垃圾渗滤液与焚烧飞灰协同处理实验研究

摘 "要：针对生活垃圾处理过程中产生的焚烧飞灰和垃圾渗滤液，采用垃圾渗滤液作为飞灰水洗介质，去除飞灰中的可溶性氯盐，同时采用催化湿式过氧化氢氧化法（CWPO）处理洗灰废水。在飞灰去氯过程中，分别考察固液比、搅拌时间、沉降时间对渗滤液中COD、氨氮去除效率的影响。结果表明，固液比为水洗过程COD去除效率的主要影响因素，在最佳固液比1∶9条件下，渗滤液COD去除率为62.68%。在洗废废水处理过程中，考察反应温度、反应时间和H2O2投加量对CWPO反应的影响。结果表明，在反应温度200 ℃，H2O2投加量20 mL，反应时间40 min条件下，COD去除率可达90.4%。实现焚烧飞灰和垃圾渗滤液的协同处理。

关键词：焚烧飞灰；垃圾渗滤液；协同处理；固液比；资源化处理

中图分类号：X703.1 " " "文献标志码：A " " " " "文章编号：2095-2945（2024）20-00６0-0５

Abstract： Aiming at the fly ash and landfill leachate produced in the process of municipal solid waste treatment， landfill leachate was used as fly ash washing medium to remove soluble chloride in fly ash， and catalytic wet peroxide oxidation （CWPO） was used to treat ash washing wastewater. In the process of dechlorination of fly ash， the effects of solid-liquid ratio， stirring time and settling time on the removal efficiency of COD and ammonia nitrogen in leachate were investigated. The results show that the solid-liquid ratio is the main factor affecting the COD removal efficiency in the water washing process. Under the condition of the optimum solid-liquid ratio at 1∶9， the COD removal rate of leachate is 62.68%. In the process of washing wastewater treatment， the effects of reaction temperature， reaction time and H2O2 dosage on CWPO reaction were investigated. The results show that under the conditions of reaction temperature 200 ℃， H2O2 dosage 20mL and reaction time 40min， the removal rate of COD can reach 90.4%， so that the cooperative treatment of fly ash and landfill leachate was realized.

Keywords： fly ash; landfill leachate; cooperative treatment; solid-liquid ratio; resource treatment

城市生活垃圾现有的处置方法主要有卫生填埋法和焚烧处置法[1]。由于卫生填埋法投资少、适用性强、运行成本低，使其成为我国城市生活垃圾主要的处置方法。但卫生填埋占用大量土地，同时产生大量的垃圾渗滤液。垃圾渗滤液是一种高浓度难降解有机废水，被公认为最难处理的污水之一，其产生量约为垃圾处理量的10%～20%。目前国内常采用膜法处理垃圾渗滤液，该方法通过不同孔径的膜对渗滤液中的有机物、氨氮和重金属等污染物进行隔离，使水分子透过膜，实现渗滤液的净化。但在膜分离的过程中，大约会产生20%～40%的浓缩液无法处理，使该工艺未真正实现无害化处理。随着用地成本的增加，以及民众环保意识的增强，卫生填埋法的优势不再明显。

相比填埋法，焚烧法具有减容、减量、能源可再利用等优点，因此已逐渐成为我国处理生活垃圾和部分工业垃圾的首选技术，但焚烧处理过程中除产生垃圾渗滤液外还会产生另一种二次废物——焚烧飞灰。焚烧飞灰是一种极难处理的危险废物，在垃圾焚烧过程中大约会产生3%～15%[2]的焚烧飞灰。焚烧飞灰中含有大量二噁英、重金属等有害污染物，必须妥善处置，否则将对城市可持续发展产生深远影响。虽然飞灰被定义为危险废物，但飞灰中含有的钠盐和钾盐却是重要的工业原材料。目前焚烧飞灰通常采用刚性填埋的方式进行处理，只是暂时进行了无害化处理，并未实现资源化处理。国内已有焚烧飞灰水洗协同水泥窑处置技术进行飞灰处理案例[3]，一定程度上降低了焚烧飞灰对环境的危害，同时也实现了飞灰的资源化，但对于某些不适宜建造水泥窑工程的地区限制了该技术的应用。

目前，国内大多数处理生活垃圾的环保单位通常将以上2种废物分开处理，本文采用垃圾渗滤液代替水进行飞灰去氯，并采用催化湿式过氧化氢氧化（Catalytic Wet Peroxide Oxidation，CWPO）对洗灰废水进行处理，考察两者协同处理的效果。

1 "实验材料和方法

1.1 "工艺流程介绍

垃圾渗滤液与焚烧飞灰协同处理工艺流程及本次实验研究内容如图1所示。采用垃圾渗滤液代替水进行飞灰水洗，该过程中飞灰作为吸附剂可对垃圾渗滤液中的有机物进行过滤吸附，降低渗滤液的COD含量及浊度。与此同时，垃圾渗滤液作为溶剂可溶解焚烧飞灰中的可溶性氯盐，降低飞灰中的氯含量[4]，降低后续去氯飞灰处理（熔融固化或水泥窑协同处理）过程中氯离子对设备的腐蚀。垃圾渗滤液和焚烧飞灰协同处理过程中产生的洗灰废水，送入洗灰废水处理单元进行处理，通过曝气吹脱去除废水中的氨氮，再采用CWPO工艺去除残余的有机物，最后通过絮凝沉淀和重金属吸附去除洗灰废水中的悬浮物和重金属，最终送入蒸发分盐单元进行提盐处理，得到NaCl和KCl晶体，实现垃圾渗滤液和焚烧飞灰的无害化和资源化处理。本文主要针对该工艺中的2个核心单元——飞灰去氯和CWPO单元展开实验研究。

1.2 "实验材料与仪器

本实验所使用的垃圾渗滤液取自深圳市某填埋场渗滤液，呈深黑色，测得垃圾渗滤液COD、NH■■-N、氯离子、浊度等参数见表1。焚烧飞灰取自深圳市某垃圾焚烧发电厂，呈灰白色，主要化学成分中，CaO、SiO2、Cl平均含量见表2。

实验主要测定仪器和设备为pH计、COD分析仪、总氮测试仪、消解器、磁力搅拌器和CWPO反应釜等，实验流程如图2所示。

1.3 "分析方法

1.3.1 "测定方法

COD采用HJ/T 399—2007COD《水质 化学需氧量的测定快速消解分光光度法》测定；

氯离子含量采用氯离子浓度计测定；

浊度采用GB/T 5750.4—2006《生活饮用水标准检验方法感官性状和物理指标》福尔马肼分光光度法测定。

1.3.2 "计算方法

式中：n2为洗灰废水中氯离子含量，mg/L；nCl0为渗滤液原液中氯离子含量，mg/L；V为实验称取渗滤液的体积，mL；m0为飞灰样品重量，g；ηCl为飞灰样品中氯含量，%。

2 "结果与讨论

2.1 "飞灰去氯实验

实验结果表明，焚烧飞灰作为一种吸附剂，确实可去除垃圾渗滤液中的有机物。m（飞灰）∶m（渗滤液）=1∶9时，COD去除率最高可达62.68%。通过实验还发现随着渗滤液添加量的增加，吸附效果反而增加。推测可能因为飞灰中含有30%～40%的CaO，与水反应放出大量的热，不利于吸附。随着渗滤液的添加量的增加，可以减少反应过程的温升，因此COD去除氯逐渐升高。但随着渗滤液添加量的继续增加，飞灰中的吸附位不足，导致COD去除率降低。通过图3还发现，在不同固液比下，氨氮去除率、氯盐溶出率、浊度去除率变化较小，但协同过程中氯盐溶出率均大于90%、浊度去除率均大于70%。渗滤液作为一种溶剂可溶解飞灰中的可溶性氯盐，而飞灰作为一种吸附剂，可吸附渗滤液中的有色物质，从而降低渗滤液的浊度，如图4所示。通过上述实验对比分析，m（飞灰）∶m（渗滤液）=1∶9为最佳固液比。

2.1.2 "水洗时间对飞灰去氯的影响

在m（飞灰）∶m（渗滤液）=1∶9，搅拌时间t1=10、20、30、40 min，静置时间t2=30 min条件下，考察水洗时间对飞灰去氯反应过程的影响，实验结果如图5所示。

由图5可知，4个不同的水洗时间下，COD的去除率在53%～57%，氨氮去除率在5%～8%，氯盐溶出率在89%～93%，浊度去除率在70%～75%。实验结果表明，水洗时间对飞灰去氯反应过程影响较小。

2.1.3 "静置时间对协同处理的影响

在m（飞灰）∶m（渗滤液）=1∶9，搅拌时间t1=30 min，静置时间t2=20、30、40、50 min条件下，考察静置时间对飞灰去氯反应过程的影响，实验结果如图6所示。

由图6可知，在4个不同的静置时间下，COD的去除率在49%～59%，氨氮去除率在6%～8%，氯盐溶出率在87%～92%，浊度去除率在70%～75%。实验结果表明，静置时间对飞灰去氯反应过程的影响也较小。

2.2 "洗灰废水催化湿式过氧化氢氧化实验

采用催化湿式过氧化氢氧化反应去除洗灰废水中残余的有机物，洗灰废水为在m（渗滤液）∶m（飞灰）=1∶9、水洗时间30 min、静置时间30 min反应条件下制得的上清液，并将pH调节至7。本实验主要考察反应时间、反应温度和H2O2投加量对CWPO反应的影响。

2.2.1 "反应时间对CWPO反应的影响

量取200 mL洗灰废水倒入反应釜中，加入2 g活性炭催化剂，20 mL H2O2，搅拌后盖上反应釜，并检查密封性，进行升温操作。当温度升至200 ℃时，分别维持20、30、40、50 min。反应结束后，将反应釜置于冷却槽中降温泄压，测定反应后洗灰废水的COD含量，分析结果如图7所示。

由图7可知，在CWPO反应过程中，随着反应时间的延长，COD的去除率也逐渐增加。反应时间大于40 min后，COD去除率均在90%以上，在此反应过程中，废水中的大分子有机物被分解为小分子有机物和无机物[5]。为防止反应时间过长，氧化剂不足以继续氧化有机物，导致废液中的有机物发生自身缩合、聚合反应导致去除率降低[6]，选取40 min为最佳反应时间。

2.2.2 "反应温度对CWPO反应的影响

量取200 mL洗灰废水倒入反应釜中，加入2 g活性炭催化剂，在H2O2添加量20 mL，反应温度分别为160、180、200、220 ℃，反应时间40 min条件下，考察反应温度对CWPO反应的影响，实验结果如图8所示。

由图8可知，在CWPO反应过程中，随着反应温度的升高，COD的去除率也逐渐增加。反应温度在200 ℃以上时，COD去除率均在90%以上，呈现较高的反应催化活性。

2.2.3 "H2O2投加量对CWPO反应的影响

量取200 mL洗灰废水倒入反应釜中，加入2g活性炭催化剂，在反应温度200 ℃，反应时间40 min，H2O2添加量分别为12、16、20、24 mL条件下，考察H2O2添加量对CWPO反应的影响，实验结果如图9所示。

由图9可知，在CWPO反应过程中，随着H2O2投加量的增加，COD的去除率也逐渐增加。当投加量在16 mL以下时，反应催化活性在80%以下，而当H2O2投加量大于20 mL时，COD去除率可达90%以上，说明H2O2作为CWPO反应的氧化剂，对反应催化活性的影响至关重要。

3 "结论

1）通过飞灰去氯实验发现，飞灰与渗滤液的固液比对于两者协同处理过程至关重要，而搅拌时间和沉降时间对该过程影响较小。在固液比1∶9、搅拌时间30 min、沉降时间30 min条件下，垃圾渗滤液中的COD去除率为62.68%，氯离子溶出率为90.19%，浊度去除率为74.16%。

2）通过洗灰废水湿式过氧化氢催化氧化实验发现，该反应对洗灰废水中残留的有机物净化效果较好。在反应温度200 ℃、H2O2投加量20 mL、催化剂投加量2 g、反应时间40 min条件下，废水中残留的COD去除率可达90.4%。

3）通过本实验研究证明可采用垃圾渗滤液代替水进行飞灰去氯水洗，两者反应具有协同作用，飞灰可降低垃圾渗滤液中有机物含量，同时还可大幅度去除渗滤液的色度和臭味（图10），而垃圾渗滤液可溶出飞灰中的氯盐，为垃圾渗滤液和焚烧飞灰的无害化和资源化处理提供了新的方向。

参考文献：

[1] 邹道安.基于超临界水氧化的生活垃圾渗滤液和焚烧飞灰协同无害化处理研究[D].杭州：浙江大学，2014.

[2] 徐颖，陈玉，冯岳阳，等.重金属螯合剂处理垃圾焚烧飞灰的稳定化技术[J].化工学报，2013，64（5）：1833-1839.

[3] 常威.生活垃圾焚烧飞灰的水洗及资源化研究[D].杭州：浙江大学，2016.

[4] 张曙光，刘俊鹏.水洗和烧结法去除飞灰氯离子的实验研究[J].环境卫生工程，2014，22（5）：13-15.

[5] 蔡先明.催化湿式过氧化氢氧化法处理垃圾渗滤液及其DOM光谱分析的研究[D].北京：北京工业大学，2015.

[6] 秦侠，崔红蕊，王欣然，等.活性炭CWPO法处理转运站垃圾渗滤液[J].北京工业大学学报，2016，42（9）：1435-1440.