垃圾滲濾液膜過濾濃縮液處理工藝探討

李泊嬌

0 引言

我國社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，居民的生活水平有了大幅度的提高，隨之帶來了越來越多的生活垃圾。與衛(wèi)生垃圾填埋和堆肥方法相比，采用焚燒處理技術(shù)能夠最大限度地減少生活垃圾的危害，并且在相對發(fā)達(dá)的國家和地區(qū)，生活垃圾焚燒處理應(yīng)用廣泛。隨著人們廢物利用的理念不斷升級，目前一般利用垃圾焚燒時產(chǎn)生的能量進(jìn)行發(fā)電。將生活垃圾在儲存坑中發(fā)酵一周左右，垃圾中的水分逐漸減少并瀝出，一方面能夠增加垃圾焚燒時產(chǎn)生的熱值，增加發(fā)電效率，另一方面能夠保證垃圾充分燃燒。在發(fā)酵過程中產(chǎn)生的滲濾液會進(jìn)入滲濾液處理設(shè)施，在垃圾焚燒發(fā)電廠當(dāng)前一般采用“預(yù)處理+生化+膜處理”的組合工藝，在經(jīng)過一系列處理后，達(dá)到排放或循環(huán)利用的標(biāo)準(zhǔn)，同時會產(chǎn)生一定量的滲濾液濃縮液（簡稱濃縮液）。近幾年生活垃圾焚燒發(fā)電廠逐漸增多，濃縮液的處理具有重要的現(xiàn)實意義。

1 垃圾焚燒廠滲濾液濃縮液特征

1.1 膜濃縮液來源

當(dāng)前微濾（MF）、超濾（UF）、納濾（NF）和反滲透是常用的膜分離工藝。MF 和反滲透工藝依靠壓差作為分離動力，在膜選擇透過性的作用下截留物質(zhì)，從而能夠?qū)崿F(xiàn)溶劑和溶液的分離。MF 和反滲透工藝應(yīng)用廣泛，因此會產(chǎn)生大量的濃縮液，在一般情況下，反滲透濃縮液約占處理量的20～40%，納濾濃縮液約占處理量的10～20%。我國目前利用膜工藝處理的滲濾液約為50 000 t/d，占滲濾液處理總量的一半以上，如果這些滲濾液會產(chǎn)生四分之一的濃縮液，則我國每年產(chǎn)生的濃縮液在456 萬t 左右。

1.2 水質(zhì)特點(diǎn)

濃縮液的成分復(fù)雜、生物降解性差、含鹽量高、異味大、有機(jī)物含量高，與城市污水相比，大多數(shù)濃縮液為棕黑色，其化學(xué)需氧量、電導(dǎo)率和重金屬離子含量較高；濃縮液中氯離子濃度約為10 000～50 000 mg/L，在溫度高于65℃后，會嚴(yán)重腐蝕金屬設(shè)備，從而大大減少了處理設(shè)備的服務(wù)年限，使生活垃圾焚燒發(fā)電廠運(yùn)行成本升高。其主要水質(zhì)見表1。

2 濃縮液處理方法

2.1 轉(zhuǎn)移處置

2.1.1 外運(yùn)

當(dāng)垃圾填埋場附近有焚燒廠可以處理危險廢物時，可以將膜濃縮物運(yùn)輸?shù)椒贌龔S進(jìn)行焚化，這種方法較為簡便且成本較低。但是如果距離焚燒廠較遠(yuǎn)時，將會提高運(yùn)輸成本，與其他處理技術(shù)相比經(jīng)濟(jì)性不高。

2.1.2 回灌

目前，國內(nèi)外較為普遍使用回灌工藝處理濃縮液，該工藝是根據(jù)滲濾液回灌演變而來，處理原理與滲濾液回灌相同。具體而言，將垃圾填埋場作為生物反應(yīng)器，填料便是生活垃圾，通過控制相關(guān)技術(shù)參數(shù)，使微生物在垃圾表面繁殖固定，當(dāng)濃縮液回灌到垃圾填埋層后，會自上而下流動，填層中的微生物會以濃縮液作為營養(yǎng)物質(zhì)，實現(xiàn)濃縮液的降解，使有機(jī)物降解成無機(jī)物，最終實現(xiàn)無害化處理。

但是回灌工藝在處理濃縮液時也存在一定的缺點(diǎn)，主要是因為它可能會增加污染物的濃度。此外隨著反應(yīng)時間的不斷增加，回灌工藝表現(xiàn)出的弊端更大，填層中一些微生物不能降解的有機(jī)物、無機(jī)鹽、重金屬等污染物質(zhì)，會隨著濃縮液流到垃圾填埋場底部，大幅度地提高了濃縮液中無機(jī)鹽離子和難生物降解物質(zhì)的濃度，在后續(xù)反滲透處理工藝中，導(dǎo)致滲透壓增加、結(jié)垢現(xiàn)象嚴(yán)重，從而導(dǎo)致膜的使用壽命減小，當(dāng)濃縮液中無機(jī)鹽離子和難生物降解物質(zhì)達(dá)到一定濃度時，將會導(dǎo)致整個膜系統(tǒng)發(fā)生癱瘓。

2.2 高級氧化技術(shù)

高級氧化技術(shù)是一種通過化學(xué)氧化劑以及光、聲、電、磁等物理化學(xué)過程產(chǎn)生大量活性極強(qiáng)、具有極強(qiáng)氧化性的羥基自由基等降解水中有機(jī)物的方法。根據(jù)氧化劑和催化劑的選取不同，高級氧化技術(shù)大體可分為以下幾種：（1）Fenton 法和類Fenton 法；（2）光化學(xué)氧化法和光催化氧化法；（3）臭氧氧化法；（4）濕式氧化法和濕式催化氧化法；（5）電化學(xué)氧化法；（6）超臨界水氧化法及超臨界水催化氧化法。高級氧化技術(shù)適用于處理高濃度難生化降解的廢水，在垃圾滲濾液膜過濾濃縮液的處理中受到關(guān)注和應(yīng)用。高級氧化法可以對滲濾液膜過濾濃縮液中的有機(jī)物實現(xiàn)較為高效的去除，但一般單一的高級氧化法也無法穩(wěn)定地將垃圾滲濾液膜過濾濃縮液處理到達(dá)標(biāo)排放范圍。研究開發(fā)更加便捷高效、低成本的高級氧化方法是高級氧化法處理垃圾滲濾液膜過濾濃縮液進(jìn)一步研究的重點(diǎn)。

2.3 蒸發(fā)技術(shù)

表1 膜過濾濃縮液水質(zhì)

表 2 MVC/MVR、ME 和 SCE 技術(shù)比較

蒸發(fā)工藝是把揮發(fā)性組分與非揮發(fā)性組分分離的物理過程，采用蒸發(fā)工藝處理濃縮液時，水分會從溶液中沸出，而污染物最終殘留在濃縮液中。膜濃縮液常見的蒸發(fā)濃縮液工藝有機(jī)械再壓縮蒸汽蒸發(fā)（MVR/MVC）、多效蒸發(fā)（ME）、浸沒式蒸發(fā)（SCE）、閃蒸蒸發(fā)（SE）、熱力蒸汽再壓縮蒸發(fā)（TVR）等，MVR/MVC 因節(jié)能效果明顯、運(yùn)行成本低等諸多優(yōu)點(diǎn)，近年來，國內(nèi)已建或擬建的垃圾滲濾液膜濃縮液蒸發(fā)項目大多數(shù)采用MVR/MVC 蒸發(fā)濃縮工藝。浸沒式蒸發(fā)（SCE）在濃縮液處理中的應(yīng)用是近幾年發(fā)展起來的一種新型燃燒技術(shù)，具有工藝可靠、可達(dá)標(biāo)排放；減容率可達(dá)97%以上；對水量、水質(zhì)變化適應(yīng)能力強(qiáng)；維護(hù)成本低、自控程度高，同時還解決了濃縮液處理中蒸發(fā)工藝易結(jié)垢的問題。浸沒式蒸發(fā)（SCE）處理工藝在國內(nèi)已有成功應(yīng)用的案例。目前蒸發(fā)工藝應(yīng)用于滲濾液濃縮液處理的主要有機(jī)械式蒸汽再壓縮（MVC/MVR）、多效蒸發(fā)（ME）和浸沒燃燒蒸發(fā)（SCE）技術(shù)，其技術(shù)參數(shù)如表2 所示。

2.4 膜蒸餾

膜蒸餾是一種以疏水性微孔膜兩側(cè)蒸汽壓差為驅(qū)動力，使熱側(cè)蒸汽分子穿過膜孔后在冷側(cè)冷凝富集，從而實現(xiàn)溶液分離、濃縮或提純等目的的膜分離過程。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，具有許多優(yōu)點(diǎn)：可在常壓下進(jìn)行，設(shè)備簡單，操作方便；操作溫度低于傳統(tǒng)蒸餾工藝；設(shè)備體積小而靈活等。目前膜蒸餾技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于海水、苦咸水淡化、高含鹽廢水處理等多個領(lǐng)域。膜蒸餾法也被認(rèn)為是一種對反滲透濃縮液進(jìn)一步回收減量的有效方式。李玖明等采用膜蒸餾法進(jìn)行了垃圾滲濾液反滲透濃水處理的實驗研究，實驗產(chǎn)水水質(zhì)符合《生活垃圾填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 16889—2008）規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。膜蒸餾法目前正處于一個迅速發(fā)展成熟的階段，但作為一種尚處于應(yīng)用初期的新技術(shù)，膜蒸餾法處理垃圾滲濾液膜過濾濃縮液的大規(guī)模應(yīng)用仍需要學(xué)者進(jìn)一步的研究。

3 結(jié)語

目前垃圾滲濾液處理行業(yè)中的關(guān)鍵和難點(diǎn)便是濃縮液處理問題，探討和研究濃縮液的處理工藝具有重要的現(xiàn)實意義。目前我國生活垃圾濃縮液處理一般采用轉(zhuǎn)移處置、高級氧化、蒸發(fā)、膜蒸餾等相關(guān)技術(shù)。但是隨著垃圾的數(shù)量和復(fù)雜程度不斷提高，僅僅依靠一種處理工藝難以達(dá)到排放和循環(huán)利用的標(biāo)準(zhǔn)，需要采取組合工藝實現(xiàn)濃縮液處理，一般采用“預(yù)處理+生化+膜處理”的組合工藝，不僅要減少源頭和中間過程產(chǎn)生的濃縮液，還要實現(xiàn)末端處理的無害化。