生活垃圾滲濾液膜濃縮液處理工藝探討

李選順 LI Xuan-shun

（北京首創環投資技有限公司，北京 100020）

1 生活垃圾滲濾液膜濃縮液處理的意義

垃圾滲濾液的處理方法很多，主要有物化處理法、生化處理法和土地處理法等、物化處理法主要有活性炭吸附、混凝沉淀、高級氧化、電解和膜處理等。生化處理法主要有厭氧和好氧處理。而土地處理法主要是利用土壤中的微生物、水生植物等建立一個小型的生態系統，以對垃圾滲濾液進行處理。每種處理方法都有優缺點，在實際應用中采用單一方法很難將垃圾滲濾液完全處理至達標排放，土地處理法應用較少，一般將物化法和生化法相結合，如預處理+生化處理+深度處理的組合工藝，以達到零排放、在深度處理過程中，通過納濾膜和反滲透膜能夠將垃圾滲濾液中的大部分有機物和鹽、氨氮等進行有效過濾和截留，出水可達到生活垃圾填埋污染的控制標準，因此在多個地區得以廣泛應用、膜過濾法雖然是目前主流的處理工藝，但其也會產生大量的濃縮液，其中的有機物、鹽含量和氨氮值均較高，如果不處理，則會造成更嚴重的環境污染、王凱等人介紹了膜處理后的Fenton氧化和臭氧氧化工藝，另外還強調了膜處理前預處理的重要性。

2 生活垃圾滲濾液膜濃縮液處理工藝

2.1 滲濾液濃縮液物理處理的典型工藝

就是濃縮液的蒸發處理方法，包括浸沒燃燒蒸發法（SCE）和機械式蒸汽再壓縮處理法（MVC/MVR）。SCE法利用填埋場產生的填埋氣或厭氧發酵產生的沼氣，將其與空氣充分混合后燃燒，產生的高溫煙氣直接通入濃縮液中，使氣液進行無固定界面的熱量傳遞，蒸發濃縮液中的水分，設備結構較簡單，不存在結垢、腐蝕的問題，熱傳遞效率高、濃縮液經SCE法再濃縮后可直接結渣或結晶，過程中產生的蒸汽冷凝液及燃燒排放的CO2、顆粒物及不凝氣等均穩定滿足相應標準，但其對氨氮去除效率較低，實際蒸發率會隨原水水質水量變化而產生一定波動、上海老港滲濾液處理廠200m3/dSCE法實際項目噸水耗電量32kWh/m3，光大環保能源（鎮江）有限公司3臺SCE蒸發器（100m3/d）全量處理的平均噸水耗電量為15kWh/m3、可見，SCE法電耗相對較低，現已投入工程應用。

2.2 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作為生物反應器，垃圾作為填料，通過厭氧生物的反應來實現垃圾的穩定化和降解處理。目前，回灌法在我國應用廣泛，大部分垃圾填埋場的RO技術和NF技術都采用了這種方法來進行濃縮液的處理。回灌法的優點在于建設運行成本低；缺點主要有回灌時間越長，有機物、鹽類、重金屬等污染物質累積，從而導致膜結垢嚴重，處理系統失效（如圖1所示）。

圖1 回灌法示意圖

2.3 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。該方法的優點主要有：對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；焚燒爐是配套設施，運行成本不高，缺點主要有：對精細化運行操作要求高，影響焚燒溫度，減少發電量；造成煙氣成分中的灰分、水分、重金屬和氯（Cl-）等含量的增加，可能造成爐體等設備嚴重腐蝕和結焦問題；維修調整過程加長，從而影響鍋爐負荷，降低鍋爐效率。

2.4 砂濾過濾系統

沉淀池出水經泵加壓后再進入石英砂過濾器，進一步去除滲濾液中的膠體物質，防止對后續DTRO系統造成不利影響。砂濾器數量按具體處理規模確定，過濾精度為50μm，進、出水端壓差超過2.5×105Pa的時候須執行反洗程序。砂濾器反沖洗的頻率取決于進水的懸浮物含量：對一般的垃圾填埋場，砂濾器反沖洗周期約為100h；對于SS值比較低的原水，砂濾運行100h后若壓差未超過2.5×105Pa也須進行反沖洗，以避免石英砂過度壓實發生板結現象。兩者以先到時間為自動激活砂濾反洗時間。砂濾水洗采用原水，氣洗使用旋片壓縮機產生的壓縮空氣。砂濾處理水量為3m3/h，過濾速度為2.65m/h，反洗強度為30.0m/h，設備尺寸為Φ1.2m×3.0m，材質為玻璃鋼。

2.5 兩級DTRO系統DTRO膜技術

即碟管式膜技術（DiscTubeModule），是一種專利型膜分離組件，專門針對高濃度料液的過濾分離而開發，至今已成功應用近30a。膜系統分為兩級DTRO，第1級反滲透需要從芯式過濾器后進水，第2級反滲透處理第1級透過水。將原水儲罐出水泵送給反滲透設備，由砂濾器增壓泵提供壓力。為防止各種難溶性硫酸鹽、硅酸鹽在膜組件內結垢，以有效延長膜使用壽命，在一級反滲透膜前加入一定量的阻垢劑，添加量按原水中難溶鹽的濃度確定。經過芯式過濾器的滲濾液直接進入一級反滲透高壓柱塞泵，DT膜系統每臺柱塞泵后都有一個減震器，用于吸收高壓泵產生的壓力脈沖，給膜柱提供平穩的壓力。

2.6 酸堿度

在電解處理垃圾滲濾液時，pH值對有機物的氧化去除有重要的影響。Fudala、Ksiazek等發現在酸性條件下，在Fe2+離子存在下電化學處理垃圾滲濾液提高了COD的氧化，但抑制了氨氮的去除。但是有一些研究者發現弱堿條件下去除效果更好。代晉國等研究發現在弱堿性條件下，電化學氧化垃圾滲濾液中的氨氮及COD的降解速率、電流效率及能耗均要比在強酸、強堿條件下高。電流密度電流密度是指電極單位面積上的電流，是電化學技術中一個很重要的運行參數，因為它控制了反應速率和·OH的產生量。一般來說，電流密度的增大，電極電勢增強，相應的電化學氧化反應也增強。如徐浩然等發現電流密度極大地影響氨氮的去除效果，隨著電流密度的增大，電極電勢增強，相應的電化學氧化反應也增強，系統對氨氮的去除效果越好。Quan等發現在電解過程中，增加電流密度可以提高污染物的去除率，這可能是由于陽極表面形成了更多的羥基自由基，或者是因為加速了氯/次氯酸鹽的生成。Pierpaoli等處理垃圾滲濾液時，在較高的電流密度（75m A/cm2）下，垃圾滲濾液中的全氟辛酸和全氟辛烷磺酸平均去除率可分別達到80%和78%，但在較低的電流密度（25mA/cm2）下，效率減半。但是電流密度存在一個極限，超過該極限時，處理效率將顯著降低，污染物去除率也不會進一步提高，甚至會降低COD的去除率。袁芳等發現當電流密度超過30mA/cm2時，活性氧化物過多，利用率反而下降，氨氮去除速率增加不明顯。

3 生活垃圾滲濾液膜濃縮液處理工藝的探討

3.1 濃縮液焚燒處理

焚燒法安全處置濃縮液一般適用于垃圾焚燒廠，在收集濃縮液后過濾，經霧化噴槍直接回噴至垃圾焚燒爐內，可徹底實現濃縮液的無害化、減量化。和國外垃圾不同，中國焚燒廠中垃圾含水率高，熱值較低，回噴技術對焚燒爐膛內燃燒和溫度影響較大。因此，濃縮液處理濃縮液采用回噴技術時需要合理控制回噴比，在不影響正常垃圾焚燒的情況下實現濃縮液的無害化。研究表明，當垃圾低位熱值小于4184kJ/kg時不允許進行回噴，當垃圾低位熱值逐漸升高至大于5439kJ/kg時可以進行濃縮液回噴，但各地實際回噴量隨著地域垃圾差別有較大差異，理論上允許回噴量隨熱值呈線性正相關關系，但一般不超過垃圾處理量的10%。將生活垃圾焚燒發電廠濃縮液以4.17m3/h回噴至設計入爐低位熱值為7118kJ/kg的750t/d焚燒爐中，能確保穩定運行，且排放煙氣中各污染物濃度符合國家標準。

3.2 高級氧化法

高級氧化法是一種通過化學氧化劑，結合光、聲、電、磁等物理化學過程，產生大量具有極強氧化性的羥基自由基（·OH）降解膜濃縮液中有機物的方法。高級氧化技術在城市污水和工業廢水處理領域應用已較為成熟，在膜濃縮液的處理中受到廣泛關注和應用，目前主要有Fenton法、臭氧氧化法、電化學氧化法、光催化氧化法、超臨界氧化法等。高級氧化法的優點主要有：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，較高效地去除有機物；COD去除效果明顯，色度和氨氮含量（NH3-N）顯著降低。但高級氧化法也存在許多問題：Fenton法需在酸性條件進行，反應條件苛刻，試劑用量大、處理時間長，運行成本較高，Fe（OH）3污泥的產生量約為進水量的10%，處理難度大；臭氧法電耗較高，運行成本較高，而且臭氧對金屬和非金屬有強腐蝕性；電化學氧化法陽極材料消耗量大，設備成本較高，存在二次產物處理問題；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，設備腐蝕較快，無機物溶解度小導致易堵塞，目前仍在研究階段；光催化氧化法受反應條件限制，光照無法透過渾濁溶液，有機物降解不徹底，目前仍在研究階段。此外，單一的高級氧化法處理膜濃縮液時出水無法達標，必須與其他處理工藝優化組合后才能達標排放，但存在組合工藝復雜、運行管理復雜、運行費用較高等問題。因此，研發更加便捷高效、低成本的高級氧化方法及其組合工藝是高級氧化法處理膜濃縮液的研究重點。

3.3 膜組合處理工藝

在組合工藝處理濃縮液中，常引入膜分離過程以強化濃縮液的處理過程。維爾利環保科技集團股份有限公司開發了“膠體分離膜-納濾”工藝對濃縮液進行全量處理，根據實際水質選擇膜孔徑。處理后產生的高濃廢水回灌、外運或焚燒處置，低濃度廢水經活性炭過濾后與納濾清液混合達標排放，產水率可達85%以上，出水COD一般不會超過80mg/L，應用于某500m3/d全量處理項目時，最終需進行處置的高濃廢水量為9m3/d，混排水491m3/d，其中COD在85～95mg/L。濟南市第二生活垃圾綜合處理廠濃縮液處理采用“預處理-MVR強制循環蒸發-單效釜蒸發-反滲透-離子交換”工藝，產水率76%，對COD、BOD和氨氮等污染物質的去除率均可達99%以上，出水達標排放。成都垃圾滲濾液廠三期處理工藝為“厭氧發酵-外置式膜生化反應器-納濾/反滲透（MBR+NF/RO）”，處理規模2000m3/d，納濾濃縮液通過“混凝-高級氧化”工藝處理達標后排放，反滲透濃縮液進入高壓反滲透減量系統減少水量后，通過浸沒式燃燒蒸發技術處理達標排放。佛山市白石坳生活圾填埋場采用“三級納濾-斜板蒸發-水泥固化”工藝全量處理300m3/d的納濾濃縮液，第一級納濾產生的再濃液進行斜板蒸發再濃縮后經水泥固化進行填埋，第一級清液經兩級納濾后最終實現294m3/d達標產水，直接運行成本約為89元/m濃縮液。可見，工程上常組合使用幾種工藝，將其特點和優勢整合以實現濃縮液的有效處理。部分組合工藝出水可直接達到排放標準或回用標準，也有部分工藝以提高可生化性為目的，工藝出水回到生化處理系統，最終實現達標排放。

3.4 蒸發法

蒸發法是指通過蒸發工藝將膜濃縮液的水分和易揮發的組分分離，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%。MVR/MVC的主要優點是低耗能，可達排放標準，工程經驗多；但是缺點主要有：換熱器、傳熱壁結焦結垢嚴重，揮發性有機物會二次溶解于冷凝液，對操作人員要求高，設備清洗維護難度大，運行成本高。SCE的主要優點是可減量達97%以上，對水質適應能力強，濃縮倍數高，難揮發性有機物分離效果好，維護成本較低，工程實例較多。雖然許多文獻認為SCE無傳熱壁、不結垢，但根據廣州市某生活垃圾填埋場的實際應用案例，SCE和其他蒸發工藝一樣都存在有機污染物和鹽分對蒸發設備的高溫腐蝕和結垢問題，腐蝕程度隨蒸發溫度的升高而增強，導致設備易結垢，需頻繁維修，無法持續工作，提高了維護成本，而且蒸發后的殘余物仍為液態，必須添加固化劑才能進行填埋處理。負壓蒸發技術是為了解決常壓加熱蒸發過程中Cl-腐蝕蒸發設備的問題而研發的，該技術的優點是負壓下降低水的沸點，同時不會降低蒸發效率，避免Cl-對設備的腐蝕[1]。

3.5 吸附法

吸附法主要有活性炭吸附法、復合型樹脂吸附法。活性炭吸附法的優點是對難降解有機物吸附作用好，出水中有機物濃度低。缺點是吸附效果受限于有機物分子大小與活性炭孔徑的匹配效應，且存在處理成本較高、活性炭吸附后不易再生、對親水性小分子有機物吸附效果差等問題。復合型樹脂吸附法是通過大孔樹脂、超高交聯樹脂表面修飾化學基團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又有較多親水基團的難降解有機物分子。該技術對膜濃縮液中腐殖酸的去除率高達80%以上，吸附后的樹脂采用醇堿作為脫附劑，在50℃下可完全脫附。但是，該技術仍處于研究階段[1]。

3.6 回噴燃燒法

回噴工藝是指將膜精礦回噴到焚燒爐中，通過控制爐溫和回噴比，可用于爐渣冷卻或粉煤灰潤濕。該工藝的主要優點是：污染物處理速度快，不排放廢水，鍋爐煙氣溫度較低；降低廢氣溫度，抑制熱性氮氧化物（NOX）的形成；焚燒爐為配套設施，運行成本低。主要缺點是：對精細化運行方式要求高，影響燃燒溫度，降低發電量；導致煙氣成分中灰分、水分、重金屬和氯（Cl-）含量增加，可能導致爐體等設備嚴重腐蝕和結焦問題；維護和調整過程延長，影響鍋爐負荷，降低鍋爐效率[2]。

3.7 膜蒸餾

膜蒸餾技術是膜處理技術與蒸餾技術工藝的結合，是利用疏水性微孔膜兩側產生的蒸氣壓對濃縮液進行膜分離處理的技術。主要優點是：與傳統蒸餾工藝相比體積小，設備簡單，操作搬運方便；可在常壓下進行，操作溫度低于傳統蒸餾工藝，可媲美膜生物反應器（MBR）+NF/RO常規工藝有效協調，只有揮發性成分才能通過膜和餾出物是純的。但其主要缺點是：膜及相關部件成本高，對進水水質有一定要求，膜處理量低，且仍存在減容后膜濃縮液的處理問題和減容不完全現象。膜蒸餾作為一項新技術，主要應用于海水淡化等領域，膜濃縮處理尚處于發展階段，需要進一步研究和改進以實現大規模應用[3]。

4 結束語

目前，膜分離技術越來越多地應用于生活垃圾滲濾液膜濃縮物的處理，膜濃縮物的安全、有效、環保處理已成為生活垃圾滲濾液處理行業的瓶頸。由于膜濃縮物的水質、水量和成分復雜多變，補給、反噴燃燒、膜蒸餾、蒸發、高級氧化、固化、吸附和腐植酸提取等技術各有優勢，但單一的處理方法。濃液無害化處理的要求在技術上難以滿足，還存在無害化、運行成本高、設備腐蝕、鈣化、焦化以及技術不成熟等問題。因此，建議結合各種技術的優勢，改進現有的膜濃縮液處理技術，深入研究資源化利用技術，整合易用、高效、環保的組合工藝，安全、有效、環保的濃縮液處理，新技術解決了膜濃縮處理的問題[4]。