韓珊珊

（南京萬德斯環(huán)保科技股份有限公司，江蘇 南京 211100）

1 老齡化填埋場滲濾液背景

生活垃圾填埋場滲濾液自填埋場開始填埋垃圾時產(chǎn)生，一直到封場后很多年都會源源不斷地輸出。降水、地表徑流、地下水入滲、垃圾降解等均會產(chǎn)生滲濾液。在填埋作業(yè)時期會隨著填埋操作的規(guī)范性不同，水質(zhì)水量會有很大差別，且污染物成分組成也有很大不同。垃圾滲濾液的典型指標(biāo)包括CODCr、BOD5、氨氮、總氮、懸浮物、TDS、重金屬等。垃圾滲濾液典型水質(zhì)指標(biāo)如表1所示。

表1 垃圾滲濾液典型水質(zhì)指標(biāo)

1.1 滲濾液水質(zhì)、水量波動大

中國垃圾分類近年才啟動，早年國內(nèi)垃圾填埋場填埋物成分復(fù)雜，生活垃圾、廚余垃圾、餐廚垃圾等均會進(jìn)入填埋場，加之填埋場所在區(qū)域民眾生活習(xí)慣不同，氣候不同，還有填埋作業(yè)時壓實覆蓋情況不同，填埋過程中滲濾液的水質(zhì)成分變化較大，且填埋初期滲濾液水質(zhì)波動大，到了晚期及封場之后，水質(zhì)水量平穩(wěn)，變化有規(guī)律可循。以滲濾液中有機污染物隨填埋時間變化為例，在填埋初期滲濾液中B/C比值較高，可生化性強，有機物中多為易生化降解的小分子有機物；且隨著填埋時間的延長，小分子有機物逐漸減少，而腐殖酸類物質(zhì)的比重增加，這種有機物組分的變化意味著BOD5/COD的比值下降。早年填埋場滲濾處理濃縮液多以回灌形式重新回到垃圾堆體，也使得垃圾滲濾液中的不可生物降解的大分子有機物越來越多，滲濾液可生化性越來越低。隨著填埋年限增加直至封場，滲濾液BOD5/COD的比值逐年降低，鹽分含量越來越高，活性污泥的處理環(huán)境愈發(fā)惡劣，生化系統(tǒng)運行成本越來越高。

1.2 金屬離子含量高

生活垃圾好氧和厭氧發(fā)酵均會產(chǎn)生二氧化碳，厭氧發(fā)酵過程中還有乙酸、揮發(fā)性脂肪酸等酸性物質(zhì)，因此滲濾液一般呈弱酸性，垃圾中不溶于水的碳酸鹽、金屬及其金屬氧化物等發(fā)生溶解，因此滲濾液中含有種類較多、濃度較高的金屬離子。初期垃圾滲濾液中無機鹽成分并不是很高，但隨著濃縮液回灌，逐年累積，老齡垃圾填埋場滲濾液無機鹽含量越來越高，有的填埋場滲濾液電導(dǎo)已經(jīng)超過40 000 μs/cm。

1.3 氨氮含量高

垃圾滲濾液中總氮以氨氮為主，主要來源于垃圾中含氮有機物的分解，氨氮濃度隨著填埋時間增加而增長。填埋初期氨氮含量在800～1 500 mg/L，而填埋場封場時氨氮的峰值可達(dá)3 000 mg/L左右，且如此高濃度的氨氮會維持很長一段時間，因此滲濾液中氨氮含量高也是滲濾液難處理的一個重要原因。

1.4 微生物營養(yǎng)元素比例失調(diào)

對于生物處理，垃圾滲濾液營養(yǎng)素C/N的比值不是固定不變的。在不同場齡的垃圾滲濾液中，C/N的比值常出現(xiàn)失調(diào)的現(xiàn)象，給生化處理帶來一定難度。

1.5 污染強度大、污染持續(xù)時間長

BOD5、CODCr、BOD5/CODCr等值將隨著填埋場年齡增長而降低，C/N也會隨填埋場年齡增長而降低，堿度含量逐漸升高，導(dǎo)致滲濾液處理設(shè)備結(jié)垢傾向增強，老齡填埋場滲濾液比新鮮滲濾液處理難度更大。

2 老齡化填埋場滲濾液處理工藝

2.1 填埋場滲濾液出水要求

填埋場滲濾液排放標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行《生活垃圾衛(wèi)生填埋場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB16889-2008）表2標(biāo)準(zhǔn)，具體指標(biāo)如表2所示。

表2 現(xiàn)有和新建生活垃圾填埋場水污染物排放濃度限值

2.2 填埋場滲濾液處理工藝

2.2.1 物化處理

物理化學(xué)方法主要有混凝沉淀、高級氧化、離子交換樹脂等多種方法。物化處理對水質(zhì)的適應(yīng)性強，耐沖擊負(fù)荷能力更強。當(dāng)水質(zhì)水量波動大時，可以靈活調(diào)整運行工況，因此，出水水質(zhì)比較穩(wěn)定，處理效果也比較理想。但物化法處理成本較高，不管是藥劑投加還是填料、樹脂等耗材更換，運行成本均高于生化處理，一般不會用于垃圾滲濾液的單獨處理，會與生化處理相結(jié)合使用。物化方法多用在滲濾液的預(yù)處理或者深度處理。

2.2.2 膜分離技術(shù)

該技術(shù)是利用某些隔膜的半滲透性使溶劑與溶質(zhì)或微粒分離的一種處理方法，包括超濾膜（UF）、納濾膜（NF）和反滲透（RO）等，其處理效果比常規(guī)工藝穩(wěn)定且運行效果好，是目前垃圾滲濾液處理工程的常用工藝。

2.2.3 生化處理

生化方法主要是利用微生物自身新陳代謝過程對相應(yīng)污染物質(zhì)的降解轉(zhuǎn)化作用達(dá)到去除污染物的目的。其最大的特點是污染物降解徹底、運行成本相對較低。由于微生物的種類繁多，基本可以對所有的有機污染物質(zhì)進(jìn)行有效降解，所以生化方法在有機廢水處理行業(yè)中應(yīng)用十分普遍。

生物法分為厭氧生物處理、好氧生物處理以及二者的結(jié)合。好氧處理包括活性污泥法、SBR、CASS、AO和氧化溝等。

2.2.4 常用工藝組合處理

由于滲濾液較高的污染物濃度和復(fù)雜的組成成分，單一的處理工藝不可能滿足滲濾液處理的要求。目前，常用一系列的工藝組合對滲濾液進(jìn)行處理，以保證系統(tǒng)處理出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)。

生活垃圾滲濾液的處理經(jīng)過工程公司多年實踐，發(fā)現(xiàn)采用“生化+膜處理”，項目建設(shè)成本最低，處理效果也比較理想，有機物可以被充分降解，膜設(shè)備可以將不可生化降解的有機物、無機物截留。由于《生活垃圾衛(wèi)生填埋場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB16889-2008）表2標(biāo)準(zhǔn)中沒有對溶解性固體作出限定，所以在填埋場初期采用納濾膜即可滿足工藝需求。也有直接采用碟管式反滲透處理滲濾液的工藝，膜系統(tǒng)產(chǎn)生的濃水回灌到垃圾堆體。但因此也為后期的滲濾液處理留下隱患[1]。

新鮮滲濾液或中早期滲濾液應(yīng)用“生化+膜分離”技術(shù)有良好的效果，其工藝運行穩(wěn)定，產(chǎn)水達(dá)標(biāo)，但隨著填埋場工作年限增加，生化運行成本越來越高，B/C比、C/N比失調(diào)，運行時為保證脫氮效果，需要投加大量碳源。

3 開展中試項目

隨著垃圾焚燒廠興起，填埋場漸漸走到歷史舞臺的終點，填埋場逐漸達(dá)到服務(wù)年限，老齡填埋場越來越多，老齡填埋場的滲濾液處理難度越來越大，因此，人們也越來越關(guān)注填埋場滲濾液的全量化處理。焚燒廠滲濾液依托焚燒廠系統(tǒng)可以100%回用，實現(xiàn)零排放，但老齡填埋場滲濾液的出路在哪里。本項目以興化填埋場滲濾液為例，探索老齡化填埋場滲濾液預(yù)處理問題，做好滲濾液的預(yù)處理，實現(xiàn)物料分離，降低后續(xù)系統(tǒng)的處理壓力，提高系統(tǒng)處理效果。

嚴(yán)峻的治理形勢與迫切的清液產(chǎn)率提標(biāo)是市場需求，亟需研發(fā)面向高濃度廢水的高性能膜分離應(yīng)用技術(shù)，提高投資及運行的經(jīng)濟效益，為此本項目以高效經(jīng)濟為主旨，創(chuàng)新研發(fā)面向高濃度廢水的高性能膜分離應(yīng)用技術(shù)，實現(xiàn)滲濾液的穩(wěn)定減量化處理，提高清液產(chǎn)率，解決工程實際問題。同時獲得一種高性能分離膜產(chǎn)品，突破市場技術(shù)壁壘，實現(xiàn)高效經(jīng)濟化的工藝應(yīng)用。

3.1 物料分離膜介紹

本中試項目所選物料分離膜元件為超濾膜，超濾膜孔徑小于0.1 μm，用于攔截溶液中的大分子（如蛋白質(zhì)、腐殖酸、膠體、乳濁液等）。超濾在水處理行業(yè)中應(yīng)用廣泛，超濾膜形式多樣，包括中控纖維柱狀超濾、管式超濾、卷式超濾等。超濾可分離分子量相差10倍以上的高分子混合物。本課題選用卷式超濾，材質(zhì)為TFM（改性PTFE），截留分子量為2 500道爾頓，用于脫色、降低TOC和從有機溶液中脫除硫酸鹽的膜元件。具體工藝流程如圖1所示。

圖1 工藝流程圖

3.1.1 明確評價指標(biāo)

探索分離膜運行效果，包括污染物指標(biāo)去除率（COD、氨氮、電導(dǎo)率等）、清液得率、連續(xù)運行時間等；

通過下述指標(biāo)對分離膜運行性能進(jìn)行綜合評估：

（1）水質(zhì)指標(biāo)：COD、氨氮、pH值、電導(dǎo)率；

（2）系統(tǒng)指標(biāo)：清液得率、連續(xù)運行時間、膜通量、膜前壓力、膜后壓力、壓差、電導(dǎo)透過率。

定義如下：

1）清液得率（Y，%）=膜清液流量（Qq，m3/h）/膜進(jìn)水量（Qs，m3/h）*100%；

2）膜通量（F，LMH）=膜清液流量（Qm，m3/h）/膜面積（Sm，m2）*1 000；

3）連續(xù)運行時間（T，h）=下次停止運行時間（Tb，h）-上次開機運行時間（Ta，h）；

4）壓差（P，bar）=膜前壓力（Pb）-膜后壓力（Pa）。

5）電導(dǎo)透過率（D，%）=一段膜清液電導(dǎo)率（D q，ms/ cm）/納濾濃縮液電導(dǎo)率（Dn，ms/cm）

3.1.2 中試實施

具體設(shè)備及材料如表3所示。

表3 分離膜設(shè)備儀表及材料清單

工藝運行：

2020.10.23啟動分離膜裝置，對分離膜進(jìn)行試驗，運行時間為2020.10.23～2020.11.21。清液流量、膜通量及壓力情況分別包括A、B、C、D四個運行區(qū)間。

A（初始運行區(qū)間）：開啟膜設(shè)備，運行時間段為2020.10.23～2020.10.25，累計運行時間為24 h。設(shè)定初始運行參數(shù)為一段清液流量1.00 m3/h、系統(tǒng)清液得率97%，此時一段初始膜通量14.79 LMH、一段初始膜前壓力5.87 bar、一段初始膜后壓力4.76 bar、一段膜壓差1.11 bar。二段初始清液流量0.42 m3/h，二段初始膜通量15.91 LMH、二段初始膜前壓力5.47 bar、二段初始膜后壓力4.74 bar、二段膜壓差0.73 bar。

B（原水沖洗運行區(qū)間）：調(diào)節(jié)濃縮液閥門，采用進(jìn)水沖洗20 min，并控制清液得率在95%下繼續(xù)運行，運行時間段為2020.10.25～2020.10.26，累計運行時間為24 h。經(jīng)原水沖洗后，一段初始清液流量1.00 m3/h，一段初始膜通量14.79 LMH、一段初始膜前壓力7.74 bar、一段初始膜后壓力6.64 bar、一段膜壓差1.10 bar。二段初始清液流量0.39 m3/ h，二段初始膜通量14.77 LMH、二段初始膜前壓力7.30 bar、二段初始膜后壓力6.56 bar、二段膜壓差0.74 bar。

運行期間高壓泵頻率在65%～77%，一段清液流量、一段膜通量基本保持不變，相對穩(wěn)定，二段清液流量、二段膜通量隨著時間增加逐漸降低。運行結(jié)束時，一段清液流量1.00 m3/h，一段膜通量14.79 LMH、一段膜前壓力8.80 bar、一段膜后壓力7.65 bar、一段膜壓差1.15 bar。二段清液流量0.23 m3/h，二段膜通量8.71 LMH、二段膜前壓力8.39 bar、二段膜后壓力7.62 bar、二段膜壓差0.77 bar。

C（RO產(chǎn)水沖洗運行區(qū)間）：采用RO淡水進(jìn)行沖洗120 min。沖洗結(jié)束后，系統(tǒng)重新啟動運行，控制清液得率在95%，運行時間段為2020.10.25～2020.11.05，累積運行時間為185 h。一段初始清液流量1.00 m3/h，一段初始膜通量14.79 LMH、一段初始膜前壓力6.65 bar、一段初始膜后壓力5.51 bar、一段膜壓差1.14 bar。二段初始清液流量0.39 m3/ h，二段初始膜通量14.77 LMH、二段初始膜前壓力6.24 bar、二段初始膜后壓力5.50 bar、二段膜壓差0.74 bar。

運行期間高壓泵頻率在59%～72%，一段清液流量、一段膜通量、二段清液流量、二段膜通量基本保持不變，系統(tǒng)處于相對穩(wěn)定狀態(tài)。運行結(jié)束時，一段清液流量1.01 m3/h，一段膜通量14.94 LMH、一段膜前壓力9.24 bar、一段膜后壓力8.00 bar、一段膜壓差1.24 bar。二段清液流量0.25 m3/h，二段膜通量9.47 LMH、二段膜前壓力8.77 bar、二段膜后壓力7.95 bar、二段膜壓差0.82 bar。

D（化學(xué)清洗運行區(qū)間）清洗方法為：1）RO產(chǎn)水沖洗2 h；2）堿洗：采用堿性清洗劑MCT511，堿洗液pH值為11.15，溫度為31.10 ℃，排出洗出液約20%后，循環(huán)清洗2 h后pH降至10.51并保持不變，溫度為29 ℃，排空堿洗液；3）RO產(chǎn)水沖洗至pH中性。

清洗結(jié)束后，系統(tǒng)重新啟動運行，控制清液得率在95%，運行時間段為2020.11.06～2020.11.21，累積運行時間為130 h。一段初始清液流量1.00 m3/h，一段初始膜通量14.79 LMH、一段初始膜前壓力7.64 bar、一段初始膜后壓力6.43 bar、一段膜壓差1.21 bar。二段初始清液流量0.39 m3/h，二段初始膜通量14.77 LMH、二段初始膜前壓力7.16 bar、二段初始膜后壓力6.40 bar、二段膜壓差0.76 bar。

運行期間高壓泵頻率在67%～85%，一段清液流量、一段膜通量基本保持不變，二段清液流量、二段膜通量隨著運行時間延長緩慢下降。運行結(jié)束時，一段清液流量0.99 m3/h，一段膜通量14.64 LMH、一段膜前壓力10.51 bar、一段膜后壓力9.18 bar、一段膜壓差1.33 bar。二段清液流量0.19 m3/h，二段膜通量7.20 LMH、二段膜前壓力10.03 bar、二段膜后壓力9.18 bar、二段膜壓差0.85 bar。

3.2 試驗效果

分離膜對COD、氨氮及電導(dǎo)率處理效果水質(zhì)數(shù)據(jù)分別見圖2、圖3、圖4。其中：

圖2 分離膜COD變化趨勢

圖3 分離膜氨氮變化趨勢

圖4 分離膜電導(dǎo)率變化趨勢

（1）系統(tǒng)來水COD在2105.17～2 923.41 mg/ L波動，一段清液COD在406.10～744.96 mg/L波動，二段清液COD在914.74～6 922.76 mg/L波動，腐殖酸COD在41 074.44～47 667.20 mg/ L波動。分離膜的一段清液COD去除率在72.15%～85.40%之間波動。

（2）系統(tǒng)來水氨氮在1 627～2 991 mg/L波動，一段清液氨氮在671～1 156 mg/L波動，二段清液氨氮在800～1 800 mg/ L波動，腐殖酸氨氮在13 745～30 175 mg/L波動。分離膜的一段清液氨氮去除率在38%～71%之間波動。

（3）系統(tǒng)來水26.57～32.06 ms/cm波動，一段清液電導(dǎo)率在25.59～31.30 ms/cm波動，二段清液電導(dǎo)率在26.12～31.40 ms/cm波動，腐殖酸電導(dǎo)率在33.15～36.60 ms/ cm波動。分離膜的一段清液電導(dǎo)透過率在90.48%～98.84%之間波動。

4 問題與解決方案

現(xiàn)場主要問題及解決方案如下：

（1）無法有效控制pH值

現(xiàn)場問題：滲濾液進(jìn)水pH值波動較大，基本上呈堿性為7.0～8.0，為確保生產(chǎn)穩(wěn)定，維持膜進(jìn)水pH值在6.5～6.8，調(diào)大加酸量使藥劑消耗周期變短，同時原水水中存在較多堿度，加酸過量反應(yīng)產(chǎn)生氣泡較多，容易導(dǎo)致進(jìn)水泵運行故障，影響生產(chǎn)。

解決方案：建議加酸同時采用大流量外循環(huán)，以改善堿度較高產(chǎn)生的氣泡進(jìn)入管路導(dǎo)致的泵故障。

（2）水質(zhì)存在波動現(xiàn)象

現(xiàn)場問題：由于現(xiàn)場水質(zhì)的波動，分離膜裝置配套的過濾袋容易污堵，堵塞后高壓泵前壓力降低影響系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

解決方案：定期（3～5天）更換濾袋，確保高壓泵前壓力穩(wěn)定。工程實踐中尤其要注意此項。

（3）濃縮液調(diào)節(jié)閥污堵

現(xiàn)場問題：分離膜裝置設(shè)計處理規(guī)模1 m3/h，配套的濃縮液流量調(diào)節(jié)閥在試驗過程中難以精確地調(diào)控流量，過低的濃縮液流量導(dǎo)致分離膜系統(tǒng)清液得率上升，出水水質(zhì)波動較大，對膜性能測試存在一定程度影響。分離膜裝置上的濃縮液閥門表現(xiàn)出長期低流量運行后出現(xiàn)污堵現(xiàn)象，影響了系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

解決方案：現(xiàn)場通過定期檢測濃縮液流量，應(yīng)進(jìn)行以下措施當(dāng)出現(xiàn)流量明顯降低時調(diào)大濃縮液閥門，在經(jīng)原水沖洗10～30 min后調(diào)整至先前的運行參數(shù)。工程設(shè)計時閥門必須垂直安裝，水流自上而下的流動，避免水平安裝時流速過慢引起污堵。

5 經(jīng)濟性分析

老齡填埋場滲濾液經(jīng)分離膜預(yù)處理之后，腐殖酸被有效分離出去，氨氮也有一定程度地降低，有效提高了滲濾液的B/ C、C/N的比值，降低了后續(xù)生化處理的壓力，減少碳源投加，土建設(shè)計和設(shè)備選型規(guī)模也可以減小，降低運行成本，出水更容易達(dá)標(biāo)[2]。

6 總結(jié)

結(jié)合前期市場信息調(diào)研及本研發(fā)項目試驗結(jié)果，統(tǒng)計了該分離膜產(chǎn)品運行后的水質(zhì)效果，包括分離膜研發(fā)項目涉及的膜產(chǎn)品及市場上成熟的分離膜產(chǎn)品，一段清液COD在406.10～744.96 mg/ L，二段清液COD在914.74～6 922.76 mg/ L，腐殖酸COD在41 074.44～47 667.20 mg/L，電導(dǎo)透過率在90.48%～98.84%之間，對氨氮也有一定程度的截留，可有效提取腐殖酸，達(dá)到了鹽與有機物分離且腐殖酸富集的目的。

試驗所選分離膜具有良好的分離性能，具體表現(xiàn)為膜通量穩(wěn)定、連續(xù)運行穩(wěn)定性好，且更耐污染。通過化學(xué)清洗均能基本恢復(fù)初始運行狀態(tài)。在工程實踐中具有運用價值，值得推廣。