膜技术在垃圾渗滤液净化领域的应用

邹龙生，唐婧

（桂林航天工业学院，广西 桂林 541004）

垃圾渗滤液是一种难处理的废水，污染严重而且难以治理。膜分离技术是一种新技术，出现的时间不长，比较明显的优势是能源消耗低，成本的高低直接与膜的质量和寿命相关。膜是以分离分子为核心，作用是小分子溶质透过膜，大分子溶质被截留，从而达到分离、浓缩、纯化目的，实现溶液中各种组分的分离。膜的孔径起码为微米级，甚至更细，基于膜孔径从小到大的顺序分为反渗透（RO）、纳滤（NF）、超滤（UF）、微滤（MF）等。另外的方法是按照材料分无机膜和有机膜，无机膜主要是微滤级别的膜，比较常见是陶瓷膜和金属膜。有机膜是由高分子材料构成的，材料来源比较多，如醋酸纤维素等。微滤膜的构成孔径比较大，可以应用于废水处理等领域。超滤膜是需要消耗能源，以压力驱动的分离工艺，可有效截留水中的悬浮物颗粒、胶体、有机大分子、细菌、微生物等，对胶体的去除率≥90%，在废水处理及回用、给水净水等领域应用广泛。反透膜技术可应用在海水淡化等领域。总的而言，膜技术的应用领域有海水淡化及应用、污水处理及回用、给水净化和锅炉补给水等方面。

1 垃圾渗滤液的特点

垃圾渗滤液来自于垃圾填埋场本身形成的水分以及雨、雪、水等来源。渗滤液含有高浓度的污染物或者离子[1]。常见的无机离子有Ca2+、Mg2+、Na+、K+、NH4+、Fe2+、Mn2+、HCO3-等，重金属离子有Cd2+、Cr3+、Cu2+、Pb2+、Ni2+、Zn2+等[2]，还有不少有机物，因此垃圾渗滤液具有污染物种类多、COD 浓度高，高污染、高毒性、颜色深、高危害性等特点[3-4]。垃圾渗滤液的随意排放不仅污染土壤及地表水源，还会对地下水造成污染，造成水体的破坏。据统计，2019年我国生活垃圾清运量达到2.04 亿t，较2018年显著增加，垃圾数量的快速增长，导致渗滤液体积也显著扩大[5]。

垃圾渗滤液是含有多种杂质的高浓度废水，体现在：渗滤液的水质复杂，危害性很大，测试发现有机物已经检出63 种；CODCr和BOD5的含量都比较高，有些案例检测到CODCr、BOD5最高做了浓度分别可达90 000 mg·L-1、38 000 mg·L-1，难以彻底处理；氨氮含量高，而且它们会随着垃圾填埋时间的延长而升高，最高可达1 700 mg·L-1，带来处理的难度，垃圾填埋场的时间有些比较久远，因此渗滤液依时间长短分为两类：一类是5年以下的年轻渗滤液，另一类是5年以上的年老渗滤液；金属离子含量较高，例如铁、钙离子质量浓度超过2 000 mg·L-1。C、N、P 比例失调，渗滤液中的营养元素C、N、P比例失调导致生物处理工艺效果不佳。表1是垃圾填埋场早、晚期渗滤液典型的水质参数[5]；表2是桂林阳朔垃圾县城垃圾渗滤液检测结果。

表1 垃圾填埋场早、晚期渗滤液典型的水质参数

表2 桂林阳朔垃圾渗滤液的水质参数

国家环保标准规定，生活垃圾填埋场应设置污水处理装置，产生渗滤液（含调节池废水）等污水必须进行处理，达到标准规定的污染物排放标准后，才可以进入当地的水体环境。国家规定，现有和新建生活垃圾填埋场自2008年7月1日起执行《生活垃圾填埋污染控制标准》（GB16889—2008）规定的水污染物排放浓度限值[6]。国土开发密度已经较高、环境承载能力减弱，或环境容量较小、生态环境脆弱，容易发生严重环境污染问题的地域，有必要采取特别保护措施，这些地区的环保要求更严格，地方标准高于《生活垃圾填埋污染控制标准》（GB16889—2008），目标是确保水资源不受到污染，使水体环境逐渐变好。

2 治理垃圾渗滤液的工艺

垃圾渗滤液作为杂质种类多的高浓度恶臭废水，因其高盐、高氨氮、高有机物等特点，而且水质波动大、处理难度高，常规的生物+化学法无法满足环保要求。如果直接排入水体，会严重污染环境，破坏整个地区水体环境，对良好的生态平衡产生严重的破坏作用。垃圾渗滤液处理方法应用比较多的有物理化学法、生物法、土地法、膜处理方法等[7]。蒸发工艺是新工艺，它是挥发性组分与非挥发性组分分离的物理过程。采用蒸发工艺处理渗滤液时，水分会从溶液中因沸点升高而挥发，而污染物最终残留在浓缩液中，蒸发工艺目前有浸没燃烧蒸发（SCE）、机械式蒸汽再压缩（MVC/MVR）等技术。表3为以蒸发技术为主导的工艺对比，阐述了各工艺的特点与不足[8]。

表3 蒸发工艺的优势与不足

膜技术处理废水工艺经过学者、技术员和各方面的通力合作以及多年的实践，也取得了很多进步，也逐渐推广到了垃圾渗滤液治理领域[9]，各种膜技术都有应用案例。垃圾渗滤液处理工艺调整为“预处理+生化处理+深度处理”的路线。生物法中厌氧生物处理工艺有：内循环式反应器、厌氧膨胀颗粒污泥床、厌氧流化床等。生物法中好氧生物处理工艺有：间歇式生化反应器、膜生物法、生物转盘反应器等。

3 典型的工艺及特点

3.1 生化+膜工艺流程

渗滤液治理技术主要有反渗透处理工艺、高级氧化技术、膜生物反应器工艺等。常用的是生物化学与膜结合的方案，生物化学技术能够降解废水中的有机污染物，将大分子物质降解为小分子有机物或者无机物，如CODCr可降至700～1 000 mg·L-1，氨氮5 mg·L-1以下。魏春飞[10]阐述了一些新型的污水脱氮除磷工艺，并指出各种工艺的特点及优势。膜过滤后浓缩液的体积比例约30%[11]。图1的工艺流程是：垃圾填埋场产生的渗滤液，经过废水收集系统通过格栅除去大的颗粒，以免给后续处理工艺带来不便，并将它们送入调节池。经过调节池的工作，完成废水的混合，然后进入厌氧池、好氧池和膜生物反应器，经过预定的停留时间，让各种成分满足生物化学反应的需要。生物化学反应充分进行，完成后进入膜过滤系统，依靠反渗透工艺，让合格的水外排，产生的浓缩液需要深度处理使之合格才能外排。膜生物反应器的产生的废物也需要进行深度处理，膜工艺放置在系统的最后一环。垃圾渗滤液的处理过程的基本流程如图1所示。此方案处理渗滤液成本低，应用面广。

图1 生化+膜工艺流程

3.2 蒸发+膜工艺流程

垃圾渗滤液的处理成本，必须考虑电力、药剂、人工、维修、后处理等方面，例如由渗滤液产生的浓缩液治理成本也要考虑。MVR 蒸发装置处理RO浓缩液、NF 浓缩液等混合浓缩液的运行成本分别为91.49、73.74、78.35 元·t-1[12]。蒸发与膜结合处理垃圾渗滤液的工艺是比较彻底的技术，图2是实现相互结合的一个案例。

图2 蒸发+反渗透工艺流程

垃圾渗滤液被收集后通过格栅，除去大颗粒及杂质，进入混合池，让废水在此搅拌均匀。一般的渗滤液是常温状态，需要提升温度，在蒸发器前面设置一个换热器，将废水加热升温到103～105 °C，然后输送到机械蒸汽压缩蒸发系统，利用压缩机完成废水的蒸发和二次蒸汽的循环利用。蒸发后的水冷凝后通过反渗透装置外排或者回用，蒸发产生的废气需要回收有害气体才能排入大气层。20%～30%的蒸发浓缩液一部分回流到混合池再处理，一部分无机盐溶液予以结晶回收再用。为了保证机械蒸汽压缩蒸发系统顺利工作，添加一定量的阻垢剂、消泡剂等助剂，停机检查时可以使用酸洗清液或者碱洗清液将系统污垢等杂质清理。本工艺处理的垃圾渗滤液质量高，治理彻底，可以回收再用。

3.3 膜反应组件+膜工艺流程

膜生物反应器+反渗透工艺是典型的生化处理和膜处理相结合的处理工艺[13]，有应用市场。图3工艺的详细过程如下：汇集的垃圾渗滤液经过格栅过滤输送到溶液混合池，混合均匀后进入氧化反应池完成各种反应，然后经过一级和二级过滤系统，合格的水外排。处理过程产生约 20%～30% 的膜浓缩液汇合后回流至氧化反应池再处理[8]；过滤产生的剩余污泥进入污泥浓缩池，通过污泥脱水设备处理，产生的废液回流到溶液混合池，干燥的泥饼予以填埋，完成垃圾渗滤液处理的全部工艺。此方法比较成熟，应用广。

图3 膜生物反应器+反渗透流程图

4 结 论

本文阐述了垃圾渗滤液的特点和危害，针对垃圾渗滤液的特性，提出了4 种处理工艺，分别是：生化+膜工艺流程、蒸发+膜工艺流程、膜反应组件+膜工艺流程、沉淀+多级膜工艺流程。对各种工艺分别予以说明具体的操作过程，指出了它们的特点，为渗滤液彻底治理提供技术支撑。