膜技術在垃圾滲濾液凈化領域的應用

鄒龍生，唐婧

（桂林航天工業學院，廣西 桂林 541004）

垃圾滲濾液是一種難處理的廢水，污染嚴重而且難以治理。膜分離技術是一種新技術，出現的時間不長，比較明顯的優勢是能源消耗低，成本的高低直接與膜的質量和壽命相關。膜是以分離分子為核心，作用是小分子溶質透過膜，大分子溶質被截留，從而達到分離、濃縮、純化目的，實現溶液中各種組分的分離。膜的孔徑起碼為微米級，甚至更細，基于膜孔徑從小到大的順序分為反滲透（RO）、納濾（NF）、超濾（UF）、微濾（MF）等。另外的方法是按照材料分無機膜和有機膜，無機膜主要是微濾級別的膜，比較常見是陶瓷膜和金屬膜。有機膜是由高分子材料構成的，材料來源比較多，如醋酸纖維素等。微濾膜的構成孔徑比較大，可以應用于廢水處理等領域。超濾膜是需要消耗能源，以壓力驅動的分離工藝，可有效截留水中的懸浮物顆粒、膠體、有機大分子、細菌、微生物等，對膠體的去除率≥90%，在廢水處理及回用、給水凈水等領域應用廣泛。反透膜技術可應用在海水淡化等領域。總的而言，膜技術的應用領域有海水淡化及應用、污水處理及回用、給水凈化和鍋爐補給水等方面。

1 垃圾滲濾液的特點

垃圾滲濾液來自于垃圾填埋場本身形成的水分以及雨、雪、水等來源。滲濾液含有高濃度的污染物或者離子[1]。常見的無機離子有Ca2+、Mg2+、Na+、K+、NH4+、Fe2+、Mn2+、HCO3-等，重金屬離子有Cd2+、Cr3+、Cu2+、Pb2+、Ni2+、Zn2+等[2]，還有不少有機物，因此垃圾滲濾液具有污染物種類多、COD 濃度高，高污染、高毒性、顏色深、高危害性等特點[3-4]。垃圾滲濾液的隨意排放不僅污染土壤及地表水源，還會對地下水造成污染，造成水體的破壞。據統計，2019年我國生活垃圾清運量達到2.04 億t，較2018年顯著增加，垃圾數量的快速增長，導致滲濾液體積也顯著擴大[5]。

垃圾滲濾液是含有多種雜質的高濃度廢水，體現在：滲濾液的水質復雜，危害性很大，測試發現有機物已經檢出63 種；CODCr和BOD5的含量都比較高，有些案例檢測到CODCr、BOD5最高做了濃度分別可達90 000 mg·L-1、38 000 mg·L-1，難以徹底處理；氨氮含量高，而且它們會隨著垃圾填埋時間的延長而升高，最高可達1 700 mg·L-1，帶來處理的難度，垃圾填埋場的時間有些比較久遠，因此滲濾液依時間長短分為兩類：一類是5年以下的年輕滲濾液，另一類是5年以上的年老滲濾液；金屬離子含量較高，例如鐵、鈣離子質量濃度超過2 000 mg·L-1。C、N、P 比例失調，滲濾液中的營養元素C、N、P比例失調導致生物處理工藝效果不佳。表1是垃圾填埋場早、晚期滲濾液典型的水質參數[5]；表2是桂林陽朔垃圾縣城垃圾滲濾液檢測結果。

表1 垃圾填埋場早、晚期滲濾液典型的水質參數

表2 桂林陽朔垃圾滲濾液的水質參數

國家環保標準規定，生活垃圾填埋場應設置污水處理裝置，產生滲濾液（含調節池廢水）等污水必須進行處理，達到標準規定的污染物排放標準后，才可以進入當地的水體環境。國家規定，現有和新建生活垃圾填埋場自2008年7月1日起執行《生活垃圾填埋污染控制標準》（GB16889—2008）規定的水污染物排放濃度限值[6]。國土開發密度已經較高、環境承載能力減弱，或環境容量較小、生態環境脆弱，容易發生嚴重環境污染問題的地域，有必要采取特別保護措施，這些地區的環保要求更嚴格，地方標準高于《生活垃圾填埋污染控制標準》（GB16889—2008），目標是確保水資源不受到污染，使水體環境逐漸變好。

2 治理垃圾滲濾液的工藝

垃圾滲濾液作為雜質種類多的高濃度惡臭廢水，因其高鹽、高氨氮、高有機物等特點，而且水質波動大、處理難度高，常規的生物+化學法無法滿足環保要求。如果直接排入水體，會嚴重污染環境，破壞整個地區水體環境，對良好的生態平衡產生嚴重的破壞作用。垃圾滲濾液處理方法應用比較多的有物理化學法、生物法、土地法、膜處理方法等[7]。蒸發工藝是新工藝，它是揮發性組分與非揮發性組分分離的物理過程。采用蒸發工藝處理滲濾液時，水分會從溶液中因沸點升高而揮發，而污染物最終殘留在濃縮液中，蒸發工藝目前有浸沒燃燒蒸發（SCE）、機械式蒸汽再壓縮（MVC/MVR）等技術。表3為以蒸發技術為主導的工藝對比，闡述了各工藝的特點與不足[8]。

表3 蒸發工藝的優勢與不足

膜技術處理廢水工藝經過學者、技術員和各方面的通力合作以及多年的實踐，也取得了很多進步，也逐漸推廣到了垃圾滲濾液治理領域[9]，各種膜技術都有應用案例。垃圾滲濾液處理工藝調整為“預處理+生化處理+深度處理”的路線。生物法中厭氧生物處理工藝有：內循環式反應器、厭氧膨脹顆粒污泥床、厭氧流化床等。生物法中好氧生物處理工藝有：間歇式生化反應器、膜生物法、生物轉盤反應器等。

3 典型的工藝及特點

3.1 生化+膜工藝流程

滲濾液治理技術主要有反滲透處理工藝、高級氧化技術、膜生物反應器工藝等。常用的是生物化學與膜結合的方案，生物化學技術能夠降解廢水中的有機污染物，將大分子物質降解為小分子有機物或者無機物，如CODCr可降至700～1 000 mg·L-1，氨氮5 mg·L-1以下。魏春飛[10]闡述了一些新型的污水脫氮除磷工藝，并指出各種工藝的特點及優勢。膜過濾后濃縮液的體積比例約30%[11]。圖1的工藝流程是：垃圾填埋場產生的滲濾液，經過廢水收集系統通過格柵除去大的顆粒，以免給后續處理工藝帶來不便，并將它們送入調節池。經過調節池的工作，完成廢水的混合，然后進入厭氧池、好氧池和膜生物反應器，經過預定的停留時間，讓各種成分滿足生物化學反應的需要。生物化學反應充分進行，完成后進入膜過濾系統，依靠反滲透工藝，讓合格的水外排，產生的濃縮液需要深度處理使之合格才能外排。膜生物反應器的產生的廢物也需要進行深度處理，膜工藝放置在系統的最后一環。垃圾滲濾液的處理過程的基本流程如圖1所示。此方案處理滲濾液成本低，應用面廣。

圖1 生化+膜工藝流程

3.2 蒸發+膜工藝流程

垃圾滲濾液的處理成本，必須考慮電力、藥劑、人工、維修、后處理等方面，例如由滲濾液產生的濃縮液治理成本也要考慮。MVR 蒸發裝置處理RO濃縮液、NF 濃縮液等混合濃縮液的運行成本分別為91.49、73.74、78.35 元·t-1[12]。蒸發與膜結合處理垃圾滲濾液的工藝是比較徹底的技術，圖2是實現相互結合的一個案例。

圖2 蒸發+反滲透工藝流程

垃圾滲濾液被收集后通過格柵，除去大顆粒及雜質，進入混合池，讓廢水在此攪拌均勻。一般的滲濾液是常溫狀態，需要提升溫度，在蒸發器前面設置一個換熱器，將廢水加熱升溫到103～105 °C，然后輸送到機械蒸汽壓縮蒸發系統，利用壓縮機完成廢水的蒸發和二次蒸汽的循環利用。蒸發后的水冷凝后通過反滲透裝置外排或者回用，蒸發產生的廢氣需要回收有害氣體才能排入大氣層。20%～30%的蒸發濃縮液一部分回流到混合池再處理，一部分無機鹽溶液予以結晶回收再用。為了保證機械蒸汽壓縮蒸發系統順利工作，添加一定量的阻垢劑、消泡劑等助劑，停機檢查時可以使用酸洗清液或者堿洗清液將系統污垢等雜質清理。本工藝處理的垃圾滲濾液質量高，治理徹底，可以回收再用。

3.3 膜反應組件+膜工藝流程

膜生物反應器+反滲透工藝是典型的生化處理和膜處理相結合的處理工藝[13]，有應用市場。圖3工藝的詳細過程如下：匯集的垃圾滲濾液經過格柵過濾輸送到溶液混合池，混合均勻后進入氧化反應池完成各種反應，然后經過一級和二級過濾系統，合格的水外排。處理過程產生約 20%～30% 的膜濃縮液匯合后回流至氧化反應池再處理[8]；過濾產生的剩余污泥進入污泥濃縮池，通過污泥脫水設備處理，產生的廢液回流到溶液混合池，干燥的泥餅予以填埋，完成垃圾滲濾液處理的全部工藝。此方法比較成熟，應用廣。

圖3 膜生物反應器+反滲透流程圖

4 結 論

本文闡述了垃圾滲濾液的特點和危害，針對垃圾滲濾液的特性，提出了4 種處理工藝，分別是：生化+膜工藝流程、蒸發+膜工藝流程、膜反應組件+膜工藝流程、沉淀+多級膜工藝流程。對各種工藝分別予以說明具體的操作過程，指出了它們的特點，為滲濾液徹底治理提供技術支撐。