浅谈膜分离技术在垃圾渗滤液处理中的应用

蔡安明

摘要：垃圾渗滤液作为一种高污染有机废水，如直接排放，将对生态环境造成严重的威胁。因此在垃圾处理过程中，国家相关法律、法规及规范明确要求对垃圾渗滤液进行科学有效的处理，出水水质需执行《生活垃圾填埋场污染控制标准》（GB16889-2008）标准并满足当地环保部门的要求。其中膜分离技术具有低能、高效、稳定、出水水质好等优势，日渐成为渗滤液处理技术的主要发展方向。

关键词：垃圾渗滤液；膜分离技术；降低膜污染

1 垃圾渗滤液的特点与特性

1.1 水质成分复杂。由于地理位置、生活环境、垃圾来源等众多因素影响，导致垃圾渗滤液的水质成分非常复杂，既有高浓度有机污染物，也有金属、无机盐类、细菌等有毒有害物质。

1.2 水量变化大。由于季节、填埋时间、运行管理等因素的影响，垃圾渗滤液的水量变化很大。一般情况下，冬季旱季水量较少，污染物浓度较高；夏季雨季水量较多，污染物浓度较低。因此，要求渗滤液处理工艺抗冲击负荷能力强。

1.3 污染物浓度高。进入污水处理厂的渗滤液有机污染物浓度很高。一般情况下， COD 浓度在6000-21000mg/L，BOD 浓度在 3000-13000 mg/L。除此之外，还有大量其他的金属、无机污染物。

1.4 营养比例失调。对高浓度有机废水一般采用的生化处理工艺而言，垃圾渗滤液中营养比例失调，相对COD、BOD 含量，其磷含量偏低而氨氮含量偏高。

1.5 可生化性能不稳定。对垃圾渗滤液而言，其 BOD/COD 的比率变化幅度较大，并不能笼统地认为生活垃圾沥出的渗滤液就一定具有较高的可生化性能。因此，要求渗滤液处理系统的设计能对原污水具有相当的抗冲击负荷能力，以保证渗滤液处理系统运行稳定，出水水质稳定。

2 膜分离技术在垃圾渗滤液处理中的应用

2.1 微滤。微滤（MF）是以压力差作为推动力的膜分离技术，其本质属于筛分过程，主要通过溶液中微粒粒径不同从而实现分离目的。微滤膜孔径较大，一般为 0.02-1.2？m，通常直接用平均孔径表示其截留特性。在压力差的作用下，粒径小于膜孔的颗粒随溶液通过微滤膜，粒径较大的颗粒被截留，从而实现不同粒径颗粒的分离。膜的截留方式主要包括：机械截留、吸附截留、架桥截留和网络内部截留。由于微滤膜的截留吸附特性，常被用于去除悬浮物、大的胶体和微生物等。微滤膜孔径较大，只能有效地去除渗滤液中粒径较大的胶体和悬浮物，而对其中的小粒径污染物去除率较低。因此，在渗滤液处理中微滤膜一般不作为其深度处理工艺，而作为其他膜（UF、NF 和 RO）或者其他物理化学工艺的预处理工艺。总结了微滤膜的一些相关研究，其中一些研究将微滤膜作为反渗透膜的预处理工艺，结果表明微滤膜虽然对渗滤液中污染物去除率较低，但经微滤膜预处理的水质提高，达到反渗透膜进水要求，减少了反渗透膜的污染，而且有效提高了整个膜系统的产水水质和产水率。

2.2 超滤。超滤（UF）是介于微滤和纳滤之间，以压力为驱动力的一种膜分离，膜孔径在0.01-0.001？m 之间。在一定压力下，超滤膜能截留部分大分子有機物、胶体和微粒，通常其截留相对分子质量在 1000-300000。根据超滤膜孔径对杂质进行物理筛分作用，超滤去除渗滤液中的部分大分子物质、胶体和微粒等，从而达到分离、浓缩和净化的目的。超滤可有效地去除渗滤液中的部分大分子物质、胶体和微粒等，但其对渗滤液的处理效果较差，难以达到排放标准，故较少作为渗滤液的深度处理工艺。近年来，超滤膜在渗滤液处理上应用较多，超滤膜在渗滤液处理方面和微滤膜一样，也通常作为纳滤或反渗透的预处理工艺。

2.3 纳滤。纳滤（NF）是介于超滤与反渗透之间的一种特殊的膜分离技术。纳滤膜在分离的过程中表现出两个特征：一是 NF 膜孔径较小，为 0.001-0.0001？m，对相对分子质量数百的小分子也有较好的分离效果，其截留相对分子质量在 200-1000；二是膜表面带有电荷对不同电荷和价态的阴离子存在不同的电位效应。根据纳滤膜的分离特性，对不同价态离子表现出不同的截留能力，对于高价金属离子的去除率高达 98%以上，对于二价金属离子的去除率也高达95%以上。基于纳滤膜分离技术有高透水性以及对有机物、金属盐和胶体粒子的高截留性，纳滤技术已广泛应用于制药、化工、食品工业，尤其是污水以及渗滤液处理领域。基于纳滤膜技术特殊的分离性质，在渗滤液处理中可高效地去除其中的胶体、有机物、无机物以及微生物等污染物，因此在渗滤液处理中纳滤一般作为深度处理工艺。

2.4 反渗透。反渗透（RO）指与溶液自然渗透反方向的渗透，即溶剂从高浓度向低浓度溶液渗透的过程。反渗透膜孔径一般小于 1nm，以膜两侧静压差（1～10MPa）为驱动力。反渗透膜能截留几乎全部离子和小分子物质，只允许溶剂（一般是水）通过，其截留相对分子质量一般小于200。反渗透膜对有机物、金属盐、胶体粒子和固体微粒等有很高的截留性，目前主要应用于纯水生产、海水淡化、污水处理等领域。反渗透膜可高效截留渗滤液中有机物、金属盐、胶体粒子和固体微粒，很多实验性和工业规模的研究都表明反渗透膜对渗滤液中各种污染的去除率都高达 90%以上。

3 膜的污染及防止

3.1 膜材料改性。消除膜污染最根本途径是开发研究新的膜材料，膜材料决定了其耐污性能、膜通量以及化学稳定性。在实际运用中由于原液成分差异大，所以应根据实际水质特性及处理要求选出符合要求的膜材料。因此应加强膜材料的改性研究，开发复合材料，提高膜的抗污染性、耐压性以及化学稳定性等，以推广膜分离技术在垃圾渗滤液处理中的应用。

3.2 强化渗滤液的预处理。膜污染的主要原因是原液中含有大量的大分子有机物、胶体和固体颗粒等未经过预处理或预处理不充分就直接进行膜分离，因此对渗滤液进行有效的预处理是防止膜污染和避免频繁清洗的最有效途径。目前，预处理方法有高级氧化、絮凝以及生物法等，针对不同地方和年龄的渗滤液应选择合适的预处理方法，避免其逆效应产生。

3.3 优化膜分离操作条件。膜分离操作条件对膜污染防止也尤为重要，其中主要操作条件有渗滤液的 pH 值、操作压力、渗滤液流动方式以及运行温度等。渗滤液的 pH 值将影响渗滤液的电位值，当渗滤液的电位值和膜组件的电位值相同时，易发生吸附污染，因此可通过调节 pH 值来调节渗滤液的电位值，使两者的电位值不同，从而减少吸附降低污染。

4结束语

综上所述，垃圾渗滤液具有水质变化大、成分复杂降解难、污染物浓度高等特点，传统的生物、化学或者物理方法很难达到有效的处理效果，而膜分离技术具有操作简单、高效节能等特点，保证了垃圾渗滤液处理的环境效益和经济效益。

参考文献：

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（作者单位：江苏维尔利环保科技有限公司）