膜分离技术在垃圾渗滤液处理中的研究与应用

孟林君

光大环保能源江阴有限公司

膜分离技术在垃圾渗滤液处理中的研究与应用

孟林君

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垃圾渗滤液作为一种高污染有机废水，如直接排放，将对生态环境造成严重的威胁。因此在垃圾处理过程中，国家相关法律、法规及规范明确要求对垃圾渗滤液进行科学有效的处理，出水水质需执行《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB16889-2008)标准并满足当地环保部门的要求。其中膜分离技术具有低能、高效、稳定、出水水质好等优势，日渐成为渗滤液处理技术的主要发展方向。基于上述背景，本文对膜分离技术处理垃圾渗滤液的方法和膜污染的防治方法进行论述，

膜分离技术；垃圾渗滤液处理；研究

近年来生活垃圾产生量日益增多，对生态环境造成了严重威胁。卫生填埋、焚烧和堆肥是目前最常用的垃圾处理方式，垃圾堆积过程中经过一系列的生物分解与物理化学过程，产生一种成分复杂、毒性较大的渗滤液。垃圾渗滤液的性质主要受垃圾成分、堆放时间、气候条件等因素影响，一般具有以下特征：有机物含量高(脂肪酸、灰黄霉酸类、腐殖质类等)；氨氮含量高，导致C、N、P比例失衡；无机化合物种类多(如Ca2+、Mg2+、NH4+、SO42+等)；重金属种类多(如Cd2+、Cr3+、Cu2+等)。高毒高污染的垃圾渗滤液对自然水源造成严重的威胁，其处理技术是解决环境问题的必要技术之一。

1 、垃圾渗滤液主要有以下特性

1.1 污染物种类繁多，水质复杂

垃圾渗滤液成分非常复杂，含有可降解的和难降解的有机污染物，重金属物质，氨氮及有毒有害物质.

1.2 COD和BOD5浓度高，变化范围大

垃圾渗滤液中污染物浓度高，其中COD和BOD5浓度最高达几万毫克每升，甚至十几万毫克每升，垃圾填埋年限会影响渗滤液的可生化性.填埋时间越长，渗滤液的可生化性能越差.

1.3 氨氮含量高，磷元素缺乏

垃圾渗滤液中NH3-N浓度很高，且随着填埋年限的增长，在微生物作用下，有机氮转化为无机氮，渗滤液中的NH3-N浓度也随之升高.但垃圾渗滤液中的磷元素是缺乏的，渗滤液中的磷元素含量很小，特别是溶解性磷酸盐浓度更低.(4)金属含量高.垃圾渗滤液含有十几种金属离子，各种金属离子浓度差异大.垃圾渗滤液的水质会随着填埋年限发生变化，垃圾渗滤液的水质在垃圾填埋初期、中期、后期和封场这几个阶段都各不相同，

在垃圾渗滤液处理中容易出现膜污染现象，膜污染主要由废水中的溶胶、无机质、有机质和胶体物质造成，这些物质在膜分离过程中会吸附沉积在膜孔内部或者膜表面，从而使得膜孔径缩小，甚至会堵塞膜孔，最终降低膜的通量。同时膜污染的位置不尽相同，通常分为膜孔污染和膜外污染两种。膜污染将严重影响处理结果，因此在膜分离技术应用中必须结合实际情况，采取有效措施降低膜污染影响。

2 、膜技术在渗滤液处理上的应用

2.1 微滤

微滤(MF)是以压力差作为推动力的膜分离技术，其本质属于筛分过程，主要通过溶液中微粒粒径不同从而实现分离目的。微滤膜孔径较大，一般为0.02～1.2μm，通常直接用平均孔径表示其截留 特性。在压力差的作用下，粒径小于膜孔的颗粒随溶液通过微滤膜，粒径较大的颗粒被截留，从而实现不同粒径颗粒的分离。膜的截留方式主要包括：机械截留、吸附截留、架桥截留和网络内部截留。由于微滤膜的截留吸附特性，常被用于去除悬浮物、大的胶体和微生物等。 微滤膜孔径较大，只能有效地去除渗滤液中粒径较大的胶体和悬浮物，而对其中的小粒径污染物去除率较低。因此，在渗滤液处理中微滤膜一般不作为其深度处理工艺，而作为其他膜(UF、NF 和RO)或者其他物理化学工艺的预处理工艺。表 1总结了微滤膜的一些相关研究，其中一些研究将微滤膜作为反渗透膜的预处理工艺，结果表明微滤膜虽然对渗滤液中污染物去除率较低，但经微滤膜预处理的水质提高，达到反渗透膜进水要求，减少了反渗透膜的污染，而且有效提高了整个膜系统的产水水质和产水率。Moravia 等也将微滤膜处理技术作为纳滤的预处理技术，结果也证明了微滤膜预处理技术的有效性。在作为其他物理化学工艺的预处理工艺方面，Visvanathan 等研究了将微滤膜作为臭氧氧化工艺的预处理，结果显示其组合工艺对渗滤液的着色度和 COD 去除都有较好的去除效果。表1中实例验证了微滤膜在水处理方面的可实用性，但目前微滤膜对垃圾渗滤液中污染物去除率较低，需要结合其他工艺同时进行，使处理工艺复杂化且加大了其处理成本是微滤膜实际应用中需解决的问题之一。

2.2 超滤

超滤(UF)是介于微滤和纳滤之间，以压力为驱动力的一种膜分离，膜孔径在 0.001～0.1μm 之 间[20]。在一定压力下，超滤膜能截留部分大分子有机物、胶体和微粒，通常其截留相对分子质量在1000～300000。根据超滤膜孔径对杂质进行物理筛分作用，超滤去除处理液中的部分大分子物质、胶体和微粒等，从而达到分离、浓缩和净化的目的。

超滤可有效地去除渗滤液中的部分大分子物质、胶体和微粒等，但其对渗滤液的处理效果较差，难以达到排放标准，故较少作为渗滤液的深度处理工艺。近年来，超滤膜在渗滤液处理上应用较多。超滤膜在渗滤液处理方面和微滤膜一样，也通常作为纳滤或反渗透的预处理工艺。Piatkiewicz 等与 Bohdziewicz等将超滤作为反渗透膜的预处理工艺，结果显示渗滤液经超滤膜预处理后 COD 降低，经过预处理提高了进入反渗透膜的渗滤液水质，减小了反渗透膜的污染，同时也提高了反渗透的产水效率。其中Piatkiewicz 等的研究将渗滤液经微滤膜预处理，再经过超滤膜预处理，而其超滤膜对渗滤液的COD去除率仅为5%～10%，而未能充分发挥其超滤膜的作用。

因此在研究中应选择合适且精简的预处理工艺，以形成简单高效的处理工艺，避免高成本低效率的情况发生。另一方面，渗滤液成分比较复杂，含有粒径不同的各种颗粒物、胶体以及大分有机物等，因此在超滤膜处理过程对污染物的去除效果与膜孔径有密切联系。Renou 等通过石灰絮凝-UF组合工艺，结果表明膜孔径越小的超滤膜对渗滤液中污染物的去除率越高，其中对 COD 的去除率最高可达66%。然而，在应用中超滤膜的孔径也并不是越小越好，Pi 等利用超滤(UF)-水解酸化(HAR)-好氧生物接触氧化(ABOR)组合工艺处理垃圾渗液，研究了不同膜孔径的超滤膜在不同操作压强的条件下处理渗滤液，结果表明同一操作压力下膜孔径小的超滤膜对污染物去除率较高，但同时也证明了膜孔径较小的超滤膜需要更大的操作压力，能量消耗更高，且更容易形成膜污染。因此，在实际应用中应根据所处理渗滤液的性质以及处理目的，选择合适超滤膜以及操作条件，避免能量消耗过高、膜污染严重以及滤出液不稳定等情况产生。

结束语

综上所述，垃圾渗滤液具有水质变化大、成分复杂降解难、污染物浓度高等特点，传统的生物、化学或者物理方法很难达到有效的处理效果，而膜分离技术具有操作简单、高效节能等特点，保证了垃圾渗滤液处理的环境效益和经济效益。

[1]曲磊，杨晓超，陈珊.膜技术在垃圾渗滤液处理中的应用现状及存在问题[J].化工技术与开发，2017，12：42-44.

[2]罗丹，晏云鹏，全学军.膜分离技术在垃圾渗滤液处理中的应用[J].化工进展，2017，08：3133-3141.

[3]何丽，李家鹏，李耕宇，何晓晓，张星.膜分离技术在垃圾渗滤液处理中的应用[J].西安文理学院学报(自然科学版)，2016，03：66-69.

[4]陈明.膜分离技术在垃圾渗滤液处理中的应用[J].低碳世界，2017，03：36-37.