膜技术在垃圾渗滤液处理中的应用

马平元

摘要：介绍了由于城市化进度的深入，人们在生产活动中形成的垃圾类型不断增多，垃圾填埋区渗滤液的治理也变成垃圾填埋场规划、运营与管理中的难点问题。解释了渗滤液大都源自降雨与垃圾本身内含水，机器分解垃圾的内含水。渗滤液流动时由于物理原因、化学原因以及生物原因等出现性质改变。根据垃圾渗滤液特征，分析几种治理方法的效果，着重探究了垃圾渗滤液治理方面膜技术的使用。

关键词：垃圾;渗滤液;治理;膜技术

中图分类号：X703 文献标志码：A

目前关于垃圾渗滤液治理的方法有：生物法、土地治理法与物化法等。通過长期实践使用证明，物化法治理垃圾渗滤液的效果比较好，但是要加入一些化学药物，成本很高，且有二次污染的可能性;生物法治理渗滤液的成本低，但治理效果不佳;土地治理法在使用时的出水含量依旧很高，还需要二次治理才能够有一定成效，且工艺比较繁琐。伴随膜技术的产生，在渗滤液治理中的应用获得了显著成效。

1垃圾渗滤液特点

1.1水质水量改变很大

垃圾形成的时段不一样，因此垃圾填埋时间较为分散，导致渗滤液于不同填埋时间段表现出不同的水质差别。垃圾填埋早期，渗滤液通常是黑色，工艺治理也较为容易，且该过程的渗滤液存在一定的可生化性。伴随填埋时间的持续延伸，渗滤液可生化性不断下降，氨氮含量不断增多，工艺治理越来越困难，且渗滤液颜色成为褐色。垃圾渗滤液治理阶段，选取的治理工艺要满足特殊阶段渗滤液的水质特点与治理需求。

1.2垃圾渗滤液内有机物浓度类型多

垃圾渗滤液内具有含量很多的有机物质与无机盐，这类物质对生态污染较大。经检测表明，垃圾渗滤液内存在的有机污染物类型很多，比如多环芳径类、胺类以及脂类等。而且，垃圾渗滤液内含有大量重金属离子，这样会限制生物分解速度，极大损坏土壤机能。

1.3微生物养分物质比例失调，氨氮浓度高

在许多因素干扰下，垃圾渗滤液中水质有很高的繁琐性，其中可生化性BOD5/CODcr与营养素C/N所表现的比例特点也常常出现变化，使得在不同填埋时段垃圾渗滤液中C/N比例失调，BOD5/CODcr比例改变异常，导致渗滤液生化治理难度加大。而且，许多垃圾填埋区年限很长，在长期的微生物养分物质比例失调的状态下，渗滤液内的氨氮比例不断增多。

2垃圾渗滤液治理中膜技术的使用

垃圾渗滤液治理中采用膜技术，根据膜孔径大小能够把使用的膜分成微滤膜、超滤膜、纳滤膜与反渗漏膜。这些膜的使用原理均是依靠压力差的推动功能，筛分渗滤液内的污染成分。但是这四种膜在治理垃圾渗滤液时的功能及作用不一样，下面就对这几种膜技术于垃圾渗滤液治理中的使用进行详细探究。

2.1微滤膜（MF）

MF孔径很大，通常是0.02-1.2um，其截留分子量主要指平均孔径。MF在压力差影响下，以脱离溶液内不同粒径的微粒为主，进而突出膜的过滤作用。膜截留形式包含：吸收截留、架桥截留、线上内部截留与机械截留。

MF的孔径很大，常常被用作清理大的微粒、菌体、胶体以及悬浮固体等，在压力差推动下这类大微粒得以截留，但小分子成分随着水溶液渗透MF，进而达到筛选不同微粒粒径的目的。所以，MF通常用作预治理的澄清、除菌和保安过滤等功能，降低后期膜运行压力。Moravia等把MF联合纳滤膜治理垃圾渗滤液，结果显示MF预治理的稳定性。郭健等探究微滤和反渗漏的组合方法治理垃圾渗滤液，结果显示MF尽管对垃圾渗滤液内污染物清除率很低，但是通过MF的筛分，治理后的水质得以改善，且满足反渗漏膜的入水标准。MF在预治理工艺上的高效性，也能够用作其他工艺的预治理顺序，对垃圾渗滤液实施治理。Visvanathan等探究了MF作为O3氧化的预治理，结果验证了MF和其他工艺的联合治理垃圾渗滤液也存在较好的成效。所以，微滤用作预治理工序可以提升后期设备的入水质量，如果搭配其他膜技术的治理垃圾渗滤液出水质量会更佳。

2.2超滤膜（UF）

UF孔径处在MF和纳滤膜之间，大概是0.001-0.1um。UF依靠压力差的推动功能，把一些大分子有机物、胶体与微粒截留，其截留分子量通常是1 000-3 000。

UF在外部压差影响下，对不同粒径的颗粒实施物理筛分，促使小分子水溶液渗透UF，大分子物质、胶体等成分被截留，从而达到分离、净化与浓缩等目的。UF可以有效分开大分子成分、胶体与微粒，但是对垃圾渗滤液治理效果不好，出水质量浓度依旧较高，所以UF能用作前治理顺序。Bohdziewicz等探究超滤用作预治理和反渗透配合治理垃圾渗滤液，通过治理的水质得以改善，符合反渗透入水水质标准，进而降低反渗漏膜治理压力，提升治理效率。Piatkiewicz等在超滤和反渗透搭配之前，增加MF前治理工序治理垃圾渗滤液，结果表明通过MF预治理，然后通过UF治理后，而UF对COD的清除率较低，只有5%-10%，未突出UF的筛分功能。所以，选取恰当的双膜搭配工艺，既提升了出水质量，还可以降低投资费用，进而产生简洁科学的垃圾渗滤液治理方法。此外，膜的孔径和垃圾渗滤液的治理效率有紧密联系。Pi等分析不同孔径的UF作为预治理工序对垃圾渗滤液内污染成本的治理效果，结果表明膜孔径越小治理效果越明显，但是也增多了操作负担及能耗。Renou等探究石灰絮凝和UF配合工艺，结果显示孔径小的超滤膜对COD的治理效率达到66%。但在具体使用时，膜孔径越小所要的操作负担越大，并且容易产生膜污染，下降膜的治理效率。所以，在实际项目使用中，按照垃圾渗滤液属性和治理要求，选取恰当的UF搭配工艺，有助于提升膜的运行效率，延伸膜的应用周期。

2.3纳滤膜（NF）

NF孔径很细，处在UF和反渗漏膜之间，通常在0.001-0.01 ptm之间，在压力影响下，脱离溶液内小分子物质具有很好的成效，其截留分子量是200-1000。另外，NF表面含有的电荷能够和不同价态的电荷阴离子出现Donnan电位效应。

NF所具备的Donnan效应，提升了NF对各种价态离子的截留水平，有研究表明对二价金属离子清除率95%，对高价态金属离子清除率达到98%。NF的高透水率与高截留金属盐、胶体微粒与有机物的特征，所以在食物、化工、制药等领域使用范围很大，尤其是在渗滤液治理方面。在治理垃圾渗滤液时，NF主要用作深度治理順序。Kwon等直接选择NF治理渗滤液，结果表明渗滤液内的COD、总磷以及总氮清除效果较好，但是高含量的渗滤液如果不通过预治理会加速膜的污染，从而加大膜的操作负担，缩短膜的应用时间。Chaudhari等探究发现NF对Cd²⁺、zn²⁺、Ni²⁺、Cu²⁺与cr³⁺等金属离子的清除率大概在90%之上，但对氨氮的治理效果很差，清除率仅有13.9%。具体原因在于氨氮是小分子基质，无法被NF截留，并且氨氮是中性电荷物质无法和NF形成Donnan电位效应，因此对氨氮的治理率很低。对于NF的这个特征，Li等把MBR用作纳滤的预治理，然后治理垃圾渗滤液，结果表明渗滤液内的氨氮几倍被MBR清除，MBR和NF的搭配方法对渗滤液治理具有很好的成效。

2.4反渗漏膜（RO）

RO孔径比NF细密，通常小于lnm，RO截留的分子量少于200。RO和其余三种膜的运行原理不一样，是以膜两边的静压差为推动作用，溶液从高含量超低含量渗漏，进而达到脱离、净化污染成分的目的。

RO对胶体微粒、金属盐、固体微粒以及有机物等截留水平很高，多用在污水治理、海水淡化、纯水制造等方面。当前，现有的研究显示RO对垃圾渗滤液的治理效果明显，常常用作垃圾渗滤液的深入治理工序。Hasar等先以氮吹脱除氮，然后用MBR和RO配合工艺治理高含量有机物与高氨氮的垃圾渗滤液，最后表明RO出水的COD、氨氮的清除率与脱盐率大概超过90%。由此发现，RO的高治理效果，而且还发现膜通量和操作负担之间的关系，指高的摩通量要求提供很大的操作负担，从而增多了运行阶段的能耗与高治理费用。所以，在具体使用时要从提升膜的渗漏量与减小操作负担完善RO。有些研究表明，渗滤液通过MF、NF等或其他方法的预治理后，入水水质得以改善，进而提升了膜的渗漏量。Kwon等规划NF和RO配合工艺治理渗滤液，探究结果显示RO产水内COD、氨氮清除率分别是95.2%与90.6%。所以，选取恰当的预治理工艺，可以减少膜的污染。伴随膜的使用时间延长，膜通量愈少，膜污染会更加严重。膜污染会下降膜系统运转的出水质量，并且膜的反腐清晰和更换也增多了膜过滤费用。

3结束语

垃圾渗滤液的高含量污染物、毒性强、难分解等特征，通常采取的物理、化学、生化等方法均很难符合出水需求，而膜技术于垃圾渗滤液治理方面具备治理效果好、操作方便等优势，但是只采取膜技术将加重膜污染问题，减小膜的通透量，从而增多了运行治理成本，所以垃圾渗滤液的治理联合MF、NF、RO以及UF四种膜的特征，相互串联把大孔径的颗粒与超滤用作预治理工序，小孔径的NF与RO作为深入治理工序，方可达到良好的出水质量。另外，膜的污染能够通过膜清洗来提高其治理效率。