膜技术在垃圾渗滤液处理中的应用
摘要：文章主要讲述了垃圾渗滤液的形成原因以及污染物的成分，总结了现在垃圾渗滤液的主要处理方式，并针对垃圾渗滤液中含有大量的无机盐份和重金属离子的特殊情况，列举了现在采用膜技术对无机盐分和重金属进行分离的优缺点，文章还讲述了现在经过纳滤分离后的浓缩液的国内外主要处理方法，并比较了各自的优缺点。
关键词：垃圾渗滤液；膜技术；纳滤；浓缩液
垃圾渗滤液，又称渗沥水或浸出液,是指垃圾在堆放和填埋过程中由于雨水的淋洗，冲刷，以及地表水和地下水的浸泡，通过萃取、水解和发酵而过滤出来的污水[1-2]。渗滤液的产生成因可归纳为：
 图1 垃圾渗滤液的形成原因分析 |
由图1可见，垃圾渗滤液的主要来源是降水和垃圾本身的内含水，因而渗滤液的产生和水量随季节变化而变化。Mattias Akesson[3]和郝一琴[4]等人都对此作了研究。
垃圾渗滤液除了水量变化以外，成份也很复杂。渗滤液一般含有高浓度的有机物质和无机盐，水质会随着外界水文地质、气候、填埋规模、填埋工艺、填埋时间和垃圾成分变化而变化，另外一个影响垃圾渗滤液水质的因素是人们的生活水平，因此垃圾渗滤液中污染物质的浓度变化较大，不同城市的主要污染物以及浓度如表 1[5]：
表1 主要城市以及主要污染物浓度 |
除了上述的常规污染物，垃圾渗滤液中还含有大量重金属离子，如表2[6]所示：
表2 主要的金属污染物以及浓度 (mg/L) |
有上述两表我们能够看出垃圾渗滤液中不仅营养比例失调，可生化性差，BOD5/COD≤0.4,氨氮含量过高，而且含有大量的盐分以及重金属离子，这些都成为垃圾渗滤液难以处理的因素，如何对垃圾渗滤液进行处理一直是我们的研究方向。目前对于垃圾渗滤液的处理应用较为广泛的是预处理和生化系统的组合，利用微生物降解污水中的有机物和氨氮，为了提高垃圾渗滤液的可生化性，我们采用合适的方式来对渗滤液进行预处理，提高BOD，NH4+-N在生化系统的去除率，但是盐份和重金属离子是很难去除的，利用微生物技术仅能去除极少部分。因此如何将盐分和重金属离子从渗滤液中分离出来成为难以解决的问题。
由于垃圾渗滤液中盐份和重金属离子在原则上是不能够去除的，只能够减少其污染面积，因此如何将盐份和重金属离子进行富集收集，从水中分离出来成为现在的主要处理方法。自1953年由美国佛罗里达大学的Reid等人最早提出反渗透海水淡化开始，膜技术便逐渐得到推广和应用，用来实现盐分的分离，而且应用范围越来越广。根据膜分离粒径的大小，可以分为微滤，超滤，纳滤和反渗透等四级，其分离物质特性如图2[6]：
 图2 膜的分离特性 |
根据膜的分离特性,由德国维尔利设计的MBR+NF工艺开始应用于垃圾渗滤液处理，其工艺流程为：MBR+NF,即传统的微生物技术和目前先进分离技术的结合，经处理后的出水完全达到GB16889-2007规定的一级排放标准，整个系统可以分为生化系统以及膜分离系统。
生化系统:整个系统的核心部分, 利用微生物作用将BOD和氨氮分别转化为无污染的二氧化碳和氮气直接排放到大气中。由于采用了MBR反应器，超滤膜可以100%的分离微生物，返回到生化系统，使生化反应器内的污泥浓度从3-5g/L提高到20-30g/L [7]，大大的提高了生化系统的反应效率。
膜分离系统:实现物理分离,根据膜分离系统直径的不同,又将分离系统分为超滤(UF)和纳滤(NF)部分。
超滤(UF)部分:由图1我们可以看出,超滤是将粒径大于0.02μm的颗粒悬浮物(主要是指微生物)以及大分子的有机物从中分离出来，作用相当于传统的沉淀池,出水清澈，主要是含有大量的盐分和重金属离子，由于超滤的众多优点现在正在逐渐取代传统的钢筋混凝土结构的沉淀池。
纳滤(NF)部分：超滤出水由超滤清水罐经预处理进入纳滤系统，在此系统,将重金属离子，糖类等小分子的有机物，以及大于等于二价的盐分进行分离，分离后的出水分为两部分：出水和截流液。出水占纳滤总进水的85%，完全达到GB16889-2007规定的一级排放标准.截流液一般占纳滤进水的15%，水量少但是几乎包含了整个原水的盐分和重金属离子，以及在生化系统中难以被微生物降解的有机物，因此浓缩液成为最终的污染物。
目前对于浓缩液的处理主要有以下四种:
1 回灌填埋场
这种方法是一种较为方便的处理方式，利用填埋后的固体垃圾对盐份重金属离子进行吸附截留，在短期内效果较好，截留率可以达到80%-90%，但是并不能从根本上解决这些盐分、矿物质、重金属的影响，在雨水的冲刷，淋洗下，随着时间的推移，截流效果越来越差，这些物质将再一次出现在调节池中，在调节池中进行富集，最终影响生化系统的处理效果,降低出水的水质，因此该方式只能作为应急的处理方法。
2 活性炭吸附
利用活性炭的吸附性对这些物质进行吸附，从浓缩液中分离出来,处理效果较好，这种方式在欧洲国家得到了广泛的应用，但是又由于它的处理费用较高，而且活性炭不容易再生，还会在使用后变成粉末造成二次污染，因此在我们中国并没有得到广泛的推广。
3 混凝沉淀法
向浓缩液中投加混凝剂，使浓缩液中的盐份重金属离子沉淀出来，达到分离的目的,进一步减少污染体积。现在应用较多的是三氯化铁混凝剂，混凝效果也是不错的，可以得到较好的出水，但是相对而言，沉淀时间较长，而且投加量较多，也阻碍了这种方式在工程中的应用，也仅仅在实验室得到了验证。
4 树脂吸附
树脂吸附原理同活性炭一样，利用它的多孔性，比表面积大的特征，对要分离的物质进行吸附，使其从浓缩液中分离出来，同活性炭相比，树脂又有它特有的性质，树脂是人工合成的，可以反复使用，更新不像活性炭那样频繁，而且使用过后不会变成粉末，因此，树脂吸附正取代活性炭成为浓缩液中盐粉分离的主要方法。
经过上述方法的处理，残留在浓缩液中的盐分和重金属离子又进行了一次收集，根据出水水质的不同，经处理后的浓缩液可以直接排放,或者返回到调节池。
综上所述传统生化处理方式和先进的膜技术的组合正在得到广泛的推广，不仅解决了垃圾渗滤液的原水中有机物和氨氮含量较高问题，而且成功解决了垃圾渗滤液中的盐分和重金属离子问题，因此该方法逐渐成为垃圾渗滤液处理的主导工艺，现在已经在北京，青岛，哈尔滨，佛山，上海等城市成功建成了垃圾渗滤液处理厂,得到广泛的好评以及业主的认可。
参考文献:
[1]王宗平等.垃圾填埋场渗滤液处理研究进展[P].环境科学进展,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.太原生活垃圾填埋渗滤液监测、处理的研究报告[P].环境卫生工程,1995,(2):3-6
[5]李青松,金春姬,乔志香,等.垃圾填埋场渗滤液的产生及处理现状[P].青岛大学学报2003,18(4):80-83
[6]杨志泉,周少奇.广州大田山垃圾填埋场渗滤液有害成分的检测分析[P].化工学报,2005,(56)11:2180-2188
[7]任鹤云,李月中.MBR法处理垃圾渗滤液工程实例[P].给水排水,2004,(30)10:36-38
[8]朱晓兵,周集体,邱介山,等.纳滤在水处理中的应用[P].化工装备技术,2003,24(5):12-18
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