膜技術在垃圾滲濾液處理中的應用
摘要：文章主要講述了垃圾滲濾液的形成原因以及污染物的成分，總結了現在垃圾滲濾液的主要處理方式，并針對垃圾滲濾液中含有大量的無機鹽份和重金屬離子的特殊情況，列舉了現在采用膜技術對無機鹽分和重金屬進行分離的優缺點，文章還講述了現在經過納濾分離后的濃縮液的國內外主要處理方法，并比較了各自的優缺點。
關鍵詞：垃圾滲濾液；膜技術；納濾；濃縮液
垃圾滲濾液，又稱滲瀝水或浸出液,是指垃圾在堆放和填埋過程中由于雨水的淋洗，沖刷，以及地表水和地下水的浸泡，通過萃取、水解和發酵而過濾出來的污水[1-2]。滲濾液的產生成因可歸納為：
 圖1 垃圾滲濾液的形成原因分析 |
由圖1可見，垃圾滲濾液的主要來源是降水和垃圾本身的內含水，因而滲濾液的產生和水量隨季節變化而變化。Mattias Akesson[3]和郝一琴[4]等人都對此作了研究。
垃圾滲濾液除了水量變化以外，成份也很復雜。滲濾液一般含有高濃度的有機物質和無機鹽，水質會隨著外界水文地質、氣候、填埋規模、填埋工藝、填埋時間和垃圾成分變化而變化，另外一個影響垃圾滲濾液水質的因素是人們的生活水平，因此垃圾滲濾液中污染物質的濃度變化較大，不同城市的主要污染物以及濃度如表 1[5]：
表1 主要城市以及主要污染物濃度 |
除了上述的常規污染物，垃圾滲濾液中還含有大量重金屬離子，如表2[6]所示：
表2 主要的金屬污染物以及濃度 (mg/L) |
有上述兩表我們能夠看出垃圾滲濾液中不僅營養比例失調，可生化性差，BOD5/COD≤0.4,氨氮含量過高，而且含有大量的鹽分以及重金屬離子，這些都成為垃圾滲濾液難以處理的因素，如何對垃圾滲濾液進行處理一直是我們的研究方向。目前對于垃圾滲濾液的處理應用較為廣泛的是預處理和生化系統的組合，利用微生物降解污水中的有機物和氨氮，為了提高垃圾滲濾液的可生化性，我們采用合適的方式來對滲濾液進行預處理，提高BOD，NH4+-N在生化系統的去除率，但是鹽份和重金屬離子是很難去除的，利用微生物技術僅能去除極少部分。因此如何將鹽分和重金屬離子從滲濾液中分離出來成為難以解決的問題。
由于垃圾滲濾液中鹽份和重金屬離子在原則上是不能夠去除的，只能夠減少其污染面積，因此如何將鹽份和重金屬離子進行富集收集，從水中分離出來成為現在的主要處理方法。自1953年由美國佛羅里達大學的Reid等人最早提出反滲透海水淡化開始，膜技術便逐漸得到推廣和應用，用來實現鹽分的分離，而且應用范圍越來越廣。根據膜分離粒徑的大小，可以分為微濾，超濾，納濾和反滲透等四級，其分離物質特性如圖2[6]：
 圖2 膜的分離特性 |
根據膜的分離特性,由德國維爾利設計的MBR+NF工藝開始應用于垃圾滲濾液處理，其工藝流程為：MBR+NF,即傳統的微生物技術和目前先進分離技術的結合，經處理后的出水完全達到GB16889-2007規定的一級排放標準，整個系統可以分為生化系統以及膜分離系統。
生化系統:整個系統的核心部分, 利用微生物作用將BOD和氨氮分別轉化為無污染的二氧化碳和氮氣直接排放到大氣中。由于采用了MBR反應器，超濾膜可以100%的分離微生物，返回到生化系統，使生化反應器內的污泥濃度從3-5g/L提高到20-30g/L [7]，大大的提高了生化系統的反應效率。
膜分離系統:實現物理分離,根據膜分離系統直徑的不同,又將分離系統分為超濾(UF)和納濾(NF)部分。
超濾(UF)部分:由圖1我們可以看出,超濾是將粒徑大于0.02μm的顆粒懸浮物(主要是指微生物)以及大分子的有機物從中分離出來，作用相當于傳統的沉淀池,出水清澈，主要是含有大量的鹽分和重金屬離子，由于超濾的眾多優點現在正在逐漸取代傳統的鋼筋混凝土結構的沉淀池。
納濾(NF)部分：超濾出水由超濾清水罐經預處理進入納濾系統，在此系統,將重金屬離子，糖類等小分子的有機物，以及大于等于二價的鹽分進行分離，分離后的出水分為兩部分：出水和截流液。出水占納濾總進水的85%，完全達到GB16889-2007規定的一級排放標準.截流液一般占納濾進水的15%，水量少但是幾乎包含了整個原水的鹽分和重金屬離子，以及在生化系統中難以被微生物降解的有機物，因此濃縮液成為最終的污染物。
目前對于濃縮液的處理主要有以下四種:
1 回灌填埋場
這種方法是一種較為方便的處理方式，利用填埋后的固體垃圾對鹽份重金屬離子進行吸附截留，在短期內效果較好，截留率可以達到80%-90%，但是并不能從根本上解決這些鹽分、礦物質、重金屬的影響，在雨水的沖刷，淋洗下，隨著時間的推移，截流效果越來越差，這些物質將再一次出現在調節池中，在調節池中進行富集，最終影響生化系統的處理效果,降低出水的水質，因此該方式只能作為應急的處理方法。
2 活性炭吸附
利用活性炭的吸附性對這些物質進行吸附，從濃縮液中分離出來,處理效果較好，這種方式在歐洲國家得到了廣泛的應用，但是又由于它的處理費用較高，而且活性炭不容易再生，還會在使用后變成粉末造成二次污染，因此在我們中國并沒有得到廣泛的推廣。
3 混凝沉淀法
向濃縮液中投加混凝劑，使濃縮液中的鹽份重金屬離子沉淀出來，達到分離的目的,進一步減少污染體積。現在應用較多的是三氯化鐵混凝劑，混凝效果也是不錯的，可以得到較好的出水，但是相對而言，沉淀時間較長，而且投加量較多，也阻礙了這種方式在工程中的應用，也僅僅在實驗室得到了驗證。
4 樹脂吸附
樹脂吸附原理同活性炭一樣，利用它的多孔性，比表面積大的特征，對要分離的物質進行吸附，使其從濃縮液中分離出來，同活性炭相比，樹脂又有它特有的性質，樹脂是人工合成的，可以反復使用，更新不像活性炭那樣頻繁，而且使用過后不會變成粉末，因此，樹脂吸附正取代活性炭成為濃縮液中鹽粉分離的主要方法。
經過上述方法的處理，殘留在濃縮液中的鹽分和重金屬離子又進行了一次收集，根據出水水質的不同，經處理后的濃縮液可以直接排放,或者返回到調節池。
綜上所述傳統生化處理方式和先進的膜技術的組合正在得到廣泛的推廣，不僅解決了垃圾滲濾液的原水中有機物和氨氮含量較高問題，而且成功解決了垃圾滲濾液中的鹽分和重金屬離子問題，因此該方法逐漸成為垃圾滲濾液處理的主導工藝，現在已經在北京，青島，哈爾濱，佛山，上海等城市成功建成了垃圾滲濾液處理廠,得到廣泛的好評以及業主的認可。
參考文獻:
[1]王宗平等.垃圾填埋場滲濾液處理研究進展[P].環境科學進展,1999,7(3):32-39
[2]Lema J.M.et al Characteristics of landfill leachate and alternatives for their treatment :a review JWPCF 1988,40:223-250
[3]Mattias A.and Peter N.Seasonal changes of leachate production and quality from test cells.Journal of Enviormental engineering1997(9):892-900
[4]郝一琴.太原生活垃圾填埋滲濾液監測、處理的研究報告[P].環境衛生工程,1995,(2):3-6
[5]李青松,金春姬,喬志香,等.垃圾填埋場滲濾液的產生及處理現狀[P].青島大學學報2003,18(4):80-83
[6]楊志泉,周少奇.廣州大田山垃圾填埋場滲濾液有害成分的檢測分析[P].化工學報,2005,(56)11:2180-2188
[7]任鶴云,李月中.MBR法處理垃圾滲濾液工程實例[P].給水排水,2004,(30)10:36-38
[8]朱曉兵,周集體,邱介山,等.納濾在水處理中的應用[P].化工裝備技術,2003,24(5):12-18
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環保網”
