近年來，隨著我國城市化程度的加快和居民生活消費水平的提高，我國城市生活垃圾的產(chǎn)生量以每年9%~10%左右的速度增長[1]。垃圾填埋是現(xiàn)階段我國垃圾處理的主要方式，然而采用填埋處置垃圾會產(chǎn)生大量污染性極強的垃圾滲濾液。目前我國城市生活垃圾填埋處理設(shè)施中產(chǎn)生滲濾液大約6.4萬t/d[2]。垃圾滲濾液是一種成分復雜的高濃度有機廢水，如不妥善處理會對水體、土壤和大氣造成嚴重污染。目前垃圾滲濾液的常見處理方式主要有合并處理法、回灌法、生物處理法、物化處理法。物化處理技術(shù)主要包括吸附法、吹脫法、混凝沉淀法、化學沉淀法、高級氧化技術(shù)以及膜分離技術(shù)等[3, 4]。膜分離技術(shù)是利用隔膜使溶劑同溶質(zhì)和微粒分離的一種水處理方法。近年來，利用新型的膜分離技術(shù)處理垃圾滲濾液已在歐美等發(fā)達國家和地區(qū)得到廣泛應(yīng)用。目前常用的膜分離技術(shù)主要包括微濾(MF)、超濾(UF)、納濾(NF)、反滲透(RO)等，反滲透是以高于溶劑滲透壓的外界壓力作為跨膜推動力，利用膜的選擇透過性截留離子物質(zhì)，實現(xiàn)溶液中混合物分離的技術(shù)。納濾也是一種壓力驅(qū)動型膜分離技術(shù)[5]。反滲透和納濾在運行過程中都會不斷產(chǎn)生濃縮液，膜過濾濃縮液呈棕黑色，其體積約占垃圾滲濾液水量的13%~30%，并具有以下特征[6, 7, 8, 9]：(1)有機污染物濃度特別高，成分復雜;(2)無機鹽組分含量高，可生化性差;(3)水質(zhì)水量隨時間變化較大;(4)重金屬含量高。這些含有大量污染物的膜過濾濃縮液對地表水、地下水、土壤環(huán)境等都存在嚴重威脅，不能直接排放到環(huán)境中，對其合理的處理處置也是應(yīng)用反滲透、納濾技術(shù)的垃圾滲濾液處理工程中必須解決的一個難題。
1 膜過濾濃縮液的處理處置方式
目前垃圾滲濾液膜過濾濃縮液的處理處置方式可分為三種類型：一是轉(zhuǎn)移處置，包括外運和回灌;二是進一步減量，包括納濾、高壓反滲透、蒸發(fā)、膜蒸餾等;三是無害化處理，包括混凝沉淀、電絮凝、高級氧化等技術(shù)和干燥、焚燒、固化/穩(wěn)定化等手段。
1.1 外運
當填埋場附近有能進行危險廢液處置的焚燒廠時，可以將膜濃縮液輸送至焚燒廠焚燒處理[10]，這無疑是最便利的處置手段。但當距離較遠時，輸送成本會大大增加，這種方法將不具有經(jīng)濟性。
1.2 回灌
回灌是滲濾液膜過濾濃縮液最普遍的處置方式，它是在滲濾液回灌的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，原理與滲濾液回灌一樣。將垃圾滲濾液膜過濾濃縮液回灌的方法是把填埋場作為一個以垃圾為填料的巨大生物濾床，通過生物降解、吸附、過濾等多重作用實現(xiàn)污染物的穩(wěn)定化或降解。在德國，從1986年開始，濃縮液回灌就作為反滲透法處理垃圾滲濾液的一個有機組成部分而被廣泛采用[11]。目前我國采用納濾/反滲透技術(shù)的垃圾填埋場也大多都采用回灌法處置濃縮液�；毓嘁泊嬖谝恍﹩栴}和風險。A. H. Robinson[12]報道了1998年德國Wischhafen填埋場的無生化預(yù)處理的滲濾液RO處理系統(tǒng)的濃縮液回灌處置的影響，監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，對濃縮液進行回灌后，滲濾液COD、NH3-N都有所升高，電導率則在幾個月內(nèi)發(fā)生急劇攀升，這直接影響了反滲透系統(tǒng)的處理效率。
1.3 納濾和高壓反滲透技術(shù)
納濾分離技術(shù)可以實現(xiàn)對二價和高價離子的選擇性去除，可用于反滲透濃水的減量。李黎等[5]報道了成都市垃圾填埋場滲濾液處理中納濾的應(yīng)用。該處理工程采用兩級A/O式外置MBR+RO/NF工藝處理垃圾滲濾液，減少了濃縮液的處置(目前為回灌)規(guī)模;出水主要含NaCl，在沒有相關(guān)排放限值的情況下，可以直接排入水體。但是，報道未提及出水中是否含NO3-，其貢獻的總氮很可能使出水無法滿足最新排放標準。此外，納濾還可以與高壓反滲透(HPRO)聯(lián)合進行濃水的進一步減量。
高壓反滲透工藝通常是指進料端操作壓強大于10 MPa的反滲透工藝[13]。為提高回收率而發(fā)展起來的基于碟管式反滲透(DTRO)的高壓反滲透工藝可以在10~20 MPa下運行，可使反滲透處理垃圾滲濾液的回收率從80%提高到90%以上，處理后的濃縮液可以省去蒸發(fā)濃縮步驟，直接進行干化或焚燒[10]。在HPRO處理過程中，常與納濾工藝聯(lián)合。在2~5 MPa 操作壓強的條件下，NF將RO的濃縮液分離成兩部分，一部分是主要含二價無機物(如CaSO4)和有機物的截留液，另一部分是主要含有氯化物的出水，進而再由HPRO處理，這樣可大大降低膜結(jié)垢現(xiàn)象的發(fā)生[14]。該組合工藝被稱為RO-NF/晶化-HPRO組合膜工藝，除特殊設(shè)計的HPRO膜之外，其關(guān)鍵還在于把NF和晶化單元組裝成一個循環(huán)系統(tǒng)，因此，納濾才能在高濃度有機物和CaSO4 超飽和的狀態(tài)下連續(xù)運行[13, 14]。HPRO工藝可實現(xiàn)較高的水回收率，自上世紀90年代起，德國已有一些采用該法處理垃圾滲濾液的研究和應(yīng)用。但目前在我國對該方法的研究和報道還較少。
1.4 蒸發(fā)
蒸發(fā)是指在一定的溫度和壓強下，把混合溶液中的相對易揮發(fā)的組分分離出去的過程。蒸發(fā)處理工藝可以將待處理溶液體積濃縮到不足原液體積的2%~10%[15]。目前應(yīng)用較多的有浸沒蒸發(fā)法、負壓蒸發(fā)法和機械壓縮蒸發(fā)法等[16]。
浸沒蒸發(fā)法是利用填埋氣燃燒產(chǎn)生的高溫氣體與生活垃圾填埋廠滲濾液直接接觸，使?jié)B濾液的水分得以迅速蒸發(fā)，屬于常壓蒸發(fā)工藝[8]。岳東北等[17]報道了北京某填埋場采用兩級浸沒燃燒蒸發(fā)工藝處理滲濾液反滲透濃水的工程實例，出水水質(zhì)指標均達到了《生活垃圾填埋污染控制標準》(GB 16889—2008)中的二級標準。但是由于垃圾滲濾液膜過濾濃縮液中通常都含有濃度很高的氯離子，而氯離子在70 ℃以上的溫度下會對金屬材料產(chǎn)生非常強的腐蝕作用，這使得設(shè)備腐蝕成為高溫蒸發(fā)處理垃圾滲濾液或濃縮液的最主要的限制因素[18]。
為了解決常壓高溫蒸發(fā)所引起的設(shè)備腐蝕問題，20世紀 90 年代起，一些歐洲國家如荷蘭、法國等開始研究負壓蒸發(fā)法。負壓蒸發(fā)充分利用了水在負壓條件下沸點降低的特性。采用負壓蒸餾可以有效避免氯離子對金屬設(shè)備的腐蝕，目前國內(nèi)尚未有采用該法處理滲濾液膜過濾濃縮液的報道。
機械壓縮蒸發(fā)工藝是指通過機械方式對蒸汽進行壓縮，進而提高蒸汽溫度的技術(shù)，該工藝充分實現(xiàn)了能量利用，屬于低能耗的蒸發(fā)工藝。廣州某地垃圾滲濾 RO 濃縮液通過機械壓縮蒸餾發(fā)后，水質(zhì)明顯改善，最終達到排放標準[19]。在實際生產(chǎn)作業(yè)工程中，低能耗蒸發(fā)工藝產(chǎn)生的酸腐蝕和鹽對設(shè)備的腐蝕情況相當嚴重，蒸發(fā)裝置的主材必須是昂貴的耐腐蝕材料，這造成了設(shè)備造價昂貴以及后期不菲的維護費用[7]，提高了運行成本。
1.5 膜蒸餾
膜蒸餾是一種以疏水性微孔膜兩側(cè)蒸汽壓差為驅(qū)動力，使熱側(cè)蒸汽分子穿過膜孔后在冷側(cè)冷凝富集，從而實現(xiàn)溶液分離、濃縮或提純等目的的膜分離過程[20, 21]。膜蒸餾技術(shù)是膜處理技術(shù)與蒸餾技術(shù)過程的結(jié)合，具有許多優(yōu)點[22, 23]：可在常壓下進行，設(shè)備簡單，操作方便;操作溫度低于傳統(tǒng)蒸餾工藝;設(shè)備體積小而靈活等。目前膜蒸餾技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于海水、苦咸水淡化、高含鹽廢水處理等多個領(lǐng)域[21]。膜蒸餾法也被認為是一種對反滲透濃縮液進一步回收減量的有效方式[24]。李玖明等[25]采用膜蒸餾法進行了垃圾滲濾液反滲透濃水處理的實驗研究，實驗產(chǎn)水水質(zhì)符合《生活垃圾填埋污染控制標準》(GB 16889—2008)規(guī)定的排放標準。膜蒸餾法目前正處于一個迅速發(fā)展成熟的階段，但作為一種尚處于應(yīng)用初期的新技術(shù)，膜蒸餾法處理垃圾滲濾液膜過濾濃縮液的大規(guī)模應(yīng)用仍需要學者進一步的研究。
1.6 混凝沉淀與電絮凝
混凝沉淀法是水和污水處理中的常用技術(shù)，它通過電性中和、壓縮雙電層、吸附架橋和網(wǎng)捕等作用去除污水中呈膠體和微小懸浮狀態(tài)的有機和無機污染物。張躍春等[26] 采用混凝沉淀法對四川某垃圾填埋場滲濾液膜過濾濃縮液進行了處理，測試了混凝劑種類、投加量和助凝劑配比對處理效果的影響。實驗結(jié)果表明，F(xiàn)eSO4和PAM聯(lián)用時的處理效果最好;在最佳反應(yīng)條件下廢水的COD去除率可達74%，UV254去除率達到52%。
電絮凝工藝是利用電化學方法，在產(chǎn)生絮凝劑的同時在陽極上析出O2微氣泡，陰極上產(chǎn)生H2微氣泡，并通過絮凝作用、氣浮作用和電解氧化還原作用共同實現(xiàn)污染物的有效去除[27]。與傳統(tǒng)的混凝沉淀工藝相比，電絮凝法具有效率高、泥量小并易于固液分離等優(yōu)勢，已逐漸成為研究的熱點[28]。國內(nèi)外已有許多學者將電絮凝法應(yīng)用于垃圾滲濾液預(yù)處理或深度處理[29, 30]，在此基礎(chǔ)上也有了將其應(yīng)用于滲濾液膜過濾濃縮液處理的嘗試。S. TOP等[31]以鋁電極做陽極，采用電絮凝法處理土耳其某垃圾填埋場滲濾液納濾膜濃縮液，最終的處理結(jié)果顯示，COD、色度、總磷的去除率都隨電流密度和反應(yīng)時間的增大而不同程度地增加。
由此可見，混凝沉淀法和電絮凝法對膜過濾濃縮液都有一定凈化效果，但凈化效果不夠徹底�；炷恋矸ê碗娦跄ǹ梢宰鳛橐环N垃圾滲濾液膜過濾濃縮液的預(yù)處理工藝，與其他工藝聯(lián)合共同實現(xiàn)對垃圾滲濾液膜過濾濃縮液的妥善處置。
1.7 高級氧化技術(shù)
高級氧化技術(shù)是一種通過化學氧化劑以及光、聲、電、磁等物理化學過程產(chǎn)生大量活性極強、具有極強氧化性的·OH等自由基降解水中有機物的方法。根據(jù)氧化劑和催化劑的選取不同，高級氧化技術(shù)大體可分為以下幾種[32]：(1)Fenton法和類Fenton法;(2)光化學氧化法和光催化氧化法;(3)臭氧氧化法;(4)濕式氧化法和濕式催化氧化法;(5)電化學氧化法;(6)超臨界水氧化法及超臨界水催化氧化法。高級氧化技術(shù)適用于處理高濃度難生化降解的廢水，在垃圾滲濾液膜過濾濃縮液的處理中受到關(guān)注和應(yīng)用。
王凱等[33]采用Fenton-絮凝聯(lián)合工藝處理青島某垃圾填埋場滲濾液納濾膜濃縮液，實驗結(jié)果顯示，處理水COD、BOD、色度去除率分別高達82.4%、63.7%、87.5%。電-Fenton法是一種Fenton法的變形形式，其原理是通過電解的方式，使通入的O2先在陰極通過還原反應(yīng)生成H2O2，再與溶液中的Fe2+發(fā)生Fenton反應(yīng)[34]。Yujue Wang等[35]采用電-Fenton法對北京某垃圾填埋場滲濾液膜過濾濃縮液進行處理，在最佳實驗條件下，反應(yīng)6 h，TOC和TN去除率分別達到82%、51%。
鄭可等[36, 37]采用臭氧氧化法以及H2O2/O3體系分別進行了滲濾液反滲透濃縮液處理的研究，COD、色度、腐殖酸去除率分別達到67.6%、98%、86.1%，BOD5/COD從0.008提升到0.26，可生化性明顯提升。 Zhaoxin Li等[38]采用電-過臭氧化(H2O2/O3)過程處理滲濾液反滲透濃水，并與傳統(tǒng)的臭氧氧化法、過臭氧化法以及電Fenton法作了比較。實驗結(jié)果表明，在優(yōu)化的實驗條件下，6 h TOC去除率可達92%，效果優(yōu)于其他三種方法。
高級氧化法可以對滲濾液膜過濾濃縮液中的有機物實現(xiàn)較為高效的去除，但一般單一的高級氧化法也無法穩(wěn)定地將垃圾滲濾液膜過濾濃縮液處理到達標排放范圍。研究開發(fā)更加便捷高效、低成本的高級氧化方法是高級氧化法處理垃圾滲濾液膜過濾濃縮液進一步研究的重點。
1.8 焚燒
焚燒法作為一種重要的減量化、無害化手段在處理高濃度有機廢液、放射性廢液等危險廢液方面已有了較為廣泛的應(yīng)用，同樣可以作為處置滲濾液膜過濾濃縮液的有效手段。最常用的廢液焚燒爐形式有：液體噴射型焚燒爐、流化床焚燒爐、回轉(zhuǎn)窯焚燒爐三類[39]。焚燒法具有占地少、處理速度快、污染物破除徹底、可回收鹽類和能量等優(yōu)點;但焚燒法的初期投資較大、焚燒過程控制復雜、操作水平要求高，這些都限制了焚燒法在國內(nèi)的推廣速度[40]。此外，焚燒過程中存在有害物質(zhì)的排放、結(jié)焦結(jié)渣以及爐體腐蝕等亟待解決的問題[41]。由于焚燒法投資大、成本高，單獨為濃縮液處置建設(shè)焚燒設(shè)施的可能性不大，但當垃圾填埋場附近有配套液體焚燒設(shè)施的垃圾焚燒廠時，濃縮液通�？蛇M行焚燒處置。
1.9 固化/穩(wěn)定化技術(shù)
固化/穩(wěn)定化技術(shù)處理廢液是利用一定的化學添加劑(固化劑)使其失穩(wěn)脫水最終成為不可逆的常態(tài)固體[42]。目前固化/穩(wěn)定化技術(shù)已成為危險廢棄物的重要處置手段[43]，同時也在放射性廢液、含重金屬廢液等危險廢液的處置中有較多的研究和應(yīng)用[44, 45]。S. Y. Hunce等[46]采用該法進行了垃圾滲濾液反滲透濃縮液的處理研究，結(jié)果顯示，水泥與不同集料的組合均取得了良好的處理效果，浸出液中TOC、氨氮、重金屬均得到有效去除，浸出液水質(zhì)達到歐盟相關(guān)排放標準。固化產(chǎn)物(混凝土類似物)在未來有可能作為一種建材產(chǎn)品，具體性能還有待進一步研究，相關(guān)行業(yè)規(guī)范也需要盡快建立。具體參見http://www.yiban123.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。
2 結(jié)論
近年來，隨著垃圾滲濾液產(chǎn)生量的增長，垃圾滲濾液膜過濾濃縮液的處理成為威脅環(huán)境安全的重要問題。雖然處理垃圾滲濾液膜過濾濃縮液的方法有很多，但是目前我國垃圾滲濾液膜過濾濃縮液的處置手段仍主要以回灌為主，長期的回灌可能會導致滲濾液出水含鹽量升高，影響處理工藝的穩(wěn)定性，還可能會對垃圾填埋體生物系統(tǒng)造成不利影響;此外，大量流體的回灌會提高垃圾堆體水位，影響垃圾堆體的穩(wěn)定性，帶來安全隱患。焚燒處理可以實現(xiàn)廢水的直接固化，但一般僅限毗鄰含液體焚燒設(shè)施的垃圾焚燒廠的情形，當需要長距離外運時會增加運營成本;由于焚燒法投資大、成本高，單獨為濃縮液處置建設(shè)焚燒設(shè)施的可能性不大。納濾和高壓反滲透工藝可實現(xiàn)垃圾滲濾液膜過濾濃縮液的進一步減量，但反應(yīng)條件要求較高;蒸發(fā)工藝處理垃圾滲濾液膜過濾濃縮液存在著能耗高、設(shè)備腐蝕嚴重的問題;混凝沉淀法和電絮凝法、高級氧化工藝對膜過濾濃縮液都有一定凈化效果，但其單獨處理的效果很難達到排放標準，它們可以作為一種垃圾滲濾液膜過濾濃縮液的預(yù)處理工藝;固化/穩(wěn)定化技術(shù)的應(yīng)用還需要進一步的研究。以上工藝，不論是濃縮減量處理，還是無害化處置，均很難依賴單一的技術(shù)實現(xiàn)滲濾液膜過濾濃縮液的穩(wěn)定高效處理和達標排放，未來垃圾滲濾液膜過濾濃縮液的妥善處置可能需要通過幾種不同方法的組合來實現(xiàn)。膜蒸餾工藝作為一種新型高效膜分離工藝，具有設(shè)備簡單、操作方便、操作溫度低于傳統(tǒng)蒸餾工藝、設(shè)備體積小而靈活的特點，在處理高含鹽廢水方面有著其獨特的優(yōu)勢，可以作為滲濾液膜過濾濃縮液再減量的一種可行方式。雖然目前該技術(shù)在垃圾滲濾液處理領(lǐng)域研究還比較少，但作為一項正飛速發(fā)展和處于商業(yè)化應(yīng)用前夕的技術(shù)，它具有非常廣闊的應(yīng)用前景。
