膜分離技術(shù)在垃圾滲濾液處理中的研究與應(yīng)用

孟林君

光大環(huán)保能源江陰有限公司

膜分離技術(shù)在垃圾滲濾液處理中的研究與應(yīng)用

孟林君

光大環(huán)保能源江陰有限公司

垃圾滲濾液作為一種高污染有機(jī)廢水，如直接排放，將對(duì)生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重的威脅。因此在垃圾處理過(guò)程中，國(guó)家相關(guān)法律、法規(guī)及規(guī)范明確要求對(duì)垃圾滲濾液進(jìn)行科學(xué)有效的處理，出水水質(zhì)需執(zhí)行《生活垃圾填埋場(chǎng)污染控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB16889-2008)標(biāo)準(zhǔn)并滿足當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門(mén)的要求。其中膜分離技術(shù)具有低能、高效、穩(wěn)定、出水水質(zhì)好等優(yōu)勢(shì)，日漸成為滲濾液處理技術(shù)的主要發(fā)展方向?；谏鲜霰尘?，本文對(duì)膜分離技術(shù)處理垃圾滲濾液的方法和膜污染的防治方法進(jìn)行論述，

膜分離技術(shù)；垃圾滲濾液處理；研究

近年來(lái)生活垃圾產(chǎn)生量日益增多，對(duì)生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重威脅。衛(wèi)生填埋、焚燒和堆肥是目前最常用的垃圾處理方式，垃圾堆積過(guò)程中經(jīng)過(guò)一系列的生物分解與物理化學(xué)過(guò)程，產(chǎn)生一種成分復(fù)雜、毒性較大的滲濾液。垃圾滲濾液的性質(zhì)主要受垃圾成分、堆放時(shí)間、氣候條件等因素影響，一般具有以下特征：有機(jī)物含量高(脂肪酸、灰黃霉酸類(lèi)、腐殖質(zhì)類(lèi)等)；氨氮含量高，導(dǎo)致C、N、P比例失衡；無(wú)機(jī)化合物種類(lèi)多(如Ca2+、Mg2+、NH4+、SO42+等)；重金屬種類(lèi)多(如Cd2+、Cr3+、Cu2+等)。高毒高污染的垃圾滲濾液對(duì)自然水源造成嚴(yán)重的威脅，其處理技術(shù)是解決環(huán)境問(wèn)題的必要技術(shù)之一。

1 、垃圾滲濾液主要有以下特性

1.1 污染物種類(lèi)繁多，水質(zhì)復(fù)雜

垃圾滲濾液成分非常復(fù)雜，含有可降解的和難降解的有機(jī)污染物，重金屬物質(zhì)，氨氮及有毒有害物質(zhì).

1.2 COD和BOD5濃度高，變化范圍大

垃圾滲濾液中污染物濃度高，其中COD和BOD5濃度最高達(dá)幾萬(wàn)毫克每升，甚至十幾萬(wàn)毫克每升，垃圾填埋年限會(huì)影響滲濾液的可生化性.填埋時(shí)間越長(zhǎng)，滲濾液的可生化性能越差.

1.3 氨氮含量高，磷元素缺乏

垃圾滲濾液中NH3-N濃度很高，且隨著填埋年限的增長(zhǎng)，在微生物作用下，有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)氮，滲濾液中的NH3-N濃度也隨之升高.但垃圾滲濾液中的磷元素是缺乏的，滲濾液中的磷元素含量很小，特別是溶解性磷酸鹽濃度更低.(4)金屬含量高.垃圾滲濾液含有十幾種金屬離子，各種金屬離子濃度差異大.垃圾滲濾液的水質(zhì)會(huì)隨著填埋年限發(fā)生變化，垃圾滲濾液的水質(zhì)在垃圾填埋初期、中期、后期和封場(chǎng)這幾個(gè)階段都各不相同，

在垃圾滲濾液處理中容易出現(xiàn)膜污染現(xiàn)象，膜污染主要由廢水中的溶膠、無(wú)機(jī)質(zhì)、有機(jī)質(zhì)和膠體物質(zhì)造成，這些物質(zhì)在膜分離過(guò)程中會(huì)吸附沉積在膜孔內(nèi)部或者膜表面，從而使得膜孔徑縮小，甚至?xí)氯た祝罱K降低膜的通量。同時(shí)膜污染的位置不盡相同，通常分為膜孔污染和膜外污染兩種。膜污染將嚴(yán)重影響處理結(jié)果，因此在膜分離技術(shù)應(yīng)用中必須結(jié)合實(shí)際情況，采取有效措施降低膜污染影響。

2 、膜技術(shù)在滲濾液處理上的應(yīng)用

2.1 微濾

微濾(MF)是以壓力差作為推動(dòng)力的膜分離技術(shù)，其本質(zhì)屬于篩分過(guò)程，主要通過(guò)溶液中微粒粒徑不同從而實(shí)現(xiàn)分離目的。微濾膜孔徑較大，一般為0.02～1.2μm，通常直接用平均孔徑表示其截留 特性。在壓力差的作用下，粒徑小于膜孔的顆粒隨溶液通過(guò)微濾膜，粒徑較大的顆粒被截留，從而實(shí)現(xiàn)不同粒徑顆粒的分離。膜的截留方式主要包括：機(jī)械截留、吸附截留、架橋截留和網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部截留。由于微濾膜的截留吸附特性，常被用于去除懸浮物、大的膠體和微生物等。 微濾膜孔徑較大，只能有效地去除滲濾液中粒徑較大的膠體和懸浮物，而對(duì)其中的小粒徑污染物去除率較低。因此，在滲濾液處理中微濾膜一般不作為其深度處理工藝，而作為其他膜(UF、NF 和RO)或者其他物理化學(xué)工藝的預(yù)處理工藝。表 1總結(jié)了微濾膜的一些相關(guān)研究，其中一些研究將微濾膜作為反滲透膜的預(yù)處理工藝，結(jié)果表明微濾膜雖然對(duì)滲濾液中污染物去除率較低，但經(jīng)微濾膜預(yù)處理的水質(zhì)提高，達(dá)到反滲透膜進(jìn)水要求，減少了反滲透膜的污染，而且有效提高了整個(gè)膜系統(tǒng)的產(chǎn)水水質(zhì)和產(chǎn)水率。Moravia 等也將微濾膜處理技術(shù)作為納濾的預(yù)處理技術(shù)，結(jié)果也證明了微濾膜預(yù)處理技術(shù)的有效性。在作為其他物理化學(xué)工藝的預(yù)處理工藝方面，Visvanathan 等研究了將微濾膜作為臭氧氧化工藝的預(yù)處理，結(jié)果顯示其組合工藝對(duì)滲濾液的著色度和 COD 去除都有較好的去除效果。表1中實(shí)例驗(yàn)證了微濾膜在水處理方面的可實(shí)用性，但目前微濾膜對(duì)垃圾滲濾液中污染物去除率較低，需要結(jié)合其他工藝同時(shí)進(jìn)行，使處理工藝復(fù)雜化且加大了其處理成本是微濾膜實(shí)際應(yīng)用中需解決的問(wèn)題之一。

2.2 超濾

超濾(UF)是介于微濾和納濾之間，以壓力為驅(qū)動(dòng)力的一種膜分離，膜孔徑在 0.001～0.1μm 之 間[20]。在一定壓力下，超濾膜能截留部分大分子有機(jī)物、膠體和微粒，通常其截留相對(duì)分子質(zhì)量在1000～300000。根據(jù)超濾膜孔徑對(duì)雜質(zhì)進(jìn)行物理篩分作用，超濾去除處理液中的部分大分子物質(zhì)、膠體和微粒等，從而達(dá)到分離、濃縮和凈化的目的。

超濾可有效地去除滲濾液中的部分大分子物質(zhì)、膠體和微粒等，但其對(duì)滲濾液的處理效果較差，難以達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，故較少作為滲濾液的深度處理工藝。近年來(lái)，超濾膜在滲濾液處理上應(yīng)用較多。超濾膜在滲濾液處理方面和微濾膜一樣，也通常作為納濾或反滲透的預(yù)處理工藝。Piatkiewicz 等與 Bohdziewicz等將超濾作為反滲透膜的預(yù)處理工藝，結(jié)果顯示滲濾液經(jīng)超濾膜預(yù)處理后 COD 降低，經(jīng)過(guò)預(yù)處理提高了進(jìn)入反滲透膜的滲濾液水質(zhì)，減小了反滲透膜的污染，同時(shí)也提高了反滲透的產(chǎn)水效率。其中Piatkiewicz 等的研究將滲濾液經(jīng)微濾膜預(yù)處理，再經(jīng)過(guò)超濾膜預(yù)處理，而其超濾膜對(duì)滲濾液的COD去除率僅為5%～10%，而未能充分發(fā)揮其超濾膜的作用。

因此在研究中應(yīng)選擇合適且精簡(jiǎn)的預(yù)處理工藝，以形成簡(jiǎn)單高效的處理工藝，避免高成本低效率的情況發(fā)生。另一方面，滲濾液成分比較復(fù)雜，含有粒徑不同的各種顆粒物、膠體以及大分有機(jī)物等，因此在超濾膜處理過(guò)程對(duì)污染物的去除效果與膜孔徑有密切聯(lián)系。Renou 等通過(guò)石灰絮凝-UF組合工藝，結(jié)果表明膜孔徑越小的超濾膜對(duì)滲濾液中污染物的去除率越高，其中對(duì) COD 的去除率最高可達(dá)66%。然而，在應(yīng)用中超濾膜的孔徑也并不是越小越好，Pi 等利用超濾(UF)-水解酸化(HAR)-好氧生物接觸氧化(ABOR)組合工藝處理垃圾滲液，研究了不同膜孔徑的超濾膜在不同操作壓強(qiáng)的條件下處理滲濾液，結(jié)果表明同一操作壓力下膜孔徑小的超濾膜對(duì)污染物去除率較高，但同時(shí)也證明了膜孔徑較小的超濾膜需要更大的操作壓力，能量消耗更高，且更容易形成膜污染。因此，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)所處理滲濾液的性質(zhì)以及處理目的，選擇合適超濾膜以及操作條件，避免能量消耗過(guò)高、膜污染嚴(yán)重以及濾出液不穩(wěn)定等情況產(chǎn)生。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，垃圾滲濾液具有水質(zhì)變化大、成分復(fù)雜降解難、污染物濃度高等特點(diǎn)，傳統(tǒng)的生物、化學(xué)或者物理方法很難達(dá)到有效的處理效果，而膜分離技術(shù)具有操作簡(jiǎn)單、高效節(jié)能等特點(diǎn)，保證了垃圾滲濾液處理的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。

[1]曲磊，楊曉超，陳珊.膜技術(shù)在垃圾滲濾液處理中的應(yīng)用現(xiàn)狀及存在問(wèn)題[J].化工技術(shù)與開(kāi)發(fā)，2017，12：42-44.

[2]羅丹，晏云鵬，全學(xué)軍.膜分離技術(shù)在垃圾滲濾液處理中的應(yīng)用[J].化工進(jìn)展，2017，08：3133-3141.

[3]何麗，李家鵬，李耕宇，何曉曉，張星.膜分離技術(shù)在垃圾滲濾液處理中的應(yīng)用[J].西安文理學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2016，03：66-69.

[4]陳明.膜分離技術(shù)在垃圾滲濾液處理中的應(yīng)用[J].低碳世界，2017，03：36-37.