生活垃圾渗滤液膜浓缩液处理工艺技术探讨

王雪霞

（武汉天源环保股份有限公司，湖北 武汉 430010）

在国家不断倡导绿色环保、节能减排的背景下，生活垃圾处理方式也从以往的填埋、堆肥等方法转变为以垃圾焚烧发电为主，从而在实现生活垃圾资源化、科学化处理的同时，开辟了电力生产的新途径。但与此同时，产生了渗滤液膜浓缩液处理这一大难题，渗滤液膜浓缩液是生活垃圾渗滤液经过处理后的产物，具有成分复杂、污染物含量高等特点，若不进行有效处理，其对自然环境、人类健康等都会造成严重威胁，有效分析渗滤液膜浓缩液处理技术与工艺方法意义重大。

1 垃圾渗滤液膜浓缩液的危害

为了避免膜浓缩液对环境造成污染，如何利用反渗透和纳滤技术进行垃圾渗滤液的处理，是目前亟待解决的问题。

垃圾渗滤液的膜分离浓缩液如果流入到自然环境中，会对环境造成严重危害。由于垃圾渗滤液具有氨氮含量较高的特点，其在进入水中后，会引起水的富营养化，造成水质严重污染，且由于其含有大量的重金属，被水生生物吸收后会进入食物链，从而造成重金属的积累，重金属在人体中的堆积会导致人体中毒，引发心血管及神经系统疾病［1］。

垃圾渗滤液的膜分离浓缩液如果进入土壤，由于其含盐量过高，会对土壤造成严重破坏，使得土壤盐碱化；其含有的大量有毒、有害物质，会对土壤和植被造成毁灭性的伤害，使土地的农业价值下降。

渗滤液渗入土壤后，由于土壤中的微生物不能充分将其降解，致使一些小分子或重金属有害物质随着雨水流入地下，对人类和动物的饮水安全造成极大危害。

垃圾渗滤液膜浓缩液中含有的有害物质或其他致癌的有机物，如果经各种途径流入饮用水中，会成为疾病传播的主要渠道，是致癌率及致畸率提高的主要元凶。因此，对垃圾渗滤液的处理是当前环境保护领域的一个重要课题。

2 膜法处理垃圾渗滤液的工艺技术

2.1 物理技术

2.1.1 絮凝法

混凝沉淀是将PAC助凝剂以及絮凝剂PAM加入到垃圾渗滤液的膜浓缩液中，形成絮凝助凝剂，从而改善絮凝性能。

加入絮凝剂后，膜浓缩液呈现出电性中和反应，并利用吸附架桥以及压缩双电层、网捕捉等方法，将废水中的有机和无机污染物清除干净。混凝处理不但可以去除胶体及微粒，而且可以减少溶解性有机物的含量。尽管混凝沉淀技术在处理垃圾渗滤液的过程中具有很好的应用前景，但是由于混凝沉淀不能很好地解决污水中的溶解有机物，只能实现污水中某些污染元素的迁移，因此目前国内外对该法的研究多集中在沉淀预处理和氧化法等领域［2］。

2.1.2 蒸发法

蒸发法是将混合物中较难挥发的成分在一定的温度和压力下进行分离的工艺。因此，蒸发器其实就是一种利用垃圾渗滤液膜浓缩液的挥发性的浓缩工艺。蒸发技术包含燃烧蒸发和机械蒸发两种工艺，已被广泛用于处理垃圾渗滤液的浓缩液。燃烧蒸发是将气体燃烧后喷射到浓缩液体中，通过直接的传热来蒸发浓缩液，在对蒸发法进行细分后，出现了压缩，浸没以及负压等多种不同的技术形式。

2.1.2.1 浸没蒸发法

浸没 蒸发法通过高温蒸汽排出浓缩液中的水分，这种方法非常简单，且具有较好的效果，然而因为膜浓缩液中包含较多的氯离子，氯离子在高温状态下会对设备产生较强的腐蚀破坏作用，所以采用浸没蒸发法就需要考虑到氯离子在高温状态下带来的影响。

2.1.2.2 压缩蒸发法

压缩蒸发法能够通过物理的方法进行压缩，使得蒸汽温度得到有效提升，降低能耗，但使用这种方法同样会导致氯离子的活跃程度增加，使得机械设备受腐蚀因素的影响缩短使用寿命。为了避免这种问题的发生，在进行压缩蒸发法时所用器材都需要使用价格昂贵的耐腐蚀材料如钛材或双相钢制造，抬高了使用这种方法的成本支出，这限制了该法的推广和普及，同时这种方法的后续维护保养费用也比其他方法更高。

2.1.2.3 负压蒸发法

负压 蒸发法有效解决了高温状态下设备受到腐蚀的问题，通过这种方法进行蒸馏，能够有效降低氯离子的活跃程度，减少对设备的腐蚀。但该技术出现较晚，成熟案例较少，设备材料及运行控制机理仍有待完善［3］。

2.1.3 焚烧法

这种方法适用于浓度较高或者放射性较强的废液，是一种无害化水平较高的方法，能够彻底去除污染物，同时具备较高的效率和空间需求。其缺点是早期投入资金较大，对技术水平的要求较高。

2.2 生物技术

2.2.1 混合稀释城市生活污水

城市污水混合法是将垃圾焚烧厂产生的渗滤液膜浓缩液与城市生活污水进行混合处理。该法充分利用城市生活污水水量充沛、可生化性好的优势，将城市生活污水与垃圾渗滤液膜浓缩液进行混合，能够有效稀释高浓度的有机物，改善垃圾渗滤液膜浓缩液的可生化性，达到生物处理的目的。尽管这种处理方式可行性较高，但在实施过程中需要较多费用，因为垃圾焚烧厂往往位于远离市区的地方，因此浓缩液运输费用较高。而且垃圾渗滤液膜浓缩液中含有大量的有毒物质以及重金属，会对城市污水处理厂的生物活性造成一定影响，长期混合稀释会使得市政污水的处理效率不断下降，导致市政供水质量无法得到保证。所以，城市生活污水混合稀释技术虽然简单、易于实施，但其使用费用过高，且会对城市污水处理厂造成负面影响，因此难以推广使用［3］。

2.2.2 回灌技术

浓缩液回灌技术是在渗滤液回灌技术的基础上发展出的新型技术，它不仅可以通过堆肥中的微生物来分解渗滤液中的杂质，还可以加强填埋体的生物降解稳定性，是一种经济性较好的高效处理方法。回灌技术是将填埋场当成一种生物反应器，以垃圾为填料，在回灌过程中通过微生物的分解作用，降解废水中的有机物。但是，由于渗滤液的组成比较复杂，常规的回灌技术虽然能够在短时间内达到很好的处理效果，但是长时间的回灌会导致土壤中有机物和盐的堆积，从而导致渗滤液的生物处理技术不能正常运行，甚至会对填埋场的结构造成很大损害。

回灌技术具有操作便捷、经济性好的特点，目前一些填埋场仍在使用，但由于盐分和有机污染物的积累，会使有机污染物的含量升高，而渗滤液污染浓度的增加，对污水处理系统中的生物、化学成分也有一定影响，同时盐分的过分堆积也会缩短设备的使用寿命，导致生化系统运行不稳定、膜系统产水率低［4］。

2.3 化学技术

2.3.1 氧化法

臭氧催化氧化法是一种先进的氧化法，它是利用臭氧与催化剂发生接触而产生的氢氧基团，与难于分解的有机物发生反应，从而达到完全矿化的目的。采用臭氧氧化技术对垃圾渗滤液膜浓缩液进行处理，利用臭氧的羟基对垃圾渗滤液膜浓缩液进行生物降解，同时生成的羟基自由基可以完全矿化某些有机污染物，尤其是浓度高、可生化性差及含有一定生物毒性的有机污染物，并且极少出现二次污染问题。

2.3.2 芬顿氧化工艺（Fenton）

基于芬顿氧化反应的先进氧化工艺是目前处理有机废水效率最高的技术，其对设备的总体要求较低，反应条件简单，工艺操作方便，具备较高的脱除率，目前已经在各种工业废水处理过程中得到成功应用。

芬顿氧化法的工艺是使Fe2+与H2O2发生反应，形成具有高度氧化能力的羟基，而羟基对有机污染物具有氧化作用，并且通过一系列的链式反应完成相关处理流程。由于芬顿工艺具有良好的氧化效果，因此可以将其用于垃圾渗滤液膜浓缩液处理，但仅采用芬顿技术仍有加药量大、反应过程难以控制等问题，因此需要通过光解法结合电化学反应实现更有效的清除效果，这也是一种新的发展方向［5］。

2.3.3 电化学氧化法

电化 学氧化技术是一种适合于高含盐量污水的处理方法，它具有控制简单、无二次污染的优点，在纺织等行业中得到了广泛应用。电化学法对难降解废水进行处理，主要是通过电极与污染物之间的直接电化学反应，或者通过电极上的氧化反应来实现对污染物的氧化还原。既可以用阳极直接氧化有机污染物，也可以用阳极氧化金属离子，用金属离子氧化有机污染物。电化学氧化利用膜去除废水中生物不可降解的有机物和具有抑菌活性的有机物，可以使其功能基团结构发生变化，从而改善有机物的可生化性。垃圾渗滤液膜浓缩液具有良好的电导率，有利于电化学氧化，同时，由于其含有大量的Cl-，因此在电解时可以将其转化为氯，从而使其氧化效率得到进一步提高。

3 膜浓缩液废水处理技术的研究

要开展有效的膜浓缩液治理工作，首先要对垃圾渗滤膜过滤浓缩液的来源有清晰的认识，该浓缩液主要是垃圾渗滤液在完成生物降解之后，通过反渗透膜或者NF膜截留剩余的残留液体。具体的反渗透分离方法的原理是因为反渗透膜本身具备一定的选择透过性，水能够通过该反渗透膜，而水中的化合物则因为体积的原因无法有效通过，会被膜截留，所以通过膜过滤后产生了两部分液体，即渗透液和浓缩液。大多数浓缩液可生化性能较弱，这种液体通常呈现出黑色的腐殖质状态，同时含有较高的COD以及金属离子。

本研究试验所用的膜浓缩液是从某城市生活垃圾焚烧厂渗滤液站取得；本试验收集的垃圾渗滤液膜浓缩液是由纳滤（NF）、反渗透（RO）产生的浓缩液原液，经过沉淀处理后得到的［6］。

3.1 实验装置

本实验设备为玻璃桶形容器，每次试验将1 200 mL的垃圾渗滤液膜浓缩液倒入罐中，然后将容器安装在磁性搅拌器上，电源分为脉冲电源和直流电源两种，石墨板是阴极板，阳极有石墨板、氧化钛、钛板、RuO2-IrO2/Ti镀层板和感应铁极板。

3.2 试验评价指标和方法

由于垃圾渗滤液中的主要污染物是有机污染物，因此本文采用CODCr和UV254作为评价指标。CODCr、UV254含量按《水和废水监测分析方法》（第四版）（增补版）［7］中的标准，采用重铬酸钾和稀释倍数法进行测定。

3.2.1 COD

COD反映水体在特定环境下的相对浓度。用重铬酸钾作为测量COD的标准，依照废水化学需氧量的测定重铬酸钾法，利用COD恒温加热器对COD进行加温。

3.2.2 UV254

用光谱法测量，在254 nm的波长下调整UV254 nm，对空白样品进行调零；在室温下，用石英质测试仪对样品的吸光率进行了10倍的稀释，并对其进行了两次测量。

3.2.3 三维荧光分光光度法

用荧光分光仪测量立体荧光光谱。将激发波长范围设定在200～400 nm之间，将波长间隔设定为11 nm；将发送波长范围设定为220～550 nm，并且将波长间隔设定为11 nm；光谱仪的扫描速度设定在12 000 nm/min。

3.3 调查结果

本研究利用响应面方法，以单因子试验为依据，对参数进行了优化试验。利用DesignExpert8.0B中包含的Box-Behnken建立模型，得出了最佳的pH值、H2O2投加量和电流密度。在最佳工艺条件下，利用DSA电极对芬顿强化电化学氧化系统进行了强化，并对其强化效果进行分析，最后得出结论。

（1）经过反应面试验，对模型进行了显著性测试，结果显示该模型具有明显的统计学意义。

（2）对pH值、H2O2投加量、电流密度三项指标进行了显著性分析，发现H2O2投加量对CODCr的去除效果最明显，其次为pH值，电流密度对COD的去除效果最弱。

（3）研究各个因子间的相互作用关系，结果表明：对CODCr去除率的影响及显著性关系为：H2O2投加量＞pH值＞电流密度。

（4）设计Expert8.0.5b软件，通过Box-Behnken（BBD）模型，得到了最优的试验参数：pH值=2.89，H2O2加入量为7.95 mL，电流密度=33.13 mA/cm2，通过模型拟合公式得出相应的去除率为67.80%。在此基础上，利用三个不同的模型进行比较，结果表明所建立的模型能够很好地预报CODcr的脱除率。

（5）在优化反应条件下，对PbO2/Ti和RuO2-IrO2/Ti进行了强化，结果表明：在60分钟内，PbO2/Ti的CODCr去除率为68.3%；RuO2-IrO2/Ti的CODCr去除率为70.2%，RuO2-IrO2/Ti对PbO2/Ti有较好的强化作用。而且，在60分钟内，PbO2/Ti发生了金属氧化物的脱落，从而使PbO2/Ti的膜被重金属所污染。所以，RuO2-IrO2/Ti与PbO2/Ti相比，具有更好的强化性能和稳定性。

（6）利用三维荧光光谱技术，研究发现在垃圾渗滤液的膜浓缩液中，对应的荧光强度最高的是腐殖质和富里酸，通过芬顿的电化学氧化反应，结果表明在反应初期，降解效率相对较高，后期则相对较低，而腐殖质的氧化速率最高。电芬顿通过GC-MS技术对垃圾渗滤液膜浓缩液中的苯系物和三键化合物具有良好的氧化效果，从产品中卤代烃的生成可以看出，氯离子在电解过程中所产生的氯气在氧化系统中也有一定的影响。

4 结语

在环境问题已经成为人类社会可持续发展最大阻碍的情况下，任何环境问题都不容忽视。随着生活垃圾焚烧发电的兴起，生活垃圾渗滤液膜浓缩液处理越来越受到人们的关切与重视，针对生物法、物理法以及化学法等垃圾渗滤液膜浓缩液处理关键技术进行深入分析，合理探讨垃圾渗滤液膜浓缩液处理工艺的具体实施，有利于提升垃圾渗滤液膜浓缩液的处理水平。