管式膜MBR技术在垃圾渗滤液处理中的应用


摘要：本文对我国垃圾填埋场渗滤液的特点、处理技术及处理现状进行了简要阐述，重点介绍了管式膜MBR处理技术在城市垃圾渗滤液处理中的应用、分析了管式膜MBR处理技术的优势,并对于管式膜MBR处理技术在未来垃圾渗滤液处理中的发展进行了展望。
关键词：垃圾渗滤液；MBR；管式膜；膜
The Application of Tubular Membrane MBR Technology in the treatment of Landfill Leachate
YANG Li1，GUO Pei-xian1，ZHANG Bao-cheng2
（1 Beijing ZSC Solide-Liqiud Seperation Technology Co.,LTD,2 Beijing Tri-High
Membrane Technology Co.,LTD, Beijing 100085,China）
Abstract: The characteristic of the landfill leachate , leachate treatment method of the current status in China are summarized. The Application of Tubular Membrane MBR Technology in treatment of Landfills Leachate is introduced emphatically. The advantages of membrane technology are analyzed, and the prospect of future development of MBR technology in leachate treatment is showed.
Key words: leachate； MBR；tubular membrane; membrane


城市垃圾是城市环境治理的一大难题。垃圾转运站、焚烧场或填埋场的垃圾渗滤液是由各种化合物和沤化腐烂物质生成，含有浓度极高的BOD、COD、含氮化合物、含磷化合物、有机卤化物及硫化物、无机盐类等，不仅气味恶臭，而且其中不少是致癌物。若排放地表，污染环境，溶入地下，污染水源，是城市环境和人体健康的一大危害。而且垃圾填埋时间越久，其渗滤液的浓度就越高、危害就越大。近些年来生活垃圾处理越来越受到人们的重视，我国专门制定了GB16889—1997生活垃圾填埋污染控制标准，见表1。
膜生物法(MBR)是近些年才出现的一种集膜过滤和生物处理于一体的新型高效生物处理技术[1]。由于膜的高效截留作用，可以使污泥浓度达到较高的水平，大大提高污泥负荷，减少占地面积，出水水质好，适合垃圾渗滤液这样高浓度难降解有机废水处理，有很大的应用前景。
表1 生活垃圾渗滤液排放标准
排放标准 COD (mg/L) BOD (mg/L) NH3-N (mg/L) SS (mg/L) 大肠菌值（个/L)
一级 100 30 15 70 10-2～10-1
二级 300 150 25 200 10月1日
三级 1000 600 　 400 　

1 垃圾渗滤液的特性
垃圾渗滤液是一种高浓度有机废水，其成分复杂、水质水量变化大。垃圾渗滤液的来源主要有直接降水、地表径流、地表灌溉、地下水、垃圾自身的水分、覆盖材料中的水分和垃圾生化反应的生成水等[2]。影响垃圾渗滤液成分的因素主要有：垃圾成分、场地气候条件、场地的水文地质降雨条件、填埋条件及填埋时间等。这就决定了垃圾渗滤液的水质水量的变化大，且变化规律复杂。CODcr、BOD5、氨氮的含量较高，且随填埋时间的延长，垃圾中的有机氮转化为无机氮，氨氮质量浓度升高。由于垃圾降解产生的CO2溶解使得垃圾渗滤液呈微酸性，这种偏酸性的环境加剧了垃圾中不溶于水的碳酸盐、金属及其金属氧化物等发生溶解，因此渗滤液中含有较高浓度的金属离子[3]。
垃圾渗滤液的难处理还表现为它的变化性。一是产生量呈季节性变化，雨季明显大于旱季[4]。二是污染物组成及其浓度的季节性变化。平原地区填埋场干冷季节渗滤液中的污染物组成和浓度较低。三是污染物组成及其浓度随填埋年限的延长而变化[5]。填埋层各部分物化和生物学特征及其活动方式都不同，“年轻”填埋场(使用5年以内)的渗滤液pH 值较低，BOD 、COD 、VFA、金属离子浓度和BODs／COD 较高，“年老”填埋场(使用10年以上)的渗滤液pH 值近中性，BODs、COD 、VFA浓度和BOD ／CODc 较低，金属离子浓度下降，但氨氮浓度较高。因此在选择垃圾渗滤液处理工艺时要是适应垃圾渗滤液的变化特性，由于垃圾渗滤液的复杂变化，因此只有稳定运行，才可以对其进行较好的处理。对于管式膜MBR处理工艺可以对不同时间的垃圾渗滤液进行处理，且有较好的处理效果。目前，我国的垃圾渗滤液存在水质变化大和可生化性差的问题，而管式膜MBR技术可以解决这两个问题。
2 垃圾渗滤液的处理方式
传统的垃圾渗沥液的处理方法一般有物化法和生物法[6]。
2.1 物化法
物化法是指通过物理化学的方法去除渗滤液中的C0D、SS、色度、重金属等。相对于生物法，物理化学法不受渗滤液水质水量的影响，抗冲击负荷能力较强，出水水质比较稳定，尤其在废水可生化性较差的时候有比较好的处理效果；但是物化法处理成本较高，不适于大量垃圾渗沥液的处理[7]。近年来，用于渗滤液处理的物化法主要有活性炭吸附、化学沉淀法、吸附法、化学氧化法、反渗透法、电渗析等多种方法。目前物化法主要用作预处理或与其他方法联合使用，而在目前所应用的处理工艺中，大部分采用膜生物法处理。

2.2 生化法
当渗滤液的BOD/COD值大于0.3时，表明渗滤液的可生化性较好，可采用生化法处理，生化处理具有处理效果好、成本低等优点，它是目前应用最广泛的处理方法。但是垃圾渗滤液随填埋时间的增加，BOD／CO D比值变低，可生化性变差。当生物法处理垃圾渗滤液对CODcr 的去除率为70％左右[8] 。但是当进水CODcr较高时，仅用生物法不能达到国家排放标准。

2.3 组合式工艺处理垃圾渗滤液
渗滤液成分复杂，仅采用普通的生物处理工艺难以达到理想的效果，因此需采用合适的预处理措施来提高它的可生化性，以改善后续工艺的运行环境。对于处理垃圾渗滤液采用物化和膜生物组合式的处理工艺，可以避免这两种方法的缺点。Won-Young Ahn[9]等报道韩国采用膜生物反应器（MBR）和反渗透（RO）工艺对Chung-Nam省的垃圾渗滤液处理厂进行了改造，工艺流程见图1所示。

图1 工艺流程

MBR工艺可提高可降解有机物的去除率和硝化率，RO工艺可去除无机离子和难降解的物质。经过MBR工艺处理后，出水的BOD5平均为9mg/L,去除率为97％左右，硝化率为68％左右，MBR工艺作为RO工艺的前处理可有效去除SS，这可以防止反渗透膜孔道堵塞，MBR工艺中硝化产生的NO3-N和NO2-N被后续的RO工艺去除。进水COD平均为1017mg/L，出水COD为32mg/L,平均去除率为97％，其中可见，垃圾渗滤液采用生物法、管式膜、卷式反渗透膜相结合的组合工艺进行处理，其处理后的出水可以达到回用标准。
3 管式膜MBR工艺介绍
膜生物反应器（MBR）是膜分离技术与生物技术相结合的新型废水处理技术，是废水处理技术的一项创新。由于膜的使用，彻底改变了传统生化的一些基本特性。它利用膜分离设备将生化反应池中的活性污泥和大分子物质截留住，使得活性污泥浓度因此大大提高，水力停留时间（HRT）和污泥停留时间（SRT）大大缩短，由于活性污泥浓度的较大提高，因此难降解的物质在反应器中也不断反应、降解。因此，膜-生物反应器工艺通过膜分离技术大大强化了生物反应器的功能。由于膜的放置形式不同, 膜生物反应器分为浸没式（也叫内置式或一体式）和外置式（或分体式）。由于处理垃圾渗透液生化污泥浓度较高，常常是15～30 g／L，因此浸没式中空纤维MBR很容易造成堵塞、断丝和瘫痪。管式膜MBR技术是外置式形式，通过水泵将污泥打入膜管内，在压力的驱动下进行膜分离，出水透过膜进入产水箱，而污泥回到生化池继续参与生化。
膜过滤原理及管式超滤膜系统的过滤原理见图2、3。


图2膜过滤原理