生活垃圾滲濾液膜濃縮液處理工藝探討＊

文/粟穎

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展、人民生活水平大幅提高，生活垃圾產(chǎn)生量也隨之增長(zhǎng)。生活垃圾產(chǎn)生的滲濾液若處置不當(dāng)，可能會(huì)污染地下水、耕地和土壤，危害人類健康，滲濾液的安全處理問題越來越受到人們的關(guān)注。隨著對(duì)生活垃圾滲濾液處理的出水要求越來越高，為達(dá)到《生活垃圾填埋場(chǎng)污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 16889－2008）嚴(yán)格的滲濾液排放要求，以膜分離技術(shù)為核心的處理工藝在生活垃圾滲濾液處理上應(yīng)用越來越廣泛。膜分離技術(shù)使用反滲漏（RO）或納濾（NF）膜使污染物分離，出水效果好，然而產(chǎn)生的濃縮液（以下簡(jiǎn)稱“膜濃縮液”）量較大，約為滲濾液進(jìn)水的13%~30%，大量的污染物富集在膜濃縮液中，若不能安全處置，容易造成二次污染。目前，生活垃圾滲濾液的膜濃縮液處理已成為我國生態(tài)環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域的難點(diǎn)。

1 膜濃縮液的特性

膜濃縮液受前端處理效果的影響，水質(zhì)、水量和成分復(fù)雜多變，有以下特點(diǎn)：（1）電導(dǎo)率高，為20000μS/cm ~50000μS/cm；含鹽量高，無機(jī)鹽大量存在；鈣鎂離子濃度高，導(dǎo)致易結(jié)垢。（2）重金屬等污染物含量高，含有Cu、Pb等重金屬；腐殖質(zhì)含量高，大分子腐殖酸類物質(zhì)HS會(huì)與重金屬離子結(jié)合生成絡(luò)合物，增加膜濃縮液的毒性。（3）有機(jī)物濃度高，難降解有機(jī)物含量高，含有一定的可揮發(fā)性有機(jī)物，影響無機(jī)鹽析出的飽和度。（4）化學(xué)需氧量（COD）一般為5000mg/L以上，生化需氧量（BOD）/COD一般小于0.1，氨氮濃度為100 mg/L~1000mg/L。（5）色度一般為50~1500倍，顏色呈棕黑色。

2 膜濃縮液處理工藝

2.1 回灌法

回灌法是膜濃縮液處理最為普遍和常見的方式之一。該方法將填埋場(chǎng)作為生物反應(yīng)器，垃圾作為填料，通過厭氧生物的反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)垃圾的穩(wěn)定化和降解處理。目前，回灌法在我國應(yīng)用廣泛，大部分垃圾填埋場(chǎng)的RO技術(shù)和NF技術(shù)都采用了這種方法來進(jìn)行濃縮液的處理。回灌法的優(yōu)點(diǎn)在于建設(shè)運(yùn)行成本低；缺點(diǎn)主要有回灌時(shí)間越長(zhǎng)，有機(jī)物、鹽類、重金屬等污染物質(zhì)累積，從而導(dǎo)致膜結(jié)垢嚴(yán)重，處理系統(tǒng)失效。

2.2 回噴燃燒法

回噴燃燒法是指將膜濃縮液回噴到焚燒爐，通過控制爐溫和回噴比例從而將其用于爐渣冷卻或飛灰增濕。該方法的優(yōu)點(diǎn)主要有:對(duì)污染物的處理速度快，無廢水排放，降低鍋爐煙道溫度；降低煙溫，抑制熱力型氮氧化物（NOX） 的生成；焚燒爐是配套設(shè)施，運(yùn)行成本不高。缺點(diǎn)主要有：對(duì)精細(xì)化運(yùn)行操作要求高，影響焚燒溫度，減少發(fā)電量；造成煙氣成分中的灰分、水分、重金屬和氯（Cl-）等含量的增加，可能造成爐體等設(shè)備嚴(yán)重腐蝕和結(jié)焦問題；維修調(diào)整過程加長(zhǎng)，從而影響鍋爐負(fù)荷，降低鍋爐效率。

2.3 膜蒸餾

膜蒸餾技術(shù)是膜處理技術(shù)與蒸餾技術(shù)過程的結(jié)合，是利用疏水微孔膜兩側(cè)產(chǎn)生的蒸汽壓力，對(duì)濃縮液進(jìn)行膜分離處理的技術(shù)。其優(yōu)點(diǎn)主要有：與傳統(tǒng)蒸餾法相比體積較小，設(shè)備簡(jiǎn)單，操作管理方便；可在常壓下進(jìn)行，操作溫度低于傳統(tǒng)蒸餾工藝，可以與膜生物反應(yīng)器（MBR）+NF/RO 常規(guī)工藝有效配合；只有揮發(fā)性組分可通過膜，蒸餾液純凈。但是，缺點(diǎn)主要有：膜與相關(guān)組件成本高；對(duì)進(jìn)水水質(zhì)具有一定的要求，膜通過量不高，減量后仍面臨著膜濃縮液處置問題，存在減量不徹底的現(xiàn)象。膜蒸餾法作為一種新技術(shù)，主要應(yīng)用于海水淡化等領(lǐng)域，膜濃縮液處理仍處于發(fā)展階段，需進(jìn)一步研究與完善規(guī)?；瘧?yīng)用的問題。

2.4 蒸發(fā)法

蒸發(fā)法是指通過蒸發(fā)工藝將膜濃縮液的水分和易揮發(fā)的組分分離，污染物殘留在濃縮液中的過程，濃縮液可濃縮至原體積的2%~10%。目前，主流的蒸發(fā)工藝包括機(jī)械再壓縮蒸發(fā)（MVR/MVC）、浸沒燃燒蒸發(fā)（SCE）以及負(fù)壓蒸發(fā)等。

MVR/MVC的主要優(yōu)點(diǎn)是低耗能，可達(dá)排放標(biāo)準(zhǔn)，工程經(jīng)驗(yàn)多；但是缺點(diǎn)主要有：換熱器、傳熱壁結(jié)焦結(jié)垢嚴(yán)重，揮發(fā)性有機(jī)物會(huì)二次溶解于冷凝液，對(duì)操作人員要求高，設(shè)備清洗維護(hù)難度大，運(yùn)行成本高。

SCE的主要優(yōu)點(diǎn)是可減量達(dá)97%以上，對(duì)水質(zhì)適應(yīng)能力強(qiáng)，濃縮倍數(shù)高，難揮發(fā)性有機(jī)物分離效果好，維護(hù)成本較低，工程實(shí)例較多。雖然許多文獻(xiàn)認(rèn)為SCE無傳熱壁、不結(jié)垢，但根據(jù)廣州市某生活垃圾填埋場(chǎng)的實(shí)際應(yīng)用案例，SCE和其他蒸發(fā)工藝一樣都存在有機(jī)污染物和鹽分對(duì)蒸發(fā)設(shè)備的高溫腐蝕和結(jié)垢問題，腐蝕程度隨蒸發(fā)溫度的升高而增強(qiáng)，導(dǎo)致設(shè)備易結(jié)垢，需頻繁維修，無法持續(xù)工作，提高了維護(hù)成本，而且蒸發(fā)后的殘余物仍為液態(tài)，必須添加固化劑才能進(jìn)行填埋處理。

負(fù)壓蒸發(fā)技術(shù)是為了解決常壓加熱蒸發(fā)過程中Cl-腐蝕蒸發(fā)設(shè)備的問題而研發(fā)的，該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是負(fù)壓下降低水的沸點(diǎn)，同時(shí)不會(huì)降低蒸發(fā)效率，避免Cl-對(duì)設(shè)備的腐蝕。目前，國內(nèi)該技術(shù)仍在研究階段，未有實(shí)例報(bào)道，仍需進(jìn)一步研究實(shí)際運(yùn)用中除垢和殘余膜濃縮液處理等問題。

2.5 高級(jí)氧化法

高級(jí)氧化法是一種通過化學(xué)氧化劑，結(jié)合光、聲、電、磁等物理化學(xué)過程，產(chǎn)生大量具有極強(qiáng)氧化性的羥基自由基（·OH）降解膜濃縮液中有機(jī)物的方法。高級(jí)氧化技術(shù)在城市污水和工業(yè)廢水處理領(lǐng)域應(yīng)用已較為成熟，在膜濃縮液的處理中受到廣泛關(guān)注和應(yīng)用，目前主要有Fenton法、臭氧氧化法、電化學(xué)氧化法、光催化氧化法、超臨界氧化法等。高級(jí)氧化法的優(yōu)點(diǎn)主要有：適用于處理高濃度難生化降解的廢水，顯著地提升濃縮液的可生化性，較高效地去除有機(jī)物；COD去除效果明顯，色度和氨氮含量（NH3-N）顯著降低。

但高級(jí)氧化法也存在許多問題：Fenton法需在酸性條件進(jìn)行，反應(yīng)條件苛刻，試劑用量大、處理時(shí)間長(zhǎng)，運(yùn)行成本較高， Fe(OH)3污泥的產(chǎn)生量約為進(jìn)水量的10%，處理難度大；臭氧法電耗較高，運(yùn)行成本較高，而且臭氧對(duì)金屬和非金屬有強(qiáng)腐蝕性；電化學(xué)氧化法陽極材料消耗量大，設(shè)備成本較高，存在二次產(chǎn)物處理問題；超臨界水氧化法及超臨界水催化氧化法的初期投資成本較高，設(shè)備腐蝕較快，無機(jī)物溶解度小導(dǎo)致易堵塞，目前仍在研究階段；光催化氧化法受反應(yīng)條件限制，光照無法透過渾濁溶液，有機(jī)物降解不徹底，目前仍在研究階段。

此外，單一的高級(jí)氧化法處理膜濃縮液時(shí)出水無法達(dá)標(biāo)，必須與其他處理工藝優(yōu)化組合后才能達(dá)標(biāo)排放，但存在組合工藝復(fù)雜、運(yùn)行管理復(fù)雜、運(yùn)行費(fèi)用較高等問題。因此，研發(fā)更加便捷高效、低成本的高級(jí)氧化方法及其組合工藝是高級(jí)氧化法處理膜濃縮液的研究重點(diǎn)。

2.6 固化技術(shù)

固化技術(shù)是指在膜濃縮液中添加固化劑使脫水成為不可逆的常態(tài)固體，從而限制濃縮液的流動(dòng)性和污染性。膜濃縮液固化產(chǎn)物運(yùn)至垃圾填埋場(chǎng)進(jìn)行填埋，建設(shè)運(yùn)營(yíng)成本低，但是，對(duì)抗壓強(qiáng)度、有害物質(zhì)濃度要求較高。目前該技術(shù)已成為危險(xiǎn)廢棄物的主要處置手段，但是膜濃縮液固化技術(shù)仍處于試驗(yàn)階段，仍需進(jìn)一步研究具體的技術(shù)性能和固化效果，并制定和建立相關(guān)的行業(yè)規(guī)范。

2.7 吸附法

吸附法主要有活性炭吸附法、復(fù)合型樹脂吸附法。

活性炭吸附法的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)難降解有機(jī)物吸附作用好，出水中有機(jī)物濃度低。缺點(diǎn)是吸附效果受限于有機(jī)物分子大小與活性炭孔徑的匹配效應(yīng)，且存在處理成本較高、活性炭吸附后不易再生、對(duì)親水性小分子有機(jī)物吸附效果差等問題。

復(fù)合型樹脂吸附法是通過大孔樹脂、超高交聯(lián)樹脂表面修飾化學(xué)基團(tuán)形成具有吸附作用與離子交換作用的新型雙功能樹脂，適用于既有疏水基團(tuán)又有較多親水基團(tuán)的難降解有機(jī)物分子。該技術(shù)對(duì)膜濃縮液中腐殖酸的去除率高達(dá)80%以上，吸附后的樹脂采用醇?jí)A作為脫附劑，在50℃下可完全脫附。但是，該技術(shù)仍處于研究階段。

2.8 腐殖酸提取

腐殖酸提取技術(shù)原理主要是利用不同截留分子量的膜來分離膜濃縮液中的腐殖酸和無機(jī)鹽，通過進(jìn)一步濃縮及外加大量氮（N）、磷（P）、鉀（K）元素，膜透過液與滲濾液處理出水混合后達(dá)標(biāo)排放。其優(yōu)點(diǎn)主要有投資少，占地少；濃縮倍數(shù)高，如惠州某垃圾填埋場(chǎng)可做到濃縮50~60倍；無濃縮液回灌，出水水質(zhì)好，可作為水溶性肥料原料；提取的腐殖酸（約占總量0.5%~1%）可資源化利用，符合《含腐殖酸水溶肥料》的標(biāo)準(zhǔn)。缺點(diǎn)是對(duì)生化系統(tǒng)依賴度高，不適用于RO膜濃縮液處理。

3 結(jié)語

目前，膜分離技術(shù)在生活垃圾滲濾液膜濃縮液處理領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，如何安全、有效、環(huán)保地處理膜濃縮液，已成為生活垃圾滲濾液處理行業(yè)的瓶頸。由于膜濃縮液的水質(zhì)、水量和成分復(fù)雜多變，回灌、回噴燃燒、膜蒸餾、蒸發(fā)、高級(jí)氧化、固化、吸附法、腐殖酸提取等技術(shù)都各有優(yōu)點(diǎn)，但是，單一的處理技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)濃縮液的無害化處理要求，仍需解決污染物的無害化、運(yùn)營(yíng)成本高、設(shè)備腐蝕和結(jié)垢結(jié)焦、技術(shù)不成熟等問題。

因此，建議通過結(jié)合各種技術(shù)的優(yōu)勢(shì)、改進(jìn)現(xiàn)有膜濃縮液處理技術(shù)工藝，深入開展資源化利用技術(shù)研究，整合出易運(yùn)行、高效環(huán)保的組合工藝，探索安全、有效、環(huán)保的濃縮液處理新技術(shù)，解決膜濃縮液處理的難題。