垃圾焚燒滲濾液處理工藝研究進展

官桐樂，劉永紅，賀超，王寧

(1.西安工程大學 環境與化學工程學院，陜西 西安 710048；2.陜西科技大學 環境科學與工程學院，陜西 西安 710016)

隨著我國社會的快速發展和人民生活質量的提高，城市生活垃圾產生量近年來迅速增加。截至2020年[1]，我國城市垃圾年產生量已高達24 206萬t， 其中有12 174萬t垃圾通過垃圾焚燒發電廠發電的方式進行資源化再利用。垃圾焚燒發電技術已逐漸取代傳統的衛生填埋，成為未來垃圾處置的主流工藝之一。

城市生活垃圾在堆貯期間產生的滲濾液因其高濃度、高污染等[2]特點一直是垃圾焚燒處置系統的主要難題，如何對其進行有效處理備受國內外學者關注[3-5]。近年來我國垃圾滲濾液處理技術主要以生物處理和膜處理工藝為主。生物處理成本低，但對滲濾液這類高濃度廢水而言，需大量稀釋水降低負荷后進行處理，進而增加經濟成本。膜處理效率高，但其運行成本高，且經過膜過濾后的濃縮液處置又是一大難題。

本文通過文獻分析，對比不同處理工藝在垃圾焚燒滲濾液處理方面的優缺點，結合焚燒發電廠滲濾液的特點探究滲濾液處理技術的發展趨勢，為相關工藝研究和技術開發提供參考。

1 垃圾焚燒滲濾液的來源及特性

城市垃圾焚燒(Minicipal solid wastes incineration,MSWI)滲濾液主要來源于垃圾本身所含水分以及為提高其熱值而在儲坑堆貯期間所產生的超高濃度有機廢水，大約在20 000～80 000 mg/L之間，氨氮值也可達到2 000 mg/L以上，遠超一般工業廢水。由于新鮮生活垃圾的含水量較高，國內垃圾焚燒廠在焚燒前通常會在儲坑中堆積3～5 d以上，在此期間產生的滲濾液可達到生活垃圾總量的12%～23%[6]。

MSWI滲濾液組成復雜，通常含有大量有機物、高濃度含氮化合物和少量重金屬等。相關研究發現[7]，MSWI滲濾液中共檢測出76種有機物，其中烷烴烯烴鹵代烴類11種、酸類6種、酚類5種、醇類8種、酯類12種、酮類9種、胺類6種、芳烴類8種，雜環類11種。城市生活垃圾因為在焚燒廠倉貯時間較短，垃圾未能充分厭氧，滲濾液中含有高濃度的氨氮[8]。同時生活垃圾中含有一定量的重金屬，在儲藏、處理和利用過程中會使得其中的重金屬浸濾出來。

與垃圾填埋場滲濾液不同，MSWI滲濾液中高濃度有機物只經過短暫時間的厭氧發酵，所產生的揮發性脂肪酸還未進一步降解，所以B/C(BOD5/COD)值可達0.5以上，可生化性好[9-10]。我國MSWI滲濾液在特殊情況下COD高達100 000 mg/L以上，BOD5大約在1 000～50 000 mg/L之間。同時氨氮濃度可高達2 000 mg/L以上，在厭氧生物降解過程中含氮有機物由于脫氨基等作用會進一步提高MSWI滲濾液氨氮濃度[11]。

垃圾焚燒滲濾液pH在4～6之間，由于腐殖質等有機物的影響，滲濾液呈棕黃色或黃褐色，并有強烈惡臭味。

2 垃圾焚燒滲濾液處理技術現狀

發達國家垃圾分類處置較好，垃圾含水率低，污染物濃度遠低于我國，MSWI滲濾液一般采用生化處理后回噴到焚燒爐中處理，故發達國家對MSWI滲濾液處置研究相對較少。

當前我國垃圾滲濾液產生量逐年迅速增加，滲濾液處理技術日漸成熟，主要可分為預處理、常規處理與深度處理三部分。預處理和深度處理主要采用物化處理工藝，常規處理以生物處理為主。

2.1 預處理

焚燒發電廠在倉貯期間會有一些顆粒物隨水分溶出，導致MSWI滲濾液的SS含量高，并且高鹽度的滲濾液易導致后續設備管路結垢，影響生物處理工藝的去除效果和系統穩定性，故一般焚燒電廠需要對滲濾液進行預處理以提高生物去除率。目前預處理主要是以物化處理為主，采用最多的是混凝沉淀法和氨吹脫法。

2.1.1 混凝沉淀法 混凝沉淀法對水體中的色度、濁度以及SS都有良好的去除效率，通常作為垃圾滲濾液的預處理。白偉坤[12]采用混凝-磷酸銨鎂沉淀法處理垃圾滲濾液，COD去除率達到54.29%，氨氮去除率達到87.01%，有效地降低了氨氮對后續生物處理的抑制作用同時降低了后續生物處理負荷。賈澤清[13]采用FeSO4·7H2O+PAM復合混凝劑對武漢某垃圾焚燒廠的垃圾滲濾液進行了預處理，結果表明：在不同投藥量下，對滲濾液中懸浮物去除率可達到90%以上，總硬度去除率達到65%以上，COD去除率達到20%以上。

2.1.2 氨吹脫法 氨吹脫法能有效降低廢水中的氨氮，很適合處理MSWI滲濾液這類高氨氮廢水。張鳴[14]研究了氨吹脫預處理對垃圾焚燒發電廠滲濾液生物處理的影響，結果表明在吹脫塔運行期間，氨氮及總氮去除率分別為 53.8%，40%，后續厭氧處理COD去除率達到84%，對比不進行氨吹脫的厭氧處理，COD去除率提高7%。蘇東輝等[15]采用氨吹脫+ABR+兩級A/O的復合MBR組合工藝對浙江某垃圾焚燒發電廠滲濾液進行處理，氨氮平均去除率為81.3%，去除效果明顯。

氨吹脫法投資較低、占地面積小、能降低MSWI滲濾液的氨氮值，減小后續工藝壓力，提高去除率，但因需不斷加藥調節pH故運行費用較高。

2.2 生物處理

焚燒發電廠滲濾液B/C值>0.5，可生化性好，適宜生物處理工藝。一般發電廠多采用厭氧處理、好氧處理以及其組合工藝處理MSWI滲濾液。

2.2.1 厭氧處理 厭氧生物反應器能有效地減少有機污染物，不需要曝氣、運行費用低且能產生可再生能源，對水質的要求較低，且具有較高的有機負荷，已被廣泛用于處理高濃度有機廢水[16]。

Jiexu Ye等[17]采用UASB反應器對焚燒廠新鮮滲濾液進行處理，結果表明：當反應器進水有機負荷率(Organic loading rate,OLR)達到12.5 kg COD/(m3·d)(COD高達70 390～75 480 mg/L)時，COD去除率可達到82.4%以上。李紅蓮[18]采用UBF厭氧生物濾池處理MSWI滲濾液，進水COD濃度為36 096～51 820 mg/L，經過UBF處理后出水COD在6 503～10 496 mg/L之間，平均去除率為80.5%。厭氧處理對廢水中的COD有良好的去除率，但對氨氮、總氮和總磷去除效果不明顯。

2.2.2 好氧處理 好氧處理工藝操作簡單、去除效率高、啟動周期短，已被廣泛用于MSWI滲濾液的處理。黃志聰等[19]采用A/O-兩級Fenton-BAF工藝對廣東某垃圾焚燒發電廠滲濾液處理系統進行改造。當總回流比為1∶2時，生化處理出水COD及平均出水氨氮去除率均可達到95%以上。李海青等[7]對生活垃圾焚燒廠滲濾液處理過程進行研究，結果表明：好氧階段氨氮和總氮去除率分別達到89.0%，78.6%，由于好氧微生物的代謝作用，COD、BOD5去除率達到65%以上，TOC去除率達到77%。

好氧處理對大部分有機物都能有效去除，但其有機負荷易受DO、pH等的影響，不宜直接用于處理MSWI滲濾液。

2.2.3 MBR工藝 厭氧和好氧處理工藝可以有效地去除廢水中污染物，但出水水質難以達到處理要求，MBR工藝以超濾系統代替傳統的二沉池，占地面積小、出水水質好且能提高生物可降解性[20]。

康廣鳳等[21]采用厭氧+兩級AO+外置式MBR+納濾+反滲透工藝對山東某地生活垃圾焚燒廠滲濾液進行處理，經處理后出水COD≤60 mg/L、總氮≤20 mg/L、氨氮≤8 mg/L，處理效果顯著。李志華等[22]采用預處理/厭氧/MBR/NF/RO處理垃圾焚燒廠產生的滲濾液，經系統處理后，出水COD<60 mg/L，氨氮<1 mg/L，出水可直接回用于焚燒廠循環冷卻水。

MBR工藝產生的濃縮液占原水的20%左右[23]。這部分濃縮液污染物濃度更高，更難處理。同時MBR工藝處理成本較高，且因為濃差極化現象容易造成膜污染，并不適合作為垃圾滲濾液處理的單一工藝[24]。

當今國內焚燒發電廠多采用厭氧好氧相結合的工藝來處理MSWI滲濾液，既節約了處理成本，又能降低后續工段的處理壓力。

2.2.5 脫氮工藝 MSWI滲濾液因其高氨氮的特點，生化出水中的氨氮和TN往往難以達到排放標準，限制了生物處理工藝在MSWI滲濾液處理方面的應用。目前短程硝化反硝化技術因其具有節約能耗、碳源投加量、投堿量及減小反應池容積等特點，在處理垃圾滲濾液領域應用前景廣闊[28]。

2.3 深度處理

深度處理對可生化性差的滲濾液處理效果顯著，且出水水質穩定，但處理成本較高[32]。目前深度處理工藝主要有高級氧化法、混凝吸附法和膜分離技術等。

2.3.1 高級氧化法 高級氧化法主要通過羥基自由基來降解廢水中的有機污染物，且能有效提高廢水的可生化性。邱家洲等[33]對上海某垃圾焚燒廠的垃圾滲濾液MBR出水采用混凝/高級氧化技術(Advanced Oxidation Process,AOP)組合處理。經過處理后B/C值從0.019最高升至0.266，總COD去除率為87.6%。劉驍飏[34]采用循環式O3-BAF工藝深度去除垃圾焚燒滲濾液二級生物處理出水，保持BAF的HRT為7 h，則在128 mg O3/L臭氧用量下出水COD濃度可穩定低于100 mg/L。

2.3.2 混凝吸附法 在實際應用中，經常采用混凝吸附耦合高級氧化來深度處理垃圾焚燒滲濾液生化池出水。周思敏等[35]采用混凝耦合紫外活化過硫酸鹽(UV/PS)工藝對滲濾液生化出水深度處理，可以有效降低垃圾滲濾液生化出水的COD、總有機碳(TOC)和色度，其中色度去除率最高可達到92.8%左右。李樹德[36]選用PAC和水泥混合混凝處理垃圾滲濾液時，僅投加5 g/L水泥和0.25 g/L PAC，出水COD濃度即可由390 mg/L降至250 mg/L，處理每噸垃圾滲濾液出水的成本僅為1.78元/t。

2.3.3 膜分離技術 膜分離技術主要應用于生化出水末端，保證出水水質。李海青等[4]采用好氧-厭氧-MBR系統-納濾(NF)-反滲透(RO)工藝處理生活垃圾焚燒廠新鮮滲濾液，利用三維熒光光譜和氣質聯用技術分析各工藝段出水有機物。結果表明：整個處理過程COD、BOD、TOC去除率達到99%以上，其中鹵代烴類二氯甲烷、三氯甲烷去除率低于90%。李志華[22]采用預處理+厭氧反應器+MBR+NF+RO組合工藝處理蘇州某焚燒廠滲濾液，其中NF系統能有效降低滲濾液色度，RO系統平均脫鹽率≥99.5%，成功解決了MSWI滲濾液高鹽度的問題。

2.4 其它處理技術

近年來，隨著我國垃圾滲濾液處理工藝的不斷完善，一些新型處理技術逐漸成為國內外學者的研究方向，其中人工濕地技術備受國內外學者關注。

西方發達國家最先將人工濕地技術應用于垃圾滲濾液處理中。N E等[37]利用人工濕地處理城市垃圾滲濾液，實現COD、氨氮、總氮的平均去除率分別為52%，75%和48%。當前人工濕地技術處理垃圾滲濾液主要分為植物組合強化人工濕地技術和填料組合強化人工濕地技術等。Meky等[38]對照種植植物與不種植植物的人工濕地系統對垃圾滲濾液中COD、營養元素、重金屬的去除效果，發現種植植物更有利于滲濾液的處理，其中對重金屬的去除效率尤為顯著。狄軍貞等[39]對比了不同填料組合強化人工濕地技術對垃圾滲濾液的去除效果，發現無煙煤(空氣曝氣)+沸石+鋼渣組合對氨氮的去除效果最好，高達98%。

人工濕地技術能一定程度上去除MSWI滲濾液中的污染物，衛生環保且處理成本低，但人工濕地處理滲濾液容易出現負荷飽和，且MSWI滲濾液中的雜質易堵塞濕地孔隙，導致去除率下降，故國內應用并不廣泛。

3 展望

我國現階段垃圾處置以衛生填埋和焚燒為主，焚燒發電處置是未來垃圾處置的方向之一。但如今焚燒發電廠對垃圾滲濾液的處理過程仍存在問題：新鮮的垃圾焚燒滲濾液濃度高、可生化性好，尤為適合生化處理，但傳統的生化處理滲濾液工藝目前還難以達到排放標準。故國內大多數焚燒廠都采用生化處理耦合膜處理工藝，雖去除效果好，但成本高于生化處理，再者膜處理后產生的截留液處理更為困難，進一步增加了處理成本。

針對MSWI滲濾液特點優化現有的生物處理工藝，如大比例循環厭氧工藝、改良型Bardenpho工藝及組合工藝等，采用大比例回流或多線程進水的方式，能有效減少后續工段的處理壓力，降低處理成本，將代替膜處理工藝，成為未來垃圾焚燒滲濾液處理技術發展的主要方向之一。