膜法与高级氧化法处理垃圾渗沥液的对比分析

黄格，孙建亭，郑威，吕磊磊，刘思源

（武汉环投千子山环境产业有限公司，湖北武汉 430000）

垃圾渗沥液是指垃圾在填埋和堆放过程中，垃圾分解后产生的内源水与外来水分（包括降水、地表水、地下水渗入）所形成的一种高浓度有机或无机液体。由于目前我国垃圾分类不彻底，渗沥液中污染物成分异常复杂。我国垃圾渗沥液的主要特征有。（1）有机污染物浓度高，COD一般在5 000～60 000 mg/L，BOD5平均浓度多为2 000～15 000 mg/L，受垃圾成分、季节和降雨等因素影响较大。（2）随填埋年限增加，渗沥液COD、BOD5下降而氨氮升高，可生化性降低，老龄填埋场的渗沥液氨氮可高达3 500 mg/L，给生化处理工艺带来挑战，如表1所示。（3）营养元素比例失衡，渗沥液中NH3-N浓度高，而磷元素缺乏。根据对国内部分大中型填埋场的水质调查结果，在相当长的一段时间内渗沥液的NH3-N保持在700～2 500 mg/L的高浓度，如表2所示。高浓度的NH3-N将降低脱氢酶活性，抑制微生物脱氮反硝化过程，使碳源严重不足。

表1 垃圾填埋场渗沥液随时间增长可生化性变化情况

表2 不同时期垃圾渗沥液的水质参数

综上所述，垃圾填埋产生的渗沥液水质成分复杂多变，在实际工程应用中较难预测和控制，这些都将给渗沥液处理的调试和运行管理带来很多技术难题。

1 国内外渗沥液处理对比

1.1 我国对渗沥液的处理要求

根据国家和地方相关规范的要求，目前全国的生活垃圾处置单位渗沥液都要求有效处理后达标排放。2008年7月1日实施的《生活垃圾填埋场污染控制标准》（GB 16889—2008），对生活垃圾填埋场水污染物排放质量浓度限值作出明确规定，《生活垃圾填埋场渗滤液处理工程技术规范（试行）》（HJ 564—2010）和《生活垃圾渗沥液处理技术规范》（CJJ 150—2010）也分别于2010年4月1日和2011年1月1日实施。随着国家对环保事业的重视，近几年一系列相关政策及标准密集出台，如2022年2月28日，生态环境部办公厅发布了《关于公开征求国家标准〈生活垃圾填埋场污染控制标准（征求意见稿）〉意见的通知》。

1.2 国内外排放要求

纵观全球，不同国家对垃圾渗沥液的处理要求也不一样，不同国家对渗沥液的排放要求如表3所示。

表3 不同国家对填埋场渗沥液排放方式的要求

2 “MBR+NF+RO”处理技术及存在问题

2.1 国内垃圾渗沥液处理技术现状

国内目前普遍采用的是“MBR+NF+RO”膜组合工艺（即膜生物反应器-纳滤-反渗透处理工艺），以膜过滤法为核心的技术主导了国内垃圾渗沥液处理市场，“十三五”期间新建垃圾渗沥液处理厂或老旧垃圾渗沥液处理厂的扩容改造大都使用了该工艺[1]。和传统生化方式相比，MBR系统提高了处理过程中的污泥浓度，使水力停留时间和污泥停留时间分离，可以对渗沥液中的污染物质进行充分的降解，同时可以实现完全的硝化-反硝化，从而获得可靠、稳定的出水指标。

“MBR+NF+RO”渗沥液处理系统主要由五部分组成，包括预处理系统、MBR生化处理系统、深度处理系统（纳滤、反渗透）、除臭系统及剩余污泥、浓缩液处理系统，此外还有冷却和加药等其他辅助系统[2]。如图1所示，其主要处理流程及作用机理为。（1）渗沥液收集至渗沥液调节池，调节池的主要功能为调节水量和水质。（2）调节池渗沥液经过提升泵送至生化处理反硝化池，反硝化池与硝化池通过液位差把经反硝化池处理后的污染物送入硝化池，同时硝化池通过回流泵把硝化液回流至反硝化池，形成生化系统的闭环循环处理系统，对垃圾渗沥液中污染物进行生物降解和除磷、脱氮。（3）生化池出水进入外置式管式超滤膜系统，管式膜主要功能为泥水分离。通过膜的截留作用可使两级A/O+UF（超滤）处理系统中的污泥浓度超过15 g/L，并延长污泥泥龄，从而使硝化自养菌在池内得到有效生长，同时经过不断驯化微生物菌群，提高对渗沥液中难生物降解有机物的降解[3]。（4）膜深度处理系统由NF和RO构成，纳滤与反渗透产生的浓缩液进入浓缩液处理池，通过DTRO（碟管式反渗透）系统进行减量后回灌填埋区处理或MVR（机械蒸汽再压缩）蒸发处理。表4为国内某垃圾渗沥液处理项目“MBR+NF+RO”组合工艺各工艺单元去除效果。

图1 常见“MBR+NF+RO”膜组合工艺流程图

表4 某项目“MBR+NF+RO”膜组合工艺各工艺单元去除效果

2.2 存在的问题

当前，很多城市都有垃圾渗沥液积存的情况，垃圾渗沥液生化处理后采取的核心工艺是膜深度处理技术（两级DTRO、STRO、NF、RO等），普遍存在以下问题：

（1）垃圾渗沥液膜法处理工程项目普遍存在投资大、运行费用高、出水率低、易污堵等问题，投资为10万～12万元/吨，运行费用为80～120元/吨，出水率为进水量的60%左右。

（2）垃圾渗沥液膜法处理过程产生大量的浓缩液(进水量的40%～50%)，富集浓度较高的难降解有机物、盐分和重金属等，目前处理的主要技术手段是高级氧化、回灌调节池、回喷焚烧炉、蒸发浓缩、烟气处理石灰制浆，如图2所示[4]。回灌法是MBR处理工艺常见的浓缩液处理方式之一，经过长期循环会导致盐分的累积，生化系统会因为高盐分而崩溃，同时高电导的污水不利于膜系统的正常运行，运行成本增加；而蒸发浓缩和焚烧存在能耗较高、设备腐蚀和结垢严重、二次污染及环境安全风险等问题。

图2 常见渗沥液膜浓缩液处理方式

3 “MBR+高级氧化”处理工艺

“MBR+高级氧化”是一种采用高效多维催化氧化和电催化高级氧化技术的组合工艺（如图3和图4）。MBR生化系统经外置式MBR超滤膜出水进入高效多维催化氧化系统，高效多维催化氧化是一种以H2O2为氧化剂、以Fe2+为催化剂的均相催化氧化法，反应中产生的羟基自由基迅速且无选择性地氧化废水中的污染物，使大分子有机物分解甚至完全矿化，同时通过固液分离还能去除废水中的重金属，可代替目前国内主流渗沥液处理工艺段中NF+RO工艺段[5]。

图3 高效多维催化氧化系统工艺流程图

图4 电催化系统工艺流程图

高效多维催化氧化固液分离后的清液进入电催化反应器，通过DSA阳极直接降解有机物或阳极反应产生羟基自由基、臭氧等氧化剂降解有机物，以及由此而引起的一系列的化学反应、电化学过程或物理过程，达到污染物降解转化的目的。这种反应器设备相对简单，占地面积小，操作维护费用较低，能有效避免二次污染，而且反应可控程度高，便于实现工业自动化，被称为“环境友好”技术。

武汉市某垃圾渗沥液处理系统采用“MBR+高效多维催化氧化+电催化”工艺进行处理，连续运行试验表明处理后水质可稳定达到《生活垃圾填埋场污染控制标准》（GB 16889—2008）排放要求，同时无浓缩液产生，如表5所示。

表5 武汉某垃圾渗沥液处理系统超滤出水电催化实验结果

4 “MBR+NF+RO”和“MBR+高级氧化”工艺对比

结合国内外现有工程案例，对“MBR+NF+RO”工艺[6]和“MBR+高级氧化组合”工艺[7]进行投资、运行成本及优缺点方面的对比，如表6所示。两种工艺在吨水投资上的差别不大，但“MBR+NF+RO”工艺需进行浓缩液的蒸发结晶，大大增加运行成本，综合成本约240元/吨。而“MBR+高级氧化”工艺无需浓缩液处置，其综合处理成本可降至约110元/吨，有显著的竞争优势。另外，“MBR+高级氧化”具有工艺抗冲击负荷能力更强，占地面积更小等优势。

表6 两种典型工艺路线优缺点对比分析表

5 结论

垃圾填埋场渗沥液的有效处理是保证垃圾填埋场长期、安全、稳定运行的关键。渗沥液处理技术的发展趋势是尽量不造成二次污染，若采用“MBR+NF+RO”的工艺，不能从根本上避免污染物累积问题，且因为没有改变污染物性质，产生的浓缩液回灌填埋场会导致渗沥液电导率升高，碳氮比失调，膜深度处理工艺结垢严重，出水率下降；若采用蒸发法处理浓缩液，本质上是污染物转移，还容易导致蒸发器管束结垢、堵塞、腐蚀，运行和投资成本较高。随着污水治理技术的革新和相应技术的成熟，垃圾渗沥液处理的主导工艺应由“生化+膜系统+蒸发”等工艺转变为“生化+高级氧化”技术，从根本上实现渗沥液零排放的工艺技术要求。