法。

          表面噴灑回灌照片

          回灌區為12 m × 100 m 的大區域,均分為5 個小區,每個小回灌區回灌時間為1 h,共計回灌約6 t 的濃縮液。每個小時換1 個回灌區( 由閥門控制) ,每天回灌4 ~ 5 h?;毓鄷r采取5 個小回灌區依次單獨進行回灌的方式,而非同時進行,因為單獨對一個回灌區進行回灌可以使濃縮液噴灑的高度和區域更廣,分散更為均勻。濃縮液回灌后滲濾液的電導率比較穩定,不會影響反滲透系統運行。

          二、總結

          1. 濃縮液回灌的條件是垃圾填埋場必須具備良好的防滲措施和暢通的滲濾液導排、收集系統,避免對水體、土壤等造成二次污染或形成短流。宜昌、寧國、蒙城垃圾填埋場具備較好的防滲措施和滲濾液導排系統,因此可以實施回灌。濃縮液的回灌方式需根據垃圾填埋場的具體地理特征和業主需求來確定: 山谷型垃圾填埋場垃圾堆較厚,可以采用石籠回灌法,施工簡單,投資成本較低且不易造成短流( 若環境允許可以考慮兼用表面回灌方法) ; 平原型垃圾填埋場垃圾堆體較小,用石籠回灌法容易造成短流,所以建議采用兩層生物濾化床方式,垃圾利用率高,對濃縮液各項指標的去除效果好。環境條件允許的話可以采用表面噴灑方式,若不允許則可以采用埋管方式進行回灌( 即將PE 穿孔管埋入表面卵石層中) 。

          另外,若投資費用可以接受且想要達到較好回灌效果的話,山谷型填埋場也可以采用兩層生物濾化床形式,具體采用何種回灌方式可以根據業主的具體情況和要求而定。

          2. 回灌對濃縮液的電導率和COD 均有較好的去除效果,而影響碟管式反滲透系統運行的主要因素是滲濾液的電導率,從本文中幾個工程實例可知,濃縮液回灌后沒有對滲濾液電導率造成明顯的影響,即不會影響后續反滲透處理系統的正常運行。

          3. 濃縮液回灌在垃圾填埋體上作為處理的一種方法有別于滲濾液的回灌,其中有機污染物等的負荷量極高,因此,濃縮液的回灌條件必須緊密配合垃圾填埋體的形成并結合填埋操作的具體條件,以控制回灌量處于最適宜的程度( 即不會造成短流) ,并限制在最適當的范圍之內( 以不影響填埋作業) 。在我國,反滲透濃縮液回灌技術還處于研究發展階段,技術尚不夠完善,有待于進一步的研究和實踐。

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