垃圾滲濾液處理中膜分離技術的應用

文_鄒啟壽 修珩

1.云南德申環保科技有限公司； 2.云南高科環境保護科技有限公司

近年來，科學技術在環境衛生治理部門的應用，促進了廢物處理技術不斷創新。目前，垃圾處理方式主要有衛生填埋、熱解和堆肥等。垃圾滲濾液主要是由垃圾本身所含水分或是收集轉運堆存過程中進入的水分，堆存后外流的高濃度有機液體。目前，國內處置垃圾滲濾液的方法有：物理、化學和生物法。但是單一的物理、化學或者生物法都無法滿足滲濾液處理技術要求，在此需求下，膜分離技術應運而生。隨著膜分離技術的創新應用，不僅為垃圾滲濾液的處理提供了新的解決思路，而且也解決了垃圾滲濾液長期積存滲漏污染環境的風險。隨著膜分離技術的日趨成熟，膜分離技術在垃圾滲濾液處理中的應用也越來越多。

1 垃圾滲濾液處理方法概述

1.1 垃圾滲濾液的預處理法

垃圾滲濾液有機物濃度含量高、碳氮比不平衡、含有重金屬、處理難度大等特點，因此，處置技術要求較高。經過長時間的實踐與應用，滲濾液須采用多種工藝相結合的方式才能有效去除污染物。為了滿足后續工藝進水要求，需要提前去除滲濾液中的泥沙、懸浮物、重金屬、有機物和氨氮等污染物。一般預處理方法包括吸附法、厭氧法、化學凝固沉淀法和吹脫法等。

1.2 垃圾滲濾液的來源和生產量

垃圾來源是人類在生活過程中產生的固體廢棄物。來源主要有生活垃圾、辦公垃圾、餐廚垃圾、城市綠化等。滲濾液是垃圾從產生、收集、轉運到處置等一系列工作中，垃圾本身的消解和液化以及垃圾多余水分外流形成。垃圾滲濾液外流，不僅會對土壤造成污染，也會對受納水體造成污染。垃圾滲濾液的產生受多種因素影響，而且其水量變化大，具體為雨季較大，旱季較小。影響因素主要為：降雨量大小、地表水的流入、地下水的滲透、廢物本身的含水量以及垃圾處理工藝等。因此，降水、蒸發情況、地下水的流入、垃圾的特征、地表覆蓋層和排水設施都影響著滲濾液的產生。盡管滲濾液的瞬時產量波動很大，但同一地區的垃圾填埋場的年平均產量只在一定范圍內發生改變。

1.3 垃圾滲濾液的處理

垃圾滲濾液處理仍是一個難題，我國垃圾的處理方式一般通過滲濾液回灌、物理法和生物化學等。滲濾液回灌是一種不成熟的處理方法，其處理量有限、環境差，因此在南方每年都要在降水的環境下操作是不適合的。而物理化處理方法的費用較高，不適合處理大規模的垃圾滲濾液。生物處理方法主要有厭氧、好氧生物處理以及厭氧、好氧相結合的處理等。在實際處理過程中，微生物往往無法適應高濃度的有機廢水，導致其生長受抑制甚至死亡。自從1953年美國佛羅里達大學的Reid等人提出了第一個反滲透脫鹽技術之后，膜分離技術已逐步應用于垃圾滲濾液的處理，其應用范圍也越來越大。依據膜的分離特性，將傳統微生物技術和目前先進分離技術進行融合，使其完全達到了一級排放標準。這個系統可分為兩種，即生化系統和膜分離系統。

（1）生化系統

生化系統一方面是通過微生物對生化池內的生活環境進行選擇，并形成適宜生存的菌群，菌群在自身生長繁殖過程中，以廢水中的氨氮、有機物以及微量元素等為原料合成自身物質，但隨著菌群的生命周期結束，菌群脫落形成污泥而排出污水處理系統。另一方面，在不同功能的池體中產生的化學反應不同，通過污水回流產生一系列的化學反應，部分碳源和氮源轉化為二氧化碳和氮氣，以氣體形式排進出水處理系統。生化系統在項目中能去除大部分氨氮、有機物和懸浮物等，為后續膜分離系統鋪平道路。

（2）膜分離系統

膜分離系統主要是通過物理法對水質進行進化，膜分離法對進水水質有較高要求，尤其是SS等大顆粒物質，對膜系統影響嚴重，前期水質處理效果將決定膜處理系統的效果以及膜使用年限。垃圾滲濾液膜處理系統中一般常用的是納濾技術，納濾因孔徑小，分離效果較好，能大量去除水中的無機鹽和小分子的有機物，以及大于或等于兩價的鹽都會被分離出來。分離后的滲濾水分為兩部分：出水和截留水。出水的流出占進水的85%，完全符合一級排放標準；截流水約占進水的15%。截留水的總量很小，但它幾乎包括了原水的所有鹽和重金屬離子，以及生物化學系統中微生物難以降解的有機物質，納濾截留水為此工藝的最終污染物。

目前，主要有四種方式處理納濾截留水。

①回填垃圾填埋場

回填方法簡單、可操作性強，利用填埋場對鹽等重金屬離子的吸附和攔截，在短期內，具有良好的效果，且完成率達到80%～90%，但不能從根本上解決這些污染物的影響，截留水依然存在于填埋場內。隨著時間的推移，在經雨水沖刷下，新的滲濾液產生對原截留物質的溶解等，將會隨著滲濾液流出進入到污水處理系統，形成無限循環，且越到填埋后期，處理難度越大。所以回填僅可作為一種應急處理方式。

②混凝沉淀的方法

加入混凝劑到濃縮溶液中，可沉淀濃縮液中的鹽等重金屬離子，使其達到分離的目的，進一步減少污染物質。目前，鐵三氯混凝劑被廣泛使用，混凝效果也很好。然而沉降的時間較長，投資量也大，阻礙了該方法在工程中的使用。

③活性炭吸附法

使用活性炭吸附，治理效果更好，這種方式已廣泛應用于歐洲等國家。但由于處理成本高，且活性炭隨著使用時間、吸附飽和程度的增加，吸附能力越來越弱，處理效果將越來越差。此外，使用后的活性炭屬于危險廢物，普通填埋場將無法處置，活性炭的引入將帶來新的環境問題，所以在我國并不普及。

④樹脂吸附

樹脂和活性炭吸附原理相同,是使用其孔隙度、表面積大的特性吸附和分離材料，相較于活性炭，樹脂不會造成二次污染。如根據污染物實際情況配上陰陽離子交換樹脂，可以極大提高凈化水平。因此，樹脂吸附將成為濃縮液分離的主要方法。

2 膜分離技術在垃圾滲濾液中的應用研究

在膜處理應用過程中，其工藝原理是利用膜兩側的滲透壓力差，即膜管的內部壓力大于膜管的外部壓力，在滲透壓作用下，水被排除在管道之外。在管道中殘留的一些懸浮物經過相應的反沖洗系統進行運輸以及去除，以凈化垃圾滲濾液。該技術在垃圾填埋場的應用，不僅能保障濾膜的清潔,而且能避免膜管的堵塞。

2.1 膜分離技術的工藝流程設計

主要工藝流程包括供水系統、過濾系統、沖洗系統和化學清洗系統。輔助工藝流程是沖水、排氣過程等。①供水系統：即經過預處理后的滲濾液通過泵的加壓流向濾膜的系統，供水壓力和水質決定了膜的使用年限、水的通過率等②過濾系統：供水系統在向膜系統供水時，膜內外會產生壓力差，滲濾液由高壓向低壓方向流動，未通過膜系統的截流在膜系統內部，通過膜系統的行程出水匯集到清水池。③反沖洗系統：膜系統在正向運行一段時間后，膜孔已存在堵塞或截流水大量積壓，未提高過濾效率，需對膜內物質進行清理，即反洗系統。④化學清洗系統：雖然膜分離技術在操作過程中有一個沖洗系統，但在清洗過程中，小顆粒容易附著在膜內表面，常規反沖洗已無法清除，化學清洗系統可以有效地避免這種現象。

2.2 膜系統在應用過程中存在的問題

膜分離技術在滲濾液處理實踐中應用較多，但出現了系統堵塞、運維管理以及截留水處置等問題。

（1）膜堵塞問題：膜系統在正常使用中，在使用一段時間之后，膜孔容易堵塞，導致出水較少，截留水增加，處理效率降低，最終使膜處理系統異常。

（2）膜系統維護成本問題：膜系統平均使用壽命約2年，在舊膜出現嚴重堵塞、破損后必須進行更換處理，無法維修，導致設備后期維護成本高。

（3）管理問題：配套的前期處置管理要求高，異常的水質進入膜系統，容易對過濾膜系統造成傷害，大大縮減膜使用壽命，嚴重時可致系統癱瘓。

（4）截留水處置問題：整個處置系統雖然有效地處理了大部分滲濾液，但是截留水仍占進水的15%左右，此部分水量較大，處置較困難，截留水處置問題嚴峻，仍待研究解決。

3 結語

膜分離技術根據膜進水要求，加入了水質預處理等方法，巧妙地將物理、化學以及生物處理滲濾液的方法融為一體，成功地解決了滲濾液處理難題，同時，因其處理效果良好，被大量應用于滲濾液處理工程中。成功地解決了垃圾滲濾液的鹽和重金屬離子問題。所以，膜分離技術已逐步成為占主要的垃圾滲濾液處理的方法。 但也存在部分問題，需要不斷地突破，以完善處理技術。