渗滤液反渗透浓缩液回灌系统中盐分的控制研究

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随着垃圾渗滤液新标准《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB16889-2008)的颁布及实施,要求渗滤液必须处理达标后才可以排入环境中。从2011年渗滤液新标准实施,垃圾渗滤液的处理已开始大范围的使用膜分离技术。该技术在渗滤液处理上的应用使得处理后的出水实现了达标排放,可在膜处理的过程中产生了渗滤液浓缩液,该浓液的处理问题已成为制约膜分离技术在渗滤液处理应用上的瓶颈。  由于回灌成本低,在我国浓缩液回灌是实际工程应用最多的方式,但在回灌中盐分可能会逐渐累积,从而导致出水电导率的升高,进而影响垃圾填埋场渗滤液处理系统的正常运行,所以在浓缩液回灌系统中对盐分进行控制是非常必要的。为此在实验室设计3个垃圾柱,柱内分别装填不同埋龄的垃圾,采用渗滤液反渗透浓缩液回灌,对回灌出水水质指标进行分析,确定适宜的回灌填埋体,利用回灌参数对盐分的敏感性进行分析,在此基础上对回灌过程中盐分的迁移转化机理进行研究。基于以上实验结果和理论研究,构建渗滤液反渗透浓缩液的最优回灌系统并提出回灌策略,以期为回灌系统的科学合理设计提供理论依据和技术支撑。  不同埋龄的垃圾具有不同的特征,对回灌出水水质指标的影响会不同。论文首先对不同填埋垃圾进行了物理组分、理化性质以及可溶性盐分、腐殖质的特性研究,结果表明,不同埋龄的垃圾组分以及物化特性有很大的区别:埋龄为1年的垃圾原始垃圾外观特征明显,异味很大,塑料类占的比重很大,埋龄为5年的垃圾异味较小,混合物的比例最大,塑料类的比重仍较大,埋龄为15年的垃圾已基本无异味,细粒部分均匀,状似土壤类物质,黑色,分散,已具有了矿化垃圾的特征。埋龄越大,电导率越小,可溶性盐分离子含量越小,有机质含量越小,可生物降解度也越小,垃圾越稳定。  在对不同埋龄的垃圾组分进行研究的基础上,采用以上不同埋龄的垃圾进行了回灌实验,不同的垃圾填埋柱回灌负荷、布水方式、频次以及回灌速度均相同,实验天数均为24天,研究了回灌出水水质指标中的pH、电导率、有机物、氨氮、硝态氮以及重金属等的浓度变化,通过建立回灌填埋体的灰色层次评价模型,对三种回灌填埋体方案进行了评价。通过层次分析法确定了各项评价指标的权重,权重最大分别为Cl-、TOC、Na+,权重系数分别为0.3323、0.1967、0.1005;然后计算得出了3种回灌填埋体方案与理想方案的关联系数矩阵;最后计算得出了评价的综合关联度。装填了埋龄为15年的回灌填埋体方案与理想方案的综合关联度最大,因此在以上三种回灌填埋体的筛选中确定为最适合的方案。  采用筛选出的最适合的垃圾进行了单因素实验,并基于一种新型的绝对接近关联度分析方法进行敏感性建模并进行了评价,其中回灌出水盐分对每日回灌量较为敏感,每日回灌量越低越有利于盐分的降低;回灌出水盐分对于回灌速度在12L/h以下的变化不太敏感,因此回灌速度12L/h可确定为回灌速度;回灌出水盐分对于回灌频次敏感性不大,但回灌频次的敏感性高于回灌方式和6L/h的回灌速度梯度;回灌出水盐分对回灌方式最为不敏感,原因可能是由于本实验装置回灌面积不大,回灌浓缩液在下渗的过程中均可以向周围辐射。  通过对不同埋龄垃圾回灌出水阴阳离子浓度变化规律以及回灌前后离子的形态变化进行了分析,结果表明垃圾堆体的吸附对于盐分的截留有着重要的作用,15年垃圾吸附作用去除K+和Na+的量占总去除量的比例分别为89.78%、85.88%,去除氯离子和硝酸根离子的比例高达84.61%和85.67%,除此以外,生物作用在对NO3-的降解有着重要的作用,另外络合和氧化还原也有着一定作用。  在以上研究的基础上,为构建最优的回灌系统,研究开展了对五因素混合水平的正交试验,其中回灌负荷为4水平,粒径、pH、密度、回灌速度为2水平,对试验结果进行了多指标加权综合正交分析,对盐分去除量最大的组合为回灌负荷3L,填埋垃圾粒径5mm,调pH为8.5,垃圾压实密度为1000kg/m3,回灌流速0.2L/min。  据此,研究提出了最优回灌策略:在综合考虑各项指标的情况下,垃圾为15年的回灌填埋体为最优,因此在确定回灌区域上应优先选择垃圾埋龄较长的填埋区域。回灌到矿化垃圾单元中的浓缩液量可以根据正交实验中的最优回灌负荷进行设计,最优回灌负荷为0.053m3浓缩液/m3矿化垃圾。回灌频次对盐分截留的影响不大,因此在控制回灌速度的情况下可以不控制回灌频次。根据正交实验结果分析,回灌速度0.2L/min为最优回灌速度,结合单因素实验0.2L/min与0.1L/min的差别不大,因此结合实际的工程运行成本,可以将回灌速度定为0.2L/min。分散布水方式更接近于全分布布水,由于实际工程中难以做到全分布布水,因此在工程回灌中可采取分散布水的方式。根据实验研究,按照以上负荷,连续回灌20天基本达到盐分截留的最大容量,继续回灌可能会导致已截留的盐分的再次溶出,连续回灌20天即可更改区域回灌。与回灌过程的条件相比,在确定的填埋体内的条件对回灌出水影响较小,若有条件也可以通过调整垃圾的pH,对填埋粒径进行控制等方式提高对盐分的去除。  论文的研究成果可为渗滤液反渗透浓缩液回灌系统的科学合理设计提供理论依据和技术支撑。
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