技术|垃圾渗滤液处理工艺之MBR工艺

对于垃圾填埋场而言最为关心的问题就是渗滤液处理的问题，由于膜生物反应器(MBR)工艺作为常用的渗滤液处理组合工艺之一，因此，研究以MBR作为核心工艺与其他工艺相组合的各种形式非常必要。本文归纳总结了以MBR为核心的处理垃圾渗滤液的各类组合工艺，综述了其研究和工程应用现状，分析了存在问题，提出了适用范围，并对MBR技术相关的研究提出一些建议，以期为未来垃圾渗滤液处理提供参考。

1 渗滤液水质特点及处理工艺

渗滤液为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]，垃圾渗滤液普遍具有污染物含量高、氨氮含量高、色度大、毒性强、污染时间长等特点，是一种成分复杂的高浓度有机废水。

随着填埋年龄的增长，微生物对垃圾中有机物的降解速率、垃圾的持水能力和水的透过性会发生变化，中老龄填埋场的渗滤液中有机物大多为难降解的长链碳水化合物或腐殖质，而且普遍具有可生化降解物质含量低，氨氮浓度较高的特点[2]。目前国内渗滤液常用的处理方法是以MBR为核心的组合处理工艺，通常主要的处理流程如下：

(1)预处理。包括格栅、调节池等装置。待处理的渗滤液通过预处理可以截留粗大的悬浮物并对水质与水量进行均质化。

(2)前处理。包括氨吹脱、加入吸附剂、混凝沉淀等物化处理。该处理阶段需结合渗滤液中的水质情况选择具体工艺，若水中存在高浓度的氨氮，则需考虑氨吹脱进行前处理;若水中存在一定的色度、难降解的有机物、重金属离子等，则可考虑采用活性炭吸附等方式进行前处理，减轻后续处理设施的负荷。

(3)主处理。为MBR组合工艺处理技术。通过工艺联合可以达到更好的氨氮及有机物处理效果。

(4)后处理。采用膜处理或者物化处理等方式进行深度处理。膜处理工艺可进一步处理重金属离子及不可生化有机物，提升出水水质。后处理工艺的选择应结合工程费用以及需达到的水质标准。

2 以MBR为核心的渗滤液组合处理工艺

2.1 生化处理+MBR+膜处理

绝大部分垃圾渗滤液需通过组合工艺处理才能达到GB16889—2008《生活垃圾填埋场污染控制标准》中要求的污染物排放浓度限值。在渗滤液处理中常用的工艺组合方式是采用生化处理+MBR+膜处理组合工艺，上流式厌氧污泥床反应器(UASB)由于负荷能力很大，适用于高浓度有机废水的处理，因此许多学者将该工艺与MBR进行组合，通过试验或者工程应用研究探讨该组合工艺对渗滤液的处理效果，研究结果均表明UASB+MBR组合工艺能够充分发挥厌氧、好氧生化处理与膜处理相结合的技术优势，利用该工艺处理的渗滤液出水水质稳定且主要技术指标CODCr和氨氮均可达到排放要求[3-8]。

通过UASB厌氧处理工艺可在一定程度上降低运行费用，但是容易造成后续A/O生化池中的碳氮比失衡，因此，应注意控制运行过程，减轻出水中的碳氮比失衡。

由于UASB工艺在寒冷地区的运行负荷极低，应考虑到该工艺不适用于东北等地区。后来随着技术成熟出现了第三代厌氧反应器UBF，UBF综合了UASB和AF的优点，集颗粒污泥与生物膜于一体，在处理水质变化大、污染物浓度高的垃圾渗滤液时具有优势，常被用于与MBR工艺相结合处理焚烧厂渗滤液。采用UBF+MBR组合工艺处理焚烧电厂渗滤液，工程运行结果表明综合效益较好，但渗滤液中含氮化合物较高。采用两级UBF+MBR+NF组合工艺处理垃圾焚烧厂渗滤液，运行结果表明，CODCr、BOD5、SS、氨氮的去除率都大于99.8%，技术可行且经济合理。

填埋龄在10a以上的老龄化垃圾填埋场的渗滤液中氨氮的质量浓度通常高达3000～4000mg/L，因此，在工程中老龄化的渗滤液处理中常采用厌氧处理技术作为前处理工艺。

采用厌氧好氧膜生物反应器和厌氧+GAC膜生物反应器对台州某垃圾填埋场的老龄化垃圾渗滤液进行了处理，并结合NF/RO工艺对MBR出水进一步深度处理，结果表明出水基本满足工业回用水的指标要求。

取北京市阿苏卫垃圾填埋场的晚期垃圾渗滤液作为处理对象，验证了水解酸化+缺氧+MBR组合工艺处理的出水具有水质稳定高效的效果。虽然硝化反硝化生物脱氮可以达到良好的脱氮效果，且运行稳定，但是往往需要投加大量碳源，在经济效益上不够具有优势。然而，厌氧氨氧化具有良好的脱氮效果，相比传统脱氮方式更能有效降低能耗而且不需要外加碳源，CODCr浓度也较低，因此，也有学者将其与MBR组合探讨处理渗滤液的效果。

通过研究表明，二级厌氧+厌氧氨氧化+MBR组合工艺处理焚烧厂渗滤液这类高浓度有机废水能够更充分发挥厌氧处理的优势，去除有机物和氨氮，降低后续MBR系统的污染物负荷。该工艺可大幅去除氨氮，只需设计一级硝化反硝化即可，不用额外碳源，是一种稳定可持续的生物处理技术。

2.2 MBR+膜处理/物化处理

2.2.1 MBR+膜处理

膜处理技术主要是利用隔膜使溶剂同溶质和微粒分离，其中微滤(MF)膜和超滤(UF)膜孔径较大，对污染物去除率较低，一般作为渗滤液的预处理技术;纳滤(NF)膜和反渗透(RO)膜对渗滤液中污染物去除率较高，一般作为垃圾渗滤液的深度处理技术[14]。采用膜处理技术进行渗滤液的最终处理，对其效果许多学者进行了深入研究探讨。

采用外置式MBR+NF工艺组合对进水CODCr、BOD5、氨氮、SS的质量浓度分别为4760、1840、835、690mg/L的垃圾渗滤液进行处理，工程运行结果表明上述各指标均可达到排放标准，去除率均可达到96%以上。采用MBR+RO组合工艺处理成都长安垃圾填埋场的渗滤液，工程运行结果表明该工艺能有效去除绝大部分有机物、氨氮和SS。

采用MBR+NF+RO联合工艺进行生产性试验，结果表明，该工艺流程简单，抗冲击负荷能力强，污染物去除率高。深度处理通过膜处理技术可以进一步截留氨氮，但是会产生含有高浓度的盐、有机污染物和重金属离子等的浓缩液，因此，选用膜处理工艺时应考虑后续对浓缩液的处理问题，而不仅仅是稀释排放。在膜处理工艺中由于膜易受污染、堵塞，寿命较短是该工艺最大的缺点，因此具有抗污染能力强、操作压力高、污染物截留能力强的碟管式反渗透膜(DTRO)也引起了学者的关注。

在渗滤液设计水量为900m3/d，进水总氮质量浓度高达2400mg/L的工程项目中采用MBR+DTRO+曝气沸石生物滤池工艺去探讨其处理垃圾渗滤液的效果，工程运行结果表明，出水水质能够达到一级A排放标准。虽然DTRO相对于其他膜而言具有膜片寿命较长的优点，在渗滤液处理中也被广泛应用，但是也存在能耗浪费的现象，因此，有必要探讨相关的改造方案以节约成本。

2.2.2 MBR+物理处理

与MBR组合的物化处理法中常用的是吸附法，活性炭由于在去除水中难降解的有机物、重金属离子和色度等方面具有较好的效果[20]，因此常被用于吸附处理工艺中。采用组合的膜-生物活性炭工艺来处理垃圾渗滤液，结果发现污染物在活性炭吸附+微生物降解+膜过滤的工艺处理过程中去除效果明显，TOC的去除率高达95%以上。由于在采用膜处理法时最关注的是膜污染问题，因此，针对投加活性炭是否会引起膜污染，许多学者也进行了深入的试验研究。

通过研究表明，粉末活性炭会与活性污泥在膜表面共同形成一层具有吸附功能的多孔状膜，提高系统有机物的去除率。另外，这层PAC膜可在反冲洗时去除，因此，还可降低膜孔堵塞率，减缓膜污染。研究人员通过对PAC+MBR组合工艺进行研究，发现投加PAC之后膜通量的恢复率更高，能够有效减缓膜污染，并且出水水质得到提升[23-24]。在物化处理方式中除了可以采用活性炭外也可以采用其他方式，如加入混凝剂降低废水浊度和色度，去除多种高分子物质、有机物、某些金属离子以及氮、磷等可溶性无机物，或者形成难溶盐沉淀去除渗出水中氨氮和重金属离子。

然而，此类处理方法中混凝剂的选取以及投加量的大小对处理效果和处理成本具有很大的影响，因此，对于混凝剂的种类与投加量也应引起关注。氨氮含量较高的渗滤液中通常会采用氨吹脱进行前处理，以减轻后续生物脱氮的负荷，确保渗滤液处理达标排放。氨吹脱处理过程中需投加大量的石灰，石灰的运输、储存和使用会对周围的环境产生污染，而且吹脱出的氨需进行回收，回收的硫酸铵处置问题也是一个难点。因此对于氨吹脱处理带来的环境影响、处理成本等应考虑如何有效平衡。

2.3 高级氧化法+MBR+深度处理

高级氧化法一般作为垃圾渗滤液的预处理，主要目的是提高废水的可生化性或是直接去除渗出水中难降解的有机物成分，利用UV/H2O2+MBR组合工艺处理CODCr的质量浓度为850～950mg/L、氨氮的质量浓度为450～550mg/L的垃圾渗滤液，试验结果表明，MBR对有机物的生化降解效果显著，反应器内硝化作用好。臭氧氧化技术是通过臭氧分解产生的羟基自由基将废水中的污染物转化成低毒的中间产物或者无机物，是一种绿色环保的工艺技术，在该工艺中臭氧的投加量及渗滤液原液中的水质等因素对工艺的处理效果均会产生影响。

通过试验分析了各影响因素，并通过试验表明臭氧化法和催化臭氧化法对垃圾渗滤液的色度和腐殖酸都有较高的去除率，并可有效提高垃圾渗滤液的可生化性。采用臭氧高级氧化技术，并结合混凝预处理及生化处理进行试验，结果表明，对于垃圾焚烧厂MBR出水，当总AOP投加量在3.0～3.5个单位时就可达到新排放标准的要求，该工艺适用于垃圾渗滤液深度处理。

虽然臭氧技术具有无二次污染等优点，但是臭氧的氧化性具有选择性，因此，难彻底去除水中的CODCr和TOD，而且操作费用较高，大多数情况下需与其他工艺进行组合应用。

采用超声波+MBR联合处理垃圾焚烧厂渗滤液，试验结果表明，超声波预处理有助于提高后期MBR对CODCr和氨氮的去除效果，但是出水效果不够理想。

高级氧化法中的Fenton氧化法也常被广泛应用于处理渗滤液的工艺中，通过试验研究了Fenton氧化工艺+MBR组合工艺对渗滤液的处理效果，试验结果表明，当反应初始pH值为4，H2O2投加量为0.048mol/L，H2O2和Fe2+物质的量比为2.5∶1时，可达到最佳的处理效果。高级氧化法虽然具有高效、彻底、适用范围广、无二污染等优点，但是通常处理费用普遍偏高、氧化剂消耗大，因此不适用于低浓度、大流量的废水。

2.4 复合膜生物反应器(HMBR)

HMBR是将膜分离技术与传统的废水生物反应器有机组合形成的一种新型高效的污水处理系统。

HMBR集合了活性污泥法中的生物降解和膜的高效截留作用的共同优势，可使系统出水得到大幅度提高，另外，由于膜组件分离区污泥浓度较低，能够有效延缓膜污染，提升膜的使用效率。

利用HMBR工艺研究填埋场垃圾渗滤液脱氨运行环境，运行结果表明，氨氮的去除率达95%～98%，采用HMBR处理高浓度氨氮垃圾渗滤液，不仅能够有效降解大分子物质，也可高效去除氨氮。中后期的垃圾渗滤液中氨氮的去除是垃圾渗滤液处理的难点。采用HMBR工艺处理老龄垃圾渗滤液，中试结果表明，HMBR内的污泥浓度较高，对去除氨氮起到了较大的作用，但是对CODCr的去除率只有56.85%。为了探讨单一工艺MBR与组合工艺A/O+MBR、A/O+HMBR对渗滤液的处理情况，崔佳[32]通过试验研究对比了3种不同工艺处理CODCr、氨氮、总氮的效果，结果表明，A/O+HMBR工艺由于填料表面富集生物膜，不仅在宏观上具有缺氧条件，而且在微观上同样具有缺氧条件，使得系统中的硝酸盐进行反硝化反应更为充分，去除效果显著优于其他2种形式。

3 结语

垃圾渗滤液普遍具有有机污染物含量高、氨氮含量高、色度大、毒性强等特点，且随着填埋年龄不同水质变化较大。目前，以MBR为核心的各类组合处理工艺主要分为以下几种：①生化处理+MBR+膜处理;②MBR+膜处理/物化处理;③高级氧化法+MBR+深度处理;④HMBR。它们对垃圾渗滤液的处理均具有较好的效果，但同时也存在膜易受到污染、运行成本高的问题。采用以MBR为核心的各类组合工艺技术处理垃圾渗滤液，今后应重点解决和深入研究开发低能耗、低成本、高性能、抗污染的膜材料，降低投资和运行成本;合理设计组合工艺，重视预处理;选择合适的膜清洗方式。