厌氧发酵、有机物分解、雨水冲淋等会导致垃圾填埋过程产生大量渗滤液。垃圾渗滤液的成分复杂，有机物和氨氮浓度高，且水质、水量随填埋时间和季节波动大^〔1〕。填埋场老龄化产生碳氮比失调、可生化性降低等问题，导致渗滤液生化系统出水不达标。在此情况下，为保证垃圾渗滤液达标排放，通常采用碟管式高压反渗透（DTRO）工艺进行处理^〔2〕。DTRO的产水率在70%左右，出水可达标排放。DTRO浓缩液的处理方法包括回灌填埋场、焚烧、负压蒸发、机械蒸发、浸没燃烧和高级氧化等^〔3-4〕。以回灌法最简单，但长期回灌会造成盐分不断积累、渗滤液水质进一步恶化，最终导致DTRO工艺的回收率下降、出水水质恶化^〔5〕。与回灌法相比，其他浓缩液处理方法的投资和运行成本较高，且技术不够成熟。因此，DTRO浓缩液已成为垃圾渗滤液处理的痛点。

基于此，考虑采用正渗透（FO）—低温蒸发—固化的耦合工艺对垃圾渗滤液的DTRO浓缩液进行处理。FO是一种以渗透压差为驱动力的新型膜分离技术^〔6〕，在高盐、高有机物料液的浓缩中展现出独特优势^〔7〕。FO—低温蒸发—固化耦合工艺处理DTRO浓缩液时，FO产水达标排放，而进一步浓缩后的DTRO浓缩液经低温蒸发后固化处理，固化产品可回填至垃圾填埋场，真正实现了DTRO浓缩液的全量处理。为考察该工艺的可行性，笔者以四川某垃圾填埋场的DTRO浓缩液为处理对象，开展了中试研究。

四川某填埋场产生的垃圾渗滤液属于封场后的老龄渗滤液，具有盐度、有机物和氨氮高，硬度高，SS含量高等特点，采用生化处理系统+混凝砂滤+两级DTRO+浓水回灌工艺进行处理。该渗滤液的处理规模为200 m³/d，其中50%产水达标排放，50%的DTRO浓缩液回灌至垃圾填埋场。运行1年后，由于DTRO浓缩液长期回灌，造成渗滤液的盐度和污染物浓度逐渐升高，最终导致生化处理系统崩溃、DTRO系统回收率下降及频繁的化学清洗（每隔2~4 d需清洗1次）。

针对该垃圾填埋场的DTRO浓缩液，开展FO—低温蒸发—固化耦合工艺的中试研究。中试装置处理规模为12 m³/d，进水为该填埋场的DTRO浓缩液，水质情况见表 1，出水需满足《生活垃圾填埋场污染控制标准》（GB 16889—2008）中表 2的排放限值要求。

FO—低温蒸发—固化耦合工艺流程如图 1所示。

FO是DTRO浓缩液处理的核心单元，主要包括FO膜系统、高盐浓缩膜系统和汲取液处理系统。DTRO浓水经调酸和超滤（UF）单元的预处理后进入FO膜系统。浓水中的水分子在FO膜两侧渗透压差的作用下透过FO膜进入汲取液中，稀释后的汲取液借助高盐浓缩膜系统再生为浓汲取液后回用，产水达标排放。此外，为减少汲取液中污染物的积累，定期用纳滤（NF）膜对汲取液进行处理。FO截留的浓缩液经过低温蒸发和固化干燥后，变为含水率＜30%的固体，可回填至垃圾填埋场。

针对DTRO浓缩液中钙离子等易结垢离子浓度较高的问题，在调酸池内用质量分数为30%的盐酸调节DTRO浓缩液pH至5~6，防止FO膜处发生碳酸钙类结垢。调酸池容积为10 m³，内置pH传感器和液位控制器。盐酸通过加酸泵打入调酸池。

调酸后的DTRO浓缩液进入UF膜系统。由于DTRO浓缩液的COD高达38 705 mg/L左右，为避免堵塞FO膜组件，降低有机物在FO膜组件中浓缩形成絮体的可能性，在FO单元之前设置UF膜系统。UF膜系统可截留DTRO浓缩液中的悬浮物及部分胶体物质，降低进入FO单元的有机物浓度。UF系统包含8支中空纤维膜（型号为XM 6-6100，材质为聚四氟乙烯），有效膜面积为48 m²。UF膜运行通量为15 L/（m²·h），操作压力为0.6~0.8 MPa。

FO单元包括FO膜系统、高盐浓缩膜系统和汲取液处理系统。

（1）FO膜系统。为防止大颗粒物进入循环泵或FO膜，DTRO浓缩液经pH调节和UF膜过滤后，通过袋式过滤器进入FO膜组件。袋式过滤器外壳采用316不锈钢，内装5 μm滤袋，设计压力为0.5 MPa。为提高DTRO浓缩液的浓缩效率，FO膜系统采用三段式设计，每段都有各自的内循环泵，可使DTRO浓缩液分阶段逐级浓缩；汲取液则反向进入系统，逐级被稀释，每段进料液侧和汲取液侧的电导率差维持在20 000~30 000 μS/cm，即每段因渗透压差产生的实际驱动力为2.08 MPa左右，不仅可降低浓差极化带来的负面影响，还可保证每支膜的产水量均匀。FO膜系统采用FTS公司生产的FO膜组件（三醋酸纤维材质，型号为FO-CTA-8040-85），分为三段，每段4支FO膜组件。单只FO膜组件的有效膜面积为13.5 m²，设计运行通量为2 L/（m²·h）。DTRO浓缩液的电导率为56.6 mS/cm左右，经过三段FO膜组件浓缩后电导率达到105 mS/cm左右，然后进入后续低温蒸发单元。汲取液采用2 mol/L的NaCl溶液，电导率为140 mS/cm左右。整个FO系统的水回收率为60%。进料液侧的循环流量为30 m³/h，循环压力为300 kPa；汲取液侧的循环流量为1 m³/h，循环压力为90 kPa。

（2）高盐浓缩膜系统。FO膜系统稀释的汲取液进入高盐浓缩膜系统，高盐浓缩膜系统产水达到排放标准直接排放，浓缩后的汲取液返回FO膜系统循环使用。高盐浓缩膜系统分为四级，第一级采用高盐浓缩RO膜，在7.5 MPa的压力下，将NaCl溶液由6%（质量分数）浓缩至12%，浓缩后的NaCl溶液返回FO膜系统作为汲取液，第一级产水盐度在3%左右，再进入下一级；第二级和第三级采用海水淡化RO膜，对第一级产水中的盐进行回收，浓水返回至上一级，产水进入下一级；第四级采用普通RO膜，确保产水能够达到《生活垃圾填埋场污染控制标准》（GB 16889—2008）中表 2的排放标准要求。整个高盐浓缩膜系统配置24支型号为HBCR-4040的高盐浓缩RO膜、12支型号为SW30-4040的海水淡化RO膜和6支型号为BW30-4040的普通RO膜，各级高压泵的压力分别为7.5、4.0、2.0、1.0 MPa。

（3）汲取液处理系统。在FO膜系统运行过程中，由于DTRO浓缩液的污染物浓度高且成分复杂，汲取液中不可避免地含有少量硬度、色度及小分子有机物。为防止上述污染物逐渐累积，污染FO膜支撑层和后续RO膜，设置了汲取液处理系统。该系统采用2支型号为NFW-2B-8040的NF膜，进水压力为2.0 MPa。NF膜允许NaCl通过，可截留进入汲取液中的硬度、色度及小分子有机物。NF膜出水返回汲取液，截留液则流入DTRO浓水池继续处理，从而实现净化汲取液的目的。

低温蒸发单元（型号为V-HP-SF-1000）包括真空泵、供水泵、蒸发器、压缩机和冷凝器等，材质为316不锈钢材质。低温蒸发单元的蒸发能力为45 L/h，运行真空度约为-95 kPa、运行温度为35~45 ℃，浓缩比设定为20%。低温蒸发单元无需进料泵，利用负压将FO膜系统浓缩液吸进蒸发室，借助强制循环泵将物料循环雾化喷淋至换热器，物料中的水分被蒸发，冷凝水在高液位时自动排放至进水箱。

低温蒸发后的母液排入1 m³固化水箱，加入NaOH调节pH至12，随后加入质量分数为10%的固化剂Clirac（WEF技术开发株式会社），充分混匀后以少量盐酸诱发反应，迅速凝结成固体。自然干燥48 h后，少量浸出液返回至FO进水池，干燥后固体含水率低于30%，可满足一般固体废弃物的填埋要求，回填至垃圾填埋坑。

FO—低温蒸发—固化耦合工艺中试装置连续运行23 d，期间进出水水质的变化情况如图 2所示。

由图 2可知，进水水质（即UF膜系统出水）在运行期间整体较为稳定，后期COD略有上升，这是因为填埋场附近的垃圾焚烧发电厂有部分“新鲜”渗滤液汇入调节池，导致水质略有波动，但运行期间出水水质稳定。进水COD为（24 175±4 817）mg/L时，装置产水COD为（19.21±16.92）mg/L，COD去除率为99.91%左右。中试装置对COD具有高去除率主要归因于FO膜对有机物的高效截留。这与FO膜截留有机物的报道一致^〔8〕。进水氨氮为（4 009±581）mg/L，产水氨氮为（1.41±1.29）mg/L，去除率为99.95%左右；进水TN为（4 580±568）mg/L，产水TN为（3.16±2.28）mg/L，去除率为99.91%左右。由于进水中87%以上的TN以氨氮形式存在，因此产水氨氮和TN低主要归因于FO膜对氨氮的高效截留。然而有研究表明，三醋酸纤维（CTA）材质的FO膜对氨氮的截留率在48%~74%^〔9-10〕，低于本中试的结果。这主要是由于进水pH控制在5~6，提升了FO膜对氨氮的截留能力；氨氮在溶液中存在化学动态平衡，当溶液pH降低时，氨氮由氨分子转化为氨离子存在于水中，而FO对氨离子的截留能力更强^〔11-13〕。进水TP为（73±6）mg/L，产水TP始终低于检出限，去除率达到100%。FO膜对TP的高效截留效果与已有报道一致^〔9〕。进水电导率为（49 080±2 941）μS/cm时，产水电导率为（38.19±29.86）μS/cm，始终低于设计出水电导率（100 μS/cm），同时FO出口处的浓缩液电导率始终控制在105 000 μS/cm左右，体现出FO膜对DTRO浓缩液的盐分有很好的截留能力。此外，进水SS为（142±14）mg/L，产水SS为（13±2）mg/L，去除率为90.90%左右。综上所述，FO膜对有机物、氨氮、磷酸根、悬浮物和盐具有高效截留作用，加上其对出水的双重保障，使得中试装置的各项产水指标均优于《生活垃圾填埋场污染控制标准》（GB 16889—2008）中表 2的排放限值。

FO膜系统连续运行过程中FO膜通量和水回收率的变化如图 3所示。

由图 3可知，试验期间FO膜通量和水回收率变化不大，说明FO膜系统运行较为稳定。具体而言，FO膜的初始水通量为2.26 L/（m²·h），运行结束时水通量为1.93 L/（m²·h），整个运行期间的平均水通量为2.02 L/（m²·h），通量衰减速率仅为0.014 L/（m²·h·d）；水回收率的变化与FO膜通量一致，最高水回收率为67.37%，最低水回收率为56.26%，整个运行期间平均水回收率为64.08%。试验过程中FO膜通量、水回收率与此前FO工程实例的报道一致^〔6〕。根据FO膜生产厂家提供的清洗标准，FO膜水通量下降15%时进行化学清洗。中试运行23 d后，FO膜通量衰减至初始通量的85%，需进行化学清洗。相应地，本次中试的FO膜化学清洗周期为23 d，远低于DTRO的清洗频率。

FO膜优异的抗污堵性能不仅与其宽流道、光滑的膜表面及偏酸性的运行环境有关，还与系统设计有关。FO膜系统采用三段循环逐级浓缩的方式，每一段FO膜都匹配1个循环泵，通过一定流量的低压循环冲洗，减少污染物在膜面的沉积，使悬浮物不易在流道上堵塞。得益于该设计理念，含高浓度钙镁硅等无机离子的DTRO浓缩液不易在FO膜表面结垢，保证了FO膜较一般RO膜有更高的水回收率。FO膜系统的循环流量和循环压力变化情况如图 4所示。

由图 4可见，循环压力在运行后期虽然略有增加，但循环流量始终稳定在25~30 m³/h。一般循环流量整体下降20%时，可初步判定FO膜的流道污堵，需进行化学清洗。基于FO膜循环流量的变化情况，可知中试期间FO膜流道无明显污堵，流量趋势平稳。

为制定最佳清洗方案，对污染后的FO膜进行SEM、EDX表征和污染物成分分析。图 5为FO膜的SEM表征结果。

由图 5可见，FO膜表面被大量污染物覆盖，表面还形成规则状的结晶物。

利用物理清洗方式获取FO膜表面的可逆污染物，借助超声（50 Hz，30 min）提取FO膜的不可逆污染物，进而分析可逆和不可逆污染物的类型^〔14〕，结果见表 2。

由表 2可见，不可逆污染物的数量仅为可逆污染物的27%，说明FO膜污染以可逆污染为主。此外，无论可逆污染还是不可逆污染，均包括有机和无机污染物，且以无机污染物为主，尤其是不可逆污染，其无机污染物占比高达72%。说明FO膜在处理垃圾渗滤液DTRO浓缩液时，发生了严重的无机污染。此外，借助EDX进一步对不可逆污染物的元素组成进行分析，结果见表 3。

由表 3可知，不可逆污染物的元素包括Ca、Mg、Al、Fe、S、P、Si、Na、Cl、N等，污染物成分十分复杂。不可逆污染物含有的主要阳离子为Ca²⁺、Mg²⁺、Fe³⁺、Na⁺，而主要阴离子为SO₄^2-、PO₄^3-、Cl^-。推测在DTRO浓缩液处理过程中，由于FO膜的高效截留作用和浓缩型浓差极化现象^〔14-15〕，极有可能在FO膜发生硫酸盐（硫酸钙）、磷酸盐（磷酸镁、磷酸铝、磷酸铁）和硅酸盐（硅酸钙、硅酸镁、硅酸铝和硅酸铁）沉淀及NaCl结晶。此外，N元素占比仅为8.43%，表明不可逆污染物存在少量有机污染，这与表 2的分析一致。

基于对膜污染物类型及元素组成的分析，在物理清洗去除可逆污染物的基础上，采用酸洗方式去除不可逆污染物中占主导的无机沉淀。首先采用水力清洗和渗透反冲洗2种物理清洗手段^〔16〕，即借助增强横向剪切力和反转水渗透的方向冲刷掉膜表面的可逆污染物^〔14〕，主要包括疏松的覆盖不紧密的有机污染物和NaCl结晶等；然后采用质量分数为0.5%的HCl去除磷酸盐和硅酸盐沉淀^〔17〕；最后，通过质量分数为0.8% EDTA-2Na溶液的络合作用去除不溶于HCl溶液的CaSO₄沉淀。以上3个阶段的清洗时间均为2 h。结果表明，在现场中试装置采用该清洗方案可将FO膜通量恢复至初始通量的95%以上。

经FO膜系统的浓缩，DTRO浓缩液的体积减小为原来的40%；经过低温蒸发单元后，该浓缩液在进一步浓缩至初始体积的8%后进入固化单元，而低温蒸发产生的冷凝水回流至FO膜系统的进水箱中。固化单元中，低温蒸发的母液在pH为12的碱性条件下加入10%的固化剂Clirac，再以HCl诱导反应发生，自然干燥48 h后获得固化产品（如图 6所示）。该固化产品的含水率为26%左右，满足运输和填埋的要求，可回填至垃圾填埋场。

基于试验结果，FO—低温蒸发—固化耦合工艺中试装置的总投资为300万元，占地面积为220 m²，运行成本主要包括药剂费和电费。吨水平均消耗7 kg HCl（质量分数30%）、2.02 kg NaOH（片状）、8 kg固化剂（Clirac）、0.012 5 kg EDTA-2Na（质量分数＞99%）和0.2 kg NaCl（工业级），各药剂价格分别为0.5、4、1.35、12.8、1.5元/kg，相应的运行成本分别为3.5、8.08、10.8、0.16、0.3元/m³。总的药剂费用为22.84元/m³。中试期间，UF膜系统和FO单元的电耗为37.8 kW·h/m³，低温蒸发单元的电耗为25.93 kW·h/m³，电费按0.8元/（kW·h）计，总的电费约为50.98元/m³。因此，FO—低温蒸发—固化耦合工艺的运行成本总计73.82元/m³。

根据文献〔18〕~〔20〕报道，高级氧化+MBR+膜处理系统组合工艺处理RO浓缩液的运行成本为120元/m³左右；机械式蒸汽再压缩技术（MVR）处理RO浓缩液的运行成本为141.17元/m³；浸没式燃烧蒸发技术处理两级DTRO浓缩液的运行成本为310元/m³左右。与上述处理工艺相比，FO—低温蒸发—固化耦合工艺处理DTRO浓缩液的运行成本更低，在高盐废水处理领域具有较好的应用前景。

中试采用FO—低温蒸发—固化耦合工艺，以垃圾渗滤液的DTRO浓缩液为处理对象，处理规模为12 m³/d。该中试装置的水回收率为64%，产水中COD、NH₃-N、TN、TP和SS平均分别为19、1.41、3.16、0、13 mg/L，满足《生活垃圾填埋场污染控制标准》（GB 16889—2008）中表2排放标准要求，可直接排放。在23 d的连续运行过程中，FO膜的平均通量为2.02 L/（m²·h），膜污染物以硫酸盐、磷酸盐和硅酸盐等无机污染物为主，经过物理清洗和化学清洗后，FO通量可恢复至初始通量的95%以上。DTRO浓缩液经过FO膜浓缩、低温蒸发和固化处理后，固化产品含水率为26%，满足运输和填埋的要求，可回填至垃圾填埋场。整个中试装置的投资为300万元，占地面积为220 m²，运行成本为73.82元/m³。