垃圾渗滤液反渗透浓水深度处理中试研究
采用混凝/Fenton/曝气生物滤池(BAF)组合工艺深度处理广东省某垃圾焚烧厂垃圾渗滤液反渗透RO浓水。连续两个多月的中试运行结果显示，在聚合硫酸铁投量为1kg/m3、双氧水(27.5%)投量为7.8L/m3、H2O2∶Fe2+=2∶1(物质的量之比)、BAF的水力停留时间为12h的条件下，出水COD<300mg/L、色度<64倍，优于《水污染物排放限值》(DB44/26—2001)第二时段的三级标准和《污水排入城镇下水道水质标准》(CJ343—2010)的B级标准，可回用于垃圾焚烧炉渣冷却。
关键词：垃圾渗滤液;反渗透浓水;混凝;Fenton;曝气生物滤池
垃圾渗滤液由于具有成分复杂、污染物浓度高、水质变化大等特点，为其处理工艺的选择带来了难度[1]。反渗透可以实现垃圾渗滤液的高回用率及高出水水质标准，不仅使处理后的废水达到回用标准，还可有效降低处理设施的占地面积，已成为处理垃圾渗滤液的最有效技术[2]。
反渗透技术处理垃圾渗滤液必然会产生高COD、高色度、高TDS的膜滤浓缩液，若直接将浓水回流到调节池，长期积累必然会导致废水处理系统，尤其是生物处理系统中微生物由于盐度高导致渗透压不平衡而造成的崩溃;如果直接外排，必定造成严重的环境污染。
若RO浓水经处理后能满足《水污染物排放限值》(DB44/26—2001)第二时段的三级标准和《污水排入城镇下水道水质标准》(CJ343—2010)的B级标准，将出水作为垃圾焚烧炉渣冷却水是减少垃圾渗滤液污染及节约水资源的有效途径。为实现这一目标，笔者采用混凝/Fenton/曝气生物滤池组合工艺(专利号：200510035132.9)进行了深度处理中试研究。
1材料与方法
1.1中试进水水质
中试在广州市某垃圾焚烧厂垃圾渗滤液处理厂现场进行，进水为反渗透浓水，试验期间的水质如下：pH值为5.6～8(均值为6.8)，温度为12～32℃(均值为22℃)，色度为2998～8192倍(均值为5595倍)，COD为1293～2575mg/L(平均值为1934mg/L)，UV254为22.5～25.35cm-1(平均值为23.9cm-1)，TDS为32.5～40.7g/L(均值为36.65g/L)，碱度为92～108mg/L(均值为100mg/L)，氯离子为8.23～9.15g/L(均值为8.69g/L)，硫酸根为0.98～1.16g/L(均值为1.07g/L)。
1.2试验装置
中试规模为10～12m3/d，试验废水由浓缩液储池经潜水泵进入试验装置，工艺流程见图1。
图1中试工艺流程
混凝综合反应池采用碳钢防腐材质，尺寸为1.9m×4.5m，有效容积为12m3;Fenton循环反应池采用316L不锈钢材质，尺寸为0.5m×6m，有效容积为1m3;Fenton沉淀池采用碳钢防腐材质，尺寸为1.9m×4.5m，有效容积为12m3;缓冲池采用碳钢防腐材质，尺寸为1.5m×4.5m，有效容积为7.5m3;BAF为碳钢防腐材质，尺寸为1.5m×4.5m，有效容积为4m3;清水池采用PE材质，尺寸为1.32m×1.76m，有效容积为2m3。污水及污泥管均采用PVC管，曝气管为镀锌管。
1.3分析项目及方法
pH值：pH计;COD：COD快速密闭消解仪;色度：稀释倍数法;UV254：紫外分光光度法;TDS：电导率仪;总碱度：滴定法;氯离子：硝酸银滴定法;硫酸根：铬酸钡分光光度法。
2结果与讨论
2.1混凝预处理效果
该渗滤液浓水含有大量的难生物降解COD且色度高，对于这类渗滤液，工程上一般会选用经济便捷的混凝工艺进行预处理[3]，可有效降低后续Fen-ton试剂的投加量，节约运行费用。本研究经过前期大量的混凝药剂筛选，发现使用聚合硫酸铁(PFS)药剂对RO浓水中COD及色度有很好的去除效果，并对PFS投加量进行了优化，最终确定中试的PFS投加量为1kg/m3，初始pH值控制在5～7，混凝时间为30min，投加阳离子型聚丙烯酰胺(CPAM)助凝，沉淀时间为2h。混凝预处理的运行效果如下：进水COD、UV254、色度的平均值分别为2121mg/L、23.9cm-1、6144倍，出水平均值分别为885mg/L、9.3cm-1、714倍，去除率分别为58.3%、61.1%、88.4%;进、出水pH值分别为6.8、4.2。
2.2Fenton试剂高级氧化处理效果
经混凝预处理后试验废水的pH值降至4～5之间，恰好符合Fenton试剂的最佳反应pH值范围，因此Fenton反应无需调节pH值。通过前期小试得出最佳Fenton反应条件如下：双氧水投加量为7.8L/m3，H2O2∶Fe2+=2∶1(物质的量之比)，氧化反应后出水pH值调整至7～8，采用两级加药的方式，分级比为4∶1，每级反应时间约为90min。
中试装置的Fenton单元首先通过离心泵投加27.5%的H2O2和10%的硫酸亚铁，药剂投加比例按照小试的最优化结果。采用两级投药方式，首先在Fenton沉淀池中加入4/5的Fenton试剂，反应进行90min后，投加另外1/5的Fenton试剂，然后进入Fenton反应池进行反应，Fenton氧化出水加碱和CPAM。
在中试过程中发现，渗滤液在投加了Fenton试剂后会产生大量的泡沫，工程放大后需要考虑在Fenton反应池中增加消泡装置。经Fenton单元处理后，出水COD、UV254、色度的平均值分别为418mg/L、2.37cm-1、74倍，平均去除率分别为52.8%、74.5%、89.6%。
2.3BAF生物处理效果
BAF采用上流式进水和穿孔管曝气，穿孔管设计成环形，管上交错间隔开直径为3～4mm的小孔;反冲洗系统采用气冲+气水联冲+水冲方式进行，反冲洗水采用BAF处理后的清水;正常曝气时气水体积比为4∶1～6∶1，反冲洗曝气时气水体积比为20∶1～30∶1;采用直径为3～5mm的陶粒滤料，陶粒表面有很多小孔，具有较大的比表面积，有利于微生物在滤料表面附着。
BAF的进水为Fenton高级氧化后的出水，进水流量控制在0.3～0.4m3/h，水力停留时间约为12h。经BAF处理后，出水COD、UV254、色度的平均值分别为287mg/L、1.98cm-1、40倍，平均去除率分别为31.3%、16.5%、45.9%;进、出水pH值分别为7.5和7.2.
2.4组合工艺对RO浓水的总体处理效果
混凝/Fenton/BAF深度处理系统稳定运行期间，对RO浓水中COD和色度的去除效果以及根据实际运行情况加药后计算的加药比如图2所示。
图2组合工艺对RO浓水的总体处理效果
从两个多月连续运行效果可以看出，深度处理系统进水COD基本在1600～2600mg/L之间波动，加药比基本控制在要求范围内。经组合工艺深度处理后，出水COD和色度分别稳定在300mg/L和64倍以下，出水水质满足并优于《水污染物排放限值》(DB44/26—2001)第二时段的三级标准和《污水排入城镇下水道水质标准》(CJ343—2010)的B级标准，可回用于垃圾焚烧炉渣冷却。
3工艺技术经济分析
中试的运行费用主要包括药剂费和电费。其中，药剂(均为工业纯)费用见表1，总计为27.44元/m3。
表1药剂费用
中试的耗电设备包括罗茨风机1台、污水提升泵3台、Fenton循环泵1台、BAF进水泵1台、污泥泵1台、反冲洗水泵1台，功率分别为2.2、0.55、0.55、0.55、0.55、1.5kW，运行时间分别为24、2、3、24、1、0.05h，电价按0.8元/(kW˙h)计算，则电费分别为3.52、0.22、0.11、0.88、0.037、0.005元/m3，总计4.772元/m3。
综上，RO浓水深度处理系统的运行费用(不计人工费)合计为32.212元/m3。4结论采用“混凝/Fenton/BAF”组合工艺深度处理焚烧垃圾渗滤液RO浓水，在中试规模长期连续运行条件下取得了理想的处理效果。针对垃圾渗滤液RO浓水水质复杂、高COD和高色度等特点，在Fen-ton高级氧化前采用混凝预处理措施可有效减少Fenton试剂的投加量，大大节约运行成本。
组合工艺最终出水水质满足并优于《水污染物排放限值》(DB44/26—2001)第二时段的三级标准和《污水排入城镇下水道水质标准》(CJ343—2010)的B级标准，可回用于垃圾焚烧炉渣冷却。
