深圳市能源环保有限公司 广东 深圳 518000
摘要：随着我国城市人口的增长、经济的发展和居民生活水平的不断提高，生活垃圾的排放量日益增多，焚烧法处理生活垃圾比重不断加大，处理技术逐渐成熟，但如何有效妥善处理其过程中产生的渗滤液及渗滤液处理副产物，是国内渗滤液处理的一大难题。文章介绍了生活垃圾焚烧厂渗滤液特性、几种常见的渗滤液处理技术及处理后副产物处置技术，并分析了几种处置方式的优缺点，结合焚烧厂渗滤液处理实践经验，为城市生活垃圾焚烧厂渗滤液处理技术的选择提供一定的参考价值。
关键词：焚烧厂；渗滤液；副产物；处理技术
Analysis of Incinerators leachate and byproduct disposal technology
CHEN Ji ming，HUANG Jun bin
Shenzhen energy environmental protection co., LTD,Guangdong Shenzhen 518000，China
Abstract：With China's urban population growth, economic development and residents' living standard unceasing enhancement, domestic waste emissions are increasing, burning method and treatment of domestic waste density increasing, processing technology mature gradually, but how to effectively deal with the process of leachate and leachate processing by-products, is still need to solve the problem. This paper introduces the living garbage incinerators leachate characteristics and several common of leachate treatment technology and by-product disposal technology, and from the aspects of technology, operation and economy, analyzes the advantages and disadvantages of several kinds of treatment combined with incinerators leachate treatment practice experience, for the choice of urban living garbage incinerators leachate treatment technology provides the certain reference value.
Keywords：Living garbage incinerators;leachate;by-products;Processing technology
随着我国经济的发展，焚烧法作为一种资源化、无害化、减量化的生活垃圾处理方式，得到了快速广泛发展，并有望逐渐取代填埋法成为我国最主要的生活垃圾处理方式。焚烧厂渗滤液的处理技术也得到了前所未有的关注和发展。由于焚烧厂渗滤液具有有毒有害物质浓度高和成分复杂等特性，渗滤液处理一般由多种工艺技术组合处理，目前国内常见的焚烧厂渗滤液处理技术包括回喷炉内焚烧、生物法、物化法。与此同时，渗滤液处理过程中随之产生了一系列副产物，包括不同膜处理浓缩液、污泥、沼气、臭气等，国内针对各类副产物的处理技术也做了大量研究，其中膜浓缩液处理技术包括回喷、腐殖酸提取、高压膜减量、混凝沉淀、高阶氧化、回厂至石灰浆、捞渣机、烟气冷却用水、蒸发等；沼气处理技术包括就地火炬焚烧、沼气发电、回电厂炉膛焚烧、提纯后入网销售等；臭气一般为就地处置和回电厂负压区域；污泥一般为脱水后入炉焚烧。
1 焚烧厂渗滤液的特点与特性
生活垃圾焚烧厂渗滤液水质随收运作业方式、当地气候条件、能源结构、当地居民饮食结构、季节更替等因素变化较大，渗滤液的特性会在一个相当大的范围内变动。城市生活垃圾具有含水率高、有机含量高等特点。根据焚烧处理工艺设计，垃圾在进入焚烧炉膛以前，需要在储料池停留5-7天，经过物理、生物脱水后，垃圾的热值会明显提高，同时会产生大量的垃圾渗滤液。
2016年南方某垃圾焚烧厂渗滤液某次全分析数据如表1所示。
垃圾焚烧厂渗滤液有以下特点：
（1）污染物成分复杂多变、水质变化大
由于渗滤液属于原生渗滤液，未经过厌氧发酵、水解、酸化过程，通过质谱分析，垃圾渗滤液中有机物种类高达百余种，其中所含有机物大多为腐殖类高分子碳水化合物和中等分子量的灰黄霉酸类物质，且内含苯、萘、菲等杂环芳烃化合物、多环芳烃、酚、醇类化合物、苯胺类化合物等难降解有机物。因而其水质是相当复杂的，污染物种类多，而且浓度存在短期波动性和长期变化的复杂性。
（2）有机污染物、氨氮浓度高
渗滤液COD浓度较高，一般在30000-80000mg/L左右，B/C大于0.4，但比率的变化幅度较大，可生化性能较填埋场渗滤液好，但不稳定，因此要求渗滤液处理系统具有相当的抗冲击负荷能力。渗滤液氨氮浓度较高，一般在600-2000mg/L左右，如此高的氨氮浓度要求处理工艺具备较高的脱氮能力。
（3）重金属含量较高
垃圾焚烧厂渗滤液中含有十多种金属离子，其中主要的金属离子浓度是相对较高的，如铁的浓度可达2050mg/L，铅的浓度可达12.3mg/L，锌浓度可达130mg/L，钙浓度可达4300mg/L[1]。
（4）渗滤液水量波动较大
受垃圾收集、气候、季节变化等因素影响，渗滤液水量波动较大，特别是季节变化对渗滤液水量变化影响较大，一般夏天渗滤液产量较大，冬天相对较少。
2 焚烧厂渗滤液处理技术
由于焚烧厂渗滤液是一种难处理的有毒有害的高浓度有机废水，为防止焚烧过程中产生的“二次污染”，渗滤液必须经过处理达标后才能排放。纵观国内焚烧厂渗滤液处理现状，目前主要处理技术有回喷炉内焚烧、生物法、物化法。
1）回喷炉内焚烧
垃圾渗滤液回喷焚烧处理方法具有处理方式简单实用的优点，其工艺流程为：渗滤液收集池—自动过滤器—滤清池—增压泵—喷枪—喷入炉膛。该工艺在欧美、日本等国应用较多，由于我国生活垃圾热值较低、水分含量高、渗滤液产量大，大量的垃圾渗滤液回喷炉内易造成炉内垃圾燃烧不稳定、炉膛温度降低、蒸气产量下降，并增加焚烧炉运行操作难度，因而国内仅有少量应用实例。赵晓峰对渗滤液回喷处理技术在垃圾焚烧发电厂的应用研究表明，在深圳、武汉等大中型城市垃圾热值较高地区，渗滤液回喷量可达占垃圾渗滤液总量的50%[2]，目前渗滤液回喷处理技术在深圳、武汉共5座垃圾焚烧厂已成功运用，笔者根据上述案例运行经验发现，渗滤液回喷量一般可稳定在垃圾渗滤液总量的20%左右。
2）生物法
生物法是渗滤液处理中最常用的一种方法，分为好氧生物处理、厌氧生物处理以及厌氧－好氧组合生物处理。生物法其运行成本相对较低、处理效率高，因而被广泛采用。
（1）厌氧生物处理
垃圾焚烧厂渗滤液可生化性高，COD浓度大，采用厌氧单元配合处理可减少好氧单元的负荷，减少好氧单元的池容和曝气规模，降低运行费用。相比较好氧处理工艺而言，厌氧处理工艺具有COD去除率高、运行费用低，处理负荷高等优点。由于厌氧工艺没有生物脱氮能力，且出水水质较差，一般用作好氧工艺的前处理工艺。厌氧系统较为复杂，除厌氧反应器外，还包括加热及保温系统、沼气收集储存处理系统，污泥沉淀脱水系统等。目前运用于工程实践中的厌氧工艺主要包括UASB工艺、UBF工艺、EGSB工艺等。
以深圳某垃圾焚烧厂渗滤液处理厌氧系统为例，其厌氧进出水水质指标如表3所示。
该厌氧反应器4座，为地上式钢结构罐体，单池水力停留时间10.3天，单池建筑尺寸Ф16.8m×h16.8m，厌氧反应器容积负荷为8-10kgCOD/m3d，反应温度控制在35℃±1℃，pH控制在6.5-7.5，碳氮磷比例（以COD计）为500:5:1，厌氧回流上升流速约0.8m/h左右。其COD去除率高达85.8%，硬度去除率为78.8%，硫酸根去除率93.3%。
（2）好氧生物处理
好氧处理工艺是降解有机污染物最彻底的生化处理方式。好氧处理工艺作为污水生化处理的主要方式，在渗滤液的处理上运用很多。目前好氧工艺已不单是单纯的好氧模式，除了传统的活性污泥法和生物膜法外，还增加了厌氧和兼氧过程，通过流程上的安排，不但可高效降解污水中的有机负荷，还可以控制硝化和反硝化过程来脱氮，如A-O、A2-O、SBR、氧化塘系统及MBR工艺系统等。近年来，膜生化反应器（MBR）技术在渗滤液处理方面取得了广泛的应用，已成功应用于深圳、江苏、上海、浙江等地的众多垃圾焚烧厂渗滤液处理。
MBR是生化反应器和膜分离相结合的高效废水处理系统，用膜分离（通常为超滤）替代常规生化工艺的二沉池，与传统活性污泥法相比，膜生化反应器对污泥的分离大大提高，微生物浓度可从常规的3-5g/L提高到15-30g/L，在更短的水力提留时间内达到更好的去除效果，因此在提高生化反应效率、系统处理能力和出水水质方面表现出很大的优势。
以深圳某垃圾焚烧厂渗滤液处理MBR系统为例，其MBR进出水水质指标如下表4所示。
该MBR系统主要包括：一级、二级反硝化生化池，一级、二级硝化池，外置式超滤系统，射流曝气系统，冷却系统，消泡剂消泡系统，控制系统等。系统中污泥浓度为15-18g/L，pH控制在6.8-7.8，反硝化溶解氧控制在0.5mg/L以下，硝化系统溶解氧保持在1.8-2.5mg/L。MBR对COD的去除率为95.7%，氨氮去除率高达99.99%。
3）物化法
物化法主要有膜技术、蒸发浓缩、氧化及其他物理化学技术。物化处理可大幅度去除渗滤液中的污染物质，而且受水质水量变化的影响小，出水水质稳定，但单独使用物化法的处理成本较高，一般用于渗滤液预处理或深度处理。
下面是常见的几种物化法工艺：
（1）膜技术
膜处理技术目前被认为是水处理领域中最为先进、处理彻底、应用最为广泛的一种技术，但膜技术只能将污染物进行物理拦截，不能起到降解污染物的作用，一般组合使用或与其他处理方法联用。根据膜的性能可分为微滤（MF）、超滤（UF）、纳滤（NF）、反渗透（RO）等，各种膜截留物质对比如下表5。
根据上表所示，各种膜分离技术各有其优势和应用范围，焚烧厂渗滤液处理工艺中膜的选择应根据不同的处理要求、排放标准及膜浓缩液处理方案选择相适应的膜种类。
值得一提的是目前RO膜也发展了不同膜工艺，包括传统卷式RO膜、碟管式RO膜（DTRO）、网管式RO膜（STRO），相对传统卷式RO膜，DTRO、STRO因其不同的内部构造及特殊的流道设计，使其能处理更高浑浊度和高含砂系数的废水，适应更恶劣的进水条件。国内DTRO、STRO因价格较高，较传统卷式膜应用较少，但随着国内运用案例增多、价格逐步下调，其在垃圾渗滤液尤其是膜浓缩液处理方面具有广泛的发展前景。
（2）蒸发浓缩工艺
垃圾渗滤液蒸发时，水从渗滤液中蒸发出，污染物残留在浓缩液中。兰建伟开发的低温多效蒸发工艺，采用混凝-低温多效蒸发-氨吹脱-生化处理法，处理后产水满足国家二级排放标准[3]。但蒸发工艺在处理垃圾渗滤液原液时存在运行费用高、蒸发器结垢、蒸发出力下降等问题，因而蒸发工艺处理垃圾渗滤液原液存在一定优化空间，相对而言，在处理有机物含量低、水量较少的RO浓缩液方面蒸发工艺具有相当的优势。
（3）氧化法
氧化法处理垃圾渗滤液主要有化学氧化法、光催化氧化法、电解氧化法、湿法/催化湿法氧化法等。化学氧化法主要去除渗滤液中的色度和硫化物，对COD的去除率通常为20%~50%。氯、臭氧、过氧化氢、Fenton、高锰酸钾和次氯酸钙等是常用的氧化剂。光催化氧化法是在紫外光照射下，激发某些半导体材料产生具有很强反应活性的电子，在氧化剂或还原剂作用下参与氧化还原反应，起到降解污染物作用。电解氧化法是利用阳极的直接氧化和溶液中的间接氧化来去除有机物。湿法/催化湿法氧化法是在高温、高压、有氧气或空气存在条件下降解高浓度、高毒性、难降解的有机废水。目前国内氧化法处理垃圾渗滤液正处于研究发展阶段，较少运用于焚烧厂渗滤液的实践处理中，但因其能较彻底的处理垃圾渗滤液中难降解有机物，在难降解有机物浓度高的膜浓缩液或渗滤液处理组合工艺深度处理环节具有极大的运用前景。
（4）其他物理化学
渗滤液的物理化学方式包括混凝沉淀、吹脱、活性炭吸附等。其中最常见的混凝沉淀处理在垃圾渗滤液处理上主要是为了去除渗滤液中的重金属、难降解COD、色度等。由于渗滤液原水污染物浓度极高，如果首先进行混凝沉淀处理，将导致投药量大，产生污泥量多，处理成本偏高等问题，因此往往通过生化处理后再根据排放要求考虑选用混凝沉淀方法进行一定的深度处理。其它物理化学处理方法相对较少运用于焚烧厂渗滤液的实践处理中。
3 焚烧厂渗滤液处理组合工艺应用及副产物种类
1）焚烧厂渗滤液处理组合工艺应用
在当今世界范围内，生活垃圾渗滤液处理技术研究学者已达成共识：从生态及经济效益双赢的角度考虑，生化工艺是渗滤液处理整套过程中不可省略的预处理阶段，通常，充分的生化处理工艺可达到间接排放标准。但仅仅依靠生化阶段是无法满足直接排放要求，必须与其他工艺技术进行合理优化组合。
任海燕等人对垃圾渗滤液处理工艺设计及难点分析表明[4]，随着《生活垃圾填埋场污染控制标准》（GB16889-2008）的实施，可研设计单位和政府部门对垃圾渗滤液技术的研究和引进，渗滤液处理技术得到了进一步发展，逐渐形成了“厌氧/预处理+膜生物反应器（MBR）+膜深度处理”的国内主流组合处理工艺，其中膜深度处理工艺因各焚烧厂排放标准及膜浓缩液处理方式不同而各异，工艺流程简图如下图1所示。
图1厌氧/预处理+膜生物反应器（MBR）+膜深度处理工艺流程简图
目前我国已建成的焚烧厂渗滤液处理工程大部分采用了该技术，可保证垃圾焚烧处理厂连续稳定达标运行。笔者对国内部分运行状况良好的焚烧厂渗滤液处理案例实地调研，其处理工艺及排放标准如下表6所示。
一般而言，MBR产水水质可满足与污水处理厂协同处理要求，NF产水可满足《污水综合排放》三级标准、排入城镇污水处理厂、各地标排入下水道标准要求，RO产水可满足《生活垃圾填埋场污染物控制标准》（GB16889-2008）、《污水综合排放标准》一级、各地方标准一级以及城市污水再生利用工业用水水质标准。
2）国内焚烧厂渗滤液处理主流工艺下副产物种类
“厌氧/预处理+膜生物反应器（MBR）+膜深度处理”作为国内焚烧厂渗滤液处理的主流工艺，其处理后副产物主要包括：纳滤膜浓缩液、反渗透膜浓缩液、生化污泥、沼气、臭气等。
其中纳滤膜浓缩液污染物成分主要为二价盐离子、重金属以及难生化降解的有机物，反渗透浓缩液污染物成分主要为大量的一价盐。以南方某垃圾焚烧厂渗滤液处理工程为例，某次纳滤浓缩液、反渗透浓缩液水质指标如下表7所示。
生化污泥具有含水率高、各类重金属含量高、体积大、易腐败、有恶臭等特点，南方某垃圾焚烧厂渗滤液处理工程某次脱水干泥指标如下表8所示。
沼气主要产生于厌氧反应器处理环节，通常1m3垃圾渗滤液会产生15-30m3沼气。渗滤液处理中臭气主要由有机物腐败产生的气体，产生臭气的单元有调节池、一级反硝化池、污泥池及污泥脱水系统等。
4各类副产物处理技术
1）纳滤浓缩液处理技术
渗滤液处理过程中经纳滤膜过滤产生纳滤浓缩液，其产率约占纳滤进水量的20-25%，纳滤膜浓缩液污染物成分主要为二价盐离子、重金属以及难生化降解的有机物。目前纳滤浓缩液处理技术主要包括回喷炉内处理、物料膜分离技术、高压膜浓缩减量技术、高级氧化技术等。
上文提高的将回喷技术成功运用于垃圾渗滤液处理案例中，其中某厂试验将污染物浓度较低的纳滤浓缩液替代渗滤液原液回喷至炉内，试验期间对焚烧炉垃圾燃烧、炉膛温度、蒸气产量、烟气排放数值、设备腐蚀情况及其它运行参数均无明显影响，成功使用回喷技术处理纳滤浓缩液。
纳滤膜随着运行时间的增加，纳滤膜清水产率会逐渐减低，纳滤浓缩液产率逐渐增加，从而加大了纳滤浓缩液处理难度。使用物料膜分离技术、高压膜浓缩技术可实现纳滤浓缩液减量化处理。南方某垃圾焚烧厂渗滤液处理工程中，通过使用物料膜分离技术处理纳滤浓缩液，将纳滤浓缩液产量由总进水的22%减量至10%以内，成功实现减量化处理。谢文刚等人对DTNF处理膜浓缩液研究表明，进水COD为2904mg/L，BOD5为580.8mg/L时，经DTNF处理后，产水COD可降至435.6mg/L以下，BOD5可降至87.1mg/L以下，其COD、BOD5去除率大于85%[5]。
钟剑在垃圾渗滤液膜过滤浓缩液处理技术综述论文中指出，对比回灌法、膜蒸馏法、蒸发技术及高级氧化技术，高级氧化技术因其高效、产物无害、处理过程易控制等优点，是处理垃圾渗滤液纳滤浓缩液比较合适的处理技术[6]。随着近年来对高级氧化技术的深入研究以及在处理纳滤浓缩液取得的不错的应用效果，该技术有望在将来纳滤浓缩液处理领域获得更为广泛的应用。
2）反渗透膜浓缩液处理技术
渗滤液处理过程中经反渗透膜过滤产生反渗透浓缩液，其产率约占反渗透进水量的25-30%，反渗透浓缩液污染物成分主要为大量的一价盐。目前反渗透浓缩液处理技术主要包括综合回用技术、高压膜浓缩减量技术、高级氧化与生化、混凝沉淀、吸附联用技术、蒸发工艺技术等。
反渗透浓缩液综合回用工艺主要包括回焚烧厂炉渣冷却用水、石灰浆制备过程中的搅拌用水、烟气降温的喷嘴冷却用水等。浓缩液进入焚烧厂进行综合回用处理工艺，从资源化角度来说是最佳的处理工艺。但因浓缩液中对钢材腐蚀影响较大的氯离子浓度很高，回焚烧厂炉渣冷却用水工艺中，长期使用存在对捞渣机本体腐蚀可能，同时，该工艺还涉及到污染物转移这一争议说法，因此，浓缩液用于炉渣冷却用水工艺存在进一步改进的空间。浓缩液用于石灰浆制备过程中的搅拌用水和烟气降温的喷嘴冷却用水是目前较为成熟的处理工艺。虽该工艺有可能影响半干法雾化盘动平衡，以及长期回用浓缩液导致管路腐蚀，但国内仍有部分厂成功使用该工艺处理反渗透浓缩液。例如南方某垃圾焚烧厂使用该方法进行6个月试验发现，并未对雾化盘运行、石灰浆制备系统运行、烟气排放数据、飞灰处理系统等产生明显影响，回用系统也一直稳定运行。
反渗膜随着运行时间的增加，反渗透膜清水产率会逐渐减低，膜浓缩液产率逐渐增加，从而加大了反渗透浓缩液处理难度。使用高压膜浓缩减量技术可实现反渗透浓缩液减量化处理。目前国内处理反渗透浓液的高压膜主要包括碟管式RO膜（DTRO）、网管式RO膜（STRO），南京某垃圾焚烧厂使用碟管式RO膜（DTRO）处理浓缩液时，DTRO清液产率达到50-60%，膜浓缩液量减少一半以上，成功实现减量化处理。
王东梅等人对Fenton氧化-絮凝-吸附法处理垃圾渗滤液反渗透浓缩液研究表明，该工艺对TOC的去除率为95.9%，UV254去除率为97.1%，色度去除率为99.6%[7]。覃芳慧等人先以芬顿工艺处理浓缩液渗滤液，再与生活污水配制成混合液，经过双泥SBR工艺处理后，污水COD、TN和腐殖酸的去除率分别为85%、75%和70%，出水水质符合《生活垃圾填埋污染控制标准》(GB16889-2008)[8]。朱卫兵等人采用“混凝沉淀-臭氧氧化-MBR”工艺处理浓缩液，COD去除率约为50%[9]。高级氧化与生化、混凝沉淀、吸附联用技术理论上可实现浓缩液稳定、高效处理，但目前为止，仍少有相关规模化应用的报道。
蒸发法对水质特性如COD、BOD、SS及进料温度的变化不敏感，是一种适应性和灵活性比较强的处理渗滤液的方法，可将浓缩液浓缩至原液的2-10%[10]。目前国内学者涉足的蒸发技术主要有浸没燃烧蒸发、气动雾化蒸发、助燃空气分级燃烧、低温真空蒸发等技术。在工程应用方面，深圳老虎坑环境园在对5m3/d的“DTZ蒸发/结晶”中试项目成功的基础上[11]，建设了处理规模400m3/d的蒸发浓缩系统，目前处理效果良好，系统已正常制备出高纯度的钠盐和钾盐。
3）其他副产物处理技术
（1）沼气处理技术
目前垃圾焚烧厂渗滤液处理工程沼气处理及利用主要有回炉焚烧、沼气发电和提纯利用等，同时配套沼气应急火炬系统。回炉焚烧是将沼气经燃烧器送入焚烧炉，实现对资源的回收利用，沼气燃烧器位置一般设置在辅助燃烧器附近。该方式目前在国内应用最为广泛。沼气发电是建设沼气发电燃气内燃机发电机组，以沼气为燃料，带动内燃机和发电机发电。此方法对沼气热利用效率高，但初期投入费用较高、系统较复杂、故障率偏高。提纯利用对厌氧反应器产生的沼气经提纯净化后用作车用燃料或管道煤气。相比于其他两种利用方法，焚烧厂沼气提纯制天然气方式目前国内应用较少。
（2）污泥处理技术
焚烧厂渗滤液处理产生的污泥一般采用回焚烧炉焚烧处理。污泥产生后经离心脱水机或板框机脱水至含水率60-80%，通过车辆运输至焚烧厂垃圾仓或通过泵组泵入焚烧炉垃圾给料斗，进入炉膛燃烧。该技术实现了污泥的无害化、资源化、减量化处理，在国内比较成熟，并取得了较大规模的工程运用。
（3）臭气处理技术
焚烧厂渗滤液处理中臭气来源较多、臭气浓度高，其就地处理难度大，一般采用回焚烧厂负压区域，作为一、二次风来源最终进入炉膛焚烧处置。部分选用就地除臭处理的工程，其除臭系统一般采用燃烧法、生物除臭法、物理除臭法、化学除臭法、臭氧氧化法、紫外光解法等某种或多种技术组合联用。
5结语
国内垃圾焚烧厂渗滤液处理技术经过多年的发展，逐渐形成了“厌氧/预处理+膜生物反应器（MBR）+膜深度处理”的主流组合工艺，并保证了渗滤液处理的连续、稳定运行和达标排放。同时对该工艺处理后产生的膜浓缩液、沼气、污泥、臭气等副产物也逐渐发展了各种成熟有效的处理技术。对垃圾焚烧厂来说，如何根据各自渗滤液组成性质、产生量的不同，制定合理的渗滤液处理工艺，以及如何合理选择相对应处理工艺下副产物的处理技术，是各新、改扩建垃圾焚烧厂需要着重考虑的地方。
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论文作者:陈继明,黄俊宾
论文发表刊物:《防护工程》2017年第11期
论文发表时间:2017/9/19
标签：垃圾论文; 工艺论文; 技术论文; 浓缩液论文; 焚烧厂论文; 沼气论文; 污泥论文; 《防护工程》2017年第11期论文;