滲濾液處理中膜法應(yīng)用與反滲透應(yīng)用故障淺析

摘要：本文從膜法工藝在垃圾滲濾液處理過程中的主要功能出發(fā)，結(jié)合本人在垃圾滲濾液項(xiàng)目中遇到的兩個(gè)反滲透項(xiàng)目典型故障案例的實(shí)際情況進(jìn)行了介紹，提出了垃圾滲濾液項(xiàng)目目前遇到的主要問題，并針對問題提出了改善方法。

01 垃圾滲濾液危害與膜法垃圾滲濾液處理特點(diǎn)

垃圾滲濾液具有高濃度有毒有害物質(zhì)，成分復(fù)雜，有機(jī)物含量高，水質(zhì)和水量波動(dòng)大，處理困難等特點(diǎn)，其對環(huán)境危害很大。目前主要處理垃圾滲濾液的方法有：并入城市污水廠處理、垃圾填埋場循環(huán)處理、到垃圾焚燒發(fā)電廠焚燒，廢渣再處理等。膜法工藝由于其設(shè)備簡單，操作方便，出水水質(zhì)較好等特點(diǎn)，在垃圾滲濾液處理過程中得到越來越多的應(yīng)用。

02 常見膜法處理工藝簡介

目前常見的膜法垃圾滲濾液處理工藝主要為：生化法（A/O或A2/O）+MBR/管式超濾+納濾+反滲透（+DTRO）。在常見的膜法垃圾滲濾液處理工藝中，各工藝的主要功能如下：

①非膜法工藝（如傳統(tǒng)的生化法或一些厭氧/好氧反應(yīng)器等）通常做為膜法工藝的預(yù)處理工藝；

②MBR：MBR工藝是整個(gè)垃圾滲濾液處理系統(tǒng)的核心，是脫除垃圾滲濾液中有機(jī)物的主體之一。目前常見的MBR膜組件主要有板式膜組件和中空纖維膜組件，兩種MBR組件各有優(yōu)缺點(diǎn)，板式MBR膜組件較中空纖維膜組件具有跨膜壓差低、污泥濃度較高、預(yù)處理要求較低、維護(hù)清洗頻率較低、無需反洗、操作相對簡單等優(yōu)點(diǎn)；中空纖維MBR膜組件則具有裝填密度相對較高，膜池占地面積較小，膜組件設(shè)備投資較低等優(yōu)點(diǎn)。垃圾滲濾液有機(jī)物濃度較高，在相同的污泥負(fù)荷情況下，MBR膜池內(nèi)活性污泥濃度越高，也就意味著其處理有機(jī)物能力越強(qiáng)。

③超濾：超濾由于過濾精度較高，可將生化部分帶來的微生物菌體、沉淀物從污水中分離出來，此外超濾也能脫除廢水中一部分分子量較大的有機(jī)物。垃圾滲濾液經(jīng)過生化法處理，其含有的污染物濃度往往仍然較高，進(jìn)入超濾工藝的水往往具有較高的濁度、色度、COD以及較重的味道，因此，在垃圾滲濾液處理工藝中的超濾（常見管式超濾）用于MBR之后，做為NF和RO的預(yù)處理，可進(jìn)一步去除水中雜質(zhì)，確保后續(xù)工藝的穩(wěn)定運(yùn)行。

④納濾：MBR或超濾工藝產(chǎn)水中的主要污染物通常為有機(jī)物、微生物、硬度、堿度及重金屬等。納濾工藝可以去除MBR或超濾工藝產(chǎn)水中的絕大部分有機(jī)物和多價(jià)無機(jī)鹽，其產(chǎn)水基本可以達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。納濾工藝的濃水一般回流到垃圾填埋場或者進(jìn)一步蒸發(fā)處理；目前垃圾滲濾液處理過程中納濾系統(tǒng)回收率一般比較高（80%~85%），且進(jìn)水有機(jī)物含量較高，這導(dǎo)致了納濾面臨的最大問題是膜污染和結(jié)垢。垃圾滲濾液納濾處理膜元件壽命往往較低。就目前已了解到的一些垃圾滲濾液處理項(xiàng)目來看，絕大部分納濾工藝產(chǎn)水的水質(zhì)都不能滿足反滲透進(jìn)水的要求，一般都會(huì)帶有較高的色度以及難聞的味道，處理效果并不理想。

⑤反滲透工藝在滲濾液處理工藝中主要起到降低外排水的電導(dǎo)率和有機(jī)物含量的作用，此外，反滲透工藝可以大幅度截留垃圾滲濾液中離子態(tài)氮（如硝酸根等），降低產(chǎn)水中的總氮值，最終使排放水達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)以下。就目前了解到的垃圾滲濾液處理現(xiàn)場反滲透使用情況看，主要存在以下問題：

a. 濃水回流增大系統(tǒng)回收率：反滲透或納濾工藝往往考慮濃水回流的方式來提高系統(tǒng)回收率，很多垃圾滲濾液處理系統(tǒng)也采用了兩段式濃水回流的納濾或反滲透工藝，由于垃圾滲濾液進(jìn)水往往高含鹽量和高有機(jī)物的特點(diǎn)，濃水回流往往會(huì)導(dǎo)致納濾或反滲透系統(tǒng)的進(jìn)水進(jìn)一步惡化，加速了膜污染的速度，進(jìn)而影響了膜元件的使用壽命；

b. 段內(nèi)循環(huán)增壓泵的使用：在已了解過的垃圾滲濾液處理現(xiàn)場，很多反滲透處理系統(tǒng)都設(shè)置了單段濃水回流（即每一段的濃水通過段內(nèi)循環(huán)增壓泵泵在本段內(nèi)部循環(huán)，段內(nèi)循環(huán)量是反滲透系統(tǒng)進(jìn)水量的幾倍），這樣做可以增大膜元件進(jìn)水側(cè)流速，防止污染物沉積污染膜元件，但濃水的大量回流又會(huì)導(dǎo)致段進(jìn)水水質(zhì)的惡化，從而加重膜污染。在水質(zhì)較差的垃圾滲濾液系統(tǒng)中，回流會(huì)導(dǎo)致膜清洗頻繁，從而影響膜元件壽命。

c. 儀表設(shè)置存在問題：由于垃圾滲濾液項(xiàng)目普遍較小，且為了提高回收率往往采用兩段式設(shè)計(jì)。但在我們現(xiàn)場調(diào)查的垃圾滲濾液項(xiàng)目中，一些系統(tǒng)設(shè)置監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)往往存在問題，如兩段式系統(tǒng)僅設(shè)置進(jìn)水和濃水壓力表，段間壓力不能監(jiān)控；或者單支膜殼設(shè)置段內(nèi)循環(huán)增壓泵，但無法檢測進(jìn)該支膜殼進(jìn)膜的壓力以及電導(dǎo)率等，這都會(huì)造成運(yùn)行過程中無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)膜系統(tǒng)的故障，最終導(dǎo)致膜元件的嚴(yán)重污染或損傷。

d. DTRO：DTRO主要作用是進(jìn)一步降低系統(tǒng)濃水排放量，但也會(huì)造成循環(huán)水濃度的進(jìn)一步提升。

03 生活垃圾填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)(GB 16889—2008)

部分垃圾填埋場是通過膜法來去除滲濾液中的有機(jī)物，解決滲濾液處理處理過程中COD排放不達(dá)標(biāo)的問題。我國制定的生活垃圾填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)(GB 16889—2008)對污染物排放做出了相關(guān)規(guī)定，參考表1：

04 垃圾填埋場故障介紹

下面結(jié)合兩個(gè)典型故障案例給大家介紹一下垃圾填埋廠項(xiàng)目反滲透系統(tǒng)所面臨主要問題，參考表2：

案例1是典型的垃圾滲濾液處理過程中由于回灌導(dǎo)致的膜系統(tǒng)無法正常運(yùn)行的案例。這類情況經(jīng)常發(fā)生于處理后的濃水無法外排或處理的垃圾滲濾液項(xiàng)目中，最終的結(jié)果往往是由于進(jìn)水含鹽量過高，導(dǎo)致反滲透膜系統(tǒng)無法繼續(xù)運(yùn)行，而這個(gè)過程一般在2~3年左右就能顯現(xiàn)出來。另外，根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，現(xiàn)場采用電導(dǎo)率為2000~3000us/cm的水源模擬初期設(shè)計(jì)反滲透進(jìn)水時(shí)，反滲透產(chǎn)水電導(dǎo)率及產(chǎn)水量基本正常，但切換至垃圾滲濾液后，脫鹽率大幅度降低（參考表3）。

此外，在對案例1的調(diào)查過程中發(fā)現(xiàn)，采用垃圾滲濾液做為進(jìn)水時(shí)，隨著時(shí)間的推移，同位置膜殼的產(chǎn)水電導(dǎo)率快速升高，見表4：

由于產(chǎn)水量過低，各個(gè)膜殼產(chǎn)水量已無法在流量計(jì)上顯示（即產(chǎn)水量達(dá)不到流量計(jì)最下限），而在每支膜殼產(chǎn)水取樣管取得的單支膜殼產(chǎn)水電導(dǎo)率隨時(shí)間而快速增長，這表明膜表面發(fā)生了濃差極化，導(dǎo)致產(chǎn)水電導(dǎo)率快速升高，這是主要是由于系統(tǒng)設(shè)計(jì)單支膜殼內(nèi)循環(huán)泵導(dǎo)致濃水不斷回流，超出原有系統(tǒng)設(shè)計(jì)范圍，從而導(dǎo)致嚴(yán)重的濃差極化；

在隨后對膜元件性能的檢測結(jié)果中我們發(fā)現(xiàn)，盡管已經(jīng)使用了接近3年時(shí)間，外觀存在較多污染的痕跡，但膜元件在標(biāo)準(zhǔn)評測條件下的脫鹽率衰減不是很突出。參考下表（表5）：

案例2可以看作是一例典型的反滲透故障，由于新系統(tǒng)安裝不當(dāng)或者反滲透系統(tǒng)的高壓差導(dǎo)致的部分膜殼內(nèi)的膜元件與連接件之間發(fā)生內(nèi)漏問題，導(dǎo)致部分膜殼產(chǎn)水水質(zhì)變差，從而影響整體產(chǎn)水水質(zhì)。

05 垃圾填埋場故障淺析與改善建議

通過現(xiàn)場調(diào)查，我們發(fā)現(xiàn)垃圾填埋廠膜法滲濾液處理項(xiàng)目存在以下問題：

①膜污染較快，清洗頻繁，運(yùn)行故障較多，膜元件壽命普遍較短。

②設(shè)備、管道以及儀表腐蝕比較嚴(yán)重。

③濃水回灌導(dǎo)致進(jìn)水含鹽量逐年提高，最終導(dǎo)致反滲透膜系統(tǒng)難以運(yùn)行。

④反滲透系統(tǒng)自身的濃水回流也是導(dǎo)致垃圾滲濾液項(xiàng)目膜元件壽命較低的重要原因。

⑤現(xiàn)場儀表設(shè)置往往不能滿足設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控的需要。

從目前垃圾填埋廠運(yùn)行項(xiàng)目的調(diào)查結(jié)果來看，需要考慮以下幾個(gè)方面的改善：

①設(shè)備及儀表的及時(shí)檢測與更換，確保系統(tǒng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的準(zhǔn)確；

②對于無法外排濃水的項(xiàng)目，可以考慮采用蒸發(fā)結(jié)晶的方法，經(jīng)高濃度廢水轉(zhuǎn)化為固體廢棄物處理。如果后續(xù)有垃圾焚燒項(xiàng)目，可以將最終濃水引致焚燒爐焚燒處理。

③及時(shí)化學(xué)清洗，如無法恢復(fù)系統(tǒng)性能，則更考慮換膜元件，確保各工段水質(zhì)合格。

④對于由于回灌導(dǎo)致進(jìn)水含鹽量過高，從而導(dǎo)致無法正常工作的系統(tǒng)，可考慮采用海水膜或高壓反滲透膜元件代替原有的苦咸水膜元件，但選擇這種方案需要考慮對現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)改造，如：更換高壓泵至更高揚(yáng)程、更高等級的耐壓管路、現(xiàn)有儀表量程是否與過高的含鹽量匹配以及現(xiàn)有藥劑是否能在新的工況下發(fā)揮作用，是否需要更換新種類的藥劑等等，而且，這種方案只能在一定時(shí)期內(nèi)有效，隨著濃縮液的不斷回灌，反滲透的進(jìn)水不斷的循環(huán)濃縮，最終仍會(huì)導(dǎo)致含鹽量過高而導(dǎo)致反滲透系統(tǒng)無法運(yùn)行。因此，解決循環(huán)液濃縮的問題需要考慮將其外運(yùn)或者轉(zhuǎn)換為固體廢棄物排出系統(tǒng)，而不能在系統(tǒng)內(nèi)部無限制循環(huán)濃縮。

⑤可以考慮采用高級氧化技術(shù)處理反滲透或納濾濃水，降低回灌水或后續(xù)蒸發(fā)結(jié)晶進(jìn)水中的有機(jī)物含量。

06 展望與思考

隨著各地垃圾焚燒電廠項(xiàng)目的出現(xiàn)，一定程度上可以解決垃圾填埋廠滲濾液膜法處理濃水排放的問題。此外，對于有機(jī)物濃度較高、且可生化性能較好的回灌水是否也可以考慮采用厭氧工藝處理，進(jìn)一步回收利用有機(jī)物，將其變廢為寶？不論如何，垃圾滲濾液處理工藝中仍存在很多問題需要我們發(fā)現(xiàn)和解決。