垃圾渗滤液膜过滤浓缩液处理工艺探讨

李泊娇

0 引言

我国社会经济发展迅速，居民的生活水平有了大幅度的提高，随之带来了越来越多的生活垃圾。与卫生垃圾填埋和堆肥方法相比，采用焚烧处理技术能够最大限度地减少生活垃圾的危害，并且在相对发达的国家和地区，生活垃圾焚烧处理应用广泛。随着人们废物利用的理念不断升级，目前一般利用垃圾焚烧时产生的能量进行发电。将生活垃圾在储存坑中发酵一周左右，垃圾中的水分逐渐减少并沥出，一方面能够增加垃圾焚烧时产生的热值，增加发电效率，另一方面能够保证垃圾充分燃烧。在发酵过程中产生的渗滤液会进入渗滤液处理设施，在垃圾焚烧发电厂当前一般采用“预处理+生化+膜处理”的组合工艺，在经过一系列处理后，达到排放或循环利用的标准，同时会产生一定量的渗滤液浓缩液（简称浓缩液）。近几年生活垃圾焚烧发电厂逐渐增多，浓缩液的处理具有重要的现实意义。

1 垃圾焚烧厂渗滤液浓缩液特征

1.1 膜浓缩液来源

当前微滤（MF）、超滤（UF）、纳滤（NF）和反渗透是常用的膜分离工艺。MF 和反渗透工艺依靠压差作为分离动力，在膜选择透过性的作用下截留物质，从而能够实现溶剂和溶液的分离。MF 和反渗透工艺应用广泛，因此会产生大量的浓缩液，在一般情况下，反渗透浓缩液约占处理量的20～40%，纳滤浓缩液约占处理量的10～20%。我国目前利用膜工艺处理的渗滤液约为50 000 t/d，占渗滤液处理总量的一半以上，如果这些渗滤液会产生四分之一的浓缩液，则我国每年产生的浓缩液在456 万t 左右。

1.2 水质特点

浓缩液的成分复杂、生物降解性差、含盐量高、异味大、有机物含量高，与城市污水相比，大多数浓缩液为棕黑色，其化学需氧量、电导率和重金属离子含量较高；浓缩液中氯离子浓度约为10 000～50 000 mg/L，在温度高于65℃后，会严重腐蚀金属设备，从而大大减少了处理设备的服务年限，使生活垃圾焚烧发电厂运行成本升高。其主要水质见表1。

2 浓缩液处理方法

2.1 转移处置

2.1.1 外运

当垃圾填埋场附近有焚烧厂可以处理危险废物时，可以将膜浓缩物运输到焚烧厂进行焚化，这种方法较为简便且成本较低。但是如果距离焚烧厂较远时，将会提高运输成本，与其他处理技术相比经济性不高。

2.1.2 回灌

目前，国内外较为普遍使用回灌工艺处理浓缩液，该工艺是根据渗滤液回灌演变而来，处理原理与渗滤液回灌相同。具体而言，将垃圾填埋场作为生物反应器，填料便是生活垃圾，通过控制相关技术参数，使微生物在垃圾表面繁殖固定，当浓缩液回灌到垃圾填埋层后，会自上而下流动，填层中的微生物会以浓缩液作为营养物质，实现浓缩液的降解，使有机物降解成无机物，最终实现无害化处理。

但是回灌工艺在处理浓缩液时也存在一定的缺点，主要是因为它可能会增加污染物的浓度。此外随着反应时间的不断增加，回灌工艺表现出的弊端更大，填层中一些微生物不能降解的有机物、无机盐、重金属等污染物质，会随着浓缩液流到垃圾填埋场底部，大幅度地提高了浓缩液中无机盐离子和难生物降解物质的浓度，在后续反渗透处理工艺中，导致渗透压增加、结垢现象严重，从而导致膜的使用寿命减小，当浓缩液中无机盐离子和难生物降解物质达到一定浓度时，将会导致整个膜系统发生瘫痪。

2.2 高级氧化技术

高级氧化技术是一种通过化学氧化剂以及光、声、电、磁等物理化学过程产生大量活性极强、具有极强氧化性的羟基自由基等降解水中有机物的方法。根据氧化剂和催化剂的选取不同，高级氧化技术大体可分为以下几种：（1）Fenton 法和类Fenton 法；（2）光化学氧化法和光催化氧化法；（3）臭氧氧化法；（4）湿式氧化法和湿式催化氧化法；（5）电化学氧化法；（6）超临界水氧化法及超临界水催化氧化法。高级氧化技术适用于处理高浓度难生化降解的废水，在垃圾渗滤液膜过滤浓缩液的处理中受到关注和应用。高级氧化法可以对渗滤液膜过滤浓缩液中的有机物实现较为高效的去除，但一般单一的高级氧化法也无法稳定地将垃圾渗滤液膜过滤浓缩液处理到达标排放范围。研究开发更加便捷高效、低成本的高级氧化方法是高级氧化法处理垃圾渗滤液膜过滤浓缩液进一步研究的重点。

2.3 蒸发技术

表1 膜过滤浓缩液水质

表 2 MVC/MVR、ME 和 SCE 技术比较

蒸发工艺是把挥发性组分与非挥发性组分分离的物理过程，采用蒸发工艺处理浓缩液时，水分会从溶液中沸出，而污染物最终残留在浓缩液中。膜浓缩液常见的蒸发浓缩液工艺有机械再压缩蒸汽蒸发（MVR/MVC）、多效蒸发（ME）、浸没式蒸发（SCE）、闪蒸蒸发（SE）、热力蒸汽再压缩蒸发（TVR）等，MVR/MVC 因节能效果明显、运行成本低等诸多优点，近年来，国内已建或拟建的垃圾渗滤液膜浓缩液蒸发项目大多数采用MVR/MVC 蒸发浓缩工艺。浸没式蒸发（SCE）在浓缩液处理中的应用是近几年发展起来的一种新型燃烧技术，具有工艺可靠、可达标排放；减容率可达97%以上；对水量、水质变化适应能力强；维护成本低、自控程度高，同时还解决了浓缩液处理中蒸发工艺易结垢的问题。浸没式蒸发（SCE）处理工艺在国内已有成功应用的案例。目前蒸发工艺应用于渗滤液浓缩液处理的主要有机械式蒸汽再压缩（MVC/MVR）、多效蒸发（ME）和浸没燃烧蒸发（SCE）技术，其技术参数如表2 所示。

2.4 膜蒸馏

膜蒸馏是一种以疏水性微孔膜两侧蒸汽压差为驱动力，使热侧蒸汽分子穿过膜孔后在冷侧冷凝富集，从而实现溶液分离、浓缩或提纯等目的的膜分离过程。膜蒸馏技术是膜处理技术与蒸馏技术过程的结合，具有许多优点：可在常压下进行，设备简单，操作方便；操作温度低于传统蒸馏工艺；设备体积小而灵活等。目前膜蒸馏技术已经广泛应用于海水、苦咸水淡化、高含盐废水处理等多个领域。膜蒸馏法也被认为是一种对反渗透浓缩液进一步回收减量的有效方式。李玖明等采用膜蒸馏法进行了垃圾渗滤液反渗透浓水处理的实验研究，实验产水水质符合《生活垃圾填埋污染控制标准》（GB 16889—2008）规定的排放标准。膜蒸馏法目前正处于一个迅速发展成熟的阶段，但作为一种尚处于应用初期的新技术，膜蒸馏法处理垃圾渗滤液膜过滤浓缩液的大规模应用仍需要学者进一步的研究。

3 结语

目前垃圾渗滤液处理行业中的关键和难点便是浓缩液处理问题，探讨和研究浓缩液的处理工艺具有重要的现实意义。目前我国生活垃圾浓缩液处理一般采用转移处置、高级氧化、蒸发、膜蒸馏等相关技术。但是随着垃圾的数量和复杂程度不断提高，仅仅依靠一种处理工艺难以达到排放和循环利用的标准，需要采取组合工艺实现浓缩液处理，一般采用“预处理+生化+膜处理”的组合工艺，不仅要减少源头和中间过程产生的浓缩液，还要实现末端处理的无害化。