生活垃圾滲濾液膜濃縮液處理工藝技術探討

王雪霞

（武漢天源環(huán)保股份有限公司，湖北 武漢 430010）

在國家不斷倡導綠色環(huán)保、節(jié)能減排的背景下，生活垃圾處理方式也從以往的填埋、堆肥等方法轉變?yōu)橐岳贌l(fā)電為主，從而在實現(xiàn)生活垃圾資源化、科學化處理的同時，開辟了電力生產(chǎn)的新途徑。但與此同時，產(chǎn)生了滲濾液膜濃縮液處理這一大難題，滲濾液膜濃縮液是生活垃圾滲濾液經(jīng)過處理后的產(chǎn)物，具有成分復雜、污染物含量高等特點，若不進行有效處理，其對自然環(huán)境、人類健康等都會造成嚴重威脅，有效分析滲濾液膜濃縮液處理技術與工藝方法意義重大。

1 垃圾滲濾液膜濃縮液的危害

為了避免膜濃縮液對環(huán)境造成污染，如何利用反滲透和納濾技術進行垃圾滲濾液的處理，是目前亟待解決的問題。

垃圾滲濾液的膜分離濃縮液如果流入到自然環(huán)境中，會對環(huán)境造成嚴重危害。由于垃圾滲濾液具有氨氮含量較高的特點，其在進入水中后，會引起水的富營養(yǎng)化，造成水質嚴重污染，且由于其含有大量的重金屬，被水生生物吸收后會進入食物鏈，從而造成重金屬的積累，重金屬在人體中的堆積會導致人體中毒，引發(fā)心血管及神經(jīng)系統(tǒng)疾?。?］。

垃圾滲濾液的膜分離濃縮液如果進入土壤，由于其含鹽量過高，會對土壤造成嚴重破壞，使得土壤鹽堿化；其含有的大量有毒、有害物質，會對土壤和植被造成毀滅性的傷害，使土地的農業(yè)價值下降。

滲濾液滲入土壤后，由于土壤中的微生物不能充分將其降解，致使一些小分子或重金屬有害物質隨著雨水流入地下，對人類和動物的飲水安全造成極大危害。

垃圾滲濾液膜濃縮液中含有的有害物質或其他致癌的有機物，如果經(jīng)各種途徑流入飲用水中，會成為疾病傳播的主要渠道，是致癌率及致畸率提高的主要元兇。因此，對垃圾滲濾液的處理是當前環(huán)境保護領域的一個重要課題。

2 膜法處理垃圾滲濾液的工藝技術

2.1 物理技術

2.1.1 絮凝法

混凝沉淀是將PAC助凝劑以及絮凝劑PAM加入到垃圾滲濾液的膜濃縮液中，形成絮凝助凝劑，從而改善絮凝性能。

加入絮凝劑后，膜濃縮液呈現(xiàn)出電性中和反應，并利用吸附架橋以及壓縮雙電層、網(wǎng)捕捉等方法，將廢水中的有機和無機污染物清除干凈?；炷幚聿坏梢匀コz體及微粒，而且可以減少溶解性有機物的含量。盡管混凝沉淀技術在處理垃圾滲濾液的過程中具有很好的應用前景，但是由于混凝沉淀不能很好地解決污水中的溶解有機物，只能實現(xiàn)污水中某些污染元素的遷移，因此目前國內外對該法的研究多集中在沉淀預處理和氧化法等領域［2］。

2.1.2 蒸發(fā)法

蒸發(fā)法是將混合物中較難揮發(fā)的成分在一定的溫度和壓力下進行分離的工藝。因此，蒸發(fā)器其實就是一種利用垃圾滲濾液膜濃縮液的揮發(fā)性的濃縮工藝。蒸發(fā)技術包含燃燒蒸發(fā)和機械蒸發(fā)兩種工藝，已被廣泛用于處理垃圾滲濾液的濃縮液。燃燒蒸發(fā)是將氣體燃燒后噴射到濃縮液體中，通過直接的傳熱來蒸發(fā)濃縮液，在對蒸發(fā)法進行細分后，出現(xiàn)了壓縮，浸沒以及負壓等多種不同的技術形式。

2.1.2.1 浸沒蒸發(fā)法

浸沒 蒸發(fā)法通過高溫蒸汽排出濃縮液中的水分，這種方法非常簡單，且具有較好的效果，然而因為膜濃縮液中包含較多的氯離子，氯離子在高溫狀態(tài)下會對設備產(chǎn)生較強的腐蝕破壞作用，所以采用浸沒蒸發(fā)法就需要考慮到氯離子在高溫狀態(tài)下帶來的影響。

2.1.2.2 壓縮蒸發(fā)法

壓縮蒸發(fā)法能夠通過物理的方法進行壓縮，使得蒸汽溫度得到有效提升，降低能耗，但使用這種方法同樣會導致氯離子的活躍程度增加，使得機械設備受腐蝕因素的影響縮短使用壽命。為了避免這種問題的發(fā)生，在進行壓縮蒸發(fā)法時所用器材都需要使用價格昂貴的耐腐蝕材料如鈦材或雙相鋼制造，抬高了使用這種方法的成本支出，這限制了該法的推廣和普及，同時這種方法的后續(xù)維護保養(yǎng)費用也比其他方法更高。

2.1.2.3 負壓蒸發(fā)法

負壓 蒸發(fā)法有效解決了高溫狀態(tài)下設備受到腐蝕的問題，通過這種方法進行蒸餾，能夠有效降低氯離子的活躍程度，減少對設備的腐蝕。但該技術出現(xiàn)較晚，成熟案例較少，設備材料及運行控制機理仍有待完善［3］。

2.1.3 焚燒法

這種方法適用于濃度較高或者放射性較強的廢液，是一種無害化水平較高的方法，能夠徹底去除污染物，同時具備較高的效率和空間需求。其缺點是早期投入資金較大，對技術水平的要求較高。

2.2 生物技術

2.2.1 混合稀釋城市生活污水

城市污水混合法是將垃圾焚燒廠產(chǎn)生的滲濾液膜濃縮液與城市生活污水進行混合處理。該法充分利用城市生活污水水量充沛、可生化性好的優(yōu)勢，將城市生活污水與垃圾滲濾液膜濃縮液進行混合，能夠有效稀釋高濃度的有機物，改善垃圾滲濾液膜濃縮液的可生化性，達到生物處理的目的。盡管這種處理方式可行性較高，但在實施過程中需要較多費用，因為垃圾焚燒廠往往位于遠離市區(qū)的地方，因此濃縮液運輸費用較高。而且垃圾滲濾液膜濃縮液中含有大量的有毒物質以及重金屬，會對城市污水處理廠的生物活性造成一定影響，長期混合稀釋會使得市政污水的處理效率不斷下降，導致市政供水質量無法得到保證。所以，城市生活污水混合稀釋技術雖然簡單、易于實施，但其使用費用過高，且會對城市污水處理廠造成負面影響，因此難以推廣使用［3］。

2.2.2 回灌技術

濃縮液回灌技術是在滲濾液回灌技術的基礎上發(fā)展出的新型技術，它不僅可以通過堆肥中的微生物來分解滲濾液中的雜質，還可以加強填埋體的生物降解穩(wěn)定性，是一種經(jīng)濟性較好的高效處理方法?；毓嗉夹g是將填埋場當成一種生物反應器，以垃圾為填料，在回灌過程中通過微生物的分解作用，降解廢水中的有機物。但是，由于滲濾液的組成比較復雜，常規(guī)的回灌技術雖然能夠在短時間內達到很好的處理效果，但是長時間的回灌會導致土壤中有機物和鹽的堆積，從而導致滲濾液的生物處理技術不能正常運行，甚至會對填埋場的結構造成很大損害。

回灌技術具有操作便捷、經(jīng)濟性好的特點，目前一些填埋場仍在使用，但由于鹽分和有機污染物的積累，會使有機污染物的含量升高，而滲濾液污染濃度的增加，對污水處理系統(tǒng)中的生物、化學成分也有一定影響，同時鹽分的過分堆積也會縮短設備的使用壽命，導致生化系統(tǒng)運行不穩(wěn)定、膜系統(tǒng)產(chǎn)水率低［4］。

2.3 化學技術

2.3.1 氧化法

臭氧催化氧化法是一種先進的氧化法，它是利用臭氧與催化劑發(fā)生接觸而產(chǎn)生的氫氧基團，與難于分解的有機物發(fā)生反應，從而達到完全礦化的目的。采用臭氧氧化技術對垃圾滲濾液膜濃縮液進行處理，利用臭氧的羥基對垃圾滲濾液膜濃縮液進行生物降解，同時生成的羥基自由基可以完全礦化某些有機污染物，尤其是濃度高、可生化性差及含有一定生物毒性的有機污染物，并且極少出現(xiàn)二次污染問題。

2.3.2 芬頓氧化工藝（Fenton）

基于芬頓氧化反應的先進氧化工藝是目前處理有機廢水效率最高的技術，其對設備的總體要求較低，反應條件簡單，工藝操作方便，具備較高的脫除率，目前已經(jīng)在各種工業(yè)廢水處理過程中得到成功應用。

芬頓氧化法的工藝是使Fe2+與H2O2發(fā)生反應，形成具有高度氧化能力的羥基，而羥基對有機污染物具有氧化作用，并且通過一系列的鏈式反應完成相關處理流程。由于芬頓工藝具有良好的氧化效果，因此可以將其用于垃圾滲濾液膜濃縮液處理，但僅采用芬頓技術仍有加藥量大、反應過程難以控制等問題，因此需要通過光解法結合電化學反應實現(xiàn)更有效的清除效果，這也是一種新的發(fā)展方向［5］。

2.3.3 電化學氧化法

電化 學氧化技術是一種適合于高含鹽量污水的處理方法，它具有控制簡單、無二次污染的優(yōu)點，在紡織等行業(yè)中得到了廣泛應用。電化學法對難降解廢水進行處理，主要是通過電極與污染物之間的直接電化學反應，或者通過電極上的氧化反應來實現(xiàn)對污染物的氧化還原。既可以用陽極直接氧化有機污染物，也可以用陽極氧化金屬離子，用金屬離子氧化有機污染物。電化學氧化利用膜去除廢水中生物不可降解的有機物和具有抑菌活性的有機物，可以使其功能基團結構發(fā)生變化，從而改善有機物的可生化性。垃圾滲濾液膜濃縮液具有良好的電導率，有利于電化學氧化，同時，由于其含有大量的Cl-，因此在電解時可以將其轉化為氯，從而使其氧化效率得到進一步提高。

3 膜濃縮液廢水處理技術的研究

要開展有效的膜濃縮液治理工作，首先要對垃圾滲濾膜過濾濃縮液的來源有清晰的認識，該濃縮液主要是垃圾滲濾液在完成生物降解之后，通過反滲透膜或者NF膜截留剩余的殘留液體。具體的反滲透分離方法的原理是因為反滲透膜本身具備一定的選擇透過性，水能夠通過該反滲透膜，而水中的化合物則因為體積的原因無法有效通過，會被膜截留，所以通過膜過濾后產(chǎn)生了兩部分液體，即滲透液和濃縮液。大多數(shù)濃縮液可生化性能較弱，這種液體通常呈現(xiàn)出黑色的腐殖質狀態(tài)，同時含有較高的COD以及金屬離子。

本研究試驗所用的膜濃縮液是從某城市生活垃圾焚燒廠滲濾液站取得；本試驗收集的垃圾滲濾液膜濃縮液是由納濾（NF）、反滲透（RO）產(chǎn)生的濃縮液原液，經(jīng)過沉淀處理后得到的［6］。

3.1 實驗裝置

本實驗設備為玻璃桶形容器，每次試驗將1 200 mL的垃圾滲濾液膜濃縮液倒入罐中，然后將容器安裝在磁性攪拌器上，電源分為脈沖電源和直流電源兩種，石墨板是陰極板，陽極有石墨板、氧化鈦、鈦板、RuO2-IrO2/Ti鍍層板和感應鐵極板。

3.2 試驗評價指標和方法

由于垃圾滲濾液中的主要污染物是有機污染物，因此本文采用CODCr和UV254作為評價指標。CODCr、UV254含量按《水和廢水監(jiān)測分析方法》（第四版）（增補版）［7］中的標準，采用重鉻酸鉀和稀釋倍數(shù)法進行測定。

3.2.1 COD

COD反映水體在特定環(huán)境下的相對濃度。用重鉻酸鉀作為測量COD的標準，依照廢水化學需氧量的測定重鉻酸鉀法，利用COD恒溫加熱器對COD進行加溫。

3.2.2 UV254

用光譜法測量，在254 nm的波長下調整UV254 nm，對空白樣品進行調零；在室溫下，用石英質測試儀對樣品的吸光率進行了10倍的稀釋，并對其進行了兩次測量。

3.2.3 三維熒光分光光度法

用熒光分光儀測量立體熒光光譜。將激發(fā)波長范圍設定在200～400 nm之間，將波長間隔設定為11 nm；將發(fā)送波長范圍設定為220～550 nm，并且將波長間隔設定為11 nm；光譜儀的掃描速度設定在12 000 nm/min。

3.3 調查結果

本研究利用響應面方法，以單因子試驗為依據(jù)，對參數(shù)進行了優(yōu)化試驗。利用DesignExpert8.0B中包含的Box-Behnken建立模型，得出了最佳的pH值、H2O2投加量和電流密度。在最佳工藝條件下，利用DSA電極對芬頓強化電化學氧化系統(tǒng)進行了強化，并對其強化效果進行分析，最后得出結論。

（1）經(jīng)過反應面試驗，對模型進行了顯著性測試，結果顯示該模型具有明顯的統(tǒng)計學意義。

（2）對pH值、H2O2投加量、電流密度三項指標進行了顯著性分析，發(fā)現(xiàn)H2O2投加量對CODCr的去除效果最明顯，其次為pH值，電流密度對COD的去除效果最弱。

（3）研究各個因子間的相互作用關系，結果表明：對CODCr去除率的影響及顯著性關系為：H2O2投加量＞pH值＞電流密度。

（4）設計Expert8.0.5b軟件，通過Box-Behnken（BBD）模型，得到了最優(yōu)的試驗參數(shù)：pH值=2.89，H2O2加入量為7.95 mL，電流密度=33.13 mA/cm2，通過模型擬合公式得出相應的去除率為67.80%。在此基礎上，利用三個不同的模型進行比較，結果表明所建立的模型能夠很好地預報CODcr的脫除率。

（5）在優(yōu)化反應條件下，對PbO2/Ti和RuO2-IrO2/Ti進行了強化，結果表明：在60分鐘內，PbO2/Ti的CODCr去除率為68.3%；RuO2-IrO2/Ti的CODCr去除率為70.2%，RuO2-IrO2/Ti對PbO2/Ti有較好的強化作用。而且，在60分鐘內，PbO2/Ti發(fā)生了金屬氧化物的脫落，從而使PbO2/Ti的膜被重金屬所污染。所以，RuO2-IrO2/Ti與PbO2/Ti相比，具有更好的強化性能和穩(wěn)定性。

（6）利用三維熒光光譜技術，研究發(fā)現(xiàn)在垃圾滲濾液的膜濃縮液中，對應的熒光強度最高的是腐殖質和富里酸，通過芬頓的電化學氧化反應，結果表明在反應初期，降解效率相對較高，后期則相對較低，而腐殖質的氧化速率最高。電芬頓通過GC-MS技術對垃圾滲濾液膜濃縮液中的苯系物和三鍵化合物具有良好的氧化效果，從產(chǎn)品中鹵代烴的生成可以看出，氯離子在電解過程中所產(chǎn)生的氯氣在氧化系統(tǒng)中也有一定的影響。

4 結語

在環(huán)境問題已經(jīng)成為人類社會可持續(xù)發(fā)展最大阻礙的情況下，任何環(huán)境問題都不容忽視。隨著生活垃圾焚燒發(fā)電的興起，生活垃圾滲濾液膜濃縮液處理越來越受到人們的關切與重視，針對生物法、物理法以及化學法等垃圾滲濾液膜濃縮液處理關鍵技術進行深入分析，合理探討垃圾滲濾液膜濃縮液處理工藝的具體實施，有利于提升垃圾滲濾液膜濃縮液的處理水平。