探讨：垃圾渗沥液处理技术
渗沥液处理技术应用是伴随着国内第一座垃圾卫生填埋场的建成而开启了它的中国模式，1993年12月26日，中国第一座垃圾卫生填埋场在北京正式投产。1998年，以氧化沟为主体工艺的渗沥液处理技术调试运行在我国的北方大城市开始了。随着填埋工艺的完善，降水量的减少以及垃圾有机成分的增加等多重因素的变化，原水的有机物含量的远远超过氧化沟进水设计值。同时，由于许多填埋场选址只考虑到距离生活区的远近，很多都设定在自然保护区附近。排放标准须满足地表水相关排放标准，只经过生物处理的渗沥液很难达标排放。自此，中国开始引进西方发达国家膜处理工艺。同时提高了新的填埋场渗沥液排放标准。主要由于源头垃圾分类差别大，填埋垃圾有机成分的巨大落差，导致渗沥液处理规模和含盐量设计上偏差。例如2003年德国某大型填埋场进场垃圾有机成分严格控制在5%以下，与国内相当规模大型填埋场对比，渗沥液产生量要小很多倍，原水水质也低很多，浓水回灌也不是问题。
由此，国内开始了近年的围绕膜工艺改进的技术。厌氧生物处理针对有机物高，越来越大的生物池针对水质复杂，各种蒸发技术针对浓缩液处理等。随着垃圾分类工作的推进，园区组合分类处置设施的尝试，渗沥液由填埋场扩展到餐厨厨余等生物质处理后，以及设施冲洗水等多种来源的污水。排放标准仍旧执行的是填埋场渗沥液排放标准为主体，结合当地地表水排放标准。在形成稳定的中国模式前，注定还有很长的路要走。
本文围绕渗沥液生物处理和膜处理展开一定范围的技术归类说明，希望对国内同行有所帮助。
01、相关概念
1.1渗滤液（渗沥液）
垃圾在堆放和填埋过程中由于压实、发酵等物理、生物、化学作用，同时在降水和其他外部来水的渗流作用下产生的含有机或无机成分的液体。
1.2调节池
在渗滤液处理设施前设置的具有均化水质、调蓄水量或兼有渗滤液处理功能的构筑物。
1.3微滤
以压力为驱动力，分离0.01μm至数微米的微粒的过程。
1.4超滤
以压力为驱动力，分离分子量范围为几百至几百万的溶质和微粒的过程。
1.5纳滤
以压力为驱动力，用于脱除多价离子，部分一家离子和分子量200~1000的有机物的膜分离过程。
1.6反渗透
在高于渗透压的压力作用下，溶剂(如水)通过半透膜进入膜的低压侧，而溶剂中的其他组分（如盐）被阻挡在膜的高压侧并随浓溶液排出，从而达到有效分离的过程。
1.7膜反应器
由膜元件、壳体、内联接件、端板和密封圈等组成的实用器件。
1.8膜生物反应器系统
以膜为载体,把生物反应（作用）和分离相结合，能改变反应进程和提高反应效率的设备或系统。
02、渗沥液处理厂相关要求
2.1应根据生活垃圾填埋场的建设规模、填埋容量、年限、作业方式、占地、地理和气象等定规模和工艺。
2.2必须设置调节池、防渗、加盖、除臭措施。
2.3项目构成包括预处理、生物处理、深度处理、污泥及浓缩液处理，处理后废水设置规范化排污口统一排放。
2.4主要恶臭产生源（调节池、曝气设施、厌氧反应设施、污泥脱水设施等）宜集中布置。
2.5供电方式应与垃圾填埋场主体工程相协调。
2.6水量应充分考虑降水、垃圾特征、雨污分流、导排设施等，宜按20年降量计。
2.7各阶段水质指标：
单位（mg/L）pH无量纲
2.8工艺流程
推荐选用“预处理+生物处理+深度处理”组合，也可采用如下：
a)预处理+深度处理
b)生物处理+深度处理
1)预处理可采用生物、物理和化学法，去除氨氮或无机杂物，或改善可生化性。
2)生物处理工艺可采用厌氧和好氧法，去除有机物和氨氮、磷等。
3)深度处理可采用纳滤、反渗透、吸附过滤等，去除悬浮物、溶解物和胶体等。宜以NF和RO为主。
4)当工艺过程中产生污泥时，应对其进行适当处理。产生的浓缩液可采用蒸发等。
5)常规工艺流程图：
03、污染物排放要求
3.1生活垃圾填埋场自2008年7月1日起执行GB16889－2008中表2规定，见下表。
3.22011年7月1日前，现有生活垃圾填埋场无法满足表2规定的水污染物排放要求，满足以下条件可将渗滤液送往城市二级污水处理厂处理：
1）在填埋场经处理后，总汞、总镉、总铬、总砷、总铅达到表2
2）城市二级污水处理厂每日处理渗滤液总量不超过污水处理量的0.5%，并不超过城市二级污水处理厂额定的处理能力。
3）应均匀注入
4）不影响城市二级污水处理厂的处理效果。
2011年7月1日起，现有全部生活垃圾填埋场应自行处理生活垃圾渗沥液并执行表2规定的限值。
3.3根据环保要求在国土开发密度较高、环境承载力弱，或生态环境脆弱，一发严重环境污染问题而采取特别保护措施的地区，在上述地区的现有和新建填埋场执行表3规定的排放要求。
3.4转运站渗沥液，可采用密闭运输送到城市污水厂，排入城市排水管道，进入城市污水厂或自行处理。
排入设置城市污水厂的排水管网的，应在转运站内对渗沥液进行处理，总汞、总镉、总铬、六价铬、总砷、总铅等污染物质量浓度达到表2规定，其他水污染物排放控制要求由企业与城市污水厂根据其能力商定或执行相关标准。
排入环境水体或排入未设置污水处理厂的排水管网的，应在转运站内对渗沥液处理达到表2规定。
3.5监测
水污染物排放口设置符合GB15562.1要求的排放口标志。新建生活垃圾填埋场应安装自动监控设备，与环保部门监控中心联网。环保部门定期监督性监测。
04、渗滤液生物处理原理
在有氧的条件下，废水中的有机物分解分两个阶段。第一阶段叫碳氧化阶段，主要是不含氮有机物的氧化，但也包括含氮有机物的氨化及氨化后生成的不含氮有机物的继续氧化，也就是有机物中碳氧化为二氧化碳的过程；第二阶段也称硝化阶段，即氨在硝化细菌的作用下，被氧化为NO2-和NO3-所消耗的氧量叫硝化需氧量或硝化BOD。
在缺氧的条件下，厌氧生物直接处理高浓度的有机渗滤液，将有机物转化为CH4，经过燃烧转化为CO2。特别强调的是反硝化过程，反硝化菌属于异养型兼性厌氧菌的细菌，在厌氧条件下，利用硝酸和亚硝酸离子中的氧进行呼吸，以有机底物（有机碳）为电子供体，使硝酸盐还原，使有机物分解为CO2和H2O。
平谷渗沥液厂日处理200t，生物处理工艺如下：
4.1缺氧条件下：
1、调节池发生厌氧反应，尤其夏季高温液位条件下，增加内部回流，接收部分剩余污泥后，COD出水/来水比值可达到0.3-0.6，由于停留时间长达25d，氨化反应也同时进行。
2、反硝化罐中反硝化菌利用回流过来的NO3-和NO2-中的O进行呼吸，利用来水有机物为碳源（电子供体），进行同化和异化反硝化反应，同化合成有机氮化合物，成为菌体的组成部分；异化分解成N2、CO2和H2O。
4.2有氧条件下:
1、碳氧化罐发生好氧反应，主要设计活跃的是异氧型好氧细菌，以有机物为碳源，获取生物生命活动所需的能量，完成有机污染物的无机化过程。
2、硝化罐内发生也是好氧反应，是属于第二阶段的好氧反应，为硝化阶段。在此罐内活跃的是硝化细菌，利用氧气来呼吸，将氨氮氧化为NO2-和NO3-，获得的能量，用于固定和还原无机碳，属于自养型细菌。氮元素在硝化细菌的作用下转化为NO2-和NO3-，还需回流到反硝化罐通过反硝化细菌作用转化为氮气，最终脱离水体，达到水体净化的目的。
05、渗滤液生物处理工艺特点
5.1厌氧生物滤池
针对新鲜渗滤液高COD（20000mg/L以上），源自高浓度有机废水处理工艺。所谓新鲜渗滤液产生时间指在稳定垃圾堆体停留时间较短或反应不充分，有机物未被堆体内产甲烷菌充分吸收分解，而被收集到渗滤液收集、运输和贮存系统。
优点：
1、有机容积负荷率高。厌氧生物法的负荷率一般为5～10kgCOD/(m3.d)。
2、污泥产量低。剩余污泥量仅为好氧生物处理法的1/6～1/10。
3、动力消耗低。是一般活性污泥法的1/10左右，产生的沼气可作为能源，去除每kgCOD产气量一般是0.35m3沼气。
4、营养盐需用量少。
5、水温的适宜范围广。10℃～30℃、30℃～40℃、50℃～60℃、而好氧一般认为20℃～30℃。
6、生物滤池法克服了厌氧微生物增值缓慢的缺点，可从传统的8～12周缩短到2～4周。
7、生物滤池出水COD往往还在4000mg/L以上，但后续反硝化需要有机碳源，也克服了处理后水质差的缺点。并可根据后续碳源需要情况通过控制温度或进水流量得到想要的出水COD值。
缺点：
1、非溶解性有机物在常温厌氧是困难的，高温更有利于对纤维素的分解。
2、中后期COD低的渗滤液，NH3-N高，C:N比低于5的情况，生物厌氧滤池失去作用。
3、填料因结垢，一般寿命不超过3年，更换时工期长，费用较多，作业环境恶劣。
5.2硝化与反硝化
1、渗滤液氨氮浓度高，1500～4000mg/L，是生活污水约100倍，远超传统进水总氮浓度30mg/L限值。
2、超滤膜引进到渗滤液生化池中来，用于泥水分离，截留易流失的硝化反硝化细菌。
3、污泥浓度10～20g/L，是传统工艺2.5～5倍，缩小反应器体积，减少基建成本。
4、循环比（R）
内循环回流的作用是向反硝化反应器内提供硝态氮，使其作为反硝化反应的电子受体，从而达到脱氮的目的。内循环回流比不仅影响脱氮效果，而且也影响工艺系统的动力消耗。
由于污泥浓度的变化，目前运行好的系统或通常经验，R值远高于600%（1400%～2000%）。类似于传统工艺的流化床，可能的原因是溶解氧在高浓度污泥扩散和消耗同低浓度污泥不同，如内循环也自硝化池含有一定的溶解氧，使反硝化难于保持理想的缺氧状态。
5、水力停留时间
传统工艺认为硝化反应需时6h，反硝化反应需要较短，在2h之内即可完成。硝化与反硝化的水力停留时间比为3:1，而渗滤液硝化反硝化池水力停留时间比较成功的案例为4～5d，是传统工艺的20倍。硝化与反硝化水力停留时间比接近1：1，而且有越来越保守的趋势，可能原因相关其它的活性污泥对脱氮作用的减少（合成自身对N元素的需求），出水标准的提高，以及回流比增加中DO对反硝化的冲击，造成反硝化反应器体积不断增加。
6、温度控制及pH等
一般认为硝化菌适宜的30°C，反硝化细菌35°C。在目前的控制中多涉及到降温控制，均控制在35°C左右，东北等纬度高的地域也有尝试25℃～30℃。
pH控制认为7.5～8.5，也有许多尝试6.0～7.0。
06、膜技术分离能力
6.1纳滤油反渗透
反渗透可脱除最小的溶质，分子大小小于0.0001微米；
纳滤可脱除分子大小在0.001微米左右的溶质；
纳滤本质上是一种低压反渗透膜，用于处理产水纯度不是特别严格的场合，适合于处理井水和地表水。适用于没有必要像反渗透那样的高脱盐率的水处理系统，但对于硬度成分的脱除能力很高，有时被称为“软化膜”，相对反渗透运行压力低，能耗低。
6.2一般进水应选用反渗透还是离子交换工艺？
许多进水条件下，采用离子交换树脂或反渗透在技术上均可行工艺的选择则应由经济型比较而定，一般情况下，含盐量越高，反渗透就越经济，含盐量越低，离子交换就越经济。
由于反渗透技术的大量普及，采用“反渗透+离子交换工艺”或“多级反渗透”或“反渗透+其他深度除盐技术”的组合工艺已经成为公认的技术与经济更为合理的水处理方案。
6.3RO膜元件和IX离子交换树脂的进水要求有哪些？
理论上，进入两系统应不含如下杂质：
悬浮物、硫酸钙、细菌、胶体、藻类、氧化剂，如余氯等。
铁、铜、铝腐蚀产物等金属氯化物。
油或脂类物质（必须低于仪器的检测下限）。
有机物和铁—有机物的络合物。
进水水质对RO膜元件和IX离子树脂的寿命及性能有巨大的影响。
6.4预防硅垢
推荐使用1μm的保安过滤器滤芯，同时采取预防性的酸性清洗措施，因为出现一定量的金属，如Al3+可能会通过形成金属硅酸盐改变SiO2溶解度。高分子量的聚丙烯酸酯阻垢剂可增加SiO2溶解度。
07、渗沥液反渗透出水应用探讨
7.1用于锅炉水：常采用反渗透技术
反渗透作为锅炉补给水系统的预脱盐系统，其良好的脱盐性能，极大地降低除盐系统离子交换器的进水含盐量，延长除盐系统离子交换器的进水含盐量，延长除盐系统运行周期，减少再生次数从而减少再生过程中再生酸、碱废液的排放量，符合生产与环境保护相协调发展。
7.2中水对比地下水作为反渗透进水
地下水中先容有二价铁、锰或硫化氢等还原性物质，遇空气或氯可能发生氧化和沉淀，而形成氢氧化铁、氧化锰、重金属氧化物等胶体和微细沉淀等，导致过滤器、膜的氧化和堵塞，且难恢复。
实验表明Fe2+在DO大于5mg/L转化为Fe3+
即使反渗透给水SDI＜5，铁含量小于0.1mg/L，仍可能污染。所以应采取降铁锰措施，一般采取氧化、曝气、凝聚、澄清、过滤。
7.3中水（海淡膜）
出水的Ca2+、Mg2+几乎接近于零，也没有Fe2+Mn2+可直接作为锅炉的预脱盐水进入离子交换器。优于常规地表水和地下水。
7.4在锅炉给水中，硅有什么害处？
在高压锅炉给水中，必须解决含硅的问题。这是因为硅表现出较大的随蒸汽挥发的能力，随后，蒸汽中所含的硅会在透平的低压段因蒸汽的压力的降低，以玻璃态沉积在透平的叶片上，影响透平的效率。活性和胶体两种形式的硅均会引起这种故障，因为在高压锅炉的温度条件下，胶体硅将分解成硅酸盐，然后在蒸发到蒸汽相中。
7.5怎样从水中脱除硅？
胶体硅没有离子的特征，但尺寸相对（活性硅）较大，能被反渗透截留，也可通过凝聚技术降低含量，但那些需要依靠离子电荷特征的分离技术，如离子交换树脂和连续电去离子过程（EDI），对脱除胶体硅效果十分有限。
活性硅的尺寸比胶体硅小的多，大多由物理过滤如混凝澄清、过滤和气浮等均无法脱除活性硅，能够有效脱除活性硅的过程是反渗透、离子交换和连续电去离子过程。
08、反渗透不能做什么
8.1全量过滤
普通过滤通常为物料完全垂直通过过滤介质达成过滤，当使用反渗透膜时，不允许有机物或盐份透过膜，如果采用全量过滤将导致膜的表面固这些物质的富集而产生堵塞和污染。
为防止在膜面上污染物的累积，在进水流道侧引入冲刷流动方式，这种过滤方式称为错流过滤，反渗透系统总是将进水分成两股水流，即被膜所载流的含浓缩溶质的浓缩液和透过膜面得到净化的透过液。
8.2极限浓度
自然渗透过程中，水分子会从纯水侧透过半膜迁移到高浓度的溶质侧以平衡溶液的强度。针对膜而言，最后平衡点水压称为该溶液的渗透压。
溶液的渗透压取决与溶质的种类和浓度，随着进水不断被浓缩，就需要克服更高的溶液渗透压，这样也就需要施加更多的进水压力迫使水分子透过膜，由于反渗透膜面上的压力和溶解溶体度的极限之故，每一种溶也具有最大的实际允许运行浓度。
8.3过量的悬浮物质
高悬浮物（不溶物）含量的进料将迅速污染膜，需设置预处理。通常设置超滤或微滤。
8.4绝对分离
虽然反渗透是最精细的液体过滤过程并能分离最小的溶质，但仍不能制作出理想和完美的反渗透膜，脱除率取决于膜材料，虽然可以实现99.99％脱盐率，但是要达到100％的分离要求是不现实的。
09、膜深度处理膜系统设计导则
9.1膜系统设计的最大影响因素是原水的潜在污染趋势，原水中存在的颗粒和胶体会引起膜元件的污堵，并随着进水的逐渐浓缩而积累在反渗透膜表面，预处理后的产水其淤积密度指数（SDI，又称污堵指数）与水中残留污堵物质的含量有相当好的对应关系，膜表面这些污堵物的浓度与膜系统的通量和回收率成正比，通量设计的越高，将会出现更快速的污堵并需要更频繁的化学清洗措施。
9.2膜元件的运行条件范围包括：膜元件的最高回收率，最大通量，最小的浓水流量和最高的进水流量。原水潜在的污染越高就越严格执行。
9.3整个膜元件平均通量与膜总有效膜面积有关，是设计的特征参数，原水水质好采用较高的设计通量；原水水质差采用较低的设计通量。作者：刘学建
10、膜系统结垢和污堵预防
实践中易发现问题：
1、超滤连接管路破损和膜物理损伤，造成SDI暴涨，观测到滤芯被短时堵塞，变形。
预防措施：观测超滤膜产水，有无气泡，肉眼不见物，压力表是否异常。其二观测微滤前后的压差，压差变大即表明污垢发生，其三建议定期更换和检查微滤滤芯
2、阻垢剂不及时加或过量加，由于阻垢剂为稀释，无色，经常会发生运行人员忘记加，抽查方法是测桶内PH值，阻垢剂一般为酸性，另外卷式膜机组一般是纳滤和反渗透共同使用{串联}不同水质加入阻垢剂量不同，纳滤作为反渗透的预处理，应加多，而后面的反渗透应加少
3、洗膜用酸碱顺序
由于硝化反硝化反应带来碱度的变化，进入膜车间的水质往往会发现碱性不足，酸性过多，当碱洗时短时PH上升，会造成结垢，如果先酸性洗，后碱洗就会固垢堵塞造成膜通量降低。
4、酸洗预洗的作用原理分析
当长时间膜未清洗，许多金属离子吸附在膜面，当开始酸洗时用较高浓度H+遇上金属离子会大量析出，冲洗过程中会卡在膜孔中，造成通量降低。
因此酸洗膜应分成两个时间段，进行预冲洗时间不易超过15分钟并将含有大量金属离子的污堵物直接排除清洗系统。
5、预防性清洗时应用于渗沥液深度处理的膜机组通常用的方法
对膜进行预防性清洗来控制结垢问题，此时系统并不需要进行软化或加化学品阻垢剂。1-2年左右就考虑更换膜元件，清洗时打开浓水阀门，作低压冲洗，设置清洗间隔短的模式要比长的模式，常用每运行30分钟低压冲洗30秒。通常还沿用废水处理中批操作模式，即在每批操作之后清洗一次膜元件（通俗说停机冲洗）
6、调整操作参数
当其他结垢控制措施不起作用时，必须调整运行参数，以防止产生结垢问题，因为保证浓水中难溶盐浓度低于溶度积，就不会出现沉淀，这需要通过降低系统回收率来降低浓水中的浓度。
溶解度还取决于温度和pH值，水中含硅时，提高温度和pH可以增加其溶解度，二氧化硅常常是唯一考虑需要调节这些运行参数以防止结垢的原因，因为这些参数的调节存在一些缺点，如可能提高其他结垢的风险（如高pH下易发生碳酸钙沉淀）。
7、硅结构的发生大多数为水中存在铝或铁，推荐使用1μm滤芯，同时采取预防性的酸性清洗措施。
pH值低于7可增加硅溶解度。
高分子量的聚丙烯酸酯阻垢剂也可增加二氧化硅的溶解度。
8、细菌的一般尺寸为1-3μm。选用1μm滤芯对细菌有一定的隔离作用，一旦出现生物污染并产生生物膜，清洗非常困难。因为生物膜能保护微生物受水力的剪切力影响和化学品的消毒作用，此外，没有被彻底清除掉的生物膜将引起微生物的再次快速滋生。
11、浓缩液处理
浓缩液是渗滤液通过“MBR膜生物反应系统+纳滤/反渗透”工艺后，在纳滤或者反渗透工序产生的浓缩液。其特点有以下几个方面:
1）浓缩液的色度极高，达到600倍标准色以上，色素分子顽固，传统生物方法无法去除。
2）浓缩液中有机污染物主要是MBR生化系统中难以去除的有机物，按照GB16889-2008的要求，浓缩液中有机污染物的降解是一个难点。
3）浓缩液内污染物为大量无机难溶盐离子。由于在进水中添加了阻垢剂而将成垢离子维持在较高的过饱和度下而不结垢析出，因此浓缩液中包含了含有阻垢剂成分在内的大量无机难溶盐离子（Ca2+、Ba2+、CO32-、SO42-、HCO3-）。
此前浓缩液处理方式为外运至消纳站进行相应的处理，但根据有关部门的最新要求，浓缩液要在场内进行处理才能排放，要求处理后的出水达到《垃圾填埋场污染物控制标准》GB16889-2008的二级排放标准。
主体工艺选择：
与渗滤液相比，浓缩液的成分复杂，污染物浓度高，可生化性极差，对应的处理技术要求更高。对浓缩液的处理，目前采用的处理措施有回灌、蒸发及化学氧化法等。回灌法只是权宜之计，长期的回灌会使填埋场的渗滤液盐含量增加，日积月累只会使问题逐步复杂化；蒸发法也是一种物理分离方法，挥发出的污染物成了大气污染源，且蒸发后残余的渣液还要固化填埋，再加上蒸发系统的投资费用高运维费用高故障率高等，这些因素使得蒸发技术很难普及推广。
近年来，采用高级氧化技术(AOP)处理难降解有机物已经成为污水处理行业工艺发展的一种趋势。
近期的小试实验采用了高级氧化组合中高效并且不产生任何二次污染的“臭氧+活性碳”的氧化工艺，同时，在高级氧化处理之前，增加了“混凝+气浮”的预处理工艺。
先将浓缩液进行预处理，利用混凝气浮的方法去除大分子有机污染物，然后在臭氧高级氧化处理阶段，利用臭氧及其水解产生的活性羟基的强氧化性彻底分解去除剩余顽固小分子有机污染物。这样做的好处是既充分发挥了加药混凝工艺对大分子污染物去除的高效性和经济性，也充分发挥了臭氧高级氧化工艺对难降解小分子污染物处理的经济性，使整个系统的效能和性价比达到最佳水平。
污泥处置：气浮机的浮渣经过刮渣装置排出系统后，经过管道排入现行的污泥沉淀池，使用现有的污泥脱水机脱水后，污泥送填埋场填埋，产生的清液返回渗沥液调节池。
12、展望
垃圾渗滤液是一种高浓度、成分复杂、水质水量易变化的污水，人们对渗滤液的处理仍一直处于探索中，为得到较好的处理效果多用组合工艺进行处理。在组合工艺中多根据单一工艺的特点和处理效果进行选取。
对于物理化学处理多用于前期预处理为后续的处理降低负荷；对于生物处理，多为渗滤液处理的关键，能较大幅度去除渗滤液中污染物；而膜处理常常是后续的深度处理。
“MBR+膜深度处理（NF/RO）”组合工艺是生化与膜技术的完美结合，该工艺流程简单、调试周期短，易于操作管理，此外该组合工艺有着投资低、运行成本低的优点，是一套性价比较高的组合工艺。但是，浓缩液处理方式是渗滤液处理亟待解决的问题。
对于渗沥液处理项目在实际的选取运行和建设中，城市垃圾渗滤液的处理技术多需经过经济上、技术上等条件的对比后确定下来。
对于一些经济和实际条件等因素许可的情况下，可在垃圾填埋场单独建立成套的渗滤液处理系统；对于经济条件尚不发达或实际条件不允许的情况，可采用经过预处理再排入城市污水厂进行合并处理的方案。
总体来说，场内预处理，场外合并处理是一项相对较理想的处理方式。场内预处理可减轻污水处理厂的压力，场外合并处理不但借用城市污水中营养物质又可利用较大规模的污水处理，大大节约了处理成本。但值得注意的是，在渗滤液的合并处理时要防止二次污染的发生。
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