垃圾滲濾液處理中膜分離技術(shù)的應(yīng)用

文_鄒啟壽 修珩

1.云南德申環(huán)保科技有限公司； 2.云南高科環(huán)境保護(hù)科技有限公司

近年來(lái)，科學(xué)技術(shù)在環(huán)境衛(wèi)生治理部門的應(yīng)用，促進(jìn)了廢物處理技術(shù)不斷創(chuàng)新。目前，垃圾處理方式主要有衛(wèi)生填埋、熱解和堆肥等。垃圾滲濾液主要是由垃圾本身所含水分或是收集轉(zhuǎn)運(yùn)堆存過(guò)程中進(jìn)入的水分，堆存后外流的高濃度有機(jī)液體。目前，國(guó)內(nèi)處置垃圾滲濾液的方法有：物理、化學(xué)和生物法。但是單一的物理、化學(xué)或者生物法都無(wú)法滿足滲濾液處理技術(shù)要求，在此需求下，膜分離技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。隨著膜分離技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用，不僅為垃圾滲濾液的處理提供了新的解決思路，而且也解決了垃圾滲濾液長(zhǎng)期積存滲漏污染環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)。隨著膜分離技術(shù)的日趨成熟，膜分離技術(shù)在垃圾滲濾液處理中的應(yīng)用也越來(lái)越多。

1 垃圾滲濾液處理方法概述

1.1 垃圾滲濾液的預(yù)處理法

垃圾滲濾液有機(jī)物濃度含量高、碳氮比不平衡、含有重金屬、處理難度大等特點(diǎn)，因此，處置技術(shù)要求較高。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)踐與應(yīng)用，滲濾液須采用多種工藝相結(jié)合的方式才能有效去除污染物。為了滿足后續(xù)工藝進(jìn)水要求，需要提前去除滲濾液中的泥沙、懸浮物、重金屬、有機(jī)物和氨氮等污染物。一般預(yù)處理方法包括吸附法、厭氧法、化學(xué)凝固沉淀法和吹脫法等。

1.2 垃圾滲濾液的來(lái)源和生產(chǎn)量

垃圾來(lái)源是人類在生活過(guò)程中產(chǎn)生的固體廢棄物。來(lái)源主要有生活垃圾、辦公垃圾、餐廚垃圾、城市綠化等。滲濾液是垃圾從產(chǎn)生、收集、轉(zhuǎn)運(yùn)到處置等一系列工作中，垃圾本身的消解和液化以及垃圾多余水分外流形成。垃圾滲濾液外流，不僅會(huì)對(duì)土壤造成污染，也會(huì)對(duì)受納水體造成污染。垃圾滲濾液的產(chǎn)生受多種因素影響，而且其水量變化大，具體為雨季較大，旱季較小。影響因素主要為：降雨量大小、地表水的流入、地下水的滲透、廢物本身的含水量以及垃圾處理工藝等。因此，降水、蒸發(fā)情況、地下水的流入、垃圾的特征、地表覆蓋層和排水設(shè)施都影響著滲濾液的產(chǎn)生。盡管滲濾液的瞬時(shí)產(chǎn)量波動(dòng)很大，但同一地區(qū)的垃圾填埋場(chǎng)的年平均產(chǎn)量只在一定范圍內(nèi)發(fā)生改變。

1.3 垃圾滲濾液的處理

垃圾滲濾液處理仍是一個(gè)難題，我國(guó)垃圾的處理方式一般通過(guò)滲濾液回灌、物理法和生物化學(xué)等。滲濾液回灌是一種不成熟的處理方法，其處理量有限、環(huán)境差，因此在南方每年都要在降水的環(huán)境下操作是不適合的。而物理化處理方法的費(fèi)用較高，不適合處理大規(guī)模的垃圾滲濾液。生物處理方法主要有厭氧、好氧生物處理以及厭氧、好氧相結(jié)合的處理等。在實(shí)際處理過(guò)程中，微生物往往無(wú)法適應(yīng)高濃度的有機(jī)廢水，導(dǎo)致其生長(zhǎng)受抑制甚至死亡。自從1953年美國(guó)佛羅里達(dá)大學(xué)的Reid等人提出了第一個(gè)反滲透脫鹽技術(shù)之后，膜分離技術(shù)已逐步應(yīng)用于垃圾滲濾液的處理，其應(yīng)用范圍也越來(lái)越大。依據(jù)膜的分離特性，將傳統(tǒng)微生物技術(shù)和目前先進(jìn)分離技術(shù)進(jìn)行融合，使其完全達(dá)到了一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。這個(gè)系統(tǒng)可分為兩種，即生化系統(tǒng)和膜分離系統(tǒng)。

（1）生化系統(tǒng)

生化系統(tǒng)一方面是通過(guò)微生物對(duì)生化池內(nèi)的生活環(huán)境進(jìn)行選擇，并形成適宜生存的菌群，菌群在自身生長(zhǎng)繁殖過(guò)程中，以廢水中的氨氮、有機(jī)物以及微量元素等為原料合成自身物質(zhì)，但隨著菌群的生命周期結(jié)束，菌群脫落形成污泥而排出污水處理系統(tǒng)。另一方面，在不同功能的池體中產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)不同，通過(guò)污水回流產(chǎn)生一系列的化學(xué)反應(yīng)，部分碳源和氮源轉(zhuǎn)化為二氧化碳和氮?dú)?，以氣體形式排進(jìn)出水處理系統(tǒng)。生化系統(tǒng)在項(xiàng)目中能去除大部分氨氮、有機(jī)物和懸浮物等，為后續(xù)膜分離系統(tǒng)鋪平道路。

（2）膜分離系統(tǒng)

膜分離系統(tǒng)主要是通過(guò)物理法對(duì)水質(zhì)進(jìn)行進(jìn)化，膜分離法對(duì)進(jìn)水水質(zhì)有較高要求，尤其是SS等大顆粒物質(zhì)，對(duì)膜系統(tǒng)影響嚴(yán)重，前期水質(zhì)處理效果將決定膜處理系統(tǒng)的效果以及膜使用年限。垃圾滲濾液膜處理系統(tǒng)中一般常用的是納濾技術(shù)，納濾因孔徑小，分離效果較好，能大量去除水中的無(wú)機(jī)鹽和小分子的有機(jī)物，以及大于或等于兩價(jià)的鹽都會(huì)被分離出來(lái)。分離后的滲濾水分為兩部分：出水和截留水。出水的流出占進(jìn)水的85%，完全符合一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)；截流水約占進(jìn)水的15%。截留水的總量很小，但它幾乎包括了原水的所有鹽和重金屬離子，以及生物化學(xué)系統(tǒng)中微生物難以降解的有機(jī)物質(zhì)，納濾截留水為此工藝的最終污染物。

目前，主要有四種方式處理納濾截留水。

①回填垃圾填埋場(chǎng)

回填方法簡(jiǎn)單、可操作性強(qiáng)，利用填埋場(chǎng)對(duì)鹽等重金屬離子的吸附和攔截，在短期內(nèi)，具有良好的效果，且完成率達(dá)到80%～90%，但不能從根本上解決這些污染物的影響，截留水依然存在于填埋場(chǎng)內(nèi)。隨著時(shí)間的推移，在經(jīng)雨水沖刷下，新的滲濾液產(chǎn)生對(duì)原截留物質(zhì)的溶解等，將會(huì)隨著滲濾液流出進(jìn)入到污水處理系統(tǒng)，形成無(wú)限循環(huán)，且越到填埋后期，處理難度越大。所以回填僅可作為一種應(yīng)急處理方式。

②混凝沉淀的方法

加入混凝劑到濃縮溶液中，可沉淀濃縮液中的鹽等重金屬離子，使其達(dá)到分離的目的，進(jìn)一步減少污染物質(zhì)。目前，鐵三氯混凝劑被廣泛使用，混凝效果也很好。然而沉降的時(shí)間較長(zhǎng)，投資量也大，阻礙了該方法在工程中的使用。

③活性炭吸附法

使用活性炭吸附，治理效果更好，這種方式已廣泛應(yīng)用于歐洲等國(guó)家。但由于處理成本高，且活性炭隨著使用時(shí)間、吸附飽和程度的增加，吸附能力越來(lái)越弱，處理效果將越來(lái)越差。此外，使用后的活性炭屬于危險(xiǎn)廢物，普通填埋場(chǎng)將無(wú)法處置，活性炭的引入將帶來(lái)新的環(huán)境問題，所以在我國(guó)并不普及。

④樹脂吸附

樹脂和活性炭吸附原理相同,是使用其孔隙度、表面積大的特性吸附和分離材料，相較于活性炭，樹脂不會(huì)造成二次污染。如根據(jù)污染物實(shí)際情況配上陰陽(yáng)離子交換樹脂，可以極大提高凈化水平。因此，樹脂吸附將成為濃縮液分離的主要方法。

2 膜分離技術(shù)在垃圾滲濾液中的應(yīng)用研究

在膜處理應(yīng)用過(guò)程中，其工藝原理是利用膜兩側(cè)的滲透壓力差，即膜管的內(nèi)部壓力大于膜管的外部壓力，在滲透壓作用下，水被排除在管道之外。在管道中殘留的一些懸浮物經(jīng)過(guò)相應(yīng)的反沖洗系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)輸以及去除，以凈化垃圾滲濾液。該技術(shù)在垃圾填埋場(chǎng)的應(yīng)用，不僅能保障濾膜的清潔,而且能避免膜管的堵塞。

2.1 膜分離技術(shù)的工藝流程設(shè)計(jì)

主要工藝流程包括供水系統(tǒng)、過(guò)濾系統(tǒng)、沖洗系統(tǒng)和化學(xué)清洗系統(tǒng)。輔助工藝流程是沖水、排氣過(guò)程等。①供水系統(tǒng)：即經(jīng)過(guò)預(yù)處理后的滲濾液通過(guò)泵的加壓流向?yàn)V膜的系統(tǒng)，供水壓力和水質(zhì)決定了膜的使用年限、水的通過(guò)率等②過(guò)濾系統(tǒng)：供水系統(tǒng)在向膜系統(tǒng)供水時(shí)，膜內(nèi)外會(huì)產(chǎn)生壓力差，滲濾液由高壓向低壓方向流動(dòng)，未通過(guò)膜系統(tǒng)的截流在膜系統(tǒng)內(nèi)部，通過(guò)膜系統(tǒng)的行程出水匯集到清水池。③反沖洗系統(tǒng)：膜系統(tǒng)在正向運(yùn)行一段時(shí)間后，膜孔已存在堵塞或截流水大量積壓，未提高過(guò)濾效率，需對(duì)膜內(nèi)物質(zhì)進(jìn)行清理，即反洗系統(tǒng)。④化學(xué)清洗系統(tǒng)：雖然膜分離技術(shù)在操作過(guò)程中有一個(gè)沖洗系統(tǒng)，但在清洗過(guò)程中，小顆粒容易附著在膜內(nèi)表面，常規(guī)反沖洗已無(wú)法清除，化學(xué)清洗系統(tǒng)可以有效地避免這種現(xiàn)象。

2.2 膜系統(tǒng)在應(yīng)用過(guò)程中存在的問題

膜分離技術(shù)在滲濾液處理實(shí)踐中應(yīng)用較多，但出現(xiàn)了系統(tǒng)堵塞、運(yùn)維管理以及截留水處置等問題。

（1）膜堵塞問題：膜系統(tǒng)在正常使用中，在使用一段時(shí)間之后，膜孔容易堵塞，導(dǎo)致出水較少，截留水增加，處理效率降低，最終使膜處理系統(tǒng)異常。

（2）膜系統(tǒng)維護(hù)成本問題：膜系統(tǒng)平均使用壽命約2年，在舊膜出現(xiàn)嚴(yán)重堵塞、破損后必須進(jìn)行更換處理，無(wú)法維修，導(dǎo)致設(shè)備后期維護(hù)成本高。

（3）管理問題：配套的前期處置管理要求高，異常的水質(zhì)進(jìn)入膜系統(tǒng)，容易對(duì)過(guò)濾膜系統(tǒng)造成傷害，大大縮減膜使用壽命，嚴(yán)重時(shí)可致系統(tǒng)癱瘓。

（4）截留水處置問題：整個(gè)處置系統(tǒng)雖然有效地處理了大部分滲濾液，但是截留水仍占進(jìn)水的15%左右，此部分水量較大，處置較困難，截留水處置問題嚴(yán)峻，仍待研究解決。

3 結(jié)語(yǔ)

膜分離技術(shù)根據(jù)膜進(jìn)水要求，加入了水質(zhì)預(yù)處理等方法，巧妙地將物理、化學(xué)以及生物處理滲濾液的方法融為一體，成功地解決了滲濾液處理難題，同時(shí)，因其處理效果良好，被大量應(yīng)用于滲濾液處理工程中。成功地解決了垃圾滲濾液的鹽和重金屬離子問題。所以，膜分離技術(shù)已逐步成為占主要的垃圾滲濾液處理的方法。 但也存在部分問題，需要不斷地突破，以完善處理技術(shù)。