垃圾滲濾液膜濾濃縮液處理技術(shù)研究與應(yīng)用進(jìn)展

丁 晶，關(guān)淑妍，趙慶良,2，高慶偉，趙冠舒，王 琨,2

(1.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 環(huán)境學(xué)院，哈爾濱 150090；2.城市水資源與水環(huán)境國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(哈爾濱工業(yè)大學(xué))，哈爾濱 150090)

垃圾的焚燒處理前置儲(chǔ)存和衛(wèi)生填埋都將產(chǎn)生大量滲濾液。中國(guó)垃圾滲濾液的產(chǎn)生量一直呈現(xiàn)上升態(tài)勢(shì)，如從2011年的49.546×106t到2017年的76.794×106t，預(yù)計(jì)2021年垃圾滲濾液產(chǎn)生量將達(dá)到112.66×106t[1-2]。為滿足滲濾液排放標(biāo)準(zhǔn)，增加膜處理單元作為深度處理已成為滲濾液處理升級(jí)改造的主要方式。

用于垃圾滲濾液處理的膜工藝主要包括納濾(NF)、反滲透(RO)以及二者聯(lián)合使用。相應(yīng)地，滲濾液膜濾濃縮液(LC)也就分為納濾濃縮液(NFC)和反滲透濃縮液(ROC)。NFC和ROC的產(chǎn)生量分別占原滲濾液的15%～30%和15%～60%[3]，其主要水質(zhì)特征如表1所示[4-7]。可以看出，NFC與ROC皆是含有高濃度有機(jī)物和無(wú)機(jī)鹽、可生化性較差的廢水，若得不到有效處理便排放將會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的二次污染。

表1 滲濾液膜濾濃縮液主要水質(zhì)特征

LC的安全處理處置主要是通過(guò)污染物與水分離，或者將其中的污染物質(zhì)礦化或分解來(lái)實(shí)現(xiàn)的。LC的處理方法既有較為簡(jiǎn)單的回灌、蒸發(fā)與絮凝沉淀等傳統(tǒng)工藝，又有較為復(fù)雜的高級(jí)氧化法等新型工藝，此外還多采用組合工藝。根據(jù)LC中污染物的去除與轉(zhuǎn)化原理，LC處理方法除回灌處理外，基本可劃分為物理處理法、化學(xué)處理法和物化處理法。近十年來(lái)已有多篇綜述論文總結(jié)歸納LC處理方法[6,8-11]，普遍認(rèn)為L(zhǎng)C的妥善處理是滲濾液膜處理技術(shù)的發(fā)展瓶頸[7,12]，有學(xué)者于2015年針對(duì)LC處理的9個(gè)單一方法的原理和研究進(jìn)展進(jìn)行過(guò)綜述[13]，另有學(xué)者還從LC轉(zhuǎn)移、減量化、資源利用和無(wú)害化處理4個(gè)方面對(duì)LC處理工藝的特點(diǎn)和存在問(wèn)題進(jìn)行了總結(jié)[14]。本文在前人研究成果的基礎(chǔ)上，根據(jù)工藝原理對(duì)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有LC處理方法進(jìn)行分類，更加詳細(xì)地量化探討不同方法的應(yīng)用效果、成本及技術(shù)發(fā)展階段，深入分析各工藝的適用范圍，對(duì)比不同高級(jí)氧化技術(shù)詳細(xì)的應(yīng)用參數(shù)和處理效果，給出適合于實(shí)際工程應(yīng)用的組合處理工藝，闡明LC處理技術(shù)的未來(lái)研究重點(diǎn)，期望可為L(zhǎng)C處理的實(shí)際應(yīng)用方案提供思路和參考。

1 滲濾液濃縮液的回灌處理工藝

垃圾填埋LC回灌處理與滲濾液回灌法相似，將填埋單元視作生物膜反應(yīng)器，LC通過(guò)噴灑、井注、表灌等方式回流，當(dāng)LC沿空隙流動(dòng)時(shí)，在填埋層上附著生長(zhǎng)的微生物會(huì)吸附、降解LC中的有機(jī)物等污染物質(zhì)，使其得到凈化[15]。

LC在回灌前期可以促進(jìn)填埋垃圾的分解、加速填埋場(chǎng)穩(wěn)定化進(jìn)程，但長(zhǎng)期回灌將導(dǎo)致滲濾液的電導(dǎo)率、COD、氨氮和硫酸鹽濃度增加，回灌一年后，滲濾液出現(xiàn)pH上升、BOD5與COD比下降的現(xiàn)象，同時(shí)利于甲烷的生成[16]。滲濾液和LC混合回灌可以減輕對(duì)垃圾降解的抑制作用、降低滲濾液水量、減少污染物的排放[15]，但長(zhǎng)期運(yùn)行后再產(chǎn)生的LC中難降解有機(jī)物、氨氮、重金屬和鹽度都將大幅升高[17]。水質(zhì)變化會(huì)導(dǎo)致膜工藝處理效率下降，增加膜分離系統(tǒng)運(yùn)行成本，帶來(lái)二次污染風(fēng)險(xiǎn)，甚至導(dǎo)致滲濾液處理系統(tǒng)失穩(wěn)崩潰，長(zhǎng)期運(yùn)行穩(wěn)定性較差。

2 滲濾液濃縮液的單元處理工藝

2.1 滲濾液濃縮液的物理處理

滲濾液濃縮液物理處理的典型工藝就是LC的蒸發(fā)處理方法，包括浸沒(méi)燃燒蒸發(fā)法(SCE)和機(jī)械式蒸汽再壓縮處理法(MVC/MVR)。

SCE法利用填埋場(chǎng)產(chǎn)生的填埋氣或厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣，將其與空氣充分混合后燃燒，產(chǎn)生的高溫?zé)煔庵苯油ㄈ隠C中，使氣液進(jìn)行無(wú)固定界面的熱量傳遞，蒸發(fā)LC中的水分，設(shè)備結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，不存在結(jié)垢、腐蝕的問(wèn)題，熱傳遞效率高。LC經(jīng)SCE法再濃縮后可直接結(jié)渣或結(jié)晶，過(guò)程中產(chǎn)生的蒸汽冷凝液及燃燒排放的CO2、顆粒物及不凝氣等均穩(wěn)定滿足相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，但其對(duì)氨氮去除效率較低[18]，實(shí)際蒸發(fā)率會(huì)隨原水水質(zhì)水量變化而產(chǎn)生一定波動(dòng)[19]。上海老港滲濾液處理廠200 m3/d SCE法實(shí)際項(xiàng)目噸水耗電量32 kWh/m3[18]，光大環(huán)保能源(鎮(zhèn)江)有限公司3臺(tái)SCE蒸發(fā)器(100 m3/d)全量處理的平均噸水耗電量為15 kWh/m3[19]。可見，SCE法電耗相對(duì)較低，現(xiàn)已投入工程應(yīng)用。

MVC/MVR法通過(guò)壓縮加熱蒸發(fā)系統(tǒng)產(chǎn)生的二次蒸汽使其成為熱源，實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用蒸汽，自動(dòng)化程度高，是目前最常用的蒸發(fā)法之一。MVC/MVR法需與干化系統(tǒng)聯(lián)用得到符合填埋要求的結(jié)晶污泥[20]，蒸發(fā)過(guò)程中可借助氣塔對(duì)LC中有機(jī)鈉鹽和銨鹽進(jìn)行回收，產(chǎn)水能達(dá)標(biāo)排放[21]，但LC中高含鹽量對(duì)蒸發(fā)壓縮機(jī)所提供的溫度要求高，不利于蒸發(fā)裝置的穩(wěn)定運(yùn)行，氯離子對(duì)MVC/MVR裝置腐蝕作用較為嚴(yán)重，設(shè)備常存在結(jié)垢和腐蝕問(wèn)題，需經(jīng)定期清洗與維護(hù)才能實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行[22]。青島市小澗西生活垃圾處置園區(qū)的LC預(yù)處理-蒸發(fā)-干化處理工程(500 m3/d)運(yùn)行成本約為105元/m3(含人工費(fèi)、電費(fèi)、藥劑材料費(fèi)和維修費(fèi))[21]，利用MVC/MVR技術(shù)對(duì)廈門東部填埋場(chǎng)滲濾液處理站ROC、NFC及混合LC進(jìn)行中試濃縮試驗(yàn)，蒸發(fā)-干化裝置運(yùn)行成本分別為141.17、128.6和131.05元/m3(含電費(fèi)、藥劑費(fèi)和人工費(fèi))[23]，此外，廈門東部固廢處理中心24 m3/d預(yù)處理-蒸發(fā)-干化工程性試驗(yàn)項(xiàng)目運(yùn)行總成本約為150元/m3[20]。

2.2 滲濾液濃縮液的化學(xué)處理

LC的化學(xué)處理法主要包括焚燒處理、超臨界水氧化處理和高級(jí)氧化處理等。在LC的化學(xué)處理過(guò)程中，污染物性質(zhì)、種類和數(shù)量都發(fā)生了變化。

2.2.1 LC的焚燒處理

焚燒法安全處置LC一般適用于垃圾焚燒廠，在收集LC后過(guò)濾，經(jīng)霧化噴槍直接回噴至垃圾焚燒爐內(nèi)，可徹底實(shí)現(xiàn)LC的無(wú)害化、減量化。和國(guó)外垃圾不同，中國(guó)焚燒廠中垃圾含水率高，熱值較低，回噴技術(shù)對(duì)焚燒爐膛內(nèi)燃燒和溫度影響較大[24]。因此，LC處理采用回噴技術(shù)時(shí)需要合理控制回噴比，在不影響正常垃圾焚燒的情況下實(shí)現(xiàn)LC的無(wú)害化[25]。研究表明，當(dāng)垃圾低位熱值小于4 184 kJ/kg時(shí)不允許進(jìn)行LC回噴，當(dāng)垃圾低位熱值逐漸升高至大于5 439 kJ/kg時(shí)可以進(jìn)行LC回噴，但各地實(shí)際回噴量隨著地域垃圾差別有較大差異，理論上允許回噴量隨熱值呈線性正相關(guān)關(guān)系，但一般不超過(guò)垃圾處理量的10%[26]。將生活垃圾焚燒發(fā)電廠LC以4.17 m3/h回噴至設(shè)計(jì)入爐低位熱值為7 118 kJ/kg的750 t/d焚燒爐中，能確保穩(wěn)定運(yùn)行，且排放煙氣中各污染物濃度符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[27]。

LC的回噴焚燒能夠徹底消除其中污染物質(zhì)，但難以實(shí)現(xiàn)全量回噴情況下的穩(wěn)定運(yùn)行，回噴后還存在爐膛溫度下降、熱損失和爐膛腐蝕等問(wèn)題[24]。因此，工程中常對(duì)LC進(jìn)行再濃縮，降低回噴量后再焚燒。爐膛腐蝕主要由LC中氯和硫元素導(dǎo)致，其中氯元素的影響更大，因此使用時(shí)除控制最佳回噴比使溫度在900 ℃左右，還應(yīng)關(guān)注爐膛內(nèi)壁對(duì)氯腐蝕的防護(hù)[28]。

2.2.2 LC的超臨界水氧化處理

當(dāng)壓力和溫度都升高到臨界點(diǎn)(374.3 ℃、22.05 MPa)以上時(shí)，水的理化性質(zhì)會(huì)發(fā)生很大變化，表現(xiàn)出類似于非極性有機(jī)化合物的性質(zhì)，具有高擴(kuò)散性和優(yōu)良傳質(zhì)特性，該狀態(tài)被稱為超臨界水。超臨界水氧化(SCWO)則是以超臨界水作為介質(zhì)，向反應(yīng)體系中通入分子氧，此時(shí)氧氣能與有機(jī)物質(zhì)進(jìn)行良好互溶，形成均一富氧相，解除相間傳質(zhì)限制。此外，無(wú)機(jī)物幾乎不能溶于超臨界水，可在氧化反應(yīng)過(guò)程析出，以無(wú)機(jī)鹽形式離開反應(yīng)體系[29]。已有研究表明，使用鹽浴間歇式SCWO實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行NFC處理，COD和氨氮去除率分別可達(dá)到90%和80%以上，且出水COD 和氨氮的去除率隨溫度和氧化系數(shù)的提高而增加，壓力變化無(wú)明顯影響[30]。

SCWO法處理LC可以快速得到明顯凈化效果，但由于反應(yīng)要求的條件苛刻、設(shè)備易腐蝕，在設(shè)計(jì)、操作和運(yùn)行上都存在很多問(wèn)題。目前用于降低反應(yīng)要求并縮短反應(yīng)時(shí)間的SCWO催化劑正在開發(fā)中[31]。

2.2.3 LC的高級(jí)氧化法處理

不同AOPs對(duì)于污染物的去除效果存在差異，同種方法對(duì)不同水質(zhì)LC的處理能力也有所區(qū)別。通過(guò)調(diào)研國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)和研究成果，不同試驗(yàn)條件下基于·OH的高級(jí)氧化法處理LC的效果及所需成本詳見表2(NFC處理)及表3(ROC處理)，為后續(xù)開發(fā)更加高效、低成本的·OH高級(jí)氧化技術(shù)提供數(shù)據(jù)依據(jù)和思路參考。由于國(guó)內(nèi)外及國(guó)內(nèi)不同地區(qū)垃圾組分存在一定差異，各地區(qū)滲濾液及LC的成分和污染物濃度也會(huì)有所不同，表2和表3數(shù)據(jù)僅具有部分參考意義，具體處理方法的選用仍需因地制宜。

表2 基于·OH的高級(jí)氧化工藝用于NFC處理的主要參數(shù)及效能

表3 基于·OH的高級(jí)氧化工藝用于ROC處理的主要參數(shù)及效能

表4 基于的高級(jí)氧化工藝用于LC處理的主要工藝參數(shù)及效能

綜上，高級(jí)氧化法可以降解LC中難降解有機(jī)物，對(duì)TOC、COD及色度都具有良好去除效果，且可大幅提升LC的BOD5與COD比，但對(duì)其中鹽度的去除效果非常有限。現(xiàn)已投入實(shí)際應(yīng)用的高級(jí)氧化法主要包括芬頓和臭氧氧化，其他一些相對(duì)較新的高級(jí)氧化法尚處于實(shí)驗(yàn)室階段，部分技術(shù)能耗和藥劑消耗較大，運(yùn)維成本高，對(duì)管理技術(shù)人員專業(yè)水平要求高，且通常需與其他技術(shù)聯(lián)用，還需要進(jìn)一步的改良優(yōu)化，與實(shí)際應(yīng)用存在一定的距離。但無(wú)論從技術(shù)可行性還是經(jīng)濟(jì)可行性的角度，高級(jí)氧化法都是一類極具前景的LC處理方法。

2.3 滲濾液濃縮液的物化處理

LC的物化處理法利用物理與化學(xué)的綜合作用使LC中的污染物得到去除，主要包括絮凝沉淀、吸附、膜分離、固化與穩(wěn)定化處理等。

2.3.1 LC的絮凝沉淀處理

絮凝沉淀處理法通過(guò)固液分離能夠有效去除LC中的溶解性有機(jī)物，常用于處理含有大分子有機(jī)物的廢水，其中包括化學(xué)絮凝和電絮凝兩種方式。

2.3.2 LC的吸附處理

吸附劑的多孔結(jié)構(gòu)利于吸附法中物理吸附和化學(xué)吸附的進(jìn)行，對(duì)于去除廢水中色度、氮、磷、金屬離子和中等分子質(zhì)量以下難降解有機(jī)物等污染物都有非常好的效果。

最常用且普遍認(rèn)可的吸附劑為活性炭，有研究利用木質(zhì)粉末活性炭處理LC，出水COD去除率達(dá)到90%，電導(dǎo)率降低75%～80%[55]。粉末活性炭?jī)r(jià)格昂貴且需頻繁更換，運(yùn)行成本高，有人使用更廉價(jià)的硅藻土吸附劑處理LC，但該方法處理效果不佳，鹽度僅下降0.007%，COD去除率僅為15.37%[56]。

目前已有試驗(yàn)證明吸附法處理垃圾滲濾液的可行性，但對(duì)于LC的吸附處理研究較少。

2.3.3 LC的膜分離處理

膜分離法包括利用納濾膜、反滲透膜、正滲透及膜蒸餾等方法將溶液中的有機(jī)物和無(wú)機(jī)鹽有效分離出來(lái)，可實(shí)現(xiàn)LC的減量化，常與焚燒處置法聯(lián)用以實(shí)現(xiàn)污染物質(zhì)的無(wú)害化。研究表明，當(dāng)NFC添加鹽酸、阻垢劑和還原劑后增壓進(jìn)入膜組件進(jìn)行減量時(shí)，反滲透處理效果優(yōu)于納濾，50%以上產(chǎn)水可達(dá)標(biāo)回用于城市綠化等方面，噸水耗電量7.8 kWh/m3[57]。在處理規(guī)模550 m3/d的實(shí)際案例中，二級(jí)物料膜工藝處理NFC/ROC可有效分離芳香性組分，LC減量88.17%。其中一級(jí)濃液含有高濃度腐殖質(zhì)，可考慮進(jìn)行資源化處理，二級(jí)濃液中COD相對(duì)較少，可通過(guò)進(jìn)一步處理實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放，運(yùn)行效果穩(wěn)定[58]。該類方法發(fā)展成熟，已有大量實(shí)際應(yīng)用案例證明其可高效穩(wěn)定運(yùn)行[58]，但易發(fā)生膜污染，需定期清洗，成本較高。

正滲透法利用不同濃度溶液之間的滲透壓梯度作為驅(qū)動(dòng)力以實(shí)現(xiàn)較低濃度溶液的濃縮，無(wú)需外加壓力，可改善膜污染程度，運(yùn)行周期長(zhǎng)，能夠有效降低成本[59]。采用正滲透法需謹(jǐn)慎考慮汲取液和膜的選擇問(wèn)題，有研究表明，用16%的氯化鈉溶液作為汲取液進(jìn)行三段濃縮可將兩級(jí)ROC減量50%以上，產(chǎn)水質(zhì)量?jī)?yōu)于《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918—2002)中一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)，平均運(yùn)行費(fèi)用54.83元/m3[60]。目前雖已有試驗(yàn)證明正滲透法處理LC的技術(shù)可行性，但相關(guān)研究較少。

膜蒸餾法利用疏水性膜和膜兩側(cè)溫差造成的不同蒸汽壓以濃縮溶液中非揮發(fā)溶質(zhì)，設(shè)備體積小，應(yīng)用靈活，是廣受關(guān)注的新興濃縮方法。膜蒸餾法處理LC可得到95%以上的COD去除率及脫鹽率[61]，甚至幾乎完全去除[62]，產(chǎn)水過(guò)程污染物濃度會(huì)隨濃縮倍數(shù)增加而上升，但濃縮10倍時(shí)仍可穩(wěn)定滿足《生活垃圾填埋場(chǎng)控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB16889—2008)的出水要求[61]。該方法的主要問(wèn)題在于膜污染，其中主要污染物Ca2+和Mg2+可通過(guò)結(jié)合絮凝沉淀預(yù)處理去除，減輕膜污染程度，延長(zhǎng)運(yùn)行周期[62]。

2.3.4 LC的固化與穩(wěn)定化處理

LC中含有大量難降解有機(jī)物和重金屬等難去除污染物，固化與穩(wěn)定化法可使其中的物質(zhì)被包容起來(lái)或呈現(xiàn)化學(xué)惰性，以便于貯存、運(yùn)輸和后續(xù)處理，降低對(duì)于環(huán)境的威脅。

用普通水泥作固化劑、加入斜發(fā)沸石等輔料對(duì)LC進(jìn)行固化穩(wěn)定化時(shí)，浸出液中只含有1%的有機(jī)物，氨氮、氯化物及Ni、Cu、Zn等重金屬濃度均可達(dá)標(biāo)，但該方法對(duì)Cr的固定能力有限[66]。有研究采用燃煤電廠粉煤灰部分替代水泥作為固化劑，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用不同的固液比，將粉煤灰與水泥按不同比例進(jìn)行混合均可使浸出液達(dá)標(biāo)[67]，但固化體的長(zhǎng)期穩(wěn)定性還需繼續(xù)探究。另有以粒化高爐礦渣為主體成分配制的固化劑，灰液比為0.5時(shí)，可保證漿體不泌水，處置性價(jià)比高，固化體的強(qiáng)度和重金屬浸出濃度均可達(dá)到填埋場(chǎng)填埋要求[68]。同時(shí)，將濃縮液取代工藝水用于焚燒廠飛灰螯合穩(wěn)定化過(guò)程，結(jié)果表明，飛灰的重金屬浸出濃度沒(méi)有出現(xiàn)異常波動(dòng)，因此，對(duì)于焚燒廠LC的部分消納可優(yōu)先考慮飛灰螯合穩(wěn)定化[69]。

固化穩(wěn)定化法得到的產(chǎn)物一般通過(guò)填埋處置也可加以利用。有試驗(yàn)采用HTG-SD商業(yè)固化劑，其對(duì)COD、氨氮、鹽分、汞和砷的固化效率分別為87%、93.7%、86.6%、87.6%和94.6%。將固化混合物作為覆蓋材料噴射至填埋單元表面時(shí)可起到防水和隔絕異味的作用，同時(shí)實(shí)現(xiàn)一定的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益[70]。無(wú)論對(duì)固化產(chǎn)物進(jìn)行填埋處置還是再次利用，都應(yīng)針對(duì)固化體進(jìn)行長(zhǎng)期穩(wěn)定性和環(huán)境安全性評(píng)估，考察其抗壓強(qiáng)度、長(zhǎng)期淋溶特征等具體性能，此外，LC的固化穩(wěn)定化處理方法亟需建立相關(guān)污染防治技術(shù)政策、規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)等。

3 滲濾液濃縮液的組合處理工藝

為達(dá)到經(jīng)濟(jì)可行、效果良好的處理效果，考慮到LC的處理規(guī)模、水質(zhì)參數(shù)和周邊環(huán)境，實(shí)際應(yīng)用中常采用多種處理方法相結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)LC中污染物的有效去除。根據(jù)是否采用膜技術(shù)，實(shí)際應(yīng)用中LC的組合處理方法可分為無(wú)膜組合處理工藝和膜組合處理工藝。

3.1 無(wú)膜組合處理工藝

無(wú)膜組合處理工藝一般采用多級(jí)物理和化學(xué)處理串聯(lián)的方法，不同處理單元有目標(biāo)地降低或轉(zhuǎn)移特定污染物，使LC達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。

常州某垃圾填埋場(chǎng)產(chǎn)生的NFC采用“燒堿軟化-混凝沉淀-電化學(xué)氧化”組合方法處理，在燒堿軟化工段總硬度及鈣硬度去除率均可達(dá)到95%以上；軟化工段出水經(jīng)2 g/L的FeCl3混凝劑及0.1 g/L的PAM絮凝劑進(jìn)行絮凝沉淀，COD去除率超30%，BOD5與COD比從0.03提升至0.14；電化學(xué)氧化工段COD去除率達(dá)57%，BOD5與COD比提升至0.37，出水與滲濾液原液混合至滲濾液生物處理工段，通過(guò)較低能耗實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放[71]。此外，常州市垃圾填埋場(chǎng)還嘗試了“混凝沉淀-樹脂吸附-Fenton氧化”組合方法處理NFC，混凝沉淀工段采用18 g/L的Ca(OH)2混凝劑和1 mL/L陰離子PAM絮凝劑，COD去除率可達(dá)41%；出水經(jīng)NDA-88樹脂吸附后，COD去除率94.8%，除COD外其他污染物濃度均已達(dá)標(biāo)；Fenton氧化工藝非必需流程，吸附工段或Fenton工段出水與納濾出水按一定比例混合后均可達(dá)標(biāo)排放，對(duì)于40 m3/d的處理項(xiàng)目噸水運(yùn)行成本約為17.4元/m3[72]。

另有“混凝沉淀-臭氧氧化”組合方法處理NFC，混凝沉淀工段采用0.2%～0.3%三氯化鐵或鋁鹽混凝劑及0.005%～0.010%高分子絮凝劑，可去除45%～60%的COD；出水進(jìn)行臭氧深度氧化，COD降至1 500 mg/L以下，BOD5與COD比達(dá)0.35～0.45，大幅提高LC可生化性，回流至滲濾液生化處理系統(tǒng)，最終實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放，處理成本約為32元/m3。該工藝在國(guó)內(nèi)外均有穩(wěn)定運(yùn)行案例[73]。有研究開發(fā)了“電氧化-光芬頓”組合工藝處理LC，在經(jīng)歷電氧化處理2 h，UV/Fenton運(yùn)行1.5 h，電催化氧化處理2 h后，LC中COD、氨氮和總氮的去除率可分別達(dá)到97.6%、98.8%和93.5%，系統(tǒng)出水可實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放，噸水處理成本為93.2元/m3[74]。

3.2 膜組合處理工藝

在組合工藝處理LC中，常引入膜分離過(guò)程以強(qiáng)化LC的處理過(guò)程。

維爾利環(huán)保科技集團(tuán)股份有限公司開發(fā)了“膠體分離膜-納濾”工藝對(duì)LC進(jìn)行全量處理，根據(jù)實(shí)際水質(zhì)選擇膜孔徑。處理后產(chǎn)生的高濃廢水回灌、外運(yùn)或焚燒處置，低濃度廢水經(jīng)活性炭過(guò)濾后與納濾清液混合達(dá)標(biāo)排放，產(chǎn)水率可達(dá)85%以上，出水COD一般不會(huì)超過(guò)80 mg/L，應(yīng)用于某500 m3/d全量處理項(xiàng)目時(shí)，最終需進(jìn)行處置的高濃廢水量為9 m3/d，混排水491 m3/d，其中COD在85～95 mg/L[77]。

濟(jì)南市第二生活垃圾綜合處理廠LC處理采用“預(yù)處理-MVR強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)-單效釜蒸發(fā)-反滲透-離子交換”工藝，產(chǎn)水率76%，對(duì)COD、BOD和氨氮等污染物質(zhì)的去除率均可達(dá)99%以上，出水達(dá)標(biāo)排放[78]。成都垃圾滲濾液廠三期處理工藝為“厭氧發(fā)酵-外置式膜生化反應(yīng)器-納濾/反滲透(MBR+NF/RO)”，處理規(guī)模2 000 m3/d，NFC通過(guò)“混凝-高級(jí)氧化”工藝處理達(dá)標(biāo)后排放，ROC進(jìn)入高壓反滲透減量系統(tǒng)減少水量后，通過(guò)浸沒(méi)式燃燒蒸發(fā)技術(shù)處理達(dá)標(biāo)排放[11]。佛山市白石坳生活垃圾填埋場(chǎng)采用“三級(jí)納濾-斜板蒸發(fā)-水泥固化”工藝全量處理300 m3/d的NFC，第一級(jí)納濾產(chǎn)生的再濃液進(jìn)行斜板蒸發(fā)再濃縮后經(jīng)水泥固化進(jìn)行填埋，第一級(jí)清液經(jīng)兩級(jí)納濾后最終實(shí)現(xiàn)294 m3/d達(dá)標(biāo)產(chǎn)水，直接運(yùn)行成本約為89元/m3[79]。

此外，有專利發(fā)明了“化學(xué)軟化-微濾-碟管式反滲透”工藝用于處理垃圾焚燒發(fā)電廠NFC，系統(tǒng)產(chǎn)水率大于90%，可作為冷卻水回用，經(jīng)過(guò)再濃縮的污染物質(zhì)回噴至焚燒爐[80]。“石灰軟化-臭氧氧化-曝氣生物濾池-超濾-反滲透”工藝處理280 m3/h的NFC、ROC時(shí)，反滲透工段最終產(chǎn)生達(dá)標(biāo)回用水210 m3/h，70 m3/h濃水進(jìn)行晾曬蒸發(fā)，流程中超濾膜耐沖擊性強(qiáng)，在一定程度上緩解了反滲透膜污染情況，有效延長(zhǎng)反滲透膜使用壽命[81]。

可見，工程上常組合使用幾種工藝，將其特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)整合以實(shí)現(xiàn)LC的有效處理。部分組合工藝出水可直接達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)或回用標(biāo)準(zhǔn)，也有部分工藝以提高LC可生化性為目的，工藝出水回到生化處理系統(tǒng)，最終實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。

3.3 LC處理方法比選

中國(guó)垃圾填埋場(chǎng)的LC處理主要以回灌為主，但回灌過(guò)程僅實(shí)現(xiàn)了污染物的轉(zhuǎn)移，且對(duì)滲濾液處理系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性具有潛在風(fēng)險(xiǎn)，回灌處理LC的技術(shù)升級(jí)和替代工作勢(shì)在必行；物理方法如蒸發(fā)也僅僅實(shí)現(xiàn)了LC的減量，污染物去除效果不佳；隨著中國(guó)垃圾焚燒比例的增加，焚燒處理成為目前垃圾焚燒廠產(chǎn)生LC中污染物減量和去除的主流技術(shù)，填埋場(chǎng)產(chǎn)生LC的焚燒受限于焚燒裝置的遠(yuǎn)近，如需長(zhǎng)距離外運(yùn)將額外增加運(yùn)行成本；絮凝沉淀和高級(jí)氧化方法都可對(duì)LC中有機(jī)污染物進(jìn)行去除，但無(wú)法降低鹽度，可考慮作為L(zhǎng)C處理單元之一和其他工藝進(jìn)行組合聯(lián)用；膜分離過(guò)程使LC的處理依然存在濃液等二次污染問(wèn)題。

表5比較了回灌法、物理處理法(蒸發(fā)法)、化學(xué)處理法(焚燒、高級(jí)氧化和超臨界水氧化法)、物化處理法(絮凝沉淀、吸附、膜分離和固化穩(wěn)定化處理)和組合工藝(無(wú)膜和膜工藝)等不同方法在LC處理中的效能、現(xiàn)存問(wèn)題、能耗成本及技術(shù)發(fā)展階段。

表5 不同LC處理方法比較

結(jié)合各種工藝的實(shí)際應(yīng)用工程情況，總結(jié)了不同條件下產(chǎn)生LC的處理工藝路線(圖1)。在實(shí)際應(yīng)用中，宜多采用不同技術(shù)組合的方式，發(fā)揮各自技術(shù)優(yōu)勢(shì)，基于高效能、低成本、可操作性強(qiáng)、長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的原則實(shí)現(xiàn)LC達(dá)標(biāo)排放和妥善處置。

圖1 不同LC處理工藝路線

4 總結(jié)與展望

本文基于垃圾滲濾液膜濾濃縮液處理的基本原理，系統(tǒng)地評(píng)述了用于LC處理的回灌法、物理處理法(浸沒(méi)燃燒蒸發(fā)法和機(jī)械式蒸汽再壓縮處理法)、化學(xué)處理法(焚燒、高級(jí)氧化和超臨界水氧化法)、物化處理法(絮凝沉淀、吸附、膜分離和固化穩(wěn)定化處理)等單元工藝和無(wú)膜/有膜等組合工藝的處理對(duì)象、適用條件、去除效能和運(yùn)行成本及技術(shù)發(fā)展階段等。結(jié)合各種工藝的技術(shù)或經(jīng)濟(jì)可行性，并考慮到工程穩(wěn)定運(yùn)行和實(shí)際應(yīng)用可操作性等情況，總結(jié)了適用于不同條件下所產(chǎn)生LC的處理工藝技術(shù)路線。

回灌法由于低成本、易操作等優(yōu)勢(shì)廣泛應(yīng)用，但回灌只能延緩和改變污染方式，不能妥善解決LC帶來(lái)的污染，后期應(yīng)持續(xù)關(guān)注回灌對(duì)整個(gè)垃圾填埋系統(tǒng)運(yùn)行的影響。蒸發(fā)方法減量效果好，但成本較高，應(yīng)不斷對(duì)其進(jìn)行工藝改良研究。物理法處理LC雖有一定效果，工程上多有應(yīng)用，但應(yīng)持續(xù)關(guān)注從LC中分離出污染物的安全處置。多數(shù)化學(xué)法及物化法能夠使污染物氧化或礦化，將其有效去除，從根本上消除二次污染的可能性，但很多處理方法仍處于實(shí)驗(yàn)研究階段，運(yùn)行成本高，能耗和藥劑消耗大，部分方法距投入實(shí)際應(yīng)用還有一定差距。具備焚燒裝置的地區(qū)目前多采用焚燒法處理LC，但需研究回噴比對(duì)焚燒溫度的影響，同時(shí)做好爐膛防腐蝕措施，延長(zhǎng)焚燒爐壽命；對(duì)于可高效去除LC中有機(jī)物的高級(jí)氧化法，未來(lái)應(yīng)加強(qiáng)中試乃至工程試驗(yàn)研究，并評(píng)估其運(yùn)行成本與工藝系統(tǒng)穩(wěn)定性。在實(shí)際工程應(yīng)用中，可選擇將物理、化學(xué)、物化方法與膜組合用于LC處理，但應(yīng)分析各組合工藝各單元的具體適用邊界條件，根據(jù)LC處理規(guī)模、待處理LC水質(zhì)情況、處理工藝和運(yùn)行成本等優(yōu)化有關(guān)工藝參數(shù)，使LC在低成本運(yùn)行狀態(tài)下出水直接達(dá)標(biāo)排放或與滲濾液混合后再生化處理。