平板式陶瓷膜在垃圾渗滤液处理中的应用

刘 斌

（上海交通大学材料科学与工程学院，上海 200240）

垃圾渗滤液是垃圾堆积和填埋过程中渗漏出来的液体，其成分复杂，有机物浓度高。尤其在南方地区，雨水充足，气温较高，垃圾渗滤液水量较多，微生物滋生，水质复杂，生化降解困难，处理难度较大。随着《生活垃圾填埋场污染控制标准》（GB16889-2008）的颁布与实施，出水指标有了更高的标准，这对处理技术要求更高。传统的垃圾渗滤液处理技术已经无法满足需求，与之相比，基于膜分离和膜生物反应的垃圾渗滤液处理技术不受原水的可生化性影响，具有出水水质稳定、占地面积小、运行成本低、操作简单和维护方便等优点[1-2]。

相比于国外的垃圾渗滤液膜处理技术，我国虽然起步较晚，但是发展迅速。上海、北京、广东等地已有实际应用案例，并且取得了较好的成果[3]。在膜的使用上，从有机膜逐渐向无机膜发展。按照成膜材料进行分类，无机膜有金属膜、陶瓷膜、玻璃膜以及碳分子筛膜，其中陶瓷膜在水处理中应用最为广泛[4-5]。陶瓷膜是以无机陶瓷材料Al2O3、TiO2、ZrO2和添加剂均匀混合，经过成型和高温煅烧而成[6]。陶瓷膜内部含有大量气孔，孔隙率在30%以上，平均孔径在0.1～100 μm，膜孔相互连通，呈外密内疏的非对称结构[7]。跟有机膜相比，陶瓷膜具有耐酸碱、耐腐蚀，化学稳定性好；耐高温、耐高压，物理稳定性强；可冲洗、不易碎，机械强度高；防微生物、不易堵，使用寿命长；孔径分布窄、通量大，除杂分离效果好等优点[8-10]。

陶瓷膜过滤分离机理主要是“筛分机理”。根据膜孔径大小和原料液中所含物质分子的直径大小，直径小于膜孔的小分子或液体透过滤膜，直径大于膜孔的大分子或固体将被截留，使原水达到过滤、分离、净化等目的[11-12]。其中，平板式陶瓷膜过滤分离技术的实现主要采用抽吸方式。平板式陶瓷膜的内部有竖状的集水通道，一端被封闭，一端有横向的集水管，集水管口与抽吸泵相连，在吸力的作用下，池内的原水从膜两侧进入，原水中的大分子物质、悬浮颗粒等污染物被平板式陶瓷膜截留，过滤后水流经集水通道，在横向的集水管汇总，从管口由抽吸泵抽出，达到过滤分离效果[13]。

本垃圾渗滤液处理案例是基于平板式陶瓷膜的综合处理系统，采用厌氧处理+膜生物反应器MBR+纳滤工艺NF对垃圾渗滤液进行处理。利用厌氧系统EGSB降解有机物，采用吹脱和厌氧好氧工艺法（A/O工艺）进行氨的回收利用和脱氮，采用MBR+NF作为深度处理，达到排放要求。

1 试验部分

1.1 试验水样

试验用原水来源于广东某垃圾场垃圾渗滤液调节池，如图1所示，水样浑浊，呈棕褐偏深褐色，有刺激性氨味，pH在6.9～8.1，COD浓度在350～2 000 mg/L，NH3-N浓度在3～25 mg/L。

1.2 陶瓷膜组件参数

本文采用微纳瓷膜NanoMem生产的平板式陶瓷膜，具体性能如表1所示。

表1 平板式陶瓷膜性能参数

1.3 分析项目

试验对进水和出水的浑浊度、COD、NH3-N、TN和pH值进行检测，分析方法均按《生活垃圾填埋污染控制标准》（GB16889-2008）进行。

2 试验结果与讨论

2.1 渗滤液初滤效果

将原水通过平板式陶瓷膜的抽滤，初滤的水样由原始的浑浊，棕褐偏深褐色变成澄清、透明，棕褐色，如图2所示。这从直观上说明了陶瓷膜装置对于原水中的固体物质、悬浮颗粒以及大分子具有很好的截留和去除作用。

图2 垃圾渗滤液初滤后的滤水

2.2 渗滤液处理结果

将垃圾渗滤液原水经过整个处理系统处理，如图3所示，运行之后，其处理效果如表2所示。

表2 垃圾渗滤液处理前后各项指标对比

经过膜生物反应器和厌氧处理，将垃圾渗滤液中的大部分有机物进行降解，这使得COD降低了70.5%。采用吹脱和A/O工艺，将垃圾渗滤液中的氨进行回收处理和对水体中的有机物进行脱氮，转变为气体排出水体，降低了渗滤液中NH3-N浓度。相应地，其TN浓度也随之降低。相比NH3-N浓度降低了57.5%，TN浓度只降低了40.0%。这一结果表明了部分的NH3-N在A/O过程中转变为可溶性的含氮产物，进入了水体。水体的pH值没有明显的变化。

图3 垃圾渗滤液原水处理系统流程

3 结论

本试验采用平板式陶瓷膜初滤、厌氧处理、吹脱、A/O工艺以及纳滤工艺对垃圾渗滤液进行处理，实际运行表明，该处理系统对垃圾渗滤液的浑浊度有明显提升，能够有效降低水体中的COD、NH3-N和TN浓度，分别降低了70.5%、57.5%和40.0%。这说明了该系统能够有效去除垃圾渗滤液中的固体悬浮物和大分子，降解其中的有机物，在原理和技术上证明了该系统的可行性。通过膜组的设计和系统的进一步改进，平板式陶瓷膜能够更加有效地处理垃圾渗滤液。

1 郭 健，邓超冰，冼 萍，等.“微滤+反渗透”工艺在处理垃圾渗滤液中的应用研究[J].环境科学与技术，2011，34（5）：170-174.

2 杨茗绅，明 月.无机陶瓷平板膜处理生活污水试验研究[J].节能，2016，35（3）：18-21.

3 武江津，刘桂中，孙长虹.膜分离技术在垃圾渗滤液处理中的研究与应用[J].膜科学与技术，2007，27（6）：1-5.

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5 张 馨.陶瓷平板膜分离技术在水处理中的应用研究[J].节能，2016，35（1）：53-55.

6 刘栋梁.无机陶瓷膜在水处理中应用研究综述[J].化工设计通讯，2017，43（2）：107-107.

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9 Reddy K K，Subramanian R，Kawakatsu T，etal.Decolorization of vegetable oils by membrane processing[J].European Food Research &Technology，2001，213（3）：212-218.

10 周 谨.无机陶瓷膜在印染废水处理中的应用[J].膜科学与技术，2010，30（3）：116-119.

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