城镇生活垃圾渗滤液全量化处理研究进展＊

黄光苠 梁剑成 魏江州 张宇昕 邹楠煊 李鹏飞

（1.桂润环境科技股份有限公司，广西南宁 530200；2.广西润测检测技术有限公司，广西南宁 530200；3.南宁市聚四氟乙烯膜污水处理工程技术研究中心，广西南宁 530200）

0 引言

据我国生态环境部与统计局统计，2020 年国内城市生活垃圾清运量为2.35 亿t，其中无害化处理量2.34 亿t，无害化处理率99.7%，相比2015 年，无害化处理方式发生了明显变化，卫生填埋处理占比由59.7%下降至33.13%，焚烧处理占比由37.98%上升至62.28%［1-2］。城市生活垃圾渗滤液处理的对象逐渐由卫生填埋场垃圾渗滤液为主，改为以卫生填埋场存量老龄垃圾渗滤液与垃圾焚烧厂垃圾渗滤液为主。

目前，生活垃圾填埋场的垃圾渗滤液处理最常用的工艺是以膜生物反应器（MBR）+纳滤膜（NF）/反渗透膜（RO）为核心的双膜法处理工艺，产生约占进水量30%的浓缩液，往往采用回灌的方式处理浓缩液［3-4］；垃圾焚烧厂采用膜工艺处理垃圾渗滤液时，浓缩液直接进行焚烧无害化、全量化处理。随着填埋场的逐渐封场与填埋年龄的增长，垃圾渗滤液含盐量逐渐升高，可生化性变差，膜的产水率下降，形成恶性循环，不能满足正常生产要求。卫生填埋场的逐渐老龄化与浓水回灌造成的水质恶化，给现有处理工艺带来极大挑战。垃圾渗滤液“生化+膜”的主流处理工艺已不能满足现状，且不可持续发展，急需一些可实现近全量化甚至全量化处理工艺技术。

1 垃圾渗滤液水质特点

城镇生活垃圾渗滤液为生活垃圾腐化、淋溶作用的产物，其水质具有难降解、有机污染物浓度高、NH4+-N 浓度高和可生化性差的特点，处理难度大。不同填龄垃圾渗滤液水质指标见表1，其中、晚期的垃圾渗滤液BOD5、COD、NH4+-N 浓度范围分别为2 000～4 000、1 000～10 000、500～3 000 mg/L。

表1 填埋场典型垃圾渗滤液水质情况单位：mg/L（pH 值除外）

研究表明，随着垃圾填龄的增加，填埋场垃圾渗滤液BOD/COD 与COD/TN 的比值均降低，可生化性急剧下降［5-7］。工程实践表明，部分填埋场在封场后，填埋场垃圾渗滤液含盐量显著升高，垃圾渗滤液含盐量升高至3 000 mg/L 以上，生化性处理难度增加，尤其冬季生化处理效率低下。

2 基于传统“生化-膜过滤”处理的全量化处理技术

目前，城市生活垃圾填埋场垃圾渗滤液大部分采用“预处理+生化+膜”工艺进行处理，典型的工艺流程为：调节池（或上流式厌氧反应器）→多级A/O生化反应池→MBR膜反应器→NF（或两级RO）膜过滤系统→RO 膜过滤系统→达标排放；另外有NF 与RO 膜浓缩液回灌处理。

通过生化处理去除可生物降解有机物与大部分NH4+-N 等污染物，再通过NF 膜与RO 拦截剩余难降解有机污染物与大部分无机盐类污染物，最终达标排放。例如：广东省乐昌市垃圾卫生填埋场附属（渗滤液）污水处理厂、江西某垃圾填埋场渗滤液处理、广西某县城生活垃圾卫生填埋场渗滤液处理厂。但由于C/N 比低，生化处理环节往往需要投加大量碳源去除NH4+-N。因此，目前主流工艺主要存在2个问题：①NH4+-N的去除需要投加大量碳源，成本较高；②产生浓缩液，一定时间的回灌处理，使水质浓度升高，可生化性变差，越来越难处理，形成恶性循环。

传统工艺要实现全量化处理，必须对浓缩液进行处理。其中常用的膜浓缩液的全量化处理技术有：①纳滤和高压反渗透技术，利用纳滤膜与高压反渗透膜对浓缩液进行二次浓缩，得到的浓缩液再进行干化或焚烧处理；②高级氧化技术，利用臭氧氧化技术、芬顿氧化技术、电催化氧化技术和湿式氧化等高级氧化技术对有机污染物和NH4+-N 等污染物进行彻底氧化去除；③蒸发技术，利用高效蒸发设备，将浓缩液中的水和有机污染物与无机盐分离；④焚烧技术，使用回转窑焚烧炉焚烧、流化床焚烧炉等设备对浓缩液进行焚烧处理；⑤固化、稳定化技术，使用固化剂进行脱水，将污染物固定；⑥膜蒸馏技术，通过加热，使蒸汽分子穿过特定疏水微孔膜，达到污染物与水分离的目的。但其均存在能耗与药耗较高，处理成本高的问题［4，8］。因此，一般使用纳滤和反渗透膜对垃圾渗滤液进行膜过滤浓缩液或多级浓缩后，再进行后续全量化深度处理。二次或多级浓缩技术一般采用高压反渗透技术（HPRO），其操作压力达10 MPa 以上［9-10］。垃圾渗滤液膜浓缩液高压反渗透减量率达50%以上。某餐厨垃圾渗滤液项目使用HPRO 对膜过滤浓缩液进行二次浓缩，操作压力7.0～8.0 MPa 情况下，实现反渗透浓缩液减量率＞50%［11］。也可使用纳滤膜对纳滤和反渗透浓缩液进行二次浓缩，富集有机质和盐分，提高深度处理效率。上海老港生活垃圾填埋场使用纳滤浓缩液3 级减量工艺，平均清水产率97.29%，极大减少膜浓缩液体积，提高后续全量化处理效率和降低处理成本［12］。

2.1 浓缩-高级氧化处理技术

高级氧化技术是指利用自身具备一定强氧化性的化学氧化物如O3、H2O2、过硫酸盐等，施加声、光、热、电、高压以及催化剂等条件，生成羟基自由基（·OH）对污染物进行降解。·OH 的氧化电位仅次于氟，其氧化电位为2.8V，得电子能力强，能与废水中的大部分有机污染物发生链式化学反应，迅速将难降解有机污染物无选择性地氧化成无毒小分子有机物，甚至CO2和H2O，无二次污染。根据自由基的产生方式和反应条件的不同，可分为光催化氧化法、电化学氧化法、臭氧催化氧化法、芬顿和类芬顿氧化法、湿式氧化和湿式催化氧化法、超临界水氧化和超临界水催化氧化等多种方法。目前，在膜浓缩液等高浓度有机废水处理应用方面发展迅猛。赵建树等［13-14］利用“三维电化学氧化-紫外/芬顿氧化-电催化氧化”组合工艺处理膜浓缩液，COD、NH4+-N 和TN初始质量浓度分别为3 715.0、135.6 和519.0 mg/L，COD、TN和NH4+-N去除率分别达97.6%、93.5%和98.8%，出水达标排放，处理成本仅为93.2 元/t，并在相关中试研究中，进一步将成本降低至61.45 元。吴天［15］采用芬顿+电氧化技术对渗滤液纳滤浓缩液进行中试处理，在进水COD、NH4+-N 初始质量浓度分别为2 900 和50 mg/L，电导率为20.5 ms/cm，电流密度为500 A/m2时，芬顿氧化处理后，连续电催化氧化5 h，出水水质达标。也有案例利用高级氧化处理对浓缩液进行预处理，提高可生化性后，联合生物处理实现了垃圾渗滤液全量化处理。例如：上海老港垃圾填埋场在初始COD 质量浓度为2 930 mg/L 条件下，采用“混凝预处理+芬顿氧化+生化”组合工艺处理垃圾渗滤液纳滤浓缩液，将COD 降至96.0 mg/L，出水水质达《生活垃圾填埋场污染控制标准》（GB 16889—2008）［16］要求。

2.2 浓缩-蒸发处理技术

垃圾渗滤液膜浓缩液的蒸发是利用热能将浓缩液中的NH4+-N、H2O、有机酸与烃等挥发性有机物汽化，无机盐、重金属与大部分有机物脱水结晶的分离过程。蒸发法效果明显，可减少浓缩液体积的90%～98%；应用范围广泛，蒸发前，适当调节pH 为酸性，控制NH4+-N 蒸发即可［17］。目前，常用的垃圾渗滤液浓缩液蒸发处理技术有多效蒸发（ME）、机械压缩型蒸发（MVR/MVC）和浸没燃烧蒸发（SCE），其中多效蒸发和SCE 处理过程消耗燃料或蒸汽，而MVR 消耗的是电能，宜根据一次能源利用系数，选择不同能源为动力的蒸发系统。北方某城市生活垃圾综合处理厂采用“碟管式纳滤（DTNF）+HPRO+MVR工艺”处理DTRO浓缩液，出水水质达到《城市污水再生利用城市杂用水水质》（GB /T 18920—2002）标准［18］。南方地区某垃圾填埋场将DTRO 浓缩液软化后（总硬度800 mg/L 以下），进行MVR 蒸发处理，去除大部分NH4+-N 和COD 后，冷凝液回流至系统，实现全量化处理［19］。

2.3 浓缩-焚烧处理技术

垃圾渗滤液焚烧工艺是通过高温将其中的有机物直接燃烧矿化成碳、CO2和H2O，无机盐结晶成飞灰随尾气排出的无害化处理技术。膜浓缩-焚烧处理组合工艺一般应用于生活垃圾焚烧厂垃圾渗滤液处理。浙江某垃圾焚烧发电厂采用“UASB 厌氧+氧化沟+超滤+纳滤”工艺处理垃圾渗滤液，产生的纳滤膜浓缩液回喷入炉与垃圾同时焚烧处理；北京市某大型现代化城市生活垃圾焚烧厂采用“中温高效厌氧（EGSB）+MBR+纳滤+反渗透”组合工艺处理渗滤液，纳滤和反渗透浓缩液共同回喷至焚烧炉，实现了垃圾渗滤液的全量化处理。膜浓缩-焚烧处理技术可回收能量，实现零排放，但投资成本高、运营要求严格，一般垃圾填埋场难以建设独立配套的焚烧设施。

2.4 浓缩-膜蒸馏技术

膜蒸馏（MD）是在低温、低压条件下，利用疏水性膜分离含非挥发性溶质的水溶液的过程。常压下，由于膜的疏水性和水在接触面上的张力作用，液态水溶液被微孔膜分隔开，仅气态水分子能通过。在膜两侧温差推动作用下，水蒸气分子透过膜，在温度低的一侧冷凝汇集到纯净的蒸馏液，膜高温一侧的溶液逐步被浓缩。膜蒸馏过程无需将废液加热至沸点，膜两侧形成适当的温度差即可，一般操作温度为30 ～50℃。与蒸发工艺相比，操作更简便，成本和能耗更低。渗滤液原液中的大量有机物、固体悬浮物及各种金属离子容易在膜表面吸附和沉积，造成膜表面和膜孔的严重污染，难以清洗恢复，膜蒸馏技术更多应用在垃圾渗滤液反渗透浓水处理方面。SHI J 等［20］先对垃圾焚烧厂渗滤液反渗透浓水进行絮凝沉淀软化预处理，再利用中空纤维式直接接触膜蒸馏进行处理，进一步将反渗透浓液浓缩20 倍以上，产水电导率为：5 ～80s/cm。但浓缩液中的腐殖酸、芳香族和含氮有机物以及钙盐、镁盐等无机物仍会对膜造成污染，限制了膜蒸馏设备的长期稳定使用。膜蒸馏技术仍具有膜处理工艺易污堵、寿命短、浓液积累等局限性。鉴于此，垃圾渗滤液无膜法处理技术逐渐成为垃圾渗滤液全量化处理领域关注的焦点，是未来发展方向之一。

3 非膜法全量化处理技术

垃圾渗滤液的非膜法全量化处理工艺除直接蒸发外，主要为：强化生化处理+高级氧化处理技术的各种组合工艺，其深度处理多以“芬顿氧化+曝气生物滤池”工艺替代膜工艺，实现全量化处理。例如：①短程硝化反硝化+高级氧化处理工艺。杭州市山牛坞垃圾填埋场利用短程硝化反硝化工艺处理渗滤液，NH4+-N 去除率为98.6%，TN 去除率为94.2%，COD去除率95.0%，碳源投加量与曝气量分别节省30%和20%［21］；陈志伟［22］利用微氧+芬顿氧化+厌氧滤池+曝气生物滤池处理工艺对杭州天子岭垃圾填埋场垃圾渗滤液进行全量化处理，出水水质达GB 16889—2008 排放标准。②厌氧氨氧化+高级氧化处理工艺。2015 年2 月我国第一座厌氧氨氧化处理垃圾渗滤液工程项目——湖北十堰垃圾渗滤液厌氧氨氧化处理项目启动成功［23］；白轩［24］利用“内电解-短程硝化-厌氧氨氧化-芬顿氧化”工艺处理垃圾渗滤液，NH4+-N、TN 与COD 的去除率分别为99%、75%和95%，出水水质达国标GB 16889—2008 标准；郑冰玉等［25］利用一体式厌氧氨氧化工艺处理垃圾渗滤液，出水COD 和TN 分别为655 与39.9 mg/L，为后续深度处理提供了极大帮助。研究和工程实践表明，基于厌氧氨氧化菌及其共生体系的垃圾渗滤液处理技术，不需要外部碳源，减少碳排放，节能降耗，代表着未来的发展方向。③芽孢杆菌+生化+高级氧化处理机工艺。杭州天子岭填埋场渗滤液处理站采用“芽孢杆菌+催化氧化+曝气生物滤池”处理工艺，无浓缩液产生，出水达标排放［26-27］。

但垃圾渗滤液非膜法全量化处理出水含各类无机盐，其中氯化物、硫化物等对环境有一定的影响。某些地方标准排放标准限定了部分无机盐的排放浓度，因此，垃圾渗滤液的非膜法全量化处理工艺需要增加针对性深度处理，例如：选择性离子交换树脂、活性碳吸附等，以深度去除对环境影响较大的无机盐等污染物。达标处理前提下，更大限度保护环境。

4 结论

随着填埋场填龄渐长，膜工艺的长期使用以及膜浓缩液的长期回灌等，我国大部分填埋场垃圾渗滤液进入老龄化与水质恶化阶段，需要对膜浓缩液进行妥善处理，同时需要新的工艺替代原有工艺，实现全量化处理。总结现有研究与工程案例，得出垃圾渗滤液的全量化处理工艺主要有：

（1）基于现有“生化+膜”处理工艺，进行升级改造，使用高压反渗透、蒸发、高级氧化、焚烧和膜蒸馏等技术对膜浓缩液进行深度处理，但处理成本偏高，容易引入废气、废渣等二次污染。

（2）非膜法全量化处理新技术，基于生化或强化生化+高级氧化处理的全量化处理技术，其中强化生化部分以短程硝化反硝化、厌氧氨氧化、芽孢杆菌等高效绿色生化脱氮除碳工艺以及它们的耦合工艺为主，高级氧化部分则以芬顿氧化处理为主，两者耦合可以实现垃圾渗滤液的全量化处理，无浓缩液产生。