膜处理技术在城市垃圾渗滤液处理中的应用

膜处理技术在城市垃圾渗滤液处理中的应用

在城市垃圾卫生填埋过程中，由于垃圾的分解以及降水、地表水、地下水渗透、灌溉、液体废弃物等综合因素的作用，产生了垃圾渗沥液。为防止垃圾渗沥液对环境造成二次污染，需对其处理方可排放。由于渗沥液的水质水量具有复杂、多变的特点，因此，针对具体情况，寻求技术经济合理的处理方式与工艺、技术，在城市垃圾日益增长、垃圾卫生填埋处置任务日益紧迫的今天，显得尤为重要膜。

1 垃圾渗透液的特性与危害

1.1 垃圾渗透液的特性

垃圾填埋场渗滤液是液体在填埋场重力流动的产物，主要是指垃圾分解后产生的内源水与外来水（如大气降水、地表水、地下水入侵）。影响渗透滤液性质的主要因数有：垃圾成分，填埋年限、气候条件、填埋地点的水文地质条件、填埋场条件等。

1.1.1 组成成分复杂，水质组成成分差异大

垃圾渗滤液中的污染物种类超过100种，其中有机污染物多达 77 种，还含有难生物降解的萘、菲等芳香族化合物、酚类化合物和苯胺类化合物等。垃圾渗滤液中有机物含量高，还存在大量重金属、有毒物质等其他污染物。郑爱英通过对垃圾渗滤液中有机污染物分析测定，共检出77 中有机污染物，其中包含 29 种芳香烃， 18 种烯烃类物质，8 种酸类物质，5 种酯类物质，6 种醇、酚类，4 种酮、醛类，2 种酰胺类，及 5 种其它物质。各个城市区域经济发展产业结构及人民生活水平有所不同，垃圾渗滤液的污染物浓度和组成成分也有着较大差别。此外，降雨下渗雨量和填埋场填埋时间等因素也会影响渗滤液的组成。

1.1.2 氨氮含量高

渗滤液通常会使用生物法通过微生物的代谢作用进行处理，当氨氮含量较高时，微生物的活性会受到抑制，处理效果也会随之降低。垃圾渗滤液中氮的主要存在形式为氨氮，氨氮含量约占总氮的 70%左右。氨氮含量会随垃圾填埋场的

填埋时间长短而变化，填埋时间越长，氨氮含量越高。

1.1.3 金属含量高

如果垃圾填埋场以填埋生活垃圾为主，其渗滤液金属含量通常不高。但由于我国垃圾填埋前通常不进行分选，工业垃圾混入导致垃圾渗滤液中重金属含量显著增加。

并且垃圾降解产生的CO2溶于垃圾渗透滤液中使其呈微酸性，这种偏酸性的环境加剧了垃圾中不溶于水的碳酸盐、金属及其金属氧化物等发生溶解，因此渗滤液中含有较高浓度的金属离子。

1.1.4 可生化性差，营养元素失调

生物法处理废水系统中，合适的B O D5 : P为1 0 0：1，而垃圾渗滤液中的BOD5:P 却远远超过这个数值，甚至高达300：1 以上，微生物生长所需的营养元素磷含量明显偏低。填埋时间较短的垃圾渗滤液的 BOD/COD值较高，可生化性较好，当填埋时间增长时，BOD/COD值会降至很低水平，导致稳定期和老龄渗滤液的可生化性较差。

1.2 垃圾渗滤液的危害

垃圾渗滤液中含有大量由垃圾降解产生的低分子有机物、无机物、金属物质及由于降雨的淋溶作用进入垃圾中的病原体。高浓度有机污染物和还原态金属物质进入地表水及地下水后，会大量消耗水中氧气，致使水中需氧的动植物因缺氧死亡，水质恶化。渗滤液中的病原微生物则会进入水体、大气、土壤等环境介质，导致疾病的传播。

2 膜技术在处理垃圾渗滤液的应用

国内垃圾填埋场渗滤液的净化处理一般采用回灌、生化等常规方法，但在实际运行中，生物菌常因无法适应垃圾渗滤液水最、水质和C0D值的剧烈变化而被抑制甚至死亡即使采用活性炭吸附、臭氧氧化或其他氧化剂氧化等物化预处理

方法。也只能处理渗滤液中的部分污染物质，而不能生物降解和被吸附处理的物质则会残留下来。并在排放水体巾长期积累，从而对周围环境、地表和地下水体造成二次污染。国外正逐渐采用新型的膜分离技术处理和净化垃圾渗滤液，其中反渗透（RO）分离技术的应用最为广泛，并取得了很好的效果。

2.1 反渗透工艺（RO）

RO足利用反渗透膜选择性的透过溶剂（通常是水）而截留离子物质，以膜两侧静压差为动力，克服溶剂的渗透压，使溶剂通过反渗透膜而实现对液体混合物进行分离的膜过程。

1977年Chian就提出降低渗滤液COD的最有效方法是RO技术，后经Krug等人研究证明RO膜处理渗滤液是可行的近年来国外污水处理工艺中广泛采用了Ro技术，这是由于该技术能高效截留污水中溶解态的无机污染物和有机污染物。Rautenbach等进行了大量的研究，并与1989年在Schonberg填埋场建立了当时最大的渗滤液RO处理厂。

国内近年来对反渗透处理垃圾渗沥液技术也有所研究，袁维芳比较了8种型号的反渗透膜对广州市大田垃圾填埋场渗滤液的处理效果。实验表明，醋酸纤维素膜为最佳膜材料，该膜在保证产水达到国家一级排放标准（COD<80 mg/L、NH3-N<10mg/L、pH=6.9）的条件下，膜通量最大；在操作压力为3.5 MPa、膜通量为32～42L/m2·h时，COD、NH3-N、电导率、色度的去除率分别为96%以上、80%～95%、90%～95%、100%，出水水质达到GBl688—1997生活垃圾填埋场污染控制标准中一级排放限值的要求（也能达到新的《生活垃圾填埋污染控制标准》GBl6889—2008的排放要求）。

反渗透的优势在于工艺简单、占地面积小和处理效果好。经反渗透膜处理后可同时高效地去除有机和无机污染物，从而使渗滤液得到净化，达到相应的排放标准；出水的回收率达70%～80%，而浓缩液则可通过蒸发、固化或回灌工艺处理。但回灌后的填埋场含盐量逐渐增高，导致后续RO处理时操作压力进一步增大，膜寿命缩短，能耗增加。该法可连续操作，机械化程度高，对水质和水量负荷的变化有较强的适应性。但膜材料成本较高，且在处理受污染较严重的原水时易被污染。为了防止膜表面污染、结垢及受机械化学损伤，必须对渗滤液进行一定的预处理，对膜进行及时的清洗和维护，保证膜有较长的使用寿命。

2.2 高压反渗透净化处理工艺（HPRO）

HPRO通常是指在进料端的操作压力>1.0x 107Pa，而1.2 X 107 Pa的驱动压差足以在高渗透压的情况下实现盐水分离的垃圾渗滤液处理技术。污水处理的关键是出水回收率。常规RO存在着渗透压现象，限制了出水回收率的提高，基于DT膜组件的HPRO技术的发展，使垃圾渗滤液的出水回收率从80%上升至90%，浓缩系数从5提高至10。

由于常规RO存在膜结垢、污染和渗透压等问题，限制了出水回收率的提高，所以RO常需结合高成本、高能耗的蒸发和干燥等过程处理渗滤液。而HPRO由于提高了出水回收率，浓缩液体积大大降低，无需蒸发，直接排人干燥或固化设备即可燃烧．使运行成本明显降低。

2.3 滤膜净化处理工艺（NF）

纳滤膜介于反渗透和超滤膜之间，是近年来国际上发展较快的膜品种之一。Linde等研究了NF对垃圾渗滤液的脱盐效果，结果表明对镉、锌、铅、铬的截留率大于70％。Mohammad等[17]采用NF处理Malaysia填埋场的垃圾渗滤液，试验表明除硝酸盐和氨氮外，对COD、电导率、重金属的去除率均在85%以上。

与RO相比，NF的出水水质不及RO，但NF的能耗明显降低，且水回收率较高。纳滤膜分离技术能否有效地处理渗滤液，其关键在于能否有效地控制膜结垢现象，因为膜结垢会极大地影响膜的通量和截留率等性能。污垢主要是由于污染物质在膜表面或孔内积累形成的，能引起纳滤膜结垢的物质主要是溶解态的有机和无机物质、胶体及悬浮物质。膜结垢和截留机理可由表面效应来解释。对垃圾渗滤液进行预处理，可有效地降低纳滤膜分离时的膜结垢现象，是纳滤膜分离工艺应重点关注的。陈尧等在纳滤分离的基础上，采用“混凝+超滤”作为预处理，从而得到更好的处理效果。

2.4 生物反应器工艺（MBR）

膜生物反应器（MBR）是由污水生物处理技术和膜分离技术结合而成的一种新型污水处理与回用工艺。其利用膜的高效截流作用，使微生物被完全截流在生物反应器中，实现水力停留时间（HRT）和污泥停留时间（SRT）的彻底分离，