＊張新磊 溫學(xué)友 趙運(yùn)濤,3*

（1.河北地質(zhì)大學(xué)水資源與環(huán)境學(xué)院 河北 050031 2.河北地質(zhì)大學(xué)智慧環(huán)境產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院 河北 050022 3.河北地質(zhì)大學(xué)水資源可持續(xù)利用與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化協(xié)同創(chuàng)新中心 河北 050031）

垃圾滲濾液的處理方法主要有物理法、化學(xué)法和生物法。由于投資與運(yùn)行成本較低，生物法被普遍用于垃圾滲濾液處理中。然而由于大量難降解有機(jī)物、無機(jī)鹽、重金屬等的存在，單純的生物法很難使垃圾滲濾液處理達(dá)標(biāo)，仍需采用物理法或化學(xué)法對滲濾液生化出水進(jìn)行深度處理。膜分離技術(shù)具有操作簡單、運(yùn)行靈活、效率高等優(yōu)點(diǎn)，其中納濾、反滲透、正滲透等膜技術(shù)具有脫鹽和去除有機(jī)物的能力，它們在垃圾滲濾液生化出水處理中的應(yīng)用可以保證各項(xiàng)污染物穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放。本文重點(diǎn)就納濾、反滲透、正滲透在處理垃圾滲濾液生化出水中的應(yīng)用研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，并結(jié)合它們的應(yīng)用特點(diǎn)對其未來發(fā)展趨勢進(jìn)行展望。

1.垃圾滲濾液生化出水的水質(zhì)特征及處理技術(shù)

垃圾滲濾液中含有高濃度的COD（化學(xué)需氧量）、BOD（生化需氧量）和NH3-N（氨氮），其具體濃度值因垃圾處理技術(shù)和時間的不同而存在很大差異。一般而言，垃圾滲濾液中的BOD 和COD 濃度在103～104mg/L數(shù)量級，氨氮濃度在102～103mg/L 數(shù)量級[1]。在垃圾填埋穩(wěn)定化過程中部分有機(jī)物質(zhì)得以降解，因此隨著填埋時間的延長，垃圾滲濾液的BOD 和COD 含量降低，其可生化性變差。垃圾焚燒廠滲濾液是焚燒前在貯坑中堆放垃圾時（3～7 d）產(chǎn)生的，它的BOD 和COD含量較垃圾填埋場滲濾液更高，但其可生化性更好[2]。垃圾滲濾液尤其是填埋場早期垃圾滲濾液和焚燒廠垃圾滲濾液中還含有相當(dāng)數(shù)量的金屬離子，其中重金屬離子的濃度一般為 μg/L～mg/L 數(shù)量級。此外，近年來在垃圾滲濾液中有檢出全氟和多氟烷基化合物、環(huán)境內(nèi)分泌干擾物、藥物和個人護(hù)理品、微塑料等新污染物，這些新污染物一般具有環(huán)境持久性、生物蓄積性、高毒性等特點(diǎn)，其濃度從ng/L 到mg/L 不等[3]。

單純依靠生物處理很難有效去除以上難降解物質(zhì)，對垃圾滲濾液生化出水進(jìn)行深度處理是確保各項(xiàng)污染物達(dá)標(biāo)排放的關(guān)鍵。目前，垃圾滲濾液生化出水深度處理技術(shù)主要有高級氧化技術(shù)和膜分離技術(shù)，其中利用高級氧化技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對難降解有機(jī)物的降解和礦化，但它對氨氮、無機(jī)鹽、重金屬等的去除能力有限，因此大多數(shù)垃圾滲濾液處理項(xiàng)目中都使用了脫鹽膜分離技術(shù)（納濾、反滲透、正滲透等）。進(jìn)水水質(zhì)是影響膜處理效果的重要因素，垃圾滲濾液生化出水（即深度處理進(jìn)水）的典型水質(zhì)參數(shù)值如圖1 所示（水質(zhì)數(shù)量）[4-9]?？傮w而言，經(jīng)過生物處理后垃圾滲濾液中的大部分有機(jī)物和氨氮得以去除，剩余的污染物以難降解物質(zhì)為主。垃圾滲濾液生化出水中的COD和BOD 濃度在102～103mg/L 數(shù)量級，BOD/COD 比值低于0.1；氨氮濃度在10～103mg/L 數(shù)量級；重金屬離子的濃度仍在μg/L～mg/L 數(shù)量級。

圖1 垃圾滲濾液常規(guī)污染物濃度（a）和重金屬濃度（b）

2.納濾技術(shù)

納濾（NF）是一種膜處理技術(shù)，其溶質(zhì)截留性介于超濾和反滲透之間。該技術(shù)使用的膜具有約1～2 nm的孔徑范圍，能夠阻止分子量超過200～400 Da 的有機(jī)物通過，其截留效果具有很大的選擇性，截留率在20%到98%之間變化。如果使用壓力驅(qū)動膜進(jìn)行NF 分離濃縮，則通常在較低的操作壓力下進(jìn)行（0.35～1.7 MPa），而且具有比反滲透膜更高的水通量。

Brasil 等[10]采用MBR+NF+Fenton 組合處理垃圾滲濾液，能夠有效去除有機(jī)物（93%）和色度（＞99%），并促進(jìn)垃圾滲濾液的濃縮。Silva 等[11]將NF 用作MBR出水后的深度處理步驟，當(dāng)操作壓力為10 Pa 時，納濾膜具有最低的結(jié)垢傾向、最高的滲透通量及最高的污染物去除率。納濾膜處理垃圾滲濾液時，對有機(jī)污染物及二價和三價離子具有高截留率，但對氨、硝酸鹽或亞硝酸鹽形式的氮卻幾乎沒有截留效果，這使得NF 不適用于作為垃圾滲濾液處理的獨(dú)立工藝。

3.反滲透技術(shù)

反滲透（RO）是一種以壓力為推動力的膜分離過程，它通過施加外部壓力產(chǎn)生反滲透壓，并利用半透膜的截留作用將溶劑和溶質(zhì)分離。

Wu 等[12]采用緊急圓盤管-反滲透（DTRO）處理老化的垃圾滲濾液，DTRO 系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)83%以上的水回收率，并將出水電導(dǎo)率降到0.15～0.22 mS/cm，將含碳和含氮的有機(jī)物降至達(dá)標(biāo)排放水平。Izabel 等[13]采用SBR（序批式活性污泥法）+RO 處理工藝處理垃圾滲濾液。經(jīng)處理后BOD 去除率達(dá)到99%、N-NH4+＞99%、TN ＞99%、COD（97%）。穩(wěn)定滲濾液的TOC 去除率較高，為95.2%，而年輕滲濾液為86.7%。反滲透工藝對穩(wěn)定滲濾液的除鐵效率（99.8%）高于對年輕滲濾液的去除效率（80.0%）。RO 的應(yīng)用顯著提高了年輕和穩(wěn)定滲濾液中所有污染物的去除效率。

反滲透膜技術(shù)作為常用的垃圾滲濾液深度處理技術(shù)，具有超過90%的TDS（溶解性固體總量）去除率和超過80%的水回收率。然而，反滲透膜運(yùn)行需要較高的壓力作為驅(qū)動力，這會導(dǎo)致膜污染嚴(yán)重，并且難以通過清洗恢復(fù)通量。此外，高壓力也導(dǎo)致能量消耗較大，對碳減排不友好。

4.正滲透技術(shù)

正滲透（FO）即為自然滲透的過程，指的是水從高水化學(xué)位（或低滲透壓）一側(cè)通過選擇透過性膜流向低水化學(xué)位（或高滲透壓）一側(cè)的過程。與反滲透工藝相比，正滲透可以大大降低進(jìn)水要求，處理一些反滲透無法處理的高污染廢水，或者大大減少預(yù)處理工藝，實(shí)現(xiàn)工藝的集成整合。

Ibrar 等[14]研究了正滲透處理垃圾滲濾液生化出水的性能及清洗方案。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在AL（正滲透膜活性層）-FS（汲取液）模式下與AL-DS（汲取液）模式下相比，F(xiàn)O 膜的水通量更高，但膜污染也更嚴(yán)重。無論是采用AL-FS 模式還是AL-DS 模式，F(xiàn)O 膜對廢水中的重金屬離子和污染物的截留率都在93%～99%之間，可以滿足排放標(biāo)準(zhǔn)要求。Li 等[15]研究了以碳酸氫銨作為汲取液的正滲透來處理垃圾滲濾液MBR 出水。經(jīng)過FO 處理后，水回收率可以達(dá)到91.6%，處理后的出水無毒性，在稀釋后可以直接作為液肥進(jìn)行灌溉。Aftab 等[16]將生物炭（BC）或粉末活性炭（PAC）應(yīng)用于FO 系統(tǒng)中，與單一FO 系統(tǒng)相比，添加BC 或PAC 可以顯著提高過濾體積和通量的恢復(fù)，甚至在PAC 濃度為10 g/L 時，通量可以完全恢復(fù)。

與壓力驅(qū)動的膜分離過程相比，正滲透具有多個獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：低能耗、良好的分離效果和抗污染能力、可通過特殊溶質(zhì)配制吸引液從而獲得更高的滲透驅(qū)動壓力、膜污堵自然衰減等。正滲透可以降低進(jìn)水要求、處理高污染廢水或減少預(yù)處理工藝，實(shí)現(xiàn)工藝的整合。

5.組合膜技術(shù)

膜組合技術(shù)不僅能提高污染物去除率和水回收率，還能解決膜污染和汲取液回收的問題。例如，RO+NF 組合可以有效解決RO 系統(tǒng)的嚴(yán)重膜污染問題，而FO+MD（膜蒸餾）組合可以解決FO 汲取液回收問題等。

Zhou 等[17]采用FO-MD 聯(lián)合技術(shù)處理高鹽度垃圾滲濾液，通過響應(yīng)面法優(yōu)化了FO 工藝的操作條件。研究發(fā)現(xiàn)，在FO 過程中，F(xiàn)S 流速為0.87 L/min，DS 流速為0.31 L/min，DS 濃度為4.82 M。當(dāng)FS 中鹽濃度分別為25000 mg/L 和60000 mg/L，MD 階段入口溶液溫度分別為72.5±0.5 ℃和62.5±0.5 ℃時，鹽的排斥率高于96%，TOC 和TN 的去除率高于98%，NH4+-N、Hg、As、Sb 被完全去除。

納濾、反滲透和正滲透等技術(shù)可實(shí)現(xiàn)較高的污染物去除率，但處理成本較高，膜污染問題也比較嚴(yán)重。膜組合技術(shù)是一種解決方案，可以提高污染物去除率和水回收率，同時解決膜污染和汲取液回收的問題。

6.結(jié)論與展望

本文綜述了近五年來垃圾滲濾液處理中納濾、反滲透、正滲透和膜組合技術(shù)的應(yīng)用。先前的研究已證實(shí)，納濾、反滲透和正滲透處理垃圾滲濾液的生化出水能夠?qū)崿F(xiàn)良好的污染物去除率和水回收率。然而，納濾和反滲透是壓力驅(qū)動的膜分離過程，而正滲透則是自然滲透過程，無需壓力驅(qū)動。因此，與前兩種膜分離過程相比，正滲透膜過程不僅污染較輕，而且能耗較低。正滲透過程的應(yīng)用與國際碳中和背景相契合，具有廣闊的發(fā)展前景。