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1、膜技术对垃圾渗滤液处理的研究 摘要: 阐述了垃圾渗滤液的现有处理方法，以及膜分离组合处理工艺、其他新型生物组合处理工艺的最新研究进展，并针对膜技术处理的优缺点提出了相应的建议及展望。关键词: 垃圾渗滤液; 膜分离; 生物组合工艺随着我国城市人口的增加，相应产生的生活垃圾量也在急剧增加。据预算，到2030 年我国城市生活垃圾量将超过4 亿t1。由于垃圾在堆放和填埋过程中压实、发酵等生物化学降解作用，同时在降水和地下水的渗流作用下产生了一种高浓度的有机或无机成分的液体垃圾渗滤液，它具有: 有机物浓度高，成分复杂，氨氮浓度、金属离子浓度含量高，色度高，水质变化大等特点。将会对地表水、地下水、土壤、大
2、气和生物造成严重的生态环境污染。目前，由于我国生活垃圾填埋场污染控制标准( GB 16889 - 2008) 的颁布，对垃圾渗滤液的排放标准更加严格，同时，对垃圾渗滤液的处理技术也提出了更高的要求，不断改进、优化处理技术是垃圾渗滤液处理的新的研究方向。1 垃圾渗滤液的传统处理工艺传统常用的垃圾渗滤液处理技术主要有: 生物处理技术、物化处理技术、膜分离技术、循环回灌技术、土地处理技术、蒸发处理技术、矿化垃圾处理技术以及上述技术的各种组合形式等2。物化处理不受水质水量变化的影响，出水水质较稳定，尤其是对BOD5 /COD 比值较低( 0. 07 0. 20) 难以生物处理的垃圾渗滤液，有较好的处理
3、效果。但其处理成本较高，不适于大水量垃圾渗滤液的处理; 生化处理技术相对成熟，且成本相对较低、效率高，消除了化学污泥等造成的二次污染，被广泛运用。土地处理投资低，易于管理，但受气候条件和地域限制3。循环回灌法简单经济，方便易行，综合利用性强; 合并处理费用低廉，但易造成冲击负荷，只适用于城市污水处理厂附近的垃圾填埋场渗滤液处理。对渗滤液的处理工艺，多采用生物处理- 物化法作为预处理或者后处理工艺，而土地法作为后处理工艺的系统或者作为单独的处理系统。但这些组合工艺在实际运行中也都存在一定的问题，为了尽可能地对渗滤液进行较为全面、有效地处理，在生物处理的基础上，必然需要对渗滤液进行一定的预处理。同
4、时，为了提高处理效果，还必须增加部分后处理工艺。传统的生物处理和物化处理技术非常适合高浓度污水( 垃圾渗滤液) 的处理和管理。生物处理技术可作为预处理工艺，降低或消除COD、氨氮和重金属离子; 物化处理技术可作为“稳定的处理工艺” ( 即有很少的生物降解过程) ，以去除难降解的有机物质。物化- 生物组合工艺避免了单个工艺的缺陷，处理效果好、经济有效，是目前垃圾渗滤液中应用较为广泛的方法之一。但是，随着垃圾填埋场的增多和垃圾渗滤液的趋于稳定化，常规处理工艺( 如生物或物化) 很难达到不断严格的排放标准，近几年来，基于膜处理的相关新型组合工艺在垃圾渗滤液处理上得到了广泛的应用。2 新型处理工艺2.
5、 1 膜分离处理组合工艺在垃圾渗滤液处理中，主要的膜处理工艺有微滤( MF) 、超滤( UF) 、纳滤( NF) 及反渗透( RO) 等。它们都是以压力差( 也称透膜压差)为推动力的膜分离过程，在膜两侧施加一定的压差时，可使一部分溶剂及小于膜孔径的组分透过膜，而微粒、大分子、盐等被膜截留下来，从而达到分离的目的。其主要区别在于被分离物粒子或分子的大小和所采用膜的结构与性能4，5。生物组合工艺在垃圾渗滤液的处理上的应用很广泛，但对于可生化性低、有机物浓度高的垃圾渗滤液来说，生物法处理效果往往不够理想，对其进一步深度处理是达到其出水要求的关键。与其他深度处理相比，膜分离技术以其出水效果好、不产生副
6、产物、操作简单等优势，在垃圾渗滤液处理中得到越来越广泛应用。2. 1. 1 微滤/超滤组合工艺微滤( MF) /超滤( UF) 是用来去除0. 002 0. 1m 或0. 1 10m 范围内的大分子有机物、胶体、SS 以及经沉淀后的重金属的一种有效方法。二者的共同点是作为其他膜处理( UF，NF 或RO)的预处理，不能单独使用。MF 作为预过滤阶段时，COD 的去除率在25% 35%6。Krug 和McDougall7实验研究用管式微滤膜和螺旋卷式反渗透膜联合处理垃圾渗滤液可行性，结果表明，MF 能去除渗滤液中SS 和金属离子，RO 几乎去除掉所有有机物和难溶性固体颗粒。Zenon8用MF 和
7、RO 膜组合工艺处理Muskokalakes 垃圾填埋场渗滤液。K. W. Pi9等利用超滤( UF ) - 水解酸化( HAR) - 好氧生物接触氧化( ABOR) 组合工艺对垃圾渗滤液进行处理，试验以进水流量20L /d、COD 负荷为0. 75 1. 5kg /md - 1 连续进行44d，经UF 预处理后，COD 浓度从20015mg /L 降到3000mg /L，氨氮从368. 6mg /L 降到259. 3mg /L。最终COD、氨氮的去除率分别达到99. 6%、93. 2%，其中UF 和HAR 对提高垃圾渗滤液的生物降解起到了重要的作用。董卫平10采用高效MBR + 膜深度技术处
8、理生活垃圾渗滤液，高效MBR 系统由生化反应器和超滤( UF) 组成，纳滤采用浓水二循环系统，通过增加系统的硝化液回流比、投加甲醇、纯碱等物质补充和调节的有机碳源和碱性物质等措施来均衡水质的各种变化，出水效果良好。此外，活性污泥法- 超滤- 化学氧化法、活性污泥法- 超滤- 反渗透等组合工艺都已得到了检测，结果显示仅在超滤阶段有机物质就已去除50%。Pirbazari 等11采用超滤- 生物活性炭( UF- BAC) 工艺处理垃圾渗滤液，TOC 去除率达到95% 98%，有机污染物的去除率超过了97%。李宝新等12对某生活垃圾填埋场渗滤液采用物化/三级生化/物化/超滤纳滤组合工艺进行处理，工艺
9、对COD 的去除率可达95%，出水COD 2. 1. 2 纳滤组合工艺纳滤是一种新型分子级膜分离技术。其膜孔径在1nm 以上，一般在1 2nm; 对溶质的截留性能介于RO 与UF 膜之间，对有机分子的截留率高于超滤膜13，能够去除二价、三价离子，Mn200的有机物，以及微生物、胶体、病毒等，且具有操作压力低( 350 1000kPa) 、成本低、浓缩液易于处理等特点14，经研究表明，纳滤可去除60% 70%的COD 和50%的NH +4 - N。纳滤与物理方法相结合对去除渗滤液中的COD 非常有效，其去除率为70% 80%15。在垃圾渗滤液处理中往往利用主体工艺与物化预处理结合的工艺。Jako
10、povic16通过NF - UF - 臭氧- MBR 对垃圾渗滤液的COD 去除研究，得出: MBR 的去除率仅为23%; 通过对不同孔径的UF 膜的选择，经UF 处理后，COD 去除率为23%; 臭氧( 1. 24mgO3 /mg COD) 对其去除率可达56%; NF 对COD的去除率达到91%，纳滤对垃圾渗滤液的处理是很理想的。而杨宪平17 等采用厌氧反应器( UASB) - 膜生物反应器( MBR) - 纳滤( NF)工艺处理垃圾填埋场废水，经处理后，出水CODCr和BOD5去除率分别为99. 4% 和99. 6%，且出水稳定，超滤膜采用陶瓷膜，具有清洗维护方便、耐酸、耐碱和耐高温等优
11、点，较好地解决了膜污染等问题。何红根18采用超滤( UF) - 碟管式反渗透膜方法( DTRO) 处理垃圾填埋场渗滤液，其中采用混凝- 超滤预处理垃圾渗滤液，DTRO 系统就是利用反渗透技术的原理，利用压力使渗滤液中的水分子透过反渗透膜，把所有污染物质包括小分子溶质，如氨氮等分子及离子截留，从而达到净化渗滤液的目的。主要利用DTRO 处理晚期渗滤液，系统对COD 总去除率 98%，且具有很高的稳定脱盐率，NH +4 - N 去除率虽然高达88%，但仍不能满足NH +4 - N 的达标排放。某生活垃圾填埋场采用UBF - MBR - 纳滤工艺处理，COD、BOD5、NH +4- N、SS 的平均
12、去除率分别达到97. 6%、98. 7%、98. 6%、98. 1%，各项指标均可达标排放，工艺处理效果好、运行稳定19。赵群英等20采用UASB - 吹脱塔- SBR - 纳滤( NF) 工艺处理垃圾渗滤液，经过UASB、吹脱塔进行部分脱氮、SBR 反应后，NH +4 - N 去除率为98. 5%，且SS、NH +4 - N 等能达到标准排放要求，部分难降解大分子有机物经纳滤处理后，清水产率为85%，COD 的平均去除率达90%，系统总体COD 去除率达99. 8%。2. 1. 3 反渗透组合工艺反渗透在垃圾渗滤液处理的新型工艺中是最有效的技术之一，它是利用反渗透膜的选择透过性和膜两侧的静压
13、差为原理，实现对混合物分离的膜过程。RO 膜几乎对所有的溶质都有很高的脱除率，而NF 膜只对特定的溶质具有高脱除率。对垃圾渗滤液中COD 与重金属离子的去除率分别超过了98%、99%。郭健等21利用多孔陶瓷微滤- 两级反渗透工艺处理垃圾渗滤液。经过陶瓷微滤预处理后，COD、NH +4 - N 的去除率、脱盐率分别在50. 3%、30. 2%、30. 1% 以上; 经一级反渗透后，COD、NH +4 - N 去除率、脱盐率分别维持在94. 8%、91. 3%、81. 6% 以上; 再经二级反渗透处理后，COD、NH +4 - N 去除率、脱盐率分别维持在80. 1%、81. 3%、85. 1%
14、以上。最终出水的CODOhsung Kwon 等22利用纳滤- 旋转盘膜( NF- RDM) - 反渗透( RO) 工艺处理高有机浓度的垃圾渗滤液，最佳转速控制在400rpm，经NF -RDM 系统处理后，CODCr、色度、TP 都有很高的去除率，但是NH +4 - N 的去除效果仅仅为25%。通过RO 处理后，NH +4 - N 的去除率达到了92%。Ahn 23等利用化学沉淀- 接触氧化- 旋转生物反应器- 粒状活性炭组合工艺处理垃圾渗滤液，其处理后COD、NH +4 - N 的去除率分别仅为66%、81%。而NF - RDM - RO 工艺对垃圾渗滤液的COD、氨氮有很好处理效果，其去除
15、率分别为97%、91%。国内某垃圾填埋场的渗滤液采用外置式膜生物反应器( MBR) - 反渗透( RO) 工艺进行处理，在碳源充足条件下，出水COD 庞会从等25采用MAP 沉淀- 水解酸化- 生物接触氧化- 反渗透组合工艺处理老龄垃圾渗滤液，化学沉淀法去除NH +4 - N 的最佳条件: pH = 9，n( Mg2 + ) n ( NH +4) n ( PO43 - ) = 1. 2 1 1. 05，搅拌速率170r /min，搅拌时间21 min; 水解酸化反应器内废水停留时间10 h，生物接触氧化反应器内废水停留时间12 h，生化出水经反渗透处理，可使出水主要污染物的去除率分别为: CO
16、D 为98. 7% 98. 9%、BOD5为91. 6% 95%、NH +4 - N 为99. 1% 99. 4%，出水可达到生活垃圾填埋场污染控制标准( GB16889 - 2008) 中生活垃圾填埋场水污染物排放浓度限值要求。崔锋等26对垃圾卫生填埋场渗滤液采用厌氧- BAF - 两级AO - MBR - RO 工艺处理，两级AO可以提高总氮去除率，RO 可进一步降低废水中的污染物浓度，最终使出水COD、BOD5、氨氮的去除率分别达到99. 3%、99. 6%、99. 3%，各项指标均能达标排放，由于费用低廉、运行可靠等优点，已在实践中得到了应用。徐守平等27采用反渗透膜处理技术与渗滤液的回灌相结合的方式对填埋场渗滤液进行处理，经预处理后，使pH 控制在6. 5 6. 8 范围内，最佳温度
