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(chuàng)環(huán)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(jí)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(gè)小型的生態(tài)系統(tǒng)，以對(duì)垃圾滲濾液進(jìn)行處理。每種處理方法都有優(yōu)缺點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中采用單一方法很難將垃圾滲濾液完全處理至達(dá)標(biāo)排放，土地處理法應(yīng)用較少，一般將物化法和生化法相結(jié)合，如預(yù)處理+生化處理+深度處理的組合工藝，以達(dá)到零排放、在深度處理過(guò)程中，通過(guò)納濾膜和反滲透膜能夠?qū)⒗鴿B濾液中的大部分有機(jī)物和鹽、氨氮等進(jìn)行有效過(guò)濾和截留，出水可達(dá)到生活垃圾填埋污染的控制標(biāo)準(zhǔn)，因此在多個(gè)地區(qū)得以廣泛應(yīng)用、膜過(guò)濾法雖然是目前主流的處理工藝，但其也會(huì)產(chǎn)生大量的濃縮液，其中的有機(jī)物、鹽含量和氨氮值均較高，如果不處理，則會(huì)造成更嚴(yán)重的環(huán)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(qiáng)調(diào)了膜處理前預(yù)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(fā)處理方法，包括浸沒(méi)燃燒蒸發(fā)法（SCE）和機(jī)械式蒸汽再壓縮處理法（MVC/MVR）。SCE法利用填埋場(chǎng)產(chǎn)生的填埋氣或厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣，將其與空氣充分混合后燃燒，產(chǎn)生的高溫?zé)煔庵苯油ㄈ霛饪s液中，使氣液進(jìn)行無(wú)固定界面的熱量傳遞，蒸發(fā)濃縮液中的水分，設(shè)備結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，不存在結(jié)垢、腐蝕的問(wèn)題，熱傳遞效率高、濃縮液經(jīng)SCE法再濃縮后可直接結(jié)渣或結(jié)晶，過(guò)程中產(chǎn)生的蒸汽冷凝液及燃燒排放的CO2、顆粒物及不凝氣等均穩(wěn)定滿足相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，但其對(duì)氨氮去除效率較低，實(shí)際蒸發(fā)率會(huì)隨原水水質(zhì)水量變化而產(chǎn)生一定波動(dòng)、上海老港滲濾液處理廠200m3/dSCE法實(shí)際項(xiàng)目噸水耗電量32kWh/m3，光大環(huán)保能源（鎮(zhèn)江）有限公司3臺(tái)SCE蒸發(fā)器（100m3/d）全量處理的平均噸水耗電量為15kWh/m3、可見(jiàn)，SCE法電耗相對(duì)較低，現(xiàn)已投入工程應(yīng)用。

2.2 回灌法

回灌法是膜濃縮液處理最為普遍和常見(jiàn)的方式之一該方法將填埋場(chǎng)作為生物反應(yīng)器，垃圾作為填料，通過(guò)厭氧生物的反應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)垃圾的穩(wěn)定化和降解處理。目前，回灌法在我國(guó)應(yīng)用廣泛，大部分垃圾填埋場(chǎng)的RO技術(shù)和NF技術(shù)都采用了這種方法來(lái)進(jìn)行濃縮液的處理?；毓喾ǖ膬?yōu)點(diǎn)在于建設(shè)運(yùn)行成本低；缺點(diǎn)主要有回灌時(shí)間越長(zhǎng)，有機(jī)物、鹽類(lèi)、重金屬等污染物質(zhì)累積，從而導(dǎo)致膜結(jié)垢嚴(yán)重，處理系統(tǒng)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(guò)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(yōu)點(diǎn)主要有：對(duì)污染物的處理速度快，無(wú)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(shè)施，運(yùn)行成本不高，缺點(diǎn)主要有：對(duì)精細(xì)化運(yùn)行操作要求高，影響焚燒溫度，減少發(fā)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(shè)備嚴(yán)重腐蝕和結(jié)焦問(wèn)題；維修調(diào)整過(guò)程加長(zhǎng)，從而影響鍋爐負(fù)荷，降低鍋爐效率。

2.4 砂濾過(guò)濾系統(tǒng)

沉淀池出水經(jīng)泵加壓后再進(jìn)入石英砂過(guò)濾器，進(jìn)一步去除滲濾液中的膠體物質(zhì)，防止對(duì)后續(xù)DTRO系統(tǒng)造成不利影響。砂濾器數(shù)量按具體處理規(guī)模確定，過(guò)濾精度為50μm，進(jìn)、出水端壓差超過(guò)2.5×105Pa的時(shí)候須執(zhí)行反洗程序。砂濾器反沖洗的頻率取決于進(jìn)水的懸浮物含量：對(duì)一般的垃圾填埋場(chǎng)，砂濾器反沖洗周期約為100h；對(duì)于SS值比較低的原水，砂濾運(yùn)行100h后若壓差未超過(guò)2.5×105Pa也須進(jìn)行反沖洗，以避免石英砂過(guò)度壓實(shí)發(fā)生板結(jié)現(xiàn)象。兩者以先到時(shí)間為自動(dòng)激活砂濾反洗時(shí)間。砂濾水洗采用原水，氣洗使用旋片壓縮機(jī)產(chǎn)生的壓縮空氣。砂濾處理水量為3m3/h，過(guò)濾速度為2.65m/h，反洗強(qiáng)度為30.0m/h，設(shè)備尺寸為Φ1.2m×3.0m，材質(zhì)為玻璃鋼。

2.5 兩級(jí)DTRO系統(tǒng)DTRO膜技術(shù)

即碟管式膜技術(shù)（DiscTubeModule），是一種專(zhuān)利型膜分離組件，專(zhuān)門(mén)針對(duì)高濃度料液的過(guò)濾分離而開(kāi)發(fā)，至今已成功應(yīng)用近30a。膜系統(tǒng)分為兩級(jí)DTRO，第1級(jí)反滲透需要從芯式過(guò)濾器后進(jìn)水，第2級(jí)反滲透處理第1級(jí)透過(guò)水。將原水儲(chǔ)罐出水泵送給反滲透設(shè)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(nèi)結(jié)垢，以有效延長(zhǎng)膜使用壽命，在一級(jí)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(jīng)過(guò)芯式過(guò)濾器的滲濾液直接進(jìn)入一級(jí)反滲透高壓柱塞泵，DT膜系統(tǒng)每臺(tái)柱塞泵后都有一個(gè)減震器，用于吸收高壓泵產(chǎn)生的壓力脈沖，給膜柱提供平穩(wěn)的壓力。

2.6 酸堿度

在電解處理垃圾滲濾液時(shí)，pH值對(duì)有機(jī)物的氧化去除有重要的影響。Fudala、Ksiazek等發(fā)現(xiàn)在酸性條件下，在Fe2+離子存在下電化學(xué)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(fā)現(xiàn)弱堿條件下去除效果更好。代晉國(guó)等研究發(fā)現(xiàn)在弱堿性條件下，電化學(xué)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(qiáng)酸、強(qiáng)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(xué)技術(shù)中一個(gè)很重要的運(yùn)行參數(shù)，因?yàn)樗刂屏朔磻?yīng)速率和·OH的產(chǎn)生量。一般來(lái)說(shuō)，電流密度的增大，電極電勢(shì)增強(qiáng)，相應(yīng)的電化學(xué)氧化反應(yīng)也增強(qiáng)。如徐浩然等發(fā)現(xiàn)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(shì)增強(qiáng)，相應(yīng)的電化學(xué)氧化反應(yīng)也增強(qiáng)，系統(tǒng)對(duì)氨氮的去除效果越好。Quan等發(fā)現(xiàn)在電解過(guò)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(yáng)極表面形成了更多的羥基自由基，或者是因?yàn)榧铀倭寺?次氯酸鹽的生成。Pierpaoli等處理垃圾滲濾液時(shí)，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(dá)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(gè)極限，超過(guò)該極限時(shí)，處理效率將顯著降低，污染物去除率也不會(huì)進(jìn)一步提高，甚至?xí)档虲OD的去除率。袁芳等發(fā)現(xiàn)當(dāng)電流密度超過(guò)30mA/cm2時(shí)，活性氧化物過(guò)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(guò)濾，經(jīng)霧化噴槍直接回噴至垃圾焚燒爐內(nèi)，可徹底實(shí)現(xiàn)濃縮液的無(wú)害化、減量化。和國(guó)外垃圾不同，中國(guó)焚燒廠中垃圾含水率高，熱值較低，回噴技術(shù)對(duì)焚燒爐膛內(nèi)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(shù)時(shí)需要合理控制回噴比，在不影響正常垃圾焚燒的情況下實(shí)現(xiàn)濃縮液的無(wú)害化。研究表明，當(dāng)垃圾低位熱值小于4184kJ/kg時(shí)不允許進(jìn)行回噴，當(dāng)垃圾低位熱值逐漸升高至大于5439kJ/kg時(shí)可以進(jìn)行濃縮液回噴，但各地實(shí)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(guān)關(guān)系，但一般不超過(guò)垃圾處理量的10%。將生活垃圾焚燒發(fā)電廠濃縮液以4.17m3/h回噴至設(shè)計(jì)入爐低位熱值為7118kJ/kg的750t/d焚燒爐中，能確保穩(wěn)定運(yùn)行，且排放煙氣中各污染物濃度符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 高級(jí)氧化法

高級(jí)氧化法是一種通過(guò)化學(xué)氧化劑，結(jié)合光、聲、電、磁等物理化學(xué)過(guò)程，產(chǎn)生大量具有極強(qiáng)氧化性的羥基自由基（·OH）降解膜濃縮液中有機(jī)物的方法。高級(jí)氧化技術(shù)在城市污水和工業(yè)廢水處理領(lǐng)域應(yīng)用已較為成熟，在膜濃縮液的處理中受到廣泛關(guān)注和應(yīng)用，目前主要有Fenton法、臭氧氧化法、電化學(xué)氧化法、光催化氧化法、超臨界氧化法等。高級(jí)氧化法的優(yōu)點(diǎn)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(jī)物；COD去除效果明顯，色度和氨氮含量（NH3-N）顯著降低。但高級(jí)氧化法也存在許多問(wèn)題：Fenton法需在酸性條件進(jìn)行，反應(yīng)條件苛刻，試劑用量大、處理時(shí)間長(zhǎng)，運(yùn)行成本較高，F(xiàn)e（OH）3污泥的產(chǎn)生量約為進(jìn)水量的10%，處理難度大；臭氧法電耗較高，運(yùn)行成本較高，而且臭氧對(duì)金屬和非金屬有強(qiáng)腐蝕性；電化學(xué)氧化法陽(yáng)極材料消耗量大，設(shè)備成本較高，存在二次產(chǎn)物處理問(wèn)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(shè)備腐蝕較快，無(wú)機(jī)物溶解度小導(dǎo)致易堵塞，目前仍在研究階段；光催化氧化法受反應(yīng)條件限制，光照無(wú)法透過(guò)渾濁溶液，有機(jī)物降解不徹底，目前仍在研究階段。此外，單一的高級(jí)氧化法處理膜濃縮液時(shí)出水無(wú)法達(dá)標(biāo)，必須與其他處理工藝優(yōu)化組合后才能達(dá)標(biāo)排放，但存在組合工藝復(fù)雜、運(yùn)行管理復(fù)雜、運(yùn)行費(fèi)用較高等問(wèn)題。因此，研發(fā)更加便捷高效、低成本的高級(jí)氧化方法及其組合工藝是高級(jí)氧化法處理膜濃縮液的研究重點(diǎn)。

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(guò)程以強(qiáng)化濃縮液的處理過(guò)程。維爾利環(huán)?？萍技瘓F(tuán)股份有限公司開(kāi)發(fā)了“膠體分離膜-納濾”工藝對(duì)濃縮液進(jìn)行全量處理，根據(jù)實(shí)際水質(zhì)選擇膜孔徑。處理后產(chǎn)生的高濃廢水回灌、外運(yùn)或焚燒處置，低濃度廢水經(jīng)活性炭過(guò)濾后與納濾清液混合達(dá)標(biāo)排放，產(chǎn)水率可達(dá)85%以上，出水COD一般不會(huì)超過(guò)80mg/L，應(yīng)用于某500m3/d全量處理項(xiàng)目時(shí)，最終需進(jìn)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(jì)南市第二生活垃圾綜合處理廠濃縮液處理采用“預(yù)處理-MVR強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)-單效釜蒸發(fā)-反滲透-離子交換”工藝，產(chǎn)水率76%，對(duì)COD、BOD和氨氮等污染物質(zhì)的去除率均可達(dá)99%以上，出水達(dá)標(biāo)排放。成都垃圾滲濾液廠三期處理工藝為“厭氧發(fā)酵-外置式膜生化反應(yīng)器-納濾/反滲透（MBR+NF/RO）”，處理規(guī)模2000m3/d，納濾濃縮液通過(guò)“混凝-高級(jí)氧化”工藝處理達(dá)標(biāo)后排放，反滲透濃縮液進(jìn)入高壓反滲透減量系統(tǒng)減少水量后，通過(guò)浸沒(méi)式燃燒蒸發(fā)技術(shù)處理達(dá)標(biāo)排放。佛山市白石坳生活圾填埋場(chǎng)采用“三級(jí)納濾-斜板蒸發(fā)-水泥固化”工藝全量處理300m3/d的納濾濃縮液，第一級(jí)納濾產(chǎn)生的再濃液進(jìn)行斜板蒸發(fā)再濃縮后經(jīng)水泥固化進(jìn)行填埋，第一級(jí)清液經(jīng)兩級(jí)納濾后最終實(shí)現(xiàn)294m3/d達(dá)標(biāo)產(chǎn)水，直接運(yùn)行成本約為89元/m濃縮液?？梢?jiàn)，工程上常組合使用幾種工藝，將其特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)整合以實(shí)現(xiàn)濃縮液的有效處理。部分組合工藝出水可直接達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)或回用標(biāo)準(zhǔn)，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(tǒng)，最終實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。

3.4 蒸發(fā)法

蒸發(fā)法是指通過(guò)蒸發(fā)工藝將膜濃縮液的水分和易揮發(fā)的組分分離，污染物殘留在濃縮液中的過(guò)程，濃縮液可濃縮至原體積的2%～10%。MVR/MVC的主要優(yōu)點(diǎn)是低耗能，可達(dá)排放標(biāo)準(zhǔn)，工程經(jīng)驗(yàn)多；但是缺點(diǎn)主要有：換熱器、傳熱壁結(jié)焦結(jié)垢嚴(yán)重，揮發(fā)性有機(jī)物會(huì)二次溶解于冷凝液，對(duì)操作人員要求高，設(shè)備清洗維護(hù)難度大，運(yùn)行成本高。SCE的主要優(yōu)點(diǎn)是可減量達(dá)97%以上，對(duì)水質(zhì)適應(yīng)能力強(qiáng)，濃縮倍數(shù)高，難揮發(fā)性有機(jī)物分離效果好，維護(hù)成本較低，工程實(shí)例較多。雖然許多文獻(xiàn)認(rèn)為SCE無(wú)傳熱壁、不結(jié)垢，但根據(jù)廣州市某生活垃圾填埋場(chǎng)的實(shí)際應(yīng)用案例，SCE和其他蒸發(fā)工藝一樣都存在有機(jī)污染物和鹽分對(duì)蒸發(fā)設(shè)備的高溫腐蝕和結(jié)垢問(wèn)題，腐蝕程度隨蒸發(fā)溫度的升高而增強(qiáng)，導(dǎo)致設(shè)備易結(jié)垢，需頻繁維修，無(wú)法持續(xù)工作，提高了維護(hù)成本，而且蒸發(fā)后的殘余物仍為液態(tài)，必須添加固化劑才能進(jìn)行填埋處理。負(fù)壓蒸發(fā)技術(shù)是為了解決常壓加熱蒸發(fā)過(guò)程中Cl-腐蝕蒸發(fā)設(shè)備的問(wèn)題而研發(fā)的，該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是負(fù)壓下降低水的沸點(diǎn)，同時(shí)不會(huì)降低蒸發(fā)效率，避免Cl-對(duì)設(shè)備的腐蝕[1]。

3.5 吸附法

吸附法主要有活性炭吸附法、復(fù)合型樹(shù)脂吸附法。活性炭吸附法的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)難降解有機(jī)物吸附作用好，出水中有機(jī)物濃度低。缺點(diǎn)是吸附效果受限于有機(jī)物分子大小與活性炭孔徑的匹配效應(yīng)，且存在處理成本較高、活性炭吸附后不易再生、對(duì)親水性小分子有機(jī)物吸附效果差等問(wèn)題。復(fù)合型樹(shù)脂吸附法是通過(guò)大孔樹(shù)脂、超高交聯(lián)樹(shù)脂表面修飾化學(xué)基團(tuán)形成具有吸附作用與離子交換作用的新型雙功能樹(shù)脂，適用于既有疏水基團(tuán)又有較多親水基團(tuán)的難降解有機(jī)物分子。該技術(shù)對(duì)膜濃縮液中腐殖酸的去除率高達(dá)80%以上，吸附后的樹(shù)脂采用醇?jí)A作為脫附劑，在50℃下可完全脫附。但是，該技術(shù)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(guò)控制爐溫和回噴比，可用于爐渣冷卻或粉煤灰潤(rùn)濕。該工藝的主要優(yōu)點(diǎn)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(shè)施，運(yùn)行成本低。主要缺點(diǎn)是：對(duì)精細(xì)化運(yùn)行方式要求高，影響燃燒溫度，降低發(fā)電量；導(dǎo)致煙氣成分中灰分、水分、重金屬和氯（Cl-）含量增加，可能導(dǎo)致?tīng)t體等設(shè)備嚴(yán)重腐蝕和結(jié)焦問(wèn)題；維護(hù)和調(diào)整過(guò)程延長(zhǎng)，影響鍋爐負(fù)荷，降低鍋爐效率[2]。

3.7 膜蒸餾

膜蒸餾技術(shù)是膜處理技術(shù)與蒸餾技術(shù)工藝的結(jié)合，是利用疏水性微孔膜兩側(cè)產(chǎn)生的蒸氣壓對(duì)濃縮液進(jìn)行膜分離處理的技術(shù)。主要優(yōu)點(diǎn)是：與傳統(tǒng)蒸餾工藝相比體積小，設(shè)備簡(jiǎn)單，操作搬運(yùn)方便；可在常壓下進(jìn)行，操作溫度低于傳統(tǒng)蒸餾工藝，可媲美膜生物反應(yīng)器（MBR）+NF/RO常規(guī)工藝有效協(xié)調(diào)，只有揮發(fā)性成分才能通過(guò)膜和餾出物是純的。但其主要缺點(diǎn)是：膜及相關(guān)部件成本高，對(duì)進(jìn)水水質(zhì)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(wèn)題和減容不完全現(xiàn)象。膜蒸餾作為一項(xiàng)新技術(shù)，主要應(yīng)用于海水淡化等領(lǐng)域，膜濃縮處理尚處于發(fā)展階段，需要進(jìn)一步研究和改進(jìn)以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用[3]。

4 結(jié)束語(yǔ)

目前，膜分離技術(shù)越來(lái)越多地應(yīng)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(huán)保處理已成為生活垃圾滲濾液處理行業(yè)的瓶頸。由于膜濃縮物的水質(zhì)、水量和成分復(fù)雜多變，補(bǔ)給、反噴燃燒、膜蒸餾、蒸發(fā)、高級(jí)氧化、固化、吸附和腐植酸提取等技術(shù)各有優(yōu)勢(shì)，但單一的處理方法。濃液無(wú)害化處理的要求在技術(shù)上難以滿足，還存在無(wú)害化、運(yùn)行成本高、設(shè)備腐蝕、鈣化、焦化以及技術(shù)不成熟等問(wèn)題。因此，建議結(jié)合各種技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，改進(jìn)現(xiàn)有的膜濃縮液處理技術(shù)，深入研究資源化利用技術(shù)，整合易用、高效、環(huán)保的組合工藝，安全、有效、環(huán)保的濃縮液處理，新技術(shù)解決了膜濃縮處理的問(wèn)題[4]。