黃光苠 梁劍成 魏江州 張宇昕 鄒楠煊 李鵬飛

（1.桂潤環(huán)境科技股份有限公司，廣西南寧 530200；2.廣西潤測檢測技術(shù)有限公司，廣西南寧 530200；3.南寧市聚四氟乙烯膜污水處理工程技術(shù)研究中心，廣西南寧 530200）

0 引言

據(jù)我國生態(tài)環(huán)境部與統(tǒng)計局統(tǒng)計，2020 年國內(nèi)城市生活垃圾清運量為2.35 億t，其中無害化處理量2.34 億t，無害化處理率99.7%，相比2015 年，無害化處理方式發(fā)生了明顯變化，衛(wèi)生填埋處理占比由59.7%下降至33.13%，焚燒處理占比由37.98%上升至62.28%［1-2］。城市生活垃圾滲濾液處理的對象逐漸由衛(wèi)生填埋場垃圾滲濾液為主，改為以衛(wèi)生填埋場存量老齡垃圾滲濾液與垃圾焚燒廠垃圾滲濾液為主。

目前，生活垃圾填埋場的垃圾滲濾液處理最常用的工藝是以膜生物反應器（MBR）+納濾膜（NF）/反滲透膜（RO）為核心的雙膜法處理工藝，產(chǎn)生約占進水量30%的濃縮液，往往采用回灌的方式處理濃縮液［3-4］；垃圾焚燒廠采用膜工藝處理垃圾滲濾液時，濃縮液直接進行焚燒無害化、全量化處理。隨著填埋場的逐漸封場與填埋年齡的增長，垃圾滲濾液含鹽量逐漸升高，可生化性變差，膜的產(chǎn)水率下降，形成惡性循環(huán)，不能滿足正常生產(chǎn)要求。衛(wèi)生填埋場的逐漸老齡化與濃水回灌造成的水質(zhì)惡化，給現(xiàn)有處理工藝帶來極大挑戰(zhàn)。垃圾滲濾液“生化+膜”的主流處理工藝已不能滿足現(xiàn)狀，且不可持續(xù)發(fā)展，急需一些可實現(xiàn)近全量化甚至全量化處理工藝技術(shù)。

1 垃圾滲濾液水質(zhì)特點

城鎮(zhèn)生活垃圾滲濾液為生活垃圾腐化、淋溶作用的產(chǎn)物，其水質(zhì)具有難降解、有機污染物濃度高、NH4+-N 濃度高和可生化性差的特點，處理難度大。不同填齡垃圾滲濾液水質(zhì)指標見表1，其中、晚期的垃圾滲濾液BOD5、COD、NH4+-N 濃度范圍分別為2 000～4 000、1 000～10 000、500～3 000 mg/L。

表1 填埋場典型垃圾滲濾液水質(zhì)情況單位：mg/L（pH 值除外）

研究表明，隨著垃圾填齡的增加，填埋場垃圾滲濾液BOD/COD 與COD/TN 的比值均降低，可生化性急劇下降［5-7］。工程實踐表明，部分填埋場在封場后，填埋場垃圾滲濾液含鹽量顯著升高，垃圾滲濾液含鹽量升高至3 000 mg/L 以上，生化性處理難度增加，尤其冬季生化處理效率低下。

2 基于傳統(tǒng)“生化-膜過濾”處理的全量化處理技術(shù)

目前，城市生活垃圾填埋場垃圾滲濾液大部分采用“預處理+生化+膜”工藝進行處理，典型的工藝流程為：調(diào)節(jié)池（或上流式厭氧反應器）→多級A/O生化反應池→MBR膜反應器→NF（或兩級RO）膜過濾系統(tǒng)→RO 膜過濾系統(tǒng)→達標排放；另外有NF 與RO 膜濃縮液回灌處理。

通過生化處理去除可生物降解有機物與大部分NH4+-N 等污染物，再通過NF 膜與RO 攔截剩余難降解有機污染物與大部分無機鹽類污染物，最終達標排放。例如：廣東省樂昌市垃圾衛(wèi)生填埋場附屬（滲濾液）污水處理廠、江西某垃圾填埋場滲濾液處理、廣西某縣城生活垃圾衛(wèi)生填埋場滲濾液處理廠。但由于C/N 比低，生化處理環(huán)節(jié)往往需要投加大量碳源去除NH4+-N。因此，目前主流工藝主要存在2個問題：①NH4+-N的去除需要投加大量碳源，成本較高；②產(chǎn)生濃縮液，一定時間的回灌處理，使水質(zhì)濃度升高，可生化性變差，越來越難處理，形成惡性循環(huán)。

傳統(tǒng)工藝要實現(xiàn)全量化處理，必須對濃縮液進行處理。其中常用的膜濃縮液的全量化處理技術(shù)有：①納濾和高壓反滲透技術(shù)，利用納濾膜與高壓反滲透膜對濃縮液進行二次濃縮，得到的濃縮液再進行干化或焚燒處理；②高級氧化技術(shù)，利用臭氧氧化技術(shù)、芬頓氧化技術(shù)、電催化氧化技術(shù)和濕式氧化等高級氧化技術(shù)對有機污染物和NH4+-N 等污染物進行徹底氧化去除；③蒸發(fā)技術(shù)，利用高效蒸發(fā)設(shè)備，將濃縮液中的水和有機污染物與無機鹽分離；④焚燒技術(shù)，使用回轉(zhuǎn)窯焚燒爐焚燒、流化床焚燒爐等設(shè)備對濃縮液進行焚燒處理；⑤固化、穩(wěn)定化技術(shù)，使用固化劑進行脫水，將污染物固定；⑥膜蒸餾技術(shù)，通過加熱，使蒸汽分子穿過特定疏水微孔膜，達到污染物與水分離的目的。但其均存在能耗與藥耗較高，處理成本高的問題［4，8］。因此，一般使用納濾和反滲透膜對垃圾滲濾液進行膜過濾濃縮液或多級濃縮后，再進行后續(xù)全量化深度處理。二次或多級濃縮技術(shù)一般采用高壓反滲透技術(shù)（HPRO），其操作壓力達10 MPa 以上［9-10］。垃圾滲濾液膜濃縮液高壓反滲透減量率達50%以上。某餐廚垃圾滲濾液項目使用HPRO 對膜過濾濃縮液進行二次濃縮，操作壓力7.0～8.0 MPa 情況下，實現(xiàn)反滲透濃縮液減量率＞50%［11］。也可使用納濾膜對納濾和反滲透濃縮液進行二次濃縮，富集有機質(zhì)和鹽分，提高深度處理效率。上海老港生活垃圾填埋場使用納濾濃縮液3 級減量工藝，平均清水產(chǎn)率97.29%，極大減少膜濃縮液體積，提高后續(xù)全量化處理效率和降低處理成本［12］。

2.1 濃縮-高級氧化處理技術(shù)

高級氧化技術(shù)是指利用自身具備一定強氧化性的化學氧化物如O3、H2O2、過硫酸鹽等，施加聲、光、熱、電、高壓以及催化劑等條件，生成羥基自由基（·OH）對污染物進行降解?！H 的氧化電位僅次于氟，其氧化電位為2.8V，得電子能力強，能與廢水中的大部分有機污染物發(fā)生鏈式化學反應，迅速將難降解有機污染物無選擇性地氧化成無毒小分子有機物，甚至CO2和H2O，無二次污染。根據(jù)自由基的產(chǎn)生方式和反應條件的不同，可分為光催化氧化法、電化學氧化法、臭氧催化氧化法、芬頓和類芬頓氧化法、濕式氧化和濕式催化氧化法、超臨界水氧化和超臨界水催化氧化等多種方法。目前，在膜濃縮液等高濃度有機廢水處理應用方面發(fā)展迅猛。趙建樹等［13-14］利用“三維電化學氧化-紫外/芬頓氧化-電催化氧化”組合工藝處理膜濃縮液，COD、NH4+-N 和TN初始質(zhì)量濃度分別為3 715.0、135.6 和519.0 mg/L，COD、TN和NH4+-N去除率分別達97.6%、93.5%和98.8%，出水達標排放，處理成本僅為93.2 元/t，并在相關(guān)中試研究中，進一步將成本降低至61.45 元。吳天［15］采用芬頓+電氧化技術(shù)對滲濾液納濾濃縮液進行中試處理，在進水COD、NH4+-N 初始質(zhì)量濃度分別為2 900 和50 mg/L，電導率為20.5 ms/cm，電流密度為500 A/m2時，芬頓氧化處理后，連續(xù)電催化氧化5 h，出水水質(zhì)達標。也有案例利用高級氧化處理對濃縮液進行預處理，提高可生化性后，聯(lián)合生物處理實現(xiàn)了垃圾滲濾液全量化處理。例如：上海老港垃圾填埋場在初始COD 質(zhì)量濃度為2 930 mg/L 條件下，采用“混凝預處理+芬頓氧化+生化”組合工藝處理垃圾滲濾液納濾濃縮液，將COD 降至96.0 mg/L，出水水質(zhì)達《生活垃圾填埋場污染控制標準》（GB 16889—2008）［16］要求。

2.2 濃縮-蒸發(fā)處理技術(shù)

垃圾滲濾液膜濃縮液的蒸發(fā)是利用熱能將濃縮液中的NH4+-N、H2O、有機酸與烴等揮發(fā)性有機物汽化，無機鹽、重金屬與大部分有機物脫水結(jié)晶的分離過程。蒸發(fā)法效果明顯，可減少濃縮液體積的90%～98%；應用范圍廣泛，蒸發(fā)前，適當調(diào)節(jié)pH 為酸性，控制NH4+-N 蒸發(fā)即可［17］。目前，常用的垃圾滲濾液濃縮液蒸發(fā)處理技術(shù)有多效蒸發(fā)（ME）、機械壓縮型蒸發(fā)（MVR/MVC）和浸沒燃燒蒸發(fā)（SCE），其中多效蒸發(fā)和SCE 處理過程消耗燃料或蒸汽，而MVR 消耗的是電能，宜根據(jù)一次能源利用系數(shù)，選擇不同能源為動力的蒸發(fā)系統(tǒng)。北方某城市生活垃圾綜合處理廠采用“碟管式納濾（DTNF）+HPRO+MVR工藝”處理DTRO濃縮液，出水水質(zhì)達到《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》（GB /T 18920—2002）標準［18］。南方地區(qū)某垃圾填埋場將DTRO 濃縮液軟化后（總硬度800 mg/L 以下），進行MVR 蒸發(fā)處理，去除大部分NH4+-N 和COD 后，冷凝液回流至系統(tǒng)，實現(xiàn)全量化處理［19］。

2.3 濃縮-焚燒處理技術(shù)

垃圾滲濾液焚燒工藝是通過高溫將其中的有機物直接燃燒礦化成碳、CO2和H2O，無機鹽結(jié)晶成飛灰隨尾氣排出的無害化處理技術(shù)。膜濃縮-焚燒處理組合工藝一般應用于生活垃圾焚燒廠垃圾滲濾液處理。浙江某垃圾焚燒發(fā)電廠采用“UASB 厭氧+氧化溝+超濾+納濾”工藝處理垃圾滲濾液，產(chǎn)生的納濾膜濃縮液回噴入爐與垃圾同時焚燒處理；北京市某大型現(xiàn)代化城市生活垃圾焚燒廠采用“中溫高效厭氧（EGSB）+MBR+納濾+反滲透”組合工藝處理滲濾液，納濾和反滲透濃縮液共同回噴至焚燒爐，實現(xiàn)了垃圾滲濾液的全量化處理。膜濃縮-焚燒處理技術(shù)可回收能量，實現(xiàn)零排放，但投資成本高、運營要求嚴格，一般垃圾填埋場難以建設(shè)獨立配套的焚燒設(shè)施。

2.4 濃縮-膜蒸餾技術(shù)

膜蒸餾（MD）是在低溫、低壓條件下，利用疏水性膜分離含非揮發(fā)性溶質(zhì)的水溶液的過程。常壓下，由于膜的疏水性和水在接觸面上的張力作用，液態(tài)水溶液被微孔膜分隔開，僅氣態(tài)水分子能通過。在膜兩側(cè)溫差推動作用下，水蒸氣分子透過膜，在溫度低的一側(cè)冷凝匯集到純凈的蒸餾液，膜高溫一側(cè)的溶液逐步被濃縮。膜蒸餾過程無需將廢液加熱至沸點，膜兩側(cè)形成適當?shù)臏囟炔罴纯桑话悴僮鳒囟葹?0 ～50℃。與蒸發(fā)工藝相比，操作更簡便，成本和能耗更低。滲濾液原液中的大量有機物、固體懸浮物及各種金屬離子容易在膜表面吸附和沉積，造成膜表面和膜孔的嚴重污染，難以清洗恢復，膜蒸餾技術(shù)更多應用在垃圾滲濾液反滲透濃水處理方面。SHI J 等［20］先對垃圾焚燒廠滲濾液反滲透濃水進行絮凝沉淀軟化預處理，再利用中空纖維式直接接觸膜蒸餾進行處理，進一步將反滲透濃液濃縮20 倍以上，產(chǎn)水電導率為：5 ～80s/cm。但濃縮液中的腐殖酸、芳香族和含氮有機物以及鈣鹽、鎂鹽等無機物仍會對膜造成污染，限制了膜蒸餾設(shè)備的長期穩(wěn)定使用。膜蒸餾技術(shù)仍具有膜處理工藝易污堵、壽命短、濃液積累等局限性。鑒于此，垃圾滲濾液無膜法處理技術(shù)逐漸成為垃圾滲濾液全量化處理領(lǐng)域關(guān)注的焦點，是未來發(fā)展方向之一。

3 非膜法全量化處理技術(shù)

垃圾滲濾液的非膜法全量化處理工藝除直接蒸發(fā)外，主要為：強化生化處理+高級氧化處理技術(shù)的各種組合工藝，其深度處理多以“芬頓氧化+曝氣生物濾池”工藝替代膜工藝，實現(xiàn)全量化處理。例如：①短程硝化反硝化+高級氧化處理工藝。杭州市山牛塢垃圾填埋場利用短程硝化反硝化工藝處理滲濾液，NH4+-N 去除率為98.6%，TN 去除率為94.2%，COD去除率95.0%，碳源投加量與曝氣量分別節(jié)省30%和20%［21］；陳志偉［22］利用微氧+芬頓氧化+厭氧濾池+曝氣生物濾池處理工藝對杭州天子嶺垃圾填埋場垃圾滲濾液進行全量化處理，出水水質(zhì)達GB 16889—2008 排放標準。②厭氧氨氧化+高級氧化處理工藝。2015 年2 月我國第一座厭氧氨氧化處理垃圾滲濾液工程項目——湖北十堰垃圾滲濾液厭氧氨氧化處理項目啟動成功［23］；白軒［24］利用“內(nèi)電解-短程硝化-厭氧氨氧化-芬頓氧化”工藝處理垃圾滲濾液，NH4+-N、TN 與COD 的去除率分別為99%、75%和95%，出水水質(zhì)達國標GB 16889—2008 標準；鄭冰玉等［25］利用一體式厭氧氨氧化工藝處理垃圾滲濾液，出水COD 和TN 分別為655 與39.9 mg/L，為后續(xù)深度處理提供了極大幫助。研究和工程實踐表明，基于厭氧氨氧化菌及其共生體系的垃圾滲濾液處理技術(shù)，不需要外部碳源，減少碳排放，節(jié)能降耗，代表著未來的發(fā)展方向。③芽孢桿菌+生化+高級氧化處理機工藝。杭州天子嶺填埋場滲濾液處理站采用“芽孢桿菌+催化氧化+曝氣生物濾池”處理工藝，無濃縮液產(chǎn)生，出水達標排放［26-27］。

但垃圾滲濾液非膜法全量化處理出水含各類無機鹽，其中氯化物、硫化物等對環(huán)境有一定的影響。某些地方標準排放標準限定了部分無機鹽的排放濃度，因此，垃圾滲濾液的非膜法全量化處理工藝需要增加針對性深度處理，例如：選擇性離子交換樹脂、活性碳吸附等，以深度去除對環(huán)境影響較大的無機鹽等污染物。達標處理前提下，更大限度保護環(huán)境。

4 結(jié)論

隨著填埋場填齡漸長，膜工藝的長期使用以及膜濃縮液的長期回灌等，我國大部分填埋場垃圾滲濾液進入老齡化與水質(zhì)惡化階段，需要對膜濃縮液進行妥善處理，同時需要新的工藝替代原有工藝，實現(xiàn)全量化處理。總結(jié)現(xiàn)有研究與工程案例，得出垃圾滲濾液的全量化處理工藝主要有：

（1）基于現(xiàn)有“生化+膜”處理工藝，進行升級改造，使用高壓反滲透、蒸發(fā)、高級氧化、焚燒和膜蒸餾等技術(shù)對膜濃縮液進行深度處理，但處理成本偏高，容易引入廢氣、廢渣等二次污染。

（2）非膜法全量化處理新技術(shù)，基于生化或強化生化+高級氧化處理的全量化處理技術(shù)，其中強化生化部分以短程硝化反硝化、厭氧氨氧化、芽孢桿菌等高效綠色生化脫氮除碳工藝以及它們的耦合工藝為主，高級氧化部分則以芬頓氧化處理為主，兩者耦合可以實現(xiàn)垃圾滲濾液的全量化處理，無濃縮液產(chǎn)生。