垃圾滲濾液處理中膜分離技術(shù)的應(yīng)用

魯 波

（重慶市環(huán)衛(wèi)集團(tuán)有限公司 重慶 401120）

引言

在垃圾處理工藝中我國(guó)主要使用的方式是垃圾填埋處理，這種方式可以長(zhǎng)期處理不可回收固體垃圾。但是垃圾在填埋之后混合在環(huán)境中，土層水、雨水、地下水等不斷滲透到垃圾內(nèi)導(dǎo)致垃圾的腐蝕與分解，這部分垃圾分解之后產(chǎn)生一定的水，與垃圾中的有害物質(zhì)混合在一起，形成比較復(fù)雜、污染性極強(qiáng)的垃圾滲濾液。現(xiàn)階段的垃圾滲濾液很難達(dá)到理想的處理效果與排放標(biāo)準(zhǔn)。在這種情況下，尤其是西方積極推行膜分離技術(shù)的背景下，我國(guó)也對(duì)膜分離技術(shù)進(jìn)行積極的研究，且取得理想的效果。

1 相關(guān)概述

1.1 垃圾滲濾液

垃圾滲濾液來源非常復(fù)雜，大量垃圾本身含有水分，經(jīng)過運(yùn)輸、搬運(yùn)之后進(jìn)入到填埋場(chǎng)之內(nèi)，而填埋場(chǎng)之內(nèi)有雨水、雪、地下水等物質(zhì)的混合，除卻垃圾與覆土層的飽和持水量這一類液體之外，垃圾層與覆土層之間還會(huì)形成高濃度有機(jī)廢水物質(zhì)。在垃圾堆積過程中，部分要進(jìn)行焚燒的垃圾也會(huì)滲透水分。垃圾滲濾液的性質(zhì)會(huì)隨著時(shí)間的增加，而不斷發(fā)酵產(chǎn)生變化，這種變化由垃圾的類型、特征等來決定，一共經(jīng)歷五個(gè)階段。

（1）初始調(diào)節(jié)階段，垃圾進(jìn)入填埋場(chǎng)之后即進(jìn)入初始階段，在初始階段之內(nèi)的垃圾易降解組分迅速與垃圾中所夾帶的氧氣發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生二氧化碳、水，并產(chǎn)生熱量，之后進(jìn)入第二個(gè)階段。

（2）過渡階段，被過濾之后幾乎沒有氧氣，填埋場(chǎng)逐漸形成厭氧條件，垃圾降解從好氧、兼性厭氧過渡，這個(gè)階段內(nèi)垃圾中的硝酸鹽、硫酸鹽物質(zhì)被分別還原成氨氣、硫化氫等物質(zhì)，滲濾液內(nèi)的pH 數(shù)值降低[1]。

（3）酸化階段，填埋場(chǎng)內(nèi)垃圾持續(xù)產(chǎn)生氫氣的時(shí)候填埋場(chǎng)就進(jìn)入了酸化階段，這個(gè)階段內(nèi)降解垃圾的微生物主要是兼性、專性厭氧菌，填埋氣的成分中的二氧化碳、滲濾液COD、金屬離子濃度不斷上升到最大值，隨后下降；pH 數(shù)值持續(xù)下降到最低，此后再上升。

（4）甲烷發(fā)酵，當(dāng)填埋場(chǎng)內(nèi)氨氣含量下降到最低點(diǎn)，填埋場(chǎng)內(nèi)甲烷開始發(fā)酵；甲烷菌將有機(jī)酸與氨氣轉(zhuǎn)化為甲烷；在有機(jī)物濃度、金屬離子與電導(dǎo)率、生化性下降的情況下pH 值反而上升。

（5）成熟階段，填埋場(chǎng)內(nèi)的垃圾產(chǎn)生易生物降解組分，被降解之后的垃圾填埋場(chǎng)進(jìn)入成熟階段。在這個(gè)階段內(nèi)，垃圾的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)已經(jīng)被滲濾液排出，剩余少量難降解物質(zhì)，此時(shí)的pH 數(shù)值偏向堿性狀態(tài)，滲濾的液可生化性下降，此時(shí)的垃圾滲濾液濃度已經(jīng)降低很大幅度。對(duì)于垃圾滲濾液來講，有機(jī)物濃度含量高，碳氨比例不平衡，內(nèi)部含有重金屬，處理難度大，對(duì)處理技術(shù)提出了很高要求[2]。

1.2 膜分離技術(shù)

膜分離技術(shù)是根據(jù)混合物分子不同粒徑分子通過半透膜可以實(shí)現(xiàn)選擇性分離的技術(shù)，因此也被稱為分離膜、濾膜技術(shù)。作為一項(xiàng)新興技術(shù)，膜分離能夠?qū)崿F(xiàn)分離、濃縮、提純物質(zhì)。膜分離在常溫下進(jìn)行，被分離物質(zhì)可以保持原有的性質(zhì)，在實(shí)際使用過程中選擇性強(qiáng)，操作簡(jiǎn)單適用性廣，因此可以廣泛運(yùn)用在不同行業(yè)內(nèi)。膜是具備選擇性分離功能的材料，比如無機(jī)膜等得到廣泛運(yùn)用。

膜分離技術(shù)的實(shí)際運(yùn)用原理是利用膜兩側(cè)的滲透壓力差，即膜管內(nèi)部的壓力大于膜管外部壓力的滲透壓作用下將水排除在管道之外。管道內(nèi)殘留的懸浮物再經(jīng)過反復(fù)沖洗、運(yùn)輸、去除操作之后凈化垃圾滲濾液，該技術(shù)在垃圾場(chǎng)中的運(yùn)用不僅僅保證了濾膜的清潔，同時(shí)也避免了對(duì)膜管造成的堵塞。

2 膜分離技術(shù)的具體運(yùn)用

2.1 RO處理工藝

從當(dāng)前的實(shí)際運(yùn)用來看，國(guó)內(nèi)的膜分離技術(shù)運(yùn)用在垃圾滲濾液處理中，RO 膜的運(yùn)用主要是使用在碟管式反滲透系統(tǒng)內(nèi)——DT-RO。2003 年后，重慶、上海、北京、沈陽(yáng)等多地垃圾處理廠建設(shè)碟管式反滲透系統(tǒng)，在實(shí)際運(yùn)行中取得理想效果，處理規(guī)模極大，達(dá)到67～500t/d。工藝處理中使用二級(jí)RO，水的回收率達(dá)到70～80%。這種方式的處理效率很高，而且有利于環(huán)保功能的發(fā)揮，實(shí)現(xiàn)資源節(jié)省和環(huán)境保護(hù)，也實(shí)現(xiàn)了水資源的高效回收[3]。現(xiàn)實(shí)生活中，回灌處理、蒸發(fā)、場(chǎng)外處理方式也都被廣泛使用。尤其是重慶長(zhǎng)生橋垃圾填埋場(chǎng)的處理規(guī)模達(dá)到500t/d。選擇該工藝之后，必須選擇合適的預(yù)處理工藝才可以正常運(yùn)行。預(yù)處理方式主要以生化法為主，垃圾滲濾液典型的RO處理流程如圖1：

圖1 RO處理流程

據(jù)研究，碟管式反滲透系統(tǒng)水回收率為70%～80%之間，膜的壽命為三年，具備良好的環(huán)保性能，在膜壽命使用期間內(nèi)可以回收大量水資源，節(jié)省水資源的使用率，實(shí)現(xiàn)了環(huán)境保護(hù)。而且顯著展示了該技術(shù)在實(shí)際使用過程中的價(jià)值，凸顯了膜回收技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益[4]。

2.2 MBR+NF處理工藝

現(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)的MBR 工藝處理垃圾滲濾液的發(fā)展比較快，而且凸顯出比較明顯的價(jià)值。在處理效果方面，MBR 對(duì)垃圾滲濾液中的有機(jī)物進(jìn)行生化降解，就完成了分離。避免了傳統(tǒng)的濃縮液進(jìn)一步處理的問題。但是需要注意，如果使用單一的MBR 工藝出水，則質(zhì)量無法達(dá)到國(guó)家的二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)，因此在使用該技術(shù)的時(shí)候要配合NF、RO、活性炭等，配合其他技術(shù)得到的出水COD 一般小于100mg/L。近年來國(guó)內(nèi)開始將MBR 運(yùn)用在垃圾滲濾液的處理當(dāng)中，大部分使用MBR+NF、MBR+NF/RO，極少部分使用除渣預(yù)處理+MBR 處理技術(shù)。與DT-RO 工藝相比NF 在截留難降解有機(jī)物的同時(shí)，無法截留鹽分，鹽分被排出而減少了鹽分富集的可能，MBR+NF 的處理工藝水回收率高達(dá)85%～90%，需要進(jìn)一步處理的濃縮液量大大減少。國(guó)內(nèi)也有運(yùn)用一體式MBR 處理工藝的實(shí)例，如松江垃圾填埋場(chǎng)就使用了厭氧酸化→A/O→浸沒式MBR 工藝，運(yùn)用SMBR150 型膜組件系統(tǒng)，去掉各項(xiàng)成本之后，運(yùn)行費(fèi)用為12 元/t 水。使用該技術(shù)有效提升垃圾滲濾液的水質(zhì)，減少反滲透膜的污染，產(chǎn)水水質(zhì)的質(zhì)量顯著提升。具體使用過程中對(duì)細(xì)菌、病菌的去除方面有顯著效果。在實(shí)際的使用過程中精簡(jiǎn)流程、優(yōu)化工藝，實(shí)現(xiàn)了環(huán)境保護(hù)，降低了污染，實(shí)現(xiàn)了生態(tài)環(huán)保的同時(shí)，也維持了城市生態(tài)的美觀性。

2.3 組合工藝

組合工藝是指“氧化溝+臭氧氧化+活性炭+CMF+二級(jí)RO”工藝，目前該技術(shù)在天津?yàn)I海新區(qū)垃圾填埋場(chǎng)得以廣泛使用，并取得理想的回收效益，二級(jí)反滲透出水的水質(zhì)除了不可飲用之外，可以廣泛運(yùn)用在生活中。該處理工藝的成本為17～22 元/t；深圳某焚燒發(fā)電廠使用的處理工藝，儲(chǔ)水質(zhì)量?jī)?yōu)于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，噸水投資量為5 萬元，噸水運(yùn)行成本約為16 元。

北京市六里屯使用上流式厭氧污泥床+吹脫+氧化溝+NF+RO 處理工藝也取得了理想效果，本身成本低廉、低能耗，實(shí)際操作方便，能夠凈化空氣，與我國(guó)推行的綠色環(huán)保政策相關(guān)聯(lián)，在各種組合工藝的使用下可以取得理想的效果，有效保護(hù)環(huán)境，避免城市生態(tài)惡化，減少了城市、城鎮(zhèn)垃圾對(duì)生態(tài)的污染。在垃圾處理的過程中，既實(shí)現(xiàn)了水資源的二次利用，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了生態(tài)的修復(fù)。

3 防治膜污染的幾點(diǎn)建議

在現(xiàn)實(shí)生活中常見的膜污染防治技術(shù)有物理方式、化學(xué)方式兩種。物理方式有物理清洗、優(yōu)化操作條件等?；瘜W(xué)方式包括原料液預(yù)處理、膜改良、化學(xué)清洗的方式[5]。在這兩種方式中化學(xué)方式是提高反滲透膜元件各項(xiàng)性能的有效方式。

3.1 物理方式

首先，物理清洗，使用機(jī)械處理手段清除膜表面的污染物，比如低壓高流速清洗、反壓清洗等。這些手段的實(shí)際運(yùn)用比較復(fù)雜，清洗效果并不良好。人們也提出使用超聲波清洗，利用超聲空化生產(chǎn)的微射流去除或者是削弱膜的邊界污染情況，增加攪拌作用來降低污染物微粒在膜表面的附著，讓其隨著水而去。這種方式在目前沒有被推廣使用，但是在將來必然得到廣泛運(yùn)用。其次，優(yōu)化操作條件，在操作中控制時(shí)間、溫度、膜面流速等，這是避免膜污染的最主要因素。一般膜過濾使用低壓、恒通量等方式來控制壓差避免膜污染。在運(yùn)行中運(yùn)行周期長(zhǎng)短需要根據(jù)水質(zhì)情況和膜清洗情況來確定。在這個(gè)過程中適當(dāng)提高原料液的分子活性增大擴(kuò)散系統(tǒng)來加速分子的擴(kuò)散[1]，提高膜通量。

3.2 化學(xué)方式

其一，原料預(yù)處理方式，在原料液過濾之前進(jìn)行預(yù)絮凝、過濾等操作來改變?nèi)芤骸H 值等，原料的性質(zhì)、溶液發(fā)生改變，從而可以去除一些與膜[2]發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)，提高過濾通量。

其二，膜改良，當(dāng)前的防污膜改性材料主要以聚合物為主，由于機(jī)械性能優(yōu)異和化學(xué)性能穩(wěn)定，因此在膜材料內(nèi)被廣泛使用。但是材料疏水性限制了使用，因此材料改性非常有必要。

其三，化學(xué)清洗，運(yùn)用化學(xué)試劑改變污染層表面的化學(xué)性質(zhì)、污染物等來消除膜污染。這種清洗既可以原位清洗，也可以在膜組件分離后的清洗，是目前使用最有效的方式。

4 垃圾滲濾液處理中膜分離技術(shù)的環(huán)保效益

4.1 減少生活垃圾對(duì)城市生態(tài)造成影響

通過運(yùn)用膜分離技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)，與當(dāng)前我國(guó)貫徹政策理念相吻合，從而實(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)效益。立足當(dāng)前城市發(fā)展現(xiàn)狀，城市發(fā)展內(nèi)容越發(fā)復(fù)雜，生活節(jié)奏加快，而大量垃圾的產(chǎn)生讓城市發(fā)展不堪重負(fù)。在不斷發(fā)展中垃圾量越來越多，每一個(gè)城市每一天都要處理大量生活垃圾，這些垃圾如何處理才可以保證效益值得深思。在垃圾處理上國(guó)內(nèi)人們做出了很多探索，比如填埋、焚燒等，每一種方式都會(huì)環(huán)境造成污染，甚至產(chǎn)生比較嚴(yán)重的負(fù)面影響。膜分離技術(shù)是一項(xiàng)比較先進(jìn)技術(shù)，而且這一項(xiàng)技術(shù)也可以不斷創(chuàng)新改進(jìn)，將垃圾降解分解分離，最終變廢為寶成為對(duì)人們生活有利的部分，這種方式提高了環(huán)保效益，實(shí)現(xiàn)了環(huán)境保護(hù)，也維護(hù)了城市生態(tài)。在現(xiàn)實(shí)生活中大量垃圾處理不當(dāng)，因此招來蛇鼠蒼蠅，垃圾腐爛發(fā)出的惡臭物質(zhì)，會(huì)隨著水進(jìn)入到水中污染城市水質(zhì)，污染水源威脅人們的健康。從各方面出發(fā)，做好垃圾處理都有很大的必要性。

我們需要立足城市發(fā)展現(xiàn)狀，分析目前可以使用技術(shù)，綜合各方面解決垃圾所帶來的負(fù)面問題。減少城市垃圾對(duì)環(huán)境造成污染，也可以打造專門的城市文化，讓河流變得清澈，城市干凈整潔，代表了一個(gè)城市的文明，也體現(xiàn)出這個(gè)城市各個(gè)部門工作的務(wù)實(shí)體現(xiàn)。改善城市環(huán)境，提高人們的生活質(zhì)量，是利國(guó)利民的好事。

4.2 有利于恢復(fù)城市生態(tài)

在新時(shí)期使用膜分離技術(shù)，這一項(xiàng)技術(shù)的運(yùn)用可以節(jié)省大量水資源，減少垃圾占用土地，減少對(duì)城市造成的污染。在城市發(fā)展當(dāng)中，無論是城市決策者還是工程技術(shù)人員，都受到城市環(huán)境影響。結(jié)合膜分離技術(shù)，合理運(yùn)用生態(tài)技術(shù)來解決垃圾問題，從而與城市發(fā)展相結(jié)合。一個(gè)現(xiàn)代化城市，城市綠化、基礎(chǔ)設(shè)施、文明建設(shè)各方面均是優(yōu)異的，只有通過不斷解決實(shí)際問題，才可以讓城市的生活更美好。要給人們提供一個(gè)和諧、健康的生活環(huán)境，垃圾處理工作非常有必要。垃圾滲濾液的處理技術(shù)運(yùn)用可以改善當(dāng)前城市生態(tài)情況，營(yíng)造良好城市生活環(huán)境。

現(xiàn)階段人們針對(duì)垃圾提出各種處理方式和手段，比如城市垃圾分類、城市垃圾處理系統(tǒng)等，可以看出人們對(duì)環(huán)保方面的重視。垃圾會(huì)降低人們的生活質(zhì)量，同時(shí)給人們的生活帶來負(fù)面影響，導(dǎo)致樹木生長(zhǎng)不良、河水污染，無法形成健康循環(huán)的生態(tài)系統(tǒng)。垃圾滲濾液的處理技術(shù)的運(yùn)用可以運(yùn)用現(xiàn)代化手段處理城市垃圾，提高城市建設(shè)質(zhì)量。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，城市生活垃圾的產(chǎn)量不斷增長(zhǎng)，但是在堆存方面存在的問題引發(fā)大眾思考。如何在保證環(huán)保的基礎(chǔ)上解決垃圾，這是技術(shù)不斷發(fā)展背景下需要研究、深入分析并且解決的問題，還人們更好的生存環(huán)境。

結(jié)語(yǔ)

綜上，在新時(shí)期人們紛紛對(duì)垃圾滲濾液的處理技術(shù)進(jìn)行深入研究，MBR 技術(shù)是國(guó)內(nèi)研究最多的垃圾滲濾液膜處理工藝。研究方向在于如何合理運(yùn)用垃圾滲濾液膜處理工藝改善環(huán)境，起到保護(hù)環(huán)境的作用。膜分離處理垃圾滲濾液操作方式的運(yùn)用可以回收大量水資源，節(jié)省水資源避免對(duì)水源地消耗。但是在技術(shù)的使用中，根據(jù)不同的需要合理選擇處理工藝才可以真正發(fā)揮價(jià)值。