淺談膜分離技術在垃圾滲濾液處理中的應用

蔡安明

摘要：垃圾滲濾液作為一種高污染有機廢水，如直接排放，將對生態環境造成嚴重的威脅。因此在垃圾處理過程中，國家相關法律、法規及規范明確要求對垃圾滲濾液進行科學有效的處理，出水水質需執行《生活垃圾填埋場污染控制標準》（GB16889-2008）標準并滿足當地環保部門的要求。其中膜分離技術具有低能、高效、穩定、出水水質好等優勢，日漸成為滲濾液處理技術的主要發展方向。

關鍵詞：垃圾滲濾液；膜分離技術；降低膜污染

1 垃圾滲濾液的特點與特性

1.1 水質成分復雜。由于地理位置、生活環境、垃圾來源等眾多因素影響，導致垃圾滲濾液的水質成分非常復雜，既有高濃度有機污染物，也有金屬、無機鹽類、細菌等有毒有害物質。

1.2 水量變化大。由于季節、填埋時間、運行管理等因素的影響，垃圾滲濾液的水量變化很大。一般情況下，冬季旱季水量較少，污染物濃度較高；夏季雨季水量較多，污染物濃度較低。因此，要求滲濾液處理工藝抗沖擊負荷能力強。

1.3 污染物濃度高。進入污水處理廠的滲濾液有機污染物濃度很高。一般情況下， COD 濃度在6000-21000mg/L，BOD 濃度在 3000-13000 mg/L。除此之外，還有大量其他的金屬、無機污染物。

1.4 營養比例失調。對高濃度有機廢水一般采用的生化處理工藝而言，垃圾滲濾液中營養比例失調，相對COD、BOD 含量，其磷含量偏低而氨氮含量偏高。

1.5 可生化性能不穩定。對垃圾滲濾液而言，其 BOD/COD 的比率變化幅度較大，并不能籠統地認為生活垃圾瀝出的滲濾液就一定具有較高的可生化性能。因此，要求滲濾液處理系統的設計能對原污水具有相當的抗沖擊負荷能力，以保證滲濾液處理系統運行穩定，出水水質穩定。

2 膜分離技術在垃圾滲濾液處理中的應用

2.1 微濾。微濾（MF）是以壓力差作為推動力的膜分離技術，其本質屬于篩分過程，主要通過溶液中微粒粒徑不同從而實現分離目的。微濾膜孔徑較大，一般為 0.02-1.2？m，通常直接用平均孔徑表示其截留特性。在壓力差的作用下，粒徑小于膜孔的顆粒隨溶液通過微濾膜，粒徑較大的顆粒被截留，從而實現不同粒徑顆粒的分離。膜的截留方式主要包括：機械截留、吸附截留、架橋截留和網絡內部截留。由于微濾膜的截留吸附特性，常被用于去除懸浮物、大的膠體和微生物等。微濾膜孔徑較大，只能有效地去除滲濾液中粒徑較大的膠體和懸浮物，而對其中的小粒徑污染物去除率較低。因此，在滲濾液處理中微濾膜一般不作為其深度處理工藝，而作為其他膜（UF、NF 和 RO）或者其他物理化學工藝的預處理工藝。總結了微濾膜的一些相關研究，其中一些研究將微濾膜作為反滲透膜的預處理工藝，結果表明微濾膜雖然對滲濾液中污染物去除率較低，但經微濾膜預處理的水質提高，達到反滲透膜進水要求，減少了反滲透膜的污染，而且有效提高了整個膜系統的產水水質和產水率。

2.2 超濾。超濾（UF）是介于微濾和納濾之間，以壓力為驅動力的一種膜分離，膜孔徑在0.01-0.001？m 之間。在一定壓力下，超濾膜能截留部分大分子有機物、膠體和微粒，通常其截留相對分子質量在 1000-300000。根據超濾膜孔徑對雜質進行物理篩分作用，超濾去除滲濾液中的部分大分子物質、膠體和微粒等，從而達到分離、濃縮和凈化的目的。超濾可有效地去除滲濾液中的部分大分子物質、膠體和微粒等，但其對滲濾液的處理效果較差，難以達到排放標準，故較少作為滲濾液的深度處理工藝。近年來，超濾膜在滲濾液處理上應用較多，超濾膜在滲濾液處理方面和微濾膜一樣，也通常作為納濾或反滲透的預處理工藝。

2.3 納濾。納濾（NF）是介于超濾與反滲透之間的一種特殊的膜分離技術。納濾膜在分離的過程中表現出兩個特征：一是 NF 膜孔徑較小，為 0.001-0.0001？m，對相對分子質量數百的小分子也有較好的分離效果，其截留相對分子質量在 200-1000；二是膜表面帶有電荷對不同電荷和價態的陰離子存在不同的電位效應。根據納濾膜的分離特性，對不同價態離子表現出不同的截留能力，對于高價金屬離子的去除率高達 98%以上，對于二價金屬離子的去除率也高達95%以上。基于納濾膜分離技術有高透水性以及對有機物、金屬鹽和膠體粒子的高截留性，納濾技術已廣泛應用于制藥、化工、食品工業，尤其是污水以及滲濾液處理領域。基于納濾膜技術特殊的分離性質，在滲濾液處理中可高效地去除其中的膠體、有機物、無機物以及微生物等污染物，因此在滲濾液處理中納濾一般作為深度處理工藝。

2.4 反滲透。反滲透（RO）指與溶液自然滲透反方向的滲透，即溶劑從高濃度向低濃度溶液滲透的過程。反滲透膜孔徑一般小于 1nm，以膜兩側靜壓差（1～10MPa）為驅動力。反滲透膜能截留幾乎全部離子和小分子物質，只允許溶劑（一般是水）通過，其截留相對分子質量一般小于200。反滲透膜對有機物、金屬鹽、膠體粒子和固體微粒等有很高的截留性，目前主要應用于純水生產、海水淡化、污水處理等領域。反滲透膜可高效截留滲濾液中有機物、金屬鹽、膠體粒子和固體微粒，很多實驗性和工業規模的研究都表明反滲透膜對滲濾液中各種污染的去除率都高達 90%以上。

3 膜的污染及防止

3.1 膜材料改性。消除膜污染最根本途徑是開發研究新的膜材料，膜材料決定了其耐污性能、膜通量以及化學穩定性。在實際運用中由于原液成分差異大，所以應根據實際水質特性及處理要求選出符合要求的膜材料。因此應加強膜材料的改性研究，開發復合材料，提高膜的抗污染性、耐壓性以及化學穩定性等，以推廣膜分離技術在垃圾滲濾液處理中的應用。

3.2 強化滲濾液的預處理。膜污染的主要原因是原液中含有大量的大分子有機物、膠體和固體顆粒等未經過預處理或預處理不充分就直接進行膜分離，因此對滲濾液進行有效的預處理是防止膜污染和避免頻繁清洗的最有效途徑。目前，預處理方法有高級氧化、絮凝以及生物法等，針對不同地方和年齡的滲濾液應選擇合適的預處理方法，避免其逆效應產生。

3.3 優化膜分離操作條件。膜分離操作條件對膜污染防止也尤為重要，其中主要操作條件有滲濾液的 pH 值、操作壓力、滲濾液流動方式以及運行溫度等。滲濾液的 pH 值將影響滲濾液的電位值，當滲濾液的電位值和膜組件的電位值相同時，易發生吸附污染，因此可通過調節 pH 值來調節滲濾液的電位值，使兩者的電位值不同，從而減少吸附降低污染。

4結束語

綜上所述，垃圾滲濾液具有水質變化大、成分復雜降解難、污染物濃度高等特點，傳統的生物、化學或者物理方法很難達到有效的處理效果，而膜分離技術具有操作簡單、高效節能等特點，保證了垃圾滲濾液處理的環境效益和經濟效益。

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（作者單位：江蘇維爾利環保科技有限公司）