生活垃圾渗滤液膜浓缩液处理工艺探讨＊

文/粟颖

0 引言

随着我国经济高速发展、人民生活水平大幅提高，生活垃圾产生量也随之增长。生活垃圾产生的渗滤液若处置不当，可能会污染地下水、耕地和土壤，危害人类健康，渗滤液的安全处理问题越来越受到人们的关注。随着对生活垃圾渗滤液处理的出水要求越来越高，为达到《生活垃圾填埋场污染控制标准》（GB 16889－2008）严格的渗滤液排放要求，以膜分离技术为核心的处理工艺在生活垃圾渗滤液处理上应用越来越广泛。膜分离技术使用反渗漏（RO）或纳滤（NF）膜使污染物分离，出水效果好，然而产生的浓缩液（以下简称“膜浓缩液”）量较大，约为渗滤液进水的13%~30%，大量的污染物富集在膜浓缩液中，若不能安全处置，容易造成二次污染。目前，生活垃圾渗滤液的膜浓缩液处理已成为我国生态环境保护领域的难点。

1 膜浓缩液的特性

膜浓缩液受前端处理效果的影响，水质、水量和成分复杂多变，有以下特点：（1）电导率高，为20000μS/cm ~50000μS/cm；含盐量高，无机盐大量存在；钙镁离子浓度高，导致易结垢。（2）重金属等污染物含量高，含有Cu、Pb等重金属；腐殖质含量高，大分子腐殖酸类物质HS会与重金属离子结合生成络合物，增加膜浓缩液的毒性。（3）有机物浓度高，难降解有机物含量高，含有一定的可挥发性有机物，影响无机盐析出的饱和度。（4）化学需氧量（COD）一般为5000mg/L以上，生化需氧量（BOD）/COD一般小于0.1，氨氮浓度为100 mg/L~1000mg/L。（5）色度一般为50~1500倍，颜色呈棕黑色。

2 膜浓缩液处理工艺

2.1 回灌法

回灌法是膜浓缩液处理最为普遍和常见的方式之一。该方法将填埋场作为生物反应器，垃圾作为填料，通过厌氧生物的反应来实现垃圾的稳定化和降解处理。目前，回灌法在我国应用广泛，大部分垃圾填埋场的RO技术和NF技术都采用了这种方法来进行浓缩液的处理。回灌法的优点在于建设运行成本低；缺点主要有回灌时间越长，有机物、盐类、重金属等污染物质累积，从而导致膜结垢严重，处理系统失效。

2.2 回喷燃烧法

回喷燃烧法是指将膜浓缩液回喷到焚烧炉，通过控制炉温和回喷比例从而将其用于炉渣冷却或飞灰增湿。该方法的优点主要有:对污染物的处理速度快，无废水排放，降低锅炉烟道温度；降低烟温，抑制热力型氮氧化物（NOX） 的生成；焚烧炉是配套设施，运行成本不高。缺点主要有：对精细化运行操作要求高，影响焚烧温度，减少发电量；造成烟气成分中的灰分、水分、重金属和氯（Cl-）等含量的增加，可能造成炉体等设备严重腐蚀和结焦问题；维修调整过程加长，从而影响锅炉负荷，降低锅炉效率。

2.3 膜蒸馏

膜蒸馏技术是膜处理技术与蒸馏技术过程的结合，是利用疏水微孔膜两侧产生的蒸汽压力，对浓缩液进行膜分离处理的技术。其优点主要有：与传统蒸馏法相比体积较小，设备简单，操作管理方便；可在常压下进行，操作温度低于传统蒸馏工艺，可以与膜生物反应器（MBR）+NF/RO 常规工艺有效配合；只有挥发性组分可通过膜，蒸馏液纯净。但是，缺点主要有：膜与相关组件成本高；对进水水质具有一定的要求，膜通过量不高，减量后仍面临着膜浓缩液处置问题，存在减量不彻底的现象。膜蒸馏法作为一种新技术，主要应用于海水淡化等领域，膜浓缩液处理仍处于发展阶段，需进一步研究与完善规模化应用的问题。

2.4 蒸发法

蒸发法是指通过蒸发工艺将膜浓缩液的水分和易挥发的组分分离，污染物残留在浓缩液中的过程，浓缩液可浓缩至原体积的2%~10%。目前，主流的蒸发工艺包括机械再压缩蒸发（MVR/MVC）、浸没燃烧蒸发（SCE）以及负压蒸发等。

MVR/MVC的主要优点是低耗能，可达排放标准，工程经验多；但是缺点主要有：换热器、传热壁结焦结垢严重，挥发性有机物会二次溶解于冷凝液，对操作人员要求高，设备清洗维护难度大，运行成本高。

SCE的主要优点是可减量达97%以上，对水质适应能力强，浓缩倍数高，难挥发性有机物分离效果好，维护成本较低，工程实例较多。虽然许多文献认为SCE无传热壁、不结垢，但根据广州市某生活垃圾填埋场的实际应用案例，SCE和其他蒸发工艺一样都存在有机污染物和盐分对蒸发设备的高温腐蚀和结垢问题，腐蚀程度随蒸发温度的升高而增强，导致设备易结垢，需频繁维修，无法持续工作，提高了维护成本，而且蒸发后的残余物仍为液态，必须添加固化剂才能进行填埋处理。

负压蒸发技术是为了解决常压加热蒸发过程中Cl-腐蚀蒸发设备的问题而研发的，该技术的优点是负压下降低水的沸点，同时不会降低蒸发效率，避免Cl-对设备的腐蚀。目前，国内该技术仍在研究阶段，未有实例报道，仍需进一步研究实际运用中除垢和残余膜浓缩液处理等问题。

2.5 高级氧化法

高级氧化法是一种通过化学氧化剂，结合光、声、电、磁等物理化学过程，产生大量具有极强氧化性的羟基自由基（·OH）降解膜浓缩液中有机物的方法。高级氧化技术在城市污水和工业废水处理领域应用已较为成熟，在膜浓缩液的处理中受到广泛关注和应用，目前主要有Fenton法、臭氧氧化法、电化学氧化法、光催化氧化法、超临界氧化法等。高级氧化法的优点主要有：适用于处理高浓度难生化降解的废水，显著地提升浓缩液的可生化性，较高效地去除有机物；COD去除效果明显，色度和氨氮含量（NH3-N）显著降低。

但高级氧化法也存在许多问题：Fenton法需在酸性条件进行，反应条件苛刻，试剂用量大、处理时间长，运行成本较高， Fe(OH)3污泥的产生量约为进水量的10%，处理难度大；臭氧法电耗较高，运行成本较高，而且臭氧对金属和非金属有强腐蚀性；电化学氧化法阳极材料消耗量大，设备成本较高，存在二次产物处理问题；超临界水氧化法及超临界水催化氧化法的初期投资成本较高，设备腐蚀较快，无机物溶解度小导致易堵塞，目前仍在研究阶段；光催化氧化法受反应条件限制，光照无法透过浑浊溶液，有机物降解不彻底，目前仍在研究阶段。

此外，单一的高级氧化法处理膜浓缩液时出水无法达标，必须与其他处理工艺优化组合后才能达标排放，但存在组合工艺复杂、运行管理复杂、运行费用较高等问题。因此，研发更加便捷高效、低成本的高级氧化方法及其组合工艺是高级氧化法处理膜浓缩液的研究重点。

2.6 固化技术

固化技术是指在膜浓缩液中添加固化剂使脱水成为不可逆的常态固体，从而限制浓缩液的流动性和污染性。膜浓缩液固化产物运至垃圾填埋场进行填埋，建设运营成本低，但是，对抗压强度、有害物质浓度要求较高。目前该技术已成为危险废弃物的主要处置手段，但是膜浓缩液固化技术仍处于试验阶段，仍需进一步研究具体的技术性能和固化效果，并制定和建立相关的行业规范。

2.7 吸附法

吸附法主要有活性炭吸附法、复合型树脂吸附法。

活性炭吸附法的优点是对难降解有机物吸附作用好，出水中有机物浓度低。缺点是吸附效果受限于有机物分子大小与活性炭孔径的匹配效应，且存在处理成本较高、活性炭吸附后不易再生、对亲水性小分子有机物吸附效果差等问题。

复合型树脂吸附法是通过大孔树脂、超高交联树脂表面修饰化学基团形成具有吸附作用与离子交换作用的新型双功能树脂，适用于既有疏水基团又有较多亲水基团的难降解有机物分子。该技术对膜浓缩液中腐殖酸的去除率高达80%以上，吸附后的树脂采用醇碱作为脱附剂，在50℃下可完全脱附。但是，该技术仍处于研究阶段。

2.8 腐殖酸提取

腐殖酸提取技术原理主要是利用不同截留分子量的膜来分离膜浓缩液中的腐殖酸和无机盐，通过进一步浓缩及外加大量氮（N）、磷（P）、钾（K）元素，膜透过液与渗滤液处理出水混合后达标排放。其优点主要有投资少，占地少；浓缩倍数高，如惠州某垃圾填埋场可做到浓缩50~60倍；无浓缩液回灌，出水水质好，可作为水溶性肥料原料；提取的腐殖酸（约占总量0.5%~1%）可资源化利用，符合《含腐殖酸水溶肥料》的标准。缺点是对生化系统依赖度高，不适用于RO膜浓缩液处理。

3 结语

目前，膜分离技术在生活垃圾渗滤液膜浓缩液处理领域的应用越来越广泛，如何安全、有效、环保地处理膜浓缩液，已成为生活垃圾渗滤液处理行业的瓶颈。由于膜浓缩液的水质、水量和成分复杂多变，回灌、回喷燃烧、膜蒸馏、蒸发、高级氧化、固化、吸附法、腐殖酸提取等技术都各有优点，但是，单一的处理技术难以实现浓缩液的无害化处理要求，仍需解决污染物的无害化、运营成本高、设备腐蚀和结垢结焦、技术不成熟等问题。

因此，建议通过结合各种技术的优势、改进现有膜浓缩液处理技术工艺，深入开展资源化利用技术研究，整合出易运行、高效环保的组合工艺，探索安全、有效、环保的浓缩液处理新技术，解决膜浓缩液处理的难题。