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指標如表1所示。

表1 垃圾滲濾液典型水質指標

1.1 滲濾液水質、水量波動大

中國垃圾分類近年才啟動，早年國內垃圾填埋場填埋物成分復雜，生活垃圾、廚余垃圾、餐廚垃圾等均會進入填埋場，加之填埋場所在區(qū)域民眾生活習慣不同，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成分變化較大，且填埋初期滲濾液水質波動大，到了晚期及封場之后，水質水量平穩(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，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已經超過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

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，導致滲濾液處理設備結垢傾向增強，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準執(zhí)行《生活垃圾衛(wèi)生填埋場污染控制標準》（GB16889-2008）表2標準，具體指標如表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。物化處理對水質的適應性強，耐沖擊負荷能力更強。當水質水量波動大時，可以靈活調整運行工況，因此，出水水質比較穩(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，會與生化處理相結合使用。物化方法多用在滲濾液的預處理或者深度處理。

2.2.2 膜分離技術

該技術是利用某些隔膜的半滲透性使溶劑與溶質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污染物質的降解轉化作用達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進行有效降解，所以生化方法在有機廢水處理行業(yè)中應用十分普遍。

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行處理，以保證系統(tǒng)處理出水水質達標。

生活垃圾滲濾液的處理經過工程公司多年實踐，發(fā)現(xiàn)采用“生化+膜處理”，項目建設成本最低，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準》（GB16889-2008）表2標準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用“生化+膜分離”技術有良好的效果，其工藝運行穩(wěn)定，產水達標，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，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，填埋場逐漸達到服務年限，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處理問題，做好滲濾液的預處理，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。

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

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、腐殖酸、膠體、乳濁液等）。超濾在水處理行業(yè)中應用廣泛，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

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

通過下述指標對分離膜運行性能進行綜合評估：

（1）水質指標：COD、氨氮、pH值、電導率；

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

定義如下：

1）清液得率（Y，%）=膜清液流量（Qq，m3/h）/膜進水量（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）電導透過率（D，%）=一段膜清液電導率（D q，ms/ cm）/納濾濃縮液電導率（Dn，ms/cm）

3.1.2 中試實施

具體設備及材料如表3所示。

表3 分離膜設備儀表及材料清單

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）：開啟膜設備，運行時間段為2020.10.23～2020.10.25，累計運行時間為24 h。設定初始運行參數為一段清液流量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）：調節(jié)濃縮液閥門，采用進水沖洗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產水沖洗運行區(qū)間）：采用RO淡水進行沖洗120 min。沖洗結束后，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（化學清洗運行區(qū)間）清洗方法為：1）RO產水沖洗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產水沖洗至pH中性。

清洗結束后，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、氨氮及電導率處理效果水質數據分別見圖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，一段清液電導率在25.59～31.30 ms/cm波動，二段清液電導率在26.12～31.40 ms/cm波動，腐殖酸電導率在33.15～36.60 ms/ cm波動。分離膜的一段清液電導透過率在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：滲濾液進水pH值波動較大，基本上呈堿性為7.0～8.0，為確保生產穩(wěn)定，維持膜進水pH值在6.5～6.8，調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，加酸過量反應產生氣泡較多，容易導致進水泵運行故障，影響生產。

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

（2）水質存在波動現(xiàn)象

現(xiàn)場問題：由于現(xiàn)場水質的波動，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）濃縮液調節(jié)閥污堵

現(xiàn)場問題：分離膜裝置設計處理規(guī)模1 m3/h，配套的濃縮液流量調節(jié)閥在試驗過程中難以精確地調控流量，過低的濃縮液流量導致分離膜系統(tǒng)清液得率上升，出水水質波動較大，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，應進行以下措施當出現(xiàn)流量明顯降低時調大濃縮液閥門，在經原水沖洗10～30 min后調整至先前的運行參數。工程設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 經濟性分析

老齡填埋場滲濾液經分離膜預處理之后，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，土建設計和設備選型規(guī)模也可以減小，降低運行成本，出水更容易達標[2]。

6 總結

結合前期市場信息調研及本研發(fā)項目試驗結果，統(tǒng)計了該分離膜產品運行后的水質效果，包括分離膜研發(fā)項目涉及的膜產品及市場上成熟的分離膜產品，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。通過化學清洗均能基本恢復初始運行狀態(tài)。在工程實踐中具有運用價值，值得推廣。