反渗透技术在垃圾渗滤液处理中的应用

摘要：在论述反渗透技术处理垃圾渗滤液的可行性基础上，分别从膜污染、清洗技术、预处理技术以及浓缩液处理等方面总结了该技术在垃圾渗滤液处理领域的运用，并提出了存在的问题及今后的研究方向。
关键词：垃圾渗滤液；反渗透；膜污染；清洗；预处理；浓缩液
　　垃圾渗滤液是垃圾在堆放和填埋过程中有机物自身降解产生的水和垃圾自身的水分、降水以及入渗的地下水，通过淋溶作用形成的污水[1]。它具有高浓度的CODCr和氨氮，营养元素比例失衡，水质和水量随填埋时间和季节呈现大幅度变化，随着填埋时间的延长可生化性逐渐降低，并含有大量有毒有害物质及重金属等特点，其严重威胁着地表水、地下水和土壤，对人类的生存环境构成危害。已成功运用于食品、医药化工业、海水淡化脱盐等行业的膜分离技术，作为一种新兴的物化手段，是保障垃圾渗滤液达标排放的可行技术，按膜孔径的大小主要分为四类：微滤（0.01～0μm）、超滤（500～100 000 Da）、纳滤（100～500Da）、反渗透（达到 100 Da）[2]。微滤与超滤由于膜孔径较大，常作为渗滤液的预处理技术及用于生物膜法；纳滤与反渗透的膜孔径小，截留效果好，可作为核心处理技术。纳滤法处理出水优于其它传统工艺，但要获得较大的膜通量则需要一定的操作压力[3]，且对污染物的截留率不够高，难以达到《生活垃圾填埋污染控制标准》（GB16889-2008）的要求；反渗透（RO，reverse osmosis）以高于溶剂渗透压的外界压力为推动力，利用膜的选择透过性截留离子物质，实现对溶液混合物的分离过程，其具有抗冲击负荷强，处理出水水质稳定，能有效去除有机和无机污染物，COD和重金属的去除率分别在98%和99%以上[4-5]，是处理城市垃圾渗滤液较理想的工艺选择。
1RO处理垃圾渗滤液的可行性
　　早在1977年，Chian[6]就提出将RO技术用于垃圾渗滤液的处理，在之后的一些研究中，无论是小试模型还是实际生产中都证明了反渗透处理垃圾渗滤液的可行性[7-8]。由于RO技术能高效地截留污水中的无机和有机污染物，近年来其在垃圾渗滤液处理上的应用在全球迅速发展。
　　难降解的有机物是常规的污水处理中常用的生物方法所难解决的一个问题，但RO技术能将其高效的去除。Chan[5]等使用震动性的强化剪切反渗透组件(VSEPRO-vibratory shear-enhanced processing reverse osmosis)对香港NENT垃圾填埋场的老龄渗滤液进行小试研究。结果显示，即便是不对渗滤液的pH进行调节，该组件对生化比仅为0.09的产甲烷阶段的渗滤液中COD 和NH3–N的去除率仍分别高达96%和98%，浓度分别由初始的8 000 mg/L 、2 620 mg/L 降至 200 mg/L 、5 mg/L 以下，出水水质稳定，达到了当地的排放标准。
　　RO也是渗滤液中较高浓度的无机盐离子去除比较理想的选择。2003年投入运行的重庆长生桥垃圾渗滤液处理系统采用两级反渗透工艺，每天处理水量500m3，产水率为80%。先将渗滤液pH调节至6～6.5的范围以防止沉淀，在将其通过初级过滤后，便将渗滤液送入反渗透处理系统的一级处理单元，浓缩液回灌入垃圾填埋场，出水进入二级处理单元，二级处理单元的透过液可直接排入水体，而浓缩液则回到一级单元的进水端进行循环。该两级反渗透系统对于绝大多数的化合物的去除率都高达99%，对Ca2+，Ba2+和Mg2+的去除率更是达到99.9%[-9]。
　　对于危险废物渗滤液的处理，RO技术也具有高效性能。M.Šír[10]等在捷克的某垃圾填埋场进行危险渗滤液处理的中试研究，有效膜面积7.4m2，标准透过液流量300L/h。渗滤液只进行布滤预处理便泵入反渗透系统。在20℃、操作压力为3 MPa的条件下对渗滤液进行一级反渗透处理:总溶解性固体（TDS）去除率大于99%，有机物（TOC）去除率大于97%，其他物质的去除效果见表 1。透过液中的所有监测物质都满足当地排放标准。反渗透产水量受溶液渗透压及膜表面沉淀物积累的影响，在进行过滤实验时并没有观测到透过液通量急剧的下降，也就意味着并没有快速膜污染情况的产生。
表1 反渗透法处理渗滤液检测结果

2RO处理垃圾渗滤液的膜污染研究
　　膜污染是指与膜接触的料液中的微粒、胶体粒子、溶质大分子或微生物与膜存在物理、化学、机械或生物作用，而发生在膜表面或膜孔内的吸附、沉积，使得膜孔径变小甚至堵塞，造成膜产水量下降及分离性能变差的现象[11]。
　　料液与膜一旦接触就意味着膜污染的开始，即溶质与膜之间的相互作用，改变了膜的特性，使膜本身的截留性质降低[12-13]。在反渗透处理垃圾渗滤液的工艺中，膜污染问题越来越受到关注，因为它会降低产水量，缩短膜的寿命，从而增加投资和运行成本。因此可以说膜污染问题在一定程度上影响着反渗透技术的推广。研究工作者们为了寻求防止或减缓RO膜污染的措施，目前在相关方面做出了以下研究成果。