艾恒雨，孟棒棒,，李娜，俞哲彬，黃啟飛，田書磊*

1.哈爾濱理工大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040 2.中國環(huán)境科學(xué)研究院固體廢物污染控制技術(shù)研究所，北京 100012 3.東北大學(xué)秦皇島分校資源與材料學(xué)院，河北 秦皇島 066004

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我國垃圾滲濾液膜濃縮液處理現(xiàn)狀與污染控制建議

艾恒雨1，孟棒棒1,2，李娜3，俞哲彬3，黃啟飛2，田書磊2*

1.哈爾濱理工大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040 2.中國環(huán)境科學(xué)研究院固體廢物污染控制技術(shù)研究所，北京 100012 3.東北大學(xué)秦皇島分校資源與材料學(xué)院，河北 秦皇島 066004

垃圾滲濾液膜濃縮液是膜工藝處理垃圾滲濾液的副產(chǎn)物，與垃圾滲濾液相比，其有機(jī)污染物、無機(jī)鹽和金屬離子濃度更高，且生化性較差，若處置不當(dāng)會(huì)造成更嚴(yán)重的二次污染。通過對國內(nèi)外膜濃縮液典型處理工藝的分析，探討回灌、高級氧化、蒸發(fā)、“預(yù)處理+高級氧化+深度處理”等不同工藝的處理效果、存在問題以及工程應(yīng)用現(xiàn)狀。實(shí)際調(diào)研結(jié)果表明：我國膜濃縮液的安全處理尚處于起步階段，高級氧化、浸沒燃燒蒸發(fā)(SCE)和機(jī)械式蒸汽再壓縮(MVCMVR)等工程應(yīng)用技術(shù)也僅為小試或中試規(guī)模。為有效保障我國膜濃縮液安全處置，建議從源頭減少膜濃縮液產(chǎn)量，改進(jìn)并完善已有膜濃縮液處理技術(shù)，開發(fā)膜濃縮液資源化利用技術(shù)，妥善處理膜濃縮液二次污染物。

垃圾滲濾液；膜濃縮液；二次污染物；安全處置

近年來，我國垃圾滲濾液污染事件呈高發(fā)勢態(tài)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2010年我國西安、安徽、福建、廣西、深圳等地發(fā)生滲濾液污染事件10余起，嚴(yán)重污染了地表水、地下水、土壤和農(nóng)田，危害人體健康[1]。2016年2月23日，昆明市盤龍區(qū)法院開庭審理了非法傾倒568.34 t生活垃圾滲濾液案件，該案成為中國首例垃圾滲濾液污染環(huán)境刑事案[2]。垃圾滲濾液的環(huán)境安全處理處置與有效管理，已成為環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域和管理部門的重要課題。

為加強(qiáng)滲濾液環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)防范，逐步提升滲濾液處理技術(shù)水平，2008年我國修訂實(shí)施了GB 16889—2008《生活垃圾填埋場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》，對垃圾滲濾液的排放限值提出了更為嚴(yán)格的要求[3]。傳統(tǒng)意義上以生化處理為主的工藝已無法滿足排放標(biāo)準(zhǔn)要求，以膜技術(shù)〔反滲透(RO)工藝為主〕為核心的“生化處理+膜法深度處理”組合工藝逐步成為滲濾液處理的主流工藝。據(jù)統(tǒng)計(jì)[4-5]，2008年7月1日后建成運(yùn)行的滲濾液處理設(shè)施有509座，總處理量為38 836 td。其中，含RO工藝滲濾液處理設(shè)施的有242座，處理量為21 842 td，占總處理量的56.2%。509座滲濾液處理設(shè)施中有259座執(zhí)行GB 16889—2008標(biāo)準(zhǔn)，其中，含RO工藝設(shè)施的有209座，處理量為19 920 td，占總處理量的51.3%。

膜處理工藝屬于物質(zhì)分離的純物理過程，處理過程產(chǎn)生約20%～30%的膜濃縮液(以下簡稱“濃縮液”)[6]。相比原滲濾液，濃縮液中無機(jī)鹽和污染物濃度更高，若不能妥善處理而直接排放到環(huán)境中會(huì)造成嚴(yán)重的二次污染。筆者對國內(nèi)外濃縮液的幾種主要處理工藝進(jìn)行深入分析與探討，并提出我國濃縮液的污染控制措施。

1 濃縮液的產(chǎn)生與特性

目前，國內(nèi)外常用的膜分離工藝主要有微濾(MF)、超濾(UF)、納濾(NF)和反滲透等[7-8]。納濾和反滲透工藝是以壓力差為推動(dòng)力，利用膜的選擇透過性截留物質(zhì)，從溶液中分離出溶劑的液體分離操作技術(shù)。反滲透和納濾工藝在垃圾滲濾液處理上都有應(yīng)用，因此會(huì)產(chǎn)生濃縮液。目前，我國采用膜工藝處理的滲濾液約為50 000 td，占滲濾液處理總量的65.7%，若濃縮液按25%產(chǎn)率計(jì)算，我國每年產(chǎn)生濃縮液約456萬t[9]。

與滲濾液和生活污水相比較，濃縮液具有以下特點(diǎn)[10-11]：

(1)成分復(fù)雜，有機(jī)污染物濃度高，COD通常為1 000～5 000 mgL，最高可達(dá)15 000 mgL。

(2)無機(jī)鹽組分高，電導(dǎo)率高達(dá)20 000～50 000 μScm，除了常規(guī)Na+、K+外，還含有Pb、Cu等重金屬離子。

(3)氯離子濃縮的腐蝕問題。

(5)濃縮液的色度和硬度都很高，色度一般為500～1 500倍，呈棕黑色，硬度通常為1 000～2 500 mgL。

2 垃圾滲濾液膜濃縮液處理工藝

膜技術(shù)處理滲濾液不僅要考慮技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等問題，更要考慮環(huán)境管理和二次污染物(如濃縮液)的安全處置問題。目前，關(guān)于濃縮液的處理方法并不多，且相關(guān)文獻(xiàn)資料也非常有限。典型的濃縮液處理方法主要有回灌工藝、蒸發(fā)工藝和高級氧化技術(shù)[12]；在此基礎(chǔ)上發(fā)展而來的組合工藝主要是“預(yù)處理+高級氧化+深度處理”。

2.1 回灌工藝

回灌工藝是國內(nèi)外最普遍的濃縮液處理工藝，是依照滲濾液回灌發(fā)展而來的，與滲濾液回灌的原理相同?；毓喙に囀前牙盥駡霎?dāng)作一個(gè)用垃圾作為填料的生物反應(yīng)器，回灌液自上而下地流經(jīng)垃圾填埋層時(shí)，通過垃圾中微生物的分解，達(dá)到降解回灌液中有機(jī)污染物的目的。

德國自1986年開始采用回灌工藝處理濃縮液[13]，迄今仍有部分填埋場在使用。我國的濃縮液回灌始于21世紀(jì)初，宋延冬等[14]以宜昌、寧國、蒙城垃圾填埋場為例，研究了碟管式反滲透(DTRO)濃縮液回灌工藝，建議濃縮液回灌方式應(yīng)根據(jù)垃圾填埋場的地理特征和業(yè)主的具體要求來確定。山谷型填埋場宜采用石籠回灌法，施工簡單，成本較低；平原型填埋場宜采用兩層生物濾化床方式，而采用石籠回灌法易出現(xiàn)短流現(xiàn)象。DTRO濃縮液回灌對滲濾液電導(dǎo)率無明顯影響，不會(huì)影響后續(xù)反滲透系統(tǒng)的正常運(yùn)行。張其其[15]通過模擬試驗(yàn)研究了垃圾填埋場濃縮液直接回灌和經(jīng)過Fenton預(yù)處理后循環(huán)回灌對填埋垃圾穩(wěn)定化的影響，結(jié)果表明，濃縮液的循環(huán)回灌可有效減少填埋場中污染物的排放量。

但一些研究者對采用濃縮液回灌工藝的填埋場進(jìn)行了監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)濃縮液回灌存在許多弊端。Calabro等[16]對意大利蒙蘇馬諾泰爾梅市的垃圾填埋場濃縮液回灌系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測，結(jié)果表明，最初30個(gè)月雖然滲濾液的產(chǎn)量沒有顯著增加，但COD、鎳、鋅等污染物濃度卻有所增加。Talalaj等[17]對波蘭東北部的某城市垃圾填埋場進(jìn)行了監(jiān)測，并分析了該填埋場第1年反滲透利用以及濃縮液回灌的相關(guān)數(shù)據(jù)，結(jié)果表明，濃縮液回灌不僅會(huì)導(dǎo)致電導(dǎo)率、COD、NH3-N濃度上升，還會(huì)使硫酸鹽的濃度增加。

由此可知，雖然回灌工藝在一定程度上能夠降解部分污染物，但是隨著時(shí)間的推移，其弊端越來越明顯，濃縮液中鹽分和難降解的污染物逐漸積累，從而導(dǎo)致反滲透系統(tǒng)中的滲透壓增高，膜結(jié)垢嚴(yán)重，使膜回收率下降，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成濃縮液處理系統(tǒng)癱瘓。

2.2 蒸發(fā)工藝

蒸發(fā)工藝是把揮發(fā)性組分與非揮發(fā)性組分分離的物理過程，采用蒸發(fā)工藝處理濃縮液時(shí)，水分會(huì)從溶液中沸出，而污染物最終殘留在濃縮液中。目前，國內(nèi)外比較常用的蒸發(fā)工藝有浸沒燃燒蒸發(fā)(SCE)技術(shù)和機(jī)械式蒸汽再壓縮(MVCMVR)技術(shù)，其原理分別如圖1和圖2所示。

圖1 浸沒燃燒蒸發(fā)技術(shù)原理Fig.1 Schematic diagram of submerged combustion evaporator

圖2 機(jī)械式蒸汽再壓縮技術(shù)原理Fig.2 Schematic diagram of mechanical vapor compression technology

SCE技術(shù)是一種節(jié)能環(huán)保的新型燃燒技術(shù)，又稱為液中燃燒法。該技術(shù)是將燃?xì)馀c空氣燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔庵苯訃娙胍后w中，沒有固定的傳熱面，直接接觸傳熱，使?jié)饪s液加熱蒸發(fā)[18]。SCE技術(shù)與傳統(tǒng)蒸發(fā)工藝相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：1)不存在傳熱面上的結(jié)晶、結(jié)垢等問題，適合于加熱和蒸發(fā)腐蝕性強(qiáng)、黏稠、易結(jié)晶和結(jié)垢的液體；2)熱效率高，通常可達(dá)95%以上；3)與間壁式換熱器相比，設(shè)備簡單。

岳東北等[19]采用SCE技術(shù)處理北京市某衛(wèi)生填埋場經(jīng)RO工藝濃縮后的濃縮液，結(jié)果表明，該技術(shù)成功對濃縮液中的難降解有機(jī)物進(jìn)行了分離，處理效果穩(wěn)定，出水水質(zhì)達(dá)到了GB 16889—1997的二級排放標(biāo)準(zhǔn)。該技術(shù)充分利用了填埋場內(nèi)的LFG(垃圾填埋氣)，消除環(huán)境污染的同時(shí)提高了能源利用率。但是，該技術(shù)對NH3-N去除效果不理想。同時(shí)，濃縮液中高濃度的氯離子在系統(tǒng)加熱過程中可能會(huì)對設(shè)備產(chǎn)生腐蝕。

二次濃縮液的安全處置是蒸發(fā)工藝急需解決的關(guān)鍵問題。依據(jù)二次濃縮液的理化特性，可以采取焚燒方式進(jìn)行處置，或脫水干化后進(jìn)行包埋從而將其固化到填埋場等。但焚燒不僅會(huì)影響垃圾熱值，而且容易腐蝕焚燒設(shè)施；若直接回灌填埋場會(huì)導(dǎo)致濃縮液中無機(jī)鹽和難降解污染物積累，電導(dǎo)率升高，使后續(xù)反滲透工藝結(jié)垢嚴(yán)重，出水率下降，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使?jié)饪s液處理系統(tǒng)癱瘓。

2.3 高級氧化技術(shù)

高級氧化技術(shù)在城市污水和工業(yè)廢水處理領(lǐng)域已較為成熟。近年來，其在滲濾液和濃縮液領(lǐng)域的研究和應(yīng)用日益增多。王洪慶等[22]研究了Fenton法及其聯(lián)合工藝處理垃圾滲濾液膜濃縮液，結(jié)果表明，在最佳操作條件下，COD的去除率可達(dá)80%～95%，色度和NH3-N濃度也顯著降低；Wang等[23-24]也通過相同的處理工藝，得到了相似的處理效果；朱衛(wèi)兵等[25-26]采用臭氧氧化工藝處理垃圾滲濾液膜濃縮液，結(jié)果表明，臭氧氧化后濃縮液中的COD顯著降低，且可生化性顯著提高；黃力彥等[27]研究了電化學(xué)氧化法處理垃圾滲濾液膜濃縮液，結(jié)果表明，在最佳條件下，COD的去除率可達(dá)79%～90%，NH3-N的去除率可達(dá)55%～75%；Top等[28]也通過相同的處理工藝進(jìn)行試驗(yàn)，得到了相似的處理效果。

但高級氧化技術(shù)在處理濃縮液時(shí)也存在諸多問題：Fenton法所用試劑量大、時(shí)間長、pH要求低、可能造成二次污染等；臭氧氧化工藝成本較高；電化學(xué)氧化法必須考慮如何降低陽極材料成本以及延長其使用壽命等問題；各方法單獨(dú)使用時(shí)仍不能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。因而，在處理濃縮液時(shí)，需要與其他工藝聯(lián)合使用。

2.4 組合工藝

單一的技術(shù)工藝很難滿足濃縮液的處理要求，組合工藝越來越受到眾多研究者的關(guān)注?，F(xiàn)階段研究較多的組合工藝主要有“預(yù)處理+高級氧化+深度處理”。

張龍等[29]研究了混凝沉淀-樹脂吸附-Fenton氧化工藝對濃縮液的處理效果，結(jié)果表明，濃縮液先經(jīng)過混凝沉淀預(yù)處理，去除部分有機(jī)物和金屬離子；再經(jīng)過樹脂吸附，可有效降低COD及氨氮濃度，COD去除率達(dá)到98.1%。覃芳慧等[30]探討了雙泥SBR工藝對Fenton處理后滲濾液與人工配水混合處理的可行性，結(jié)果表明，COD、NH3-N、TN和腐殖酸的平均去除率分別為85%、75%、70%和70%。李凱原等[31]研究了Fenton氧化+脈沖電解技術(shù)處理垃圾滲濾液反滲透濃縮液，結(jié)果表明，最佳條件下COD和NH3-N的去除率分別可達(dá)95%和86%。Li等[32]采用Fenton氧化混凝+光催化Fenton聯(lián)合工藝對某城市垃圾填埋場滲濾液處理廠的納濾濃縮液進(jìn)行了處理，結(jié)果表明，F(xiàn)enton氧化混凝法能夠去除70%有機(jī)污染物，并且聯(lián)合工藝中過氧化氫的分解效率從216%提高到228%。

2.5 各工藝的主要特點(diǎn)及存在問題

各工藝的特點(diǎn)及存在的問題見表1。

表1 各工藝的特點(diǎn)與存在問題

(續(xù)表1)

由表1可知，不同工藝具有各自不同的特點(diǎn)和使用條件。如回灌工藝會(huì)導(dǎo)致滲濾液無機(jī)鹽積累、電導(dǎo)率增加，對后續(xù)膜工藝影響較大；蒸發(fā)工藝存在二次濃縮液的安全處置問題；高級氧化技術(shù)必須與其他工藝聯(lián)用才能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，且穩(wěn)定性較差。同時(shí)，各工藝缺乏在實(shí)際工程中的穩(wěn)定運(yùn)行成功案例。

3 結(jié)語

濃縮液的安全處理處置是當(dāng)前濃縮液處理技術(shù)發(fā)展的瓶頸，更是環(huán)境管理的重點(diǎn)和難點(diǎn)。目前，國內(nèi)濃縮液的處理技術(shù)仍處于實(shí)驗(yàn)室研究和小試階段，缺乏實(shí)際工程中穩(wěn)定運(yùn)行的案例。據(jù)此，提出以下建議：

(1)開發(fā)濃縮液產(chǎn)生量少或不產(chǎn)生濃縮液的新型滲濾液處理工藝。

(2)改進(jìn)并完善已有濃縮液處理技術(shù)工藝，加快工程化應(yīng)用進(jìn)程。

(3)濃縮液處理處置應(yīng)遵循全過程管理原則，處理過程中產(chǎn)生的二次污染物，如二次濃縮液、污泥等必須妥善處理。

(4)開發(fā)濃縮液資源化利用技術(shù)。

(5)禁止?jié)饪s液回灌填埋場和送往污水處理廠進(jìn)行處置。

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Treatment Status and Pollution Control Suggestions for Membrane Concentrated Leachate in China

AI Hengyu1, MENG Bangbang1,2, LI Na3, YU Zhebin3, HUANG Qifei2, TIAN Shulei2

1.College of Chemical and Environmental Engineering, Harbin University of Science and Technology, Harbin 150040, China 2.Research Institute of Solid Waste Management, Chinese Research Academy of Environmental Sciences, Beijing 100012, China 3.School of Resources and Materials, Northeastern University at Qinhuangdao, Qinhuangdao 066004, China

Membrane filtration concentrated leachate is the by-product during treating landfill leachate by membrane technology. Compared with landfill leachate, it contains a higher concentration of organic pollutants, inorganic salts and metal ions, with poor biodegradability, and can result in more serious secondary pollution if without proper disposal. The typical treatment processes of membrane concentrated leachate at home and broad were analyzed, and the treatment effects, existing problems and current situation of engineering application of different processes, such as recharge, advanced oxidation, evaporation and "pretreatment + advanced oxidation + advanced treatment", were discussed. According to the actual investigations, the safe disposal of membrane concentrated leachate in China was still at an early stage. Meanwhile, engineering application technologies, like advanced oxidation, submerged combustion evaporation (SCE) and mechanical vapor recompression (MVCMVR) were only at laboratory or pilot scale. In order to ensure the safe disposal of concentrated leachate effectively, it was recommended that the concentrated leachate productions need to be reduced from the source; the existing processing techniques of concentrated leachate need to be improved and perfected; the resource utilization technology of concentrated leachate need to be developed; the secondary pollutants of the treatment of concentrated leachate need to be treated properly.

landfill leachate; membrane concentrated leachate; secondary pollutants; safe disposal

2016-03-22

國家環(huán)境保護(hù)公益性行業(yè)科研專項(xiàng)(201509055-04)

艾恒雨(1975—)，男，副教授，博士，主要研究方向?yàn)榻o水與污水處理技術(shù)，aihengyu@126.com

*責(zé)任作者：田書磊(1979—)，男，教授級高級工程師，博士，主要從事固體廢物處理處置技術(shù)與資源化研究，tianslcraes@126.com

X703.1

1674-991X(2016)06-0553-06

10.3969j.issn.1674-991X.2016.06.080

艾恒雨，孟棒棒，李娜,等.我國垃圾滲濾液膜濃縮液處理現(xiàn)狀與污染控制建議[J].環(huán)境工程技術(shù)學(xué)報(bào),2016,6(6):553-558.

AI H Y, MENG B B, LI N, et al.Treatment status and pollution control suggestions for membrane concentrated leachate in China[J].Journal of Environmental Engineering Technology,2016,6(6):553-558.