膜技术在生活垃圾渗滤液处理中的应用和展望

姚全胜 杨松坡 游伟

焦作市绿鑫城发有限公司 河南 焦作 454000

1 膜处理技术在生活垃圾渗滤液处理中的优势和不足

膜技术因出水水质好、除污效率高、不改变分离物质的理化性质、没有相变、操作简便、出水稳定性高、可实现资源的回收利用等优点在生态循环静脉产业园垃圾渗滤液处理系统中得到了广泛的应用。

在膜技术中，微滤（MF）、超滤（UF）、纳滤（NF）和反渗透技术（RO）已经成为垃圾渗滤液处理的传统常规工艺。针对生活垃圾渗滤液高COD、高盐分、高氯离子含量等特性，反渗透技术（RO）进一步研发升级出耐高压、抗污染性能好、大通量的碟管式反渗透（DTRO）和管网式反渗透（STRO）。

随着膜技术的深入发展，膜处理中操作压力大、价格高、膜易污染等问题一直没有得到根本解决。并且伴随着环保形势日益严峻，膜处理中浓缩液的处理将会成为垃圾渗滤液处理中一个新的课题[1]。

2 深层次高度重视渗滤液的预处理工艺

目前，渗滤液预处理的方法主要有物理法、生物法、加药絮凝法和高级氧化法。其中应用最为广泛的为生化法包括A/O工艺和UASB工艺；高级氧化法主要有臭氧氧化、Fenton氧化和电极氧化等，因对渗滤液中COD去除效率高，目前高级氧化法已成为了一个重要的研究方向。

通过预处理，可有效去除渗滤液原液中的大量大分子有机物、胶体和固体悬浮物等污染因素，同时也有效的防止了膜的污染和避免了膜的频繁清洗。针对不同地域和不同龄期的渗滤液，应选择合适正确的预处理方法。预处理工艺的有效采用不仅可以提高渗滤液的去除率、降低膜污染，而且还可有效避免其逆效应产生。

在渗滤液处理系统中，微滤和超滤一般都作为后置膜的预处理工艺，不单独作为深度处理工艺。微滤一般作为其他膜（UF、NF、STC和RO、DTRO）或者其他物理化学工艺的预处理工艺。超滤因膜放置位置不同主要分为外置式超滤和内置式超滤。外置式超滤因易于操作、检修维护方便在垃圾渗滤液处理系统中得到了广泛的应用。超滤通常作为后续NF或RO的预处理工艺。渗滤液经超滤预处理后COD降低，提高了RO膜的进水水质，减小了膜污染，提高了产水效率。

此外，研究表明采取将膜与预处理工艺相结合或膜组合工艺将有效地降低其操作压力，减缓后续膜污染，增加膜的化学清洗周期，有利于膜通量的保持，而这些预处理工艺主要包括微滤或超滤预处理、UASB工艺、氨吹脱预处理、膜生物反应器预处理和MBR工艺等。

3 膜的污染与清洗

目前，虽然膜技术在生态循环静脉产业园垃圾渗滤液处理领域得到广泛应用，但在实际运行中膜污染问题仍严重阻碍了其进一步的发展和应用。通过选择合适的膜材料、操作条件及采取正确的预处理方法，可在一定程度上降低膜的污染。但膜表面的凝胶层和膜孔堵塞等膜污染现象仍不能得到有效解决。

浓差极化和膜污染是影响膜通量的主要因素，其中浓差极化可通过优化设计条件、改变运行参数来消除。膜污染是溶液中颗粒物、胶体、无机物、有机物等杂质吸附在膜表面，导致膜孔径逐渐变小导致的。膜污染问题将直接导致膜通量变小、膜操作压力变大、运行处理成本增加、同时也降低了膜系统的处理效率。因此，膜污染问题的有效解决将会极大推进膜技术在垃圾渗滤液处理领域的发展[2]。目前，运行中解决膜污染的有效途径为定期或不定期（根据膜的污染状况）的对膜进行清洗。

物理清洗和化学清洗是目前常用的膜清洗方法。一般物理清洗对膜通量的恢复效果较差，其主要有空气反吹洗、气水反冲洗和超声波清洗等。化学清洗是根据膜的污染情况，采用化学药剂对膜系统进行清理。常用的化学药剂为酸（柠檬酸、盐酸、硫酸、草酸等）、氧化剂（NaClO、H2O2等）、碱（NaOH等）、络合物以及酶等。化学清洗虽然能较好地去除膜污染物，但化学药剂易造成二次污染。因此，膜清洗的最佳方法，是结合上述两种方法综合处理。在实际操作中，一般采用经济实用、操作简单的方法对膜污染进行处理，恢复膜通量。

图2 膜表面结垢污染和膜孔堵塞污染

4 RO膜的升级改造

针对生活垃圾渗滤液处理，目前应用最为广泛的是由美国Nanostone公司生产研发的RO膜升级品—DTRO和STRO。

生活垃圾发电厂渗滤液处理DTRO膜组采用独特的流体力学设计，是专门用来处理高浊度、高COD、高SDI、高盐、高难度废水的膜组件。进入DTRO膜系统的污水SDI值可以大于5，不会造成膜污堵，较低的化学清洗频率，膜组的开放式流道的设计，使DTRO系统易于操作和维护。同时，DTRO膜系统产水水质稳定，不受可生化性能、碳氮比等因素的影响；操作灵活，可连续或间歇运行，自动化程度高，对操作人员的素质和经验没有过高的要求；回收率高，适应性强，能够适应不同季节渗滤液成分的波动。垃圾渗滤液处理采用低能耗DTRO膜组件可有效减轻膜污染，减缓膜的结垢，进一步延长反渗透膜的使用寿命。

STRO拥有卷式的膜组件和开放式宽流道的设计理念，使得其具备无阻碍、无湍流式的进水系统。该技术的应用克服了其常见的污堵和结垢问题，且具有较大膜面积，使STRO具备了耐高CODCr和浓缩高浓盐水的性能。

STRO系统膜组件盐分通过率低，膜污染低，填充密度高；同时具备能够实现内置标准清洗和维护的优势。并且STRO系统具有反渗透单元、系统安装简单、拆卸便捷、维修方便、设备占地小、可采用移动集装箱集中安置等特点。目前，采用STRO工艺处理垃圾渗滤液，系统运行效能高且稳定，氨氮去除率≥99.2%，COD去除率≥99.5%，电导率去除率≥92%-95%；出水中未检测出SS，结合浓缩液回灌，在一定程度上实现了污染物零排放。

纳入标准：①经术前各种检查、临床表现及肿瘤切除术后病理诊断均提示直肠癌；②首次确诊为直肠癌且暂未接受任何治疗；③家属及患者本人均签订知情同意书；④依从性良好。排除标准：①手术绝对禁忌症；②术前及术中证实有远处转移者；③合并其它原发肿瘤的患者；④年龄大于75岁的患者；⑤精神病患者或有精神病史的患者。

5 垃圾渗滤液的浓缩液处理

反渗透是通过渗透压为驱动力，原液经膜处理过程分成清液和浓缩液。经浓缩后的浓液属于危废的范畴，其污染物浓度含量高、成分非常复杂。

目前，针对浓缩液常用的处理方法是回灌，即将浓缩液喷洒到原垃圾堆体上，利用分层堆砌的垃圾截留一部分污染物，最后浓缩液经稀释后再次进入渗滤液处理系统，周而复始。这种方法会使污染物不断进行积累，浓缩液浓度会越来越高、盐分进行富集，最终会给系统带来不可逆转的损害。同时渗滤液的浓缩液还在运行过程中添加了硫酸、化学清洗剂和阻垢剂等。随着DTRO膜的使用，产生浓水无法处理，且浓度随时间推移越积越高[3]。

随着环保管控的升级，反渗透浓缩液势必会朝着不得回灌生活垃圾填埋场和进入城市污水处理厂，单独处置的方向发展。因此，渗滤液浓缩液的处理工艺还需进一步研究完善。目前，反渗透浓缩液的处理是垃圾渗滤液处理中最大的难题。

日前，随着固废处理力度的加大，各市、县静脉产业园也陆续迅速的建立起来，渗滤液从垃圾填埋场开始向生活垃圾焚烧发电项目中转移。生活垃圾焚烧发电项目中渗滤液处理已成为了项目的重要配套设施。

在生活垃圾焚烧发电项目中，大多配套建设渗滤液及其浓液减量化处理设备；其浓液减量化设备90%以上采用DTRO或STRO。渗滤液及其浓液减量化处理后的水质达到《城市污水再生利用工业用水水质》(GB/T19923-2005)后，作为敞开式循环冷却水系统补充水[4]。

渗滤液处理系统的纳滤浓缩液采用纳滤浓液减量设备处理，清液进入反渗透系统进一步处理，减量化处理后的纳滤浓缩液回喷焚烧炉；反渗透浓缩液经减量化设备处理后，用于烟气尾气处理中石灰浆液的制备，清液进入循环水补水系统。

6 前景展望

图3 生活垃圾焚烧发电项目中渗滤液及其浓缩液处理工艺原理图

膜技术具有设备简单、操作方便以及高效节能等优点，在生活垃圾渗滤液处理方面得到了广泛的应用，并取得了可观的社会效益、经济效益和环境效益。

在生活垃圾渗滤液处理中，DTRO和STRO抗污染膜的研发，虽然在一定程度上减轻了膜污染问题，但膜污染的控制仍是未来的重点研究对象之一。研发新的膜材料、选择正确的原液预处理工艺、优化膜分离及膜清洗工艺才能源头上解决膜污染问题。

目前，垃圾渗滤液的浓缩液处理在生活垃圾焚烧发电项目中已得到了较为妥善的回用，但在生活垃圾填埋场中，浓缩液的一直没有得到有效的处理。随着环保管控的日益加剧，“零排放”的呼声越来越高，垃圾渗滤液的浓缩液处理将会成为一个新的研究课题。只有膜污染和浓缩液处理上述两方面问题都得以解决，膜技术在生态循环静脉产业园渗滤液及其他高有机物、高含盐量废水领域才能得到更加广泛的应用。