纳滤膜分离技术在垃圾填埋场渗滤液处理中的应用

维普资讯 http://www.cqvip.com 安徽农业科学。Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ａｎｈｕｉ　Ａ　．Ｓｃｉ．２００７，３５（２４）：７５８２—７５８３，７５８７　责任编辑孙红忠责任校对李洪　纳滤膜分离技术在垃圾填埋场渗滤液处理中的应用　李炜臻，白庆中（清华大学环境科学与工程系，北京１０００８４）　摘要简要介绍了垃圾填埋场渗滤液的特点及目前的处理工艺；分析了纳滤膜分离技术的特性和分离机理；结合国内外的工程实例，总　结了各种与纳滤膜分离技术有关的垃圾填埋场渗滤液处理工艺；并且对国内目前的几种渗滤液处理工艺进行了经济可行性评价，认为　在出水水质要求较高时，纳滤处理技术具有较好的经济效益。　关键词垃圾填埋场；渗滤液；纳滤；处理技术　中图分类号Ｘ７５０　文献标识码Ａ　文章编号０５１７—６６１１（２００７）２４—０７５８２—０２　垃圾在堆放、填埋处理过程中，由于厌氧发酵、有机物分　１．２纳滤技术的分离机理纳滤类似于反渗透和超滤，均　解、雨水冲淋及地下水的浸泡等原因，会产生多种代谢产物　属于压力驱动的膜过程，但其传质机理却有所不同。根据形　和水分，形成渗滤液，破坏周围土壤的生态平衡，降低土壤活　式的不同，纳滤模型可分为：①基于扩展Ｎｅｍｓｔ．Ｐｌａｎｃｋ方程　力，造成土壤或水源污染。垃圾渗滤液主要来自３个方面：　（能斯特一普朗克方程式）的模型，如杂化模型等；②基于　①填埋场内的自然降雨和径流；②垃圾自身的含水；③在垃　Ｍａｘｗｅｌ１．Ｓｔｅｆａｎ传递方程的模型，如ＭＳ模型；③根据热力学和　圾卫生填埋后由于微生物的厌氧分解而产生的水¨　。垃圾　流体力学基本概念，另外建立通量公式的模型，如溶解一扩　渗滤液具有不同于一般城市污水的特点：Ｂ０Ｄ５和ＣＯＤ浓度　散模型、细孔模型等。根据分离对象的不同，目前的纳滤膜　高、金属含量较高、水质水量变化大、氨氮含量较高、微生物　传质机理可分成２类：①当纳滤膜分离对象为非电解质溶液　营养元素比例失调等。　时，其传质模型不考虑电解质与膜表面电荷的静电作用，主　目前国内对垃圾渗滤液的处理一般是采用回灌法、物化　要有摩擦模型、空间位阻一孔道模型、溶解一扩散模型、不完　法和生化法。循环回灌是一种非彻底的处理方法，而且处理　全溶解一扩散模型和扩散一细孔流模型等；②当纳滤膜的分　能力有限，操作环境差，不适于年降水量大的南方，回灌后的　离对象为电解质溶液时，其传质过程受膜表面电荷与电解质　渗滤液仍需要采用好氧生化及物化等后续处理才能向环境　电荷作用的影响很大，此时静电作用不能忽略，其代表性的　排放。物化法处理成本一般较高，不适于大水量垃圾渗滤液　传质模型有固定电荷模型、空间电荷模型、静电位阻模型和　的处理。生物处理法包括厌氧生物处理、好氧生物处理和两　杂化模型等　Ｊ。　者相结合的方法，但实际运行中，生物菌常无法适应垃圾渗　２纳滤膜分离技术用于渗滤液处理中的研究进展　滤液水量、水质和ＣＯＤ剧烈的变化，经常发生生物菌被抑制　２，１　以纳滤为主的处理工艺Ｔｒｅｂｏｕｅｔ等ｌ３Ｊ使用纳滤膜　甚至死亡的现象。当菌种一旦被破坏，重新恢复将需要时　ＭＰＴ－２０和ＭＰＴ－３０（Ｋｏｃｈ　Ｗｅｉｚｍａｎｎ公司），控制操作压力为２　间，在实践中无法达到处理的目的。并且由于处理要求相应　ＭＰａ，错流速度３　ｍ／ｓ，给料流量１　４１３０　Ｌ／ｈ，温度２５℃，其处理　提高，生物处理无法达到处理要求。随着膜技术的发展与推　效果见表１。此试验结果表明，纳滤对去除ＣＯＤ是有效的，　广，反渗透已经成为处理垃圾渗滤液的主要方法，这是由于　去除率可达８０％，出水清洁并无色。此试验中的渗流通量可　反渗透具有高效的截留污水中溶解态的无机和有机污染物　稳定在６０　ｌ／（ｎ１２・ｈ），通量比反渗透的效率高，从而有可能比　的特性。但是在不断的应用过程中，反渗透的缺点和不足日　反渗透更适宜于渗滤液的处理。　益显露，主要是操作压力大，能耗较高，设备损耗大，维护管　表１　渗滤液经纳滤处理后的各项截留率　％　理困难。为克服上述缺点，减少操作难度，各国的研究者相　截流率∥％　截流率∥％　继把目光转向了操作压力较低、运行管理方便的纳滤技术，　ＭＰＴ－２０膜ＭｇＦ－３０￣　：　ＭｇＦ－２０￣ＭＦＴ－３０￣　对用纳滤技术处理渗滤液的可行性进行了一系列的验证。　ｐＨ　一　一　ＮＨ　一Ｎ　１２　２１　ＳＳ————　Ｎａ　１５　１６　１纳滤膜分离技术　Ｃ０Ｄ　７４　８０　Ｃ　＋　３６　５６　１．１纳滤膜的特性纳滤膜（Ｎａｎｏｉｆｈｒａｔｉｏｎ　ｍｅｍｂｒａｎｅ）介于反　ＢＯ　８５　９８　Ｃｌ—　ｌ４　ｌ１　渗透和超滤膜之间，是近年来国际上发展较快的膜品种之　ＴＫＮ　２２　３Ｏ　Ｆｅ　＞９９　＞９９　一。２０世纪８ｏ年代初，美国科学家研究了一种薄层复合膜，　它能使９０％的ＮａＣ１透析，而９９％的蔗糖被截留。显然，这种　Ｍａｒｔｔｉｎｅｎ等Ｈ　也提出，纳滤膜对渗滤液中ＣＯＤ和ＴＯＣ的　膜既不能称之为反渗透膜（因为不能截留无机盐），也不属于　去除率为５２％一６６％和６０％一６６％。Ｔｒｅｂｏｕｅｔ等用纳滤膜处　超滤膜的范畴（因为不能透析低分子量的有机物）。由于这　理老化的渗滤液（ＢＯＤｓ／ＣＯＤ＜０．１），ＣＯＤ的去除率为７４％～　种膜在渗透过程中截留率大于９５％的分子约为１　ｎｌＴｌ，因而它　８８％。纳滤膜分离技术能否有效地处理渗滤液，其关键在于　被命名为”纳滤膜”。２０世纪９ｏ年代以来，才有了商品纳滤　能否有效地控制膜结垢现象，因为膜结垢会极大地影响膜的　膜的生产，并且其应用范围日益广泛。　通量和截留率等性能。污垢主要是由于物质在膜表面或孔　内积累形成的，能引起纳滤膜结垢的物质主要是溶解态的有　作者简介李炜臻（１９８０一），女，湖北襄樊人，硕士研究生，研究方向：环　机和无机物质、胶体及悬浮物质。膜结垢和截留机理可由表　境科学与工程。　面效应来解释。Ｔｒｅｂｏｕｅｔ等＿３Ｊ认为，纳滤处理渗滤液试验中　收稿日期２００７－０４－０３　膜通量下降的原因可能是溶质在膜表面的吸附和积累、极化　维普资讯 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３５卷２４期　李炜臻等纳滤膜分离技术在垃圾填埋场渗滤液处理中的应用　７５８３　层的不可逆改变以及物质沉积等因素造成的膜结垢引起的。　相对分子质量分布研究表明，对于稳定的垃圾渗滤液ＣＯＤ　来说，大多数化合物相对分子质量低于１　０００，主要是灰黄霉　酸。ＣＯＤ的去除率为７０％～８０％，这说明ＮＦ法处理“硬　ＣＯＤ”有机物质是很有效的。ｐＨ值调节和预处理（混凝、预过　滤）并不能提高ＭＰＴ－３０膜的透过量和截留率，但渗滤液的物　合适的ＮＦ膜及组件，并且对进料流速、压降、膜清洗方法和　耐污性能等综合因素进行合理设计，才能达到好的性价比。　Ｒａｕｔｅｎｂａｃｈ等　开发的ＢｉｏＭｅｍｂｍｔ—Ｐｌｕｓ工艺是由生物反　应器、ＮＦ、化学氧化和吸附装置组成，特点是使用了由柱塞流　反硝管和全混合式槽组成的加压生物反应器，用ｕＦ分离活　性污泥。活性污泥生物反应器分为好氧和厌氧两级。好氧　过程进行氨的消化，同时进行可生物降解有机物的降解。厌　氧反应器的作用是降低硝酸盐的浓度。ＵＦ装置将活性污泥　化法调节ｐＨ值对ＮＦ膜的性能影响很大。ｐＨ值降低，膜的　结垢量增大，这是由于静电效应降低了荷负电的膜表面和高　分子腐殖质类物质之间的排斥作用，此时，这些物质的斥水　性更强，从而更易吸附结垢。混凝能减少腐殖质类物质的　量，因而减缓污垢层的形成，所以透过量提高。因此，对垃圾　截留后送回硝化槽，对活性污泥截留率都可达到１００％，反应　器中污泥浓度可高达２５　Ｌ。ＮＦ膜可以截留未生物降解的　大分子有机物，对ＣＯＤ的截留率可达９８％，其浓缩液大部分　渗滤液进行预处理，从而有效地降低纳滤膜分离时的膜结垢　现象，是纳滤膜分离工艺应该着重关注的方面。　２．２改进的纳滤处理工艺根据以上的结论，陈尧等＿５　在　纳滤分离的基础上，采用混凝＋超滤作为预处理，从而得到　更好的处理效果。首先将垃圾渗滤液采用絮凝沉淀预处理，　通过投加絮凝剂，使悬浮颗粒和胶体微粒凝聚沉降，去除固　体大颗粒物质。过滤后的料液经计算后进入超滤部分，超滤　膜能对大分子有机物、胶体、悬浮固体等进行有效截留，保证　后续工艺中的纳滤膜系统能够稳定地处于高通量的水平，从　而保证整套膜系统运行的连续性和稳定性。根据国际上纳　滤技术的最新进展，用两级纳滤系统代替两级反渗透系统，　由于纳滤的渗透压低于反渗透，使浓缩倍率有所提高，操作　压力大为降低。超滤透析液进入一级纳滤膜系统，一级纳滤　透析液再进入二级纳滤膜系统进行处理。纳滤膜能截留料　液中的ＣＯＤ、ＢＯＤｓ、重金属离子、细菌、病毒、氨氮等物质。超　滤部分浓缩液和纳滤部分浓缩液可返回至原液处。经两级　纳滤以后的垃圾渗滤液ＣＯＤ总去除率达９９％以上，氨氮总　去除率达９ｏ％以上，色度无色透明，出水水质达到了国家一　级排放标准。　２．３与其他常规处理工艺的联合使用　将纳滤膜技术与其　他常规分离结合也可以得到很好的处理效果。　ｃｈｉａＪ１＿６Ｊ在１９７６年就提出，降低渗滤液ＣＯＤ的最有效方　法是反渗透（Ｒ０）技术，进一步的研究证明，ＲＯ膜处理渗滤液　是可行的。由于ＲＯ具有高效的截留污水中溶解态的无机和　有机污染物的能力，已成为国外近年来开发污水处理新工艺　中应用最广泛的一种方法。由于常规ＲＯ（６＾　）膜结垢、污　染和渗透压等原因，限制了出水回收率的提高，所以ＲＯ常需　结合高成本、高能耗的蒸发和干燥等过程处理渗滤液。为进　一步提高回收率，逐步发展起了高压反渗透技术（ＨＰＲＯ），它　可以省去后续的蒸发过程，直接将渗滤液排入干燥或固化设　备，也可以直接燃烧，使运行成本明显降低。但是在ＨＰＲＯ　的实际运行中，由于膜压紧、污染和ＣａＳＯ４结垢等因素的影　响，操作压的提高受到了限制，例如在德国的垃圾填埋场中，　只有两家的操作压达到了２０　ＭＰａＥ　。如果将ＲＯ、ＮＦ和　ＨＰＲＯ联合起来处理渗滤液，可以得到更高的出水回收率。　在２．０～４．０ＭＰａ的操作压下，ＮＦ将ＲＯ处理后的浓缩液分离　成两部分，截留液中主要含有二价无机物（如ＣａＳＯ４）和大部　分有机物，渗透液中主要含氯化物。由于没有了结垢的危　害，渗透液可以由ＨＰＲＯ继续处理。这种组合工艺需要选择　循环回生物反应器，使这些组分在反应器内的停留时间和浓　度大大增加，从而增加了难降解组分的生物降解率，因此生　物反应器与ＮＦ耦合的过程特别适用于在常规生物反应器中　因停留时间短、浓度低而难以降解的体系。　３经济可行性评价　根据国内现有的几个采用不同处理工艺的渗滤液处理　厂的数据来看，当出水水质要求较低时，一般选用生化处理　方法。与氨吹脱一厌氧复合床一ＳＢＲ工艺相比，生化一物化　组合工艺的单位水量投资、运行成本高，经济效益较差（表　２）。当出水水质要求较高时，一般选用生物一膜处理工艺。　从表２可以看出，ＵＡＳＢ—ＳＢＲ一仅渗透工艺的建设投资、运　行成本均高于氨吹脱一厌氧复合床一ＳＢＲ工艺。与ＵＡＳＢ—　ＳＢＲ一反渗透工艺比较，ＭＢＲ一纳滤组合工艺的单位水量投　资较少，而运行成本接近，这表明当处理效果要求达到生活　垃圾渗滤液排放限值一级标准时，采用ＭＢＲ一纳滤组合工艺　在经济上是较合理的。　表２　不同处理工艺的建设投资和运行成本　处理工艺　规模３ｍ／ａ　銮建　凳资　４结语　纳滤膜分离技术能否有效地处理渗滤液，其关键在于能　否有效地控制膜结垢现象，因为膜结垢会极大地影响膜的通　量和截留率等性能。因此，如何对垃圾渗滤液进行预处理，　从而有效地降低纳滤膜分离时的膜结垢现象，是纳滤膜分离　工艺应该着重关注的方面。　参考文献　［１］倪晋仁，邵世云，叶正芳．垃圾渗滤液特点与处理技术比较［Ｊ］．应用基　础与工程科学学报，２００４，１２（２）：１４８—１６０．　［２］罗敏，侯立安，王占生．纳滤膜对有机物的截留机理研究［Ｊ］．环境科学　学报，２０Ｏ０，２０（５）：１３—１７．　［３］ＴＲＥＢＯＵＥＴ　Ｄ，ＳＣ，ＨＵＭＰＦ　Ｊ　Ｐ，ＪＡＮＮＥＮ　Ｐ，ｅｔ　ａ１．Ｓａｂｉｌｉｚｅｄ　ｌａｎ￣Ｈ　ｌｅａｃｈａｔｅ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｂｙ　ｃｏｍｂｉｎｅｄ　ｐｈ￣ｉｃｏ－ｃｈｅｍｉｃａｌ—ｎａｎｄｉｌｔｒａｆｉｏｎ　嘶晒［Ｊ］．ｗ＿ｍ目Ｒｅ—　ｓｏｕｒｃｅ，２００１，３５（１２）：２９３５—２９４２．　［４］ＭＡｍｑａＮＥＮ　Ｓ　Ｋ，ＫＥＴＩＵＮＥＮ　Ｒ　Ｈ．￣ｒｅｅｎｉｎｇ　０ｆｐｈｙｓｉｃａｌ—ｃｈ　ｃａｌ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｆｏｒ　ｒｅｍｏｖ＆０ｆ　ｏｒｇａｎｉｃ　ｍａｔｅｒ＆，ｍｔｒｏｇｅｎ　ａｎｄ　ｔ商ｃｉｔｙ　ｆｒｏｍ　ｌｏｗ　ｓｔｒ￣ｓｔｈ　ｌａｎｄｆｉｌｌ　ｌｅａｃｈａ￡　［Ｊ］．Ｃｈｅｒｍｓｐｈｅ￣，２０Ｏ２（４６）：８５１—８５８．　［５］陈尧，方富林．超滤一纳滤膜处理垃圾填埋场渗沥液［Ｊ］．膜科学与技　术，２００５，２５（１）：６９—７３．　（下转第７５８７页）　维普资讯 http://www.cqvip.com ３５卷２４期　杜鹤娟　长江南京段湿地动态变化遥感监测研究　７５８７　因素，尤其是沿江城镇人口的增长，直接关系着沿江湿地资　源数量变化，同时影响着人工与自然湿地在沿江湿地中的比　例，１９８６年为２：３，１９９６年为９：１１，２Ｏ００年为２：３，湿地面积由　１９８６年的９０．２１８　ｈｍ２，减少到２ＯＯＯ年的７９．３６６　ｈｍ２。　至　ｆｕ　』－１　２　３　４　５　６　７　８　９　１０　１１　１２　月份　图４南京市ｌ９８６、１９９６、２ＯＯＯ年月平均气温与同期降水量　４ｌ　０　．Ｉ　ｕ　Ｉ　１５结语　敞水面湖泊草本水田坑塘沟渠林地桥梁道路城镇　湿地保护不能仅停留在口头上，城市发展与湿地保护尽　管存在矛盾，但是只要两者能和谐发展，就会实现双赢。长　江下游地区地处我国沿海和长江Ｔ字形主轴线结合部，是我　国地区开发和生产力布局之重点Ｅ７ｊ，湿地资源对于保护长江　河道及两岸安全有重要意义。在南京市园林局与规划局共　同监督下，编制了南京沿江湿地保护总体规划＿８，旨在规范　８Ｊ姗　瑚　Ⅲ　０　南京沿江各镇对于湿地资源的利用行为，依据物种保护、景　观规模、现状保留度标准将沿江湿地划分为一级保护区：乌　江、桥林镇沿江湿地保护区，八卦洲自然江滩保护区，江中洲　岛保护区，九乡河江豚保护区；二级保护区：绿水湾湿地公　园，龙袍黄天荡湿地公园，八卦洲湿地生态公园，江心洲鼋头　湿地公园，独石公园，兴隆洲湿地公园，通江河流保护区；三　级保护区：幕府山一燕子矶风景名胜区，栖霞山风景名胜区，　长江南京段上游江宁区铜井镇、江宁镇沿江绿带，以便实现　分级保护与利用，一方面可以促进当地经济发展，另一方面　可在人力、财力、生态可恢复性等限制下最大程度地保护现　有的湿地资源。　如　加　加　０　参考文献　［１］雷慰慈．长江流域生态形势、灾害趋势与湿地保护［Ｊ］．中国地质大学　学报，１９９９，２４（４）：３３６．　［２］王利民，王丁．长江流域的渔业与湿地保护［Ｊ］．人民长江，２ｏ０４（５）：３７．　［３］章人骏．长江中下游地区水稻田湿地环境的一些认识［Ｊ］．华南地质与　矿产，２ｏ０３（１）：７２．　［４］陈建伟，袁军．中国湿地环境问题研究的现状及展望［Ｊ］．林业资源管　理．１９９９（４）：５２—５６．　［５］牛明香．湿地资源遥感动态监测及其对生态环境的影响研究［Ｄ］．泰　安：山东农业大学，２ＯＯ４．　［６］程磊．遥感技术茁扎龙湿地资源调查中的应用［Ｄ］．大连：大连理工大　学，２ＯＯ４．　［７］吴新哲，吴租芳．长江下游的经济建设与工业走廊形成问题［Ｊ］　国土开　发与整治，１９９３，３（１）：１１—１６．　［８］江苏省遥感与地理信息系统学会．长江南京段湿地保护总体规划［ｚ］．　２Ｏ１３６．　（上接第７５８３页）　［６］ＣＨＩＡＮＥ．Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　０ｒｇ日ｒ】ｉｃ　ｒｒｍ１日ｉｎｌａｎｄｆｉｌｌｌｅａｃｈａｔｅｓ［Ｊ］．ｗｍ日Ｒｅｓｏｕｒｃｅ，　１９７７，１１：２２５—２３２．　ｗａｔｅｒ　ｂｙ　ａｏ：￣ｎｂｉｎａｔｉｏｎｄＲＯ，ｈｉ　ｐｒｅｓｓｕｒｅＲＯ　ａｎｄＮＦ－ｐｏｔｅｎｔｌａｌ　ａｎｄｌｌｎｆｉｔｓｄ　［７］ＲＡＩＹＩ＇ＥＮＢＡＣＨＲ，ＬＩＮＮＴ，ＥｌｌＦＲＳＬ．　聊蜘Ｈｎ　ｓｅｖｅｒｅｌｙ　ｃｏｎｔａｒｒ／ｎａｔｅｄｗａｓｔｅ　ｔｈｅ　ｐｒｏｅｅｓｓ［Ｊ］．Ｊａｍａａｌ　Ｍｅｍｂｒａｎｅ　Ｓｃｉｅｎｃｅ，２０ＯＯ，１７４：　１—２４１．　［８］ＲＡｆｆＩ＇ＥＮＢＡＣＨ　Ｒ，ＭＥＨＪＳ　Ｒ．Ｈ￣ｆｉｄ　ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ　ｉｎｖｏｌｖｉｎｇ　哪！ｅｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｈｉｇｈｌｙ　ｏｒｇａｎｉｃ－ｉｎｏｒｇａｎｉｃ　ｃｃ　珈血址ｅｄ　ｗａｓｔｅ　ｗ越盯［Ｊ］．Ｄｅｓａｌｉｎａ—　ｔｉｏｎ，１９９５，１０１：１０５—１１３．