垃圾渗滤液处理中膜分离技术的应用

文_邹启寿 修珩

1.云南德申环保科技有限公司； 2.云南高科环境保护科技有限公司

近年来，科学技术在环境卫生治理部门的应用，促进了废物处理技术不断创新。目前，垃圾处理方式主要有卫生填埋、热解和堆肥等。垃圾渗滤液主要是由垃圾本身所含水分或是收集转运堆存过程中进入的水分，堆存后外流的高浓度有机液体。目前，国内处置垃圾渗滤液的方法有：物理、化学和生物法。但是单一的物理、化学或者生物法都无法满足渗滤液处理技术要求，在此需求下，膜分离技术应运而生。随着膜分离技术的创新应用，不仅为垃圾渗滤液的处理提供了新的解决思路，而且也解决了垃圾渗滤液长期积存渗漏污染环境的风险。随着膜分离技术的日趋成熟，膜分离技术在垃圾渗滤液处理中的应用也越来越多。

1 垃圾渗滤液处理方法概述

1.1 垃圾渗滤液的预处理法

垃圾渗滤液有机物浓度含量高、碳氮比不平衡、含有重金属、处理难度大等特点，因此，处置技术要求较高。经过长时间的实践与应用，渗滤液须采用多种工艺相结合的方式才能有效去除污染物。为了满足后续工艺进水要求，需要提前去除渗滤液中的泥沙、悬浮物、重金属、有机物和氨氮等污染物。一般预处理方法包括吸附法、厌氧法、化学凝固沉淀法和吹脱法等。

1.2 垃圾渗滤液的来源和生产量

垃圾来源是人类在生活过程中产生的固体废弃物。来源主要有生活垃圾、办公垃圾、餐厨垃圾、城市绿化等。渗滤液是垃圾从产生、收集、转运到处置等一系列工作中，垃圾本身的消解和液化以及垃圾多余水分外流形成。垃圾渗滤液外流，不仅会对土壤造成污染，也会对受纳水体造成污染。垃圾渗滤液的产生受多种因素影响，而且其水量变化大，具体为雨季较大，旱季较小。影响因素主要为：降雨量大小、地表水的流入、地下水的渗透、废物本身的含水量以及垃圾处理工艺等。因此，降水、蒸发情况、地下水的流入、垃圾的特征、地表覆盖层和排水设施都影响着渗滤液的产生。尽管渗滤液的瞬时产量波动很大，但同一地区的垃圾填埋场的年平均产量只在一定范围内发生改变。

1.3 垃圾渗滤液的处理

垃圾渗滤液处理仍是一个难题，我国垃圾的处理方式一般通过渗滤液回灌、物理法和生物化学等。渗滤液回灌是一种不成熟的处理方法，其处理量有限、环境差，因此在南方每年都要在降水的环境下操作是不适合的。而物理化处理方法的费用较高，不适合处理大规模的垃圾渗滤液。生物处理方法主要有厌氧、好氧生物处理以及厌氧、好氧相结合的处理等。在实际处理过程中，微生物往往无法适应高浓度的有机废水，导致其生长受抑制甚至死亡。自从1953年美国佛罗里达大学的Reid等人提出了第一个反渗透脱盐技术之后，膜分离技术已逐步应用于垃圾渗滤液的处理，其应用范围也越来越大。依据膜的分离特性，将传统微生物技术和目前先进分离技术进行融合，使其完全达到了一级排放标准。这个系统可分为两种，即生化系统和膜分离系统。

（1）生化系统

生化系统一方面是通过微生物对生化池内的生活环境进行选择，并形成适宜生存的菌群，菌群在自身生长繁殖过程中，以废水中的氨氮、有机物以及微量元素等为原料合成自身物质，但随着菌群的生命周期结束，菌群脱落形成污泥而排出污水处理系统。另一方面，在不同功能的池体中产生的化学反应不同，通过污水回流产生一系列的化学反应，部分碳源和氮源转化为二氧化碳和氮气，以气体形式排进出水处理系统。生化系统在项目中能去除大部分氨氮、有机物和悬浮物等，为后续膜分离系统铺平道路。

（2）膜分离系统

膜分离系统主要是通过物理法对水质进行进化，膜分离法对进水水质有较高要求，尤其是SS等大颗粒物质，对膜系统影响严重，前期水质处理效果将决定膜处理系统的效果以及膜使用年限。垃圾渗滤液膜处理系统中一般常用的是纳滤技术，纳滤因孔径小，分离效果较好，能大量去除水中的无机盐和小分子的有机物，以及大于或等于两价的盐都会被分离出来。分离后的渗滤水分为两部分：出水和截留水。出水的流出占进水的85%，完全符合一级排放标准；截流水约占进水的15%。截留水的总量很小，但它几乎包括了原水的所有盐和重金属离子，以及生物化学系统中微生物难以降解的有机物质，纳滤截留水为此工艺的最终污染物。

目前，主要有四种方式处理纳滤截留水。

①回填垃圾填埋场

回填方法简单、可操作性强，利用填埋场对盐等重金属离子的吸附和拦截，在短期内，具有良好的效果，且完成率达到80%～90%，但不能从根本上解决这些污染物的影响，截留水依然存在于填埋场内。随着时间的推移，在经雨水冲刷下，新的渗滤液产生对原截留物质的溶解等，将会随着渗滤液流出进入到污水处理系统，形成无限循环，且越到填埋后期，处理难度越大。所以回填仅可作为一种应急处理方式。

②混凝沉淀的方法

加入混凝剂到浓缩溶液中，可沉淀浓缩液中的盐等重金属离子，使其达到分离的目的，进一步减少污染物质。目前，铁三氯混凝剂被广泛使用，混凝效果也很好。然而沉降的时间较长，投资量也大，阻碍了该方法在工程中的使用。

③活性炭吸附法

使用活性炭吸附，治理效果更好，这种方式已广泛应用于欧洲等国家。但由于处理成本高，且活性炭随着使用时间、吸附饱和程度的增加，吸附能力越来越弱，处理效果将越来越差。此外，使用后的活性炭属于危险废物，普通填埋场将无法处置，活性炭的引入将带来新的环境问题，所以在我国并不普及。

④树脂吸附

树脂和活性炭吸附原理相同,是使用其孔隙度、表面积大的特性吸附和分离材料，相较于活性炭，树脂不会造成二次污染。如根据污染物实际情况配上阴阳离子交换树脂，可以极大提高净化水平。因此，树脂吸附将成为浓缩液分离的主要方法。

2 膜分离技术在垃圾渗滤液中的应用研究

在膜处理应用过程中，其工艺原理是利用膜两侧的渗透压力差，即膜管的内部压力大于膜管的外部压力，在渗透压作用下，水被排除在管道之外。在管道中残留的一些悬浮物经过相应的反冲洗系统进行运输以及去除，以净化垃圾渗滤液。该技术在垃圾填埋场的应用，不仅能保障滤膜的清洁,而且能避免膜管的堵塞。

2.1 膜分离技术的工艺流程设计

主要工艺流程包括供水系统、过滤系统、冲洗系统和化学清洗系统。辅助工艺流程是冲水、排气过程等。①供水系统：即经过预处理后的渗滤液通过泵的加压流向滤膜的系统，供水压力和水质决定了膜的使用年限、水的通过率等②过滤系统：供水系统在向膜系统供水时，膜内外会产生压力差，渗滤液由高压向低压方向流动，未通过膜系统的截流在膜系统内部，通过膜系统的行程出水汇集到清水池。③反冲洗系统：膜系统在正向运行一段时间后，膜孔已存在堵塞或截流水大量积压，未提高过滤效率，需对膜内物质进行清理，即反洗系统。④化学清洗系统：虽然膜分离技术在操作过程中有一个冲洗系统，但在清洗过程中，小颗粒容易附着在膜内表面，常规反冲洗已无法清除，化学清洗系统可以有效地避免这种现象。

2.2 膜系统在应用过程中存在的问题

膜分离技术在渗滤液处理实践中应用较多，但出现了系统堵塞、运维管理以及截留水处置等问题。

（1）膜堵塞问题：膜系统在正常使用中，在使用一段时间之后，膜孔容易堵塞，导致出水较少，截留水增加，处理效率降低，最终使膜处理系统异常。

（2）膜系统维护成本问题：膜系统平均使用寿命约2年，在旧膜出现严重堵塞、破损后必须进行更换处理，无法维修，导致设备后期维护成本高。

（3）管理问题：配套的前期处置管理要求高，异常的水质进入膜系统，容易对过滤膜系统造成伤害，大大缩减膜使用寿命，严重时可致系统瘫痪。

（4）截留水处置问题：整个处置系统虽然有效地处理了大部分渗滤液，但是截留水仍占进水的15%左右，此部分水量较大，处置较困难，截留水处置问题严峻，仍待研究解决。

3 结语

膜分离技术根据膜进水要求，加入了水质预处理等方法，巧妙地将物理、化学以及生物处理渗滤液的方法融为一体，成功地解决了渗滤液处理难题，同时，因其处理效果良好，被大量应用于渗滤液处理工程中。成功地解决了垃圾渗滤液的盐和重金属离子问题。所以，膜分离技术已逐步成为占主要的垃圾渗滤液处理的方法。 但也存在部分问题，需要不断地突破，以完善处理技术。