生活垃圾渗滤液膜浓缩液处理工艺探讨

李选顺 LI Xuan-shun

（北京首创环投资技有限公司，北京 100020）

1 生活垃圾渗滤液膜浓缩液处理的意义

垃圾渗滤液的处理方法很多，主要有物化处理法、生化处理法和土地处理法等、物化处理法主要有活性炭吸附、混凝沉淀、高级氧化、电解和膜处理等。生化处理法主要有厌氧和好氧处理。而土地处理法主要是利用土壤中的微生物、水生植物等建立一个小型的生态系统，以对垃圾渗滤液进行处理。每种处理方法都有优缺点，在实际应用中采用单一方法很难将垃圾渗滤液完全处理至达标排放，土地处理法应用较少，一般将物化法和生化法相结合，如预处理+生化处理+深度处理的组合工艺，以达到零排放、在深度处理过程中，通过纳滤膜和反渗透膜能够将垃圾渗滤液中的大部分有机物和盐、氨氮等进行有效过滤和截留，出水可达到生活垃圾填埋污染的控制标准，因此在多个地区得以广泛应用、膜过滤法虽然是目前主流的处理工艺，但其也会产生大量的浓缩液，其中的有机物、盐含量和氨氮值均较高，如果不处理，则会造成更严重的环境污染、王凯等人介绍了膜处理后的Fenton氧化和臭氧氧化工艺，另外还强调了膜处理前预处理的重要性。

2 生活垃圾渗滤液膜浓缩液处理工艺

2.1 渗滤液浓缩液物理处理的典型工艺

就是浓缩液的蒸发处理方法，包括浸没燃烧蒸发法（SCE）和机械式蒸汽再压缩处理法（MVC/MVR）。SCE法利用填埋场产生的填埋气或厌氧发酵产生的沼气，将其与空气充分混合后燃烧，产生的高温烟气直接通入浓缩液中，使气液进行无固定界面的热量传递，蒸发浓缩液中的水分，设备结构较简单，不存在结垢、腐蚀的问题，热传递效率高、浓缩液经SCE法再浓缩后可直接结渣或结晶，过程中产生的蒸汽冷凝液及燃烧排放的CO2、颗粒物及不凝气等均稳定满足相应标准，但其对氨氮去除效率较低，实际蒸发率会随原水水质水量变化而产生一定波动、上海老港渗滤液处理厂200m3/dSCE法实际项目吨水耗电量32kWh/m3，光大环保能源（镇江）有限公司3台SCE蒸发器（100m3/d）全量处理的平均吨水耗电量为15kWh/m3、可见，SCE法电耗相对较低，现已投入工程应用。

2.2 回灌法

回灌法是膜浓缩液处理最为普遍和常见的方式之一该方法将填埋场作为生物反应器，垃圾作为填料，通过厌氧生物的反应来实现垃圾的稳定化和降解处理。目前，回灌法在我国应用广泛，大部分垃圾填埋场的RO技术和NF技术都采用了这种方法来进行浓缩液的处理。回灌法的优点在于建设运行成本低；缺点主要有回灌时间越长，有机物、盐类、重金属等污染物质累积，从而导致膜结垢严重，处理系统失效（如图1所示）。

图1 回灌法示意图

2.3 回喷燃烧法

回喷燃烧法是指将膜浓缩液回喷到焚烧炉，通过控制炉温和回喷比例从而将其用于炉渣冷却或飞灰增湿。该方法的优点主要有：对污染物的处理速度快，无废水排放，降低锅炉烟道温度；降低烟温，抑制热力型氮氧化物（NOX）的生成；焚烧炉是配套设施，运行成本不高，缺点主要有：对精细化运行操作要求高，影响焚烧温度，减少发电量；造成烟气成分中的灰分、水分、重金属和氯（Cl-）等含量的增加，可能造成炉体等设备严重腐蚀和结焦问题；维修调整过程加长，从而影响锅炉负荷，降低锅炉效率。

2.4 砂滤过滤系统

沉淀池出水经泵加压后再进入石英砂过滤器，进一步去除渗滤液中的胶体物质，防止对后续DTRO系统造成不利影响。砂滤器数量按具体处理规模确定，过滤精度为50μm，进、出水端压差超过2.5×105Pa的时候须执行反洗程序。砂滤器反冲洗的频率取决于进水的悬浮物含量：对一般的垃圾填埋场，砂滤器反冲洗周期约为100h；对于SS值比较低的原水，砂滤运行100h后若压差未超过2.5×105Pa也须进行反冲洗，以避免石英砂过度压实发生板结现象。两者以先到时间为自动激活砂滤反洗时间。砂滤水洗采用原水，气洗使用旋片压缩机产生的压缩空气。砂滤处理水量为3m3/h，过滤速度为2.65m/h，反洗强度为30.0m/h，设备尺寸为Φ1.2m×3.0m，材质为玻璃钢。

2.5 两级DTRO系统DTRO膜技术

即碟管式膜技术（DiscTubeModule），是一种专利型膜分离组件，专门针对高浓度料液的过滤分离而开发，至今已成功应用近30a。膜系统分为两级DTRO，第1级反渗透需要从芯式过滤器后进水，第2级反渗透处理第1级透过水。将原水储罐出水泵送给反渗透设备，由砂滤器增压泵提供压力。为防止各种难溶性硫酸盐、硅酸盐在膜组件内结垢，以有效延长膜使用寿命，在一级反渗透膜前加入一定量的阻垢剂，添加量按原水中难溶盐的浓度确定。经过芯式过滤器的渗滤液直接进入一级反渗透高压柱塞泵，DT膜系统每台柱塞泵后都有一个减震器，用于吸收高压泵产生的压力脉冲，给膜柱提供平稳的压力。

2.6 酸碱度

在电解处理垃圾渗滤液时，pH值对有机物的氧化去除有重要的影响。Fudala、Ksiazek等发现在酸性条件下，在Fe2+离子存在下电化学处理垃圾渗滤液提高了COD的氧化，但抑制了氨氮的去除。但是有一些研究者发现弱碱条件下去除效果更好。代晋国等研究发现在弱碱性条件下，电化学氧化垃圾渗滤液中的氨氮及COD的降解速率、电流效率及能耗均要比在强酸、强碱条件下高。电流密度电流密度是指电极单位面积上的电流，是电化学技术中一个很重要的运行参数，因为它控制了反应速率和·OH的产生量。一般来说，电流密度的增大，电极电势增强，相应的电化学氧化反应也增强。如徐浩然等发现电流密度极大地影响氨氮的去除效果，随着电流密度的增大，电极电势增强，相应的电化学氧化反应也增强，系统对氨氮的去除效果越好。Quan等发现在电解过程中，增加电流密度可以提高污染物的去除率，这可能是由于阳极表面形成了更多的羟基自由基，或者是因为加速了氯/次氯酸盐的生成。Pierpaoli等处理垃圾渗滤液时，在较高的电流密度（75m A/cm2）下，垃圾渗滤液中的全氟辛酸和全氟辛烷磺酸平均去除率可分别达到80%和78%，但在较低的电流密度（25mA/cm2）下，效率减半。但是电流密度存在一个极限，超过该极限时，处理效率将显著降低，污染物去除率也不会进一步提高，甚至会降低COD的去除率。袁芳等发现当电流密度超过30mA/cm2时，活性氧化物过多，利用率反而下降，氨氮去除速率增加不明显。

3 生活垃圾渗滤液膜浓缩液处理工艺的探讨

3.1 浓缩液焚烧处理

焚烧法安全处置浓缩液一般适用于垃圾焚烧厂，在收集浓缩液后过滤，经雾化喷枪直接回喷至垃圾焚烧炉内，可彻底实现浓缩液的无害化、减量化。和国外垃圾不同，中国焚烧厂中垃圾含水率高，热值较低，回喷技术对焚烧炉膛内燃烧和温度影响较大。因此，浓缩液处理浓缩液采用回喷技术时需要合理控制回喷比，在不影响正常垃圾焚烧的情况下实现浓缩液的无害化。研究表明，当垃圾低位热值小于4184kJ/kg时不允许进行回喷，当垃圾低位热值逐渐升高至大于5439kJ/kg时可以进行浓缩液回喷，但各地实际回喷量随着地域垃圾差别有较大差异，理论上允许回喷量随热值呈线性正相关关系，但一般不超过垃圾处理量的10%。将生活垃圾焚烧发电厂浓缩液以4.17m3/h回喷至设计入炉低位热值为7118kJ/kg的750t/d焚烧炉中，能确保稳定运行，且排放烟气中各污染物浓度符合国家标准。

3.2 高级氧化法

高级氧化法是一种通过化学氧化剂，结合光、声、电、磁等物理化学过程，产生大量具有极强氧化性的羟基自由基（·OH）降解膜浓缩液中有机物的方法。高级氧化技术在城市污水和工业废水处理领域应用已较为成熟，在膜浓缩液的处理中受到广泛关注和应用，目前主要有Fenton法、臭氧氧化法、电化学氧化法、光催化氧化法、超临界氧化法等。高级氧化法的优点主要有：适用于处理高浓度难生化降解的废水，显著地提升浓缩液的可生化性，较高效地去除有机物；COD去除效果明显，色度和氨氮含量（NH3-N）显著降低。但高级氧化法也存在许多问题：Fenton法需在酸性条件进行，反应条件苛刻，试剂用量大、处理时间长，运行成本较高，Fe（OH）3污泥的产生量约为进水量的10%，处理难度大；臭氧法电耗较高，运行成本较高，而且臭氧对金属和非金属有强腐蚀性；电化学氧化法阳极材料消耗量大，设备成本较高，存在二次产物处理问题；超临界水氧化法及超临界水催化氧化法的初期投资成本较高，设备腐蚀较快，无机物溶解度小导致易堵塞，目前仍在研究阶段；光催化氧化法受反应条件限制，光照无法透过浑浊溶液，有机物降解不彻底，目前仍在研究阶段。此外，单一的高级氧化法处理膜浓缩液时出水无法达标，必须与其他处理工艺优化组合后才能达标排放，但存在组合工艺复杂、运行管理复杂、运行费用较高等问题。因此，研发更加便捷高效、低成本的高级氧化方法及其组合工艺是高级氧化法处理膜浓缩液的研究重点。

3.3 膜组合处理工艺

在组合工艺处理浓缩液中，常引入膜分离过程以强化浓缩液的处理过程。维尔利环保科技集团股份有限公司开发了“胶体分离膜-纳滤”工艺对浓缩液进行全量处理，根据实际水质选择膜孔径。处理后产生的高浓废水回灌、外运或焚烧处置，低浓度废水经活性炭过滤后与纳滤清液混合达标排放，产水率可达85%以上，出水COD一般不会超过80mg/L，应用于某500m3/d全量处理项目时，最终需进行处置的高浓废水量为9m3/d，混排水491m3/d，其中COD在85～95mg/L。济南市第二生活垃圾综合处理厂浓缩液处理采用“预处理-MVR强制循环蒸发-单效釜蒸发-反渗透-离子交换”工艺，产水率76%，对COD、BOD和氨氮等污染物质的去除率均可达99%以上，出水达标排放。成都垃圾渗滤液厂三期处理工艺为“厌氧发酵-外置式膜生化反应器-纳滤/反渗透（MBR+NF/RO）”，处理规模2000m3/d，纳滤浓缩液通过“混凝-高级氧化”工艺处理达标后排放，反渗透浓缩液进入高压反渗透减量系统减少水量后，通过浸没式燃烧蒸发技术处理达标排放。佛山市白石坳生活圾填埋场采用“三级纳滤-斜板蒸发-水泥固化”工艺全量处理300m3/d的纳滤浓缩液，第一级纳滤产生的再浓液进行斜板蒸发再浓缩后经水泥固化进行填埋，第一级清液经两级纳滤后最终实现294m3/d达标产水，直接运行成本约为89元/m浓缩液。可见，工程上常组合使用几种工艺，将其特点和优势整合以实现浓缩液的有效处理。部分组合工艺出水可直接达到排放标准或回用标准，也有部分工艺以提高可生化性为目的，工艺出水回到生化处理系统，最终实现达标排放。

3.4 蒸发法

蒸发法是指通过蒸发工艺将膜浓缩液的水分和易挥发的组分分离，污染物残留在浓缩液中的过程，浓缩液可浓缩至原体积的2%～10%。MVR/MVC的主要优点是低耗能，可达排放标准，工程经验多；但是缺点主要有：换热器、传热壁结焦结垢严重，挥发性有机物会二次溶解于冷凝液，对操作人员要求高，设备清洗维护难度大，运行成本高。SCE的主要优点是可减量达97%以上，对水质适应能力强，浓缩倍数高，难挥发性有机物分离效果好，维护成本较低，工程实例较多。虽然许多文献认为SCE无传热壁、不结垢，但根据广州市某生活垃圾填埋场的实际应用案例，SCE和其他蒸发工艺一样都存在有机污染物和盐分对蒸发设备的高温腐蚀和结垢问题，腐蚀程度随蒸发温度的升高而增强，导致设备易结垢，需频繁维修，无法持续工作，提高了维护成本，而且蒸发后的残余物仍为液态，必须添加固化剂才能进行填埋处理。负压蒸发技术是为了解决常压加热蒸发过程中Cl-腐蚀蒸发设备的问题而研发的，该技术的优点是负压下降低水的沸点，同时不会降低蒸发效率，避免Cl-对设备的腐蚀[1]。

3.5 吸附法

吸附法主要有活性炭吸附法、复合型树脂吸附法。活性炭吸附法的优点是对难降解有机物吸附作用好，出水中有机物浓度低。缺点是吸附效果受限于有机物分子大小与活性炭孔径的匹配效应，且存在处理成本较高、活性炭吸附后不易再生、对亲水性小分子有机物吸附效果差等问题。复合型树脂吸附法是通过大孔树脂、超高交联树脂表面修饰化学基团形成具有吸附作用与离子交换作用的新型双功能树脂，适用于既有疏水基团又有较多亲水基团的难降解有机物分子。该技术对膜浓缩液中腐殖酸的去除率高达80%以上，吸附后的树脂采用醇碱作为脱附剂，在50℃下可完全脱附。但是，该技术仍处于研究阶段[1]。

3.6 回喷燃烧法

回喷工艺是指将膜精矿回喷到焚烧炉中，通过控制炉温和回喷比，可用于炉渣冷却或粉煤灰润湿。该工艺的主要优点是：污染物处理速度快，不排放废水，锅炉烟气温度较低；降低废气温度，抑制热性氮氧化物（NOX）的形成；焚烧炉为配套设施，运行成本低。主要缺点是：对精细化运行方式要求高，影响燃烧温度，降低发电量；导致烟气成分中灰分、水分、重金属和氯（Cl-）含量增加，可能导致炉体等设备严重腐蚀和结焦问题；维护和调整过程延长，影响锅炉负荷，降低锅炉效率[2]。

3.7 膜蒸馏

膜蒸馏技术是膜处理技术与蒸馏技术工艺的结合，是利用疏水性微孔膜两侧产生的蒸气压对浓缩液进行膜分离处理的技术。主要优点是：与传统蒸馏工艺相比体积小，设备简单，操作搬运方便；可在常压下进行，操作温度低于传统蒸馏工艺，可媲美膜生物反应器（MBR）+NF/RO常规工艺有效协调，只有挥发性成分才能通过膜和馏出物是纯的。但其主要缺点是：膜及相关部件成本高，对进水水质有一定要求，膜处理量低，且仍存在减容后膜浓缩液的处理问题和减容不完全现象。膜蒸馏作为一项新技术，主要应用于海水淡化等领域，膜浓缩处理尚处于发展阶段，需要进一步研究和改进以实现大规模应用[3]。

4 结束语

目前，膜分离技术越来越多地应用于生活垃圾渗滤液膜浓缩物的处理，膜浓缩物的安全、有效、环保处理已成为生活垃圾渗滤液处理行业的瓶颈。由于膜浓缩物的水质、水量和成分复杂多变，补给、反喷燃烧、膜蒸馏、蒸发、高级氧化、固化、吸附和腐植酸提取等技术各有优势，但单一的处理方法。浓液无害化处理的要求在技术上难以满足，还存在无害化、运行成本高、设备腐蚀、钙化、焦化以及技术不成熟等问题。因此，建议结合各种技术的优势，改进现有的膜浓缩液处理技术，深入研究资源化利用技术，整合易用、高效、环保的组合工艺，安全、有效、环保的浓缩液处理，新技术解决了膜浓缩处理的问题[4]。