垃圾滲濾液處理與清潔焚燒技術

梅 懿，馬嵐婷，2，屈撐囤，2，3

（1.西安石油大學，陜西西安 710065；2.陜西省油氣田環境污染控制技術與儲層保護重點實驗室，陜西西安 710065；3.石油石化污染控制與處理國家重點實驗室，北京 102206）

近年來，隨著我國城市化進程的不斷加快，城市生活產生的生活垃圾年均增長率達到8%～10%。2020年，全國生活垃圾清運量達到2.35×108t。預計2030 年生活垃圾清運量將突破4×108t，2050 年將突破5×108t。生活垃圾處理處置問題日益突出[1]。與堆肥法與焚燒處理法相比，衛生填埋具有處理量大、投資成本和運營成本相對較低，還可以對垃圾二次污染進行有效控制的特征，因此被廣泛應用。生活垃圾填埋率在中國、英國和美國城市分別為95%、88%、75%，因此垃圾滲濾液產生量逐年增大[2-3]。垃圾滲濾液色度深、有難聞氣味和難降解有機物、水質組分復雜、氨氮和重金屬含量偏高、生物降解性能差，若未經過有效的處理外排環境，將會對地表水、地下水、土壤產生污染[4]。因此國內的研究院所和相關企業對其開展了深入研究，形成了Fenton 法、IOC-A/O-UF/NF/RO 組合工藝等五種垃圾滲濾液的處理方法，并在多個城市得到成功應用。

垃圾滲濾液又被稱作滲瀝水或者浸出液，主要來源有從降雨、降雪、灌溉水、地表水流動以及地下水浸入等是垃圾堆放或填埋過程中經過地下水或地表水浸泡、發酵后被雨水沖刷后濾出的污水[5]。垃圾滲濾液成分復雜且水質變化大，其中含有大量的細菌、病毒、寄生蟲、有機物和氨氮等有害物質，其降解能力隨填埋時間的增加而降低，金屬離子含量相對較低，流量小且不均勻，污染濃度高，對環境污染嚴重，甚至危害人體健康。

1 垃圾滲濾液處理方法

1.1 Fenton 法處理工藝

高級氧化技術是通過物理化學過程（聲、光、電、磁）與化學氧化劑相互反應，產生羥基自由基（·OH）并使濃縮液中的有機物分解為CO2和H2O 的過程。Fenton 法是在酸性條件下，H2O2與Fe2+混合產生氧化強的·OH（式1），使難降解的有機物被快速氧化[6]（式2）。該方法環境友好、成本低、操作簡單[7]，被廣泛應用于高濃度有機廢水的處理過程。

在Fenton 反應中有Fe（OH）3膠體生成，使Fenton反應具有吸附和絮凝等功能[8]。Fenton 試劑還具有除去污染物的氧化作用。

Fenton 方法可分為均相法和非均相法。均相法處理有機污染物最佳pH 值在2～4，其主要影響因素是pH 和Fenton 試劑的比例和用量。DANTAS 等[9]發現當H2O2/Fe2+摩爾比和氧化Fe2+分別為9 g/L、12 g/L，沉淀、氧化和絮凝時間分別為15 min、30 min 和10 min時，垃圾滲濾液處理后COD 由16.3 g/L 降低至6.0 g/L。

為了克服均相Fenton 法pH 過低的局限性，可以加入零價鐵并將其負載于載體上，避免含鐵污泥的產生。LIAO 等[10]以垃圾滲濾液及雙酚A（BPA）作為目標污染物進行處理研究，采用FeMgAl 層狀雙水滑石的非均相Fenton 法，處理后雙酚A 由1 mg/L 降低至0.1 mg/L，降解率達到90%以上。

除傳統Fenton 法外，還開發了將超聲波、紫外光、電能等能源聯合使用的復合式拓展Fenton 法，輔助Fenton 法處理垃圾滲濾液[11]。ZHA 等[12]用光-Fenton 法處理垃圾滲濾液后再經超聲波處理時，發現當在Fe2+存在時，處理后的垃圾滲濾液TOC 去除率更高。初始濃度為600 mg/L 的垃圾滲濾液，經過處理后COD、BOD5、TOC 的去除率分別為79.6%、58.2%、68.3%。

1.2 IOC-A/O-UF/NF/RO 組合工藝處理工藝

目前，采用傳統單一的滲濾液工藝難以滿足污水的排放，需要在廢水預處理+生物處理后添加深度處理裝置。經綜合處理后，其水質達到GB/T 19923—2005《城市污水再生利用工業用水水質》中的敞開式循環冷卻水系統的相關補水水質要求，并且處理費用只有28.08 元/立方米[13]。本工藝主要包括IOC 厭氧反應器、好氧和缺氧（A/O）系統、超濾（UF）系統、納濾（NF）系統、反滲透（RO）系統，屬于一種綜合處理工藝，MBR 工藝是一種很好的去除有機物和總氮的工藝，出水后需要經過NF 和RO 兩種工藝，以確保最終出水的質量達到要求。通過實際應用，發現處理后的廢水TP 去除率為99.98%，TN 為99.24%，NH3-N 為99.98%，COD 為99.99%，TP、TN、NH3-N、COD 出水相應的各項指標為0.014 mg/L、12.4 mg/L、0.24 mg/L 及4.6 mg/L[14]。

1.3 Fe/C 微電解－Fenton 氧化聯合處理工藝

微電解技術是以廢水為電解質，加入鐵屑（或鋁粉）和碳組成若干微小原電池，再經氧化、絮凝、吸附、置換等化學反應，以實現對水中污染物的有效去除[15-16]。鐵質微電解反應機理見（3）～（5）式[17]：

本方法對抗生素廢水進行處理后，廢水的COD、色度去除率分別為99.73%和99.93%，出水的COD≤50 mg/L[18-19]。

1.4 臭氧氧化-曝氣生物濾池聯合處理工藝

臭氧氧化技術原理是臭氧在不同催化劑下可以產生羥基自由基（·OH）的一種高級氧化技術，臭氧在水中可以發生以下反應[20-21]：O3→O+O2，O+H2O→2·OH，臭氧（具有很強的氧化性）氧化還原電位為2.07 V，僅次于氟。曝氣生物濾池（BAF）原理是在預處理強化的基礎上以附著生長的生物膜和顆粒填料為主要介質，利用生物代謝作用、絮凝作用、物理過濾和生物膜物理吸附作用，并利用生物濾池中食物鏈的分級捕食作用，達到脫除污染物的目的。因此兩者聯合，在污水預處理中一直受到關注。

采用兩種方法聯合處理對廢水進行深度處理，當水力負荷為0.25 m3/（m3·h）和臭氧投加量為150 mg/L時，聯合處理工藝最終出水NH3-N 低于8 mg/L，COD低于80 mg/L，NH3-N 和COD 的去除率分別達到了91.4%和54.9%，與單獨使用BAF 處理相比，水質有明顯提升[22]，且水質優于GB 16889—2008《生活垃圾填埋污染控制標準》的要求。

1.5 混凝/水力空化強化二氧化氯聯合處理工藝

混凝-水力空化（HC）/二氧化氯（ClO2）的組合工藝，首先采用混凝預處理可大幅度減少污水中的COD和有機負荷，然后再采用HC/ClO2對滲濾液中的有機物進行降解，從而在較低的處理費用下實現污染物的高去除率[23]。

混凝預處理過程可通過包裹和吸附等去除部分COD，經絮凝處理后再采用ClO2、水力空化、水力空化聯合ClO2三種方式對垃圾滲濾液進行處理。當pH 值在4～8 時，單獨使用ClO2能使復雜、難降解的有機分子被氧化為簡單的次級鏈烴分子，提高污水可生化性并降低生物毒性。單獨的水力空化裝置在孔板的開孔率、布孔方式分別為0.043 9 和環狀布孔時，最終出水COD 去除率為83.58%[24]。

2 清潔焚燒

利用焚燒法處理垃圾濃縮液主要思想是在高溫環境下對廢液進行徹底的無害化及減量化處理，在高溫環境下廢液蒸發，其中的有機物燃燒放熱，水分變成水蒸氣，無機鹽轉變成飛灰，尾氣經過凈化后達標排放[25-26]。垃圾滲濾液在高溫燃燒時，廢液中的有機物會釋放出熱[27]。由于垃圾滲濾液含水率高、熱值低，在燃燒前為了提高其熱值，應先采取蒸發或萃取的方式進行濃縮處理。焚燒時會產生HX 等酸性氣體、NOx和SOx等，應對煙氣進行凈化，同時可以通過控制燃燒溫度、濕法除塵器或添加活性炭吸附劑來減少二噁英的生成[28]。趙曉峰[29]采用空氣壓縮技術將濃縮的垃圾滲濾液霧化直接噴入爐膛內進行焚燒。利用滲濾液回噴技術處理垃圾滲濾液，此工藝系統運行可靠且操作方便，抗負荷波動能力突出，二次排放的污水減少，運行費用低廉。垃圾焚燒產生的部分余熱也可用來發電，或者在冬天進行供暖、制冷或垃圾干燥處理等。晉江市垃圾焚燒發電廠在一期工程建成后，已經安全運作250 d 并累計處理垃圾14.3×104t，且累計發電量為4 128.57×104kW[30]，減少了煤炭等燃料用量。垃圾焚燒后產生的底灰現在也可進行資源化利用，其作用途徑主要是瀝青路面、混凝土和水泥的替代骨料，馬路路堤以及地基填充材料，垃圾天面層覆蓋土料以及海洋建筑工程材料等[31]。

3 結論與展望

（1）Fenton 氧化法是一種簡單、適宜的方法，在垃圾滲濾液中可以將大分子污染物降解成小分子物質或徹底去除，但單一的處理方法往往達不到預期效果。

（2）聯合處理工藝已成為垃圾滲濾液研究和應用技術的熱點，氧化降解、生物處理與膜處理等多個處理單元的優化組合可有效提高處理效率與效果，大幅度降低出水COD、BOD。

（3）垃圾滲濾液處理過程的熱回收與再利用、提高熱回收利用率也是垃圾滲濾液處理的發展趨勢之一。