膜法與高級氧化法處理垃圾滲瀝液的對比分析

黃格，孫建亭，鄭威，呂磊磊，劉思源

（武漢環投千子山環境產業有限公司，湖北武漢 430000）

垃圾滲瀝液是指垃圾在填埋和堆放過程中，垃圾分解后產生的內源水與外來水分（包括降水、地表水、地下水滲入）所形成的一種高濃度有機或無機液體。由于目前我國垃圾分類不徹底，滲瀝液中污染物成分異常復雜。我國垃圾滲瀝液的主要特征有。（1）有機污染物濃度高，COD一般在5 000～60 000 mg/L，BOD5平均濃度多為2 000～15 000 mg/L，受垃圾成分、季節和降雨等因素影響較大。（2）隨填埋年限增加，滲瀝液COD、BOD5下降而氨氮升高，可生化性降低，老齡填埋場的滲瀝液氨氮可高達3 500 mg/L，給生化處理工藝帶來挑戰，如表1所示。（3）營養元素比例失衡，滲瀝液中NH3-N濃度高，而磷元素缺乏。根據對國內部分大中型填埋場的水質調查結果，在相當長的一段時間內滲瀝液的NH3-N保持在700～2 500 mg/L的高濃度，如表2所示。高濃度的NH3-N將降低脫氫酶活性，抑制微生物脫氮反硝化過程，使碳源嚴重不足。

表1 垃圾填埋場滲瀝液隨時間增長可生化性變化情況

表2 不同時期垃圾滲瀝液的水質參數

綜上所述，垃圾填埋產生的滲瀝液水質成分復雜多變，在實際工程應用中較難預測和控制，這些都將給滲瀝液處理的調試和運行管理帶來很多技術難題。

1 國內外滲瀝液處理對比

1.1 我國對滲瀝液的處理要求

根據國家和地方相關規范的要求，目前全國的生活垃圾處置單位滲瀝液都要求有效處理后達標排放。2008年7月1日實施的《生活垃圾填埋場污染控制標準》（GB 16889—2008），對生活垃圾填埋場水污染物排放質量濃度限值作出明確規定，《生活垃圾填埋場滲濾液處理工程技術規范（試行）》（HJ 564—2010）和《生活垃圾滲瀝液處理技術規范》（CJJ 150—2010）也分別于2010年4月1日和2011年1月1日實施。隨著國家對環保事業的重視，近幾年一系列相關政策及標準密集出臺，如2022年2月28日，生態環境部辦公廳發布了《關于公開征求國家標準〈生活垃圾填埋場污染控制標準（征求意見稿）〉意見的通知》。

1.2 國內外排放要求

縱觀全球，不同國家對垃圾滲瀝液的處理要求也不一樣，不同國家對滲瀝液的排放要求如表3所示。

表3 不同國家對填埋場滲瀝液排放方式的要求

2 “MBR+NF+RO”處理技術及存在問題

2.1 國內垃圾滲瀝液處理技術現狀

國內目前普遍采用的是“MBR+NF+RO”膜組合工藝（即膜生物反應器-納濾-反滲透處理工藝），以膜過濾法為核心的技術主導了國內垃圾滲瀝液處理市場，“十三五”期間新建垃圾滲瀝液處理廠或老舊垃圾滲瀝液處理廠的擴容改造大都使用了該工藝[1]。和傳統生化方式相比，MBR系統提高了處理過程中的污泥濃度，使水力停留時間和污泥停留時間分離，可以對滲瀝液中的污染物質進行充分的降解，同時可以實現完全的硝化-反硝化，從而獲得可靠、穩定的出水指標。

“MBR+NF+RO”滲瀝液處理系統主要由五部分組成，包括預處理系統、MBR生化處理系統、深度處理系統（納濾、反滲透）、除臭系統及剩余污泥、濃縮液處理系統，此外還有冷卻和加藥等其他輔助系統[2]。如圖1所示，其主要處理流程及作用機理為。（1）滲瀝液收集至滲瀝液調節池，調節池的主要功能為調節水量和水質。（2）調節池滲瀝液經過提升泵送至生化處理反硝化池，反硝化池與硝化池通過液位差把經反硝化池處理后的污染物送入硝化池，同時硝化池通過回流泵把硝化液回流至反硝化池，形成生化系統的閉環循環處理系統，對垃圾滲瀝液中污染物進行生物降解和除磷、脫氮。（3）生化池出水進入外置式管式超濾膜系統，管式膜主要功能為泥水分離。通過膜的截留作用可使兩級A/O+UF（超濾）處理系統中的污泥濃度超過15 g/L，并延長污泥泥齡，從而使硝化自養菌在池內得到有效生長，同時經過不斷馴化微生物菌群，提高對滲瀝液中難生物降解有機物的降解[3]。（4）膜深度處理系統由NF和RO構成，納濾與反滲透產生的濃縮液進入濃縮液處理池，通過DTRO（碟管式反滲透）系統進行減量后回灌填埋區處理或MVR（機械蒸汽再壓縮）蒸發處理。表4為國內某垃圾滲瀝液處理項目“MBR+NF+RO”組合工藝各工藝單元去除效果。

圖1 常見“MBR+NF+RO”膜組合工藝流程圖

表4 某項目“MBR+NF+RO”膜組合工藝各工藝單元去除效果

2.2 存在的問題

當前，很多城市都有垃圾滲瀝液積存的情況，垃圾滲瀝液生化處理后采取的核心工藝是膜深度處理技術（兩級DTRO、STRO、NF、RO等），普遍存在以下問題：

（1）垃圾滲瀝液膜法處理工程項目普遍存在投資大、運行費用高、出水率低、易污堵等問題，投資為10萬～12萬元/噸，運行費用為80～120元/噸，出水率為進水量的60%左右。

（2）垃圾滲瀝液膜法處理過程產生大量的濃縮液(進水量的40%～50%)，富集濃度較高的難降解有機物、鹽分和重金屬等，目前處理的主要技術手段是高級氧化、回灌調節池、回噴焚燒爐、蒸發濃縮、煙氣處理石灰制漿，如圖2所示[4]。回灌法是MBR處理工藝常見的濃縮液處理方式之一，經過長期循環會導致鹽分的累積，生化系統會因為高鹽分而崩潰，同時高電導的污水不利于膜系統的正常運行，運行成本增加；而蒸發濃縮和焚燒存在能耗較高、設備腐蝕和結垢嚴重、二次污染及環境安全風險等問題。

圖2 常見滲瀝液膜濃縮液處理方式

3 “MBR+高級氧化”處理工藝

“MBR+高級氧化”是一種采用高效多維催化氧化和電催化高級氧化技術的組合工藝（如圖3和圖4）。MBR生化系統經外置式MBR超濾膜出水進入高效多維催化氧化系統，高效多維催化氧化是一種以H2O2為氧化劑、以Fe2+為催化劑的均相催化氧化法，反應中產生的羥基自由基迅速且無選擇性地氧化廢水中的污染物，使大分子有機物分解甚至完全礦化，同時通過固液分離還能去除廢水中的重金屬，可代替目前國內主流滲瀝液處理工藝段中NF+RO工藝段[5]。

圖3 高效多維催化氧化系統工藝流程圖

圖4 電催化系統工藝流程圖

高效多維催化氧化固液分離后的清液進入電催化反應器，通過DSA陽極直接降解有機物或陽極反應產生羥基自由基、臭氧等氧化劑降解有機物，以及由此而引起的一系列的化學反應、電化學過程或物理過程，達到污染物降解轉化的目的。這種反應器設備相對簡單，占地面積小，操作維護費用較低，能有效避免二次污染，而且反應可控程度高，便于實現工業自動化，被稱為“環境友好”技術。

武漢市某垃圾滲瀝液處理系統采用“MBR+高效多維催化氧化+電催化”工藝進行處理，連續運行試驗表明處理后水質可穩定達到《生活垃圾填埋場污染控制標準》（GB 16889—2008）排放要求，同時無濃縮液產生，如表5所示。

表5 武漢某垃圾滲瀝液處理系統超濾出水電催化實驗結果

4 “MBR+NF+RO”和“MBR+高級氧化”工藝對比

結合國內外現有工程案例，對“MBR+NF+RO”工藝[6]和“MBR+高級氧化組合”工藝[7]進行投資、運行成本及優缺點方面的對比，如表6所示。兩種工藝在噸水投資上的差別不大，但“MBR+NF+RO”工藝需進行濃縮液的蒸發結晶，大大增加運行成本，綜合成本約240元/噸。而“MBR+高級氧化”工藝無需濃縮液處置，其綜合處理成本可降至約110元/噸，有顯著的競爭優勢。另外，“MBR+高級氧化”具有工藝抗沖擊負荷能力更強，占地面積更小等優勢。

表6 兩種典型工藝路線優缺點對比分析表

5 結論

垃圾填埋場滲瀝液的有效處理是保證垃圾填埋場長期、安全、穩定運行的關鍵。滲瀝液處理技術的發展趨勢是盡量不造成二次污染，若采用“MBR+NF+RO”的工藝，不能從根本上避免污染物累積問題，且因為沒有改變污染物性質，產生的濃縮液回灌填埋場會導致滲瀝液電導率升高，碳氮比失調，膜深度處理工藝結垢嚴重，出水率下降；若采用蒸發法處理濃縮液，本質上是污染物轉移，還容易導致蒸發器管束結垢、堵塞、腐蝕，運行和投資成本較高。隨著污水治理技術的革新和相應技術的成熟，垃圾滲瀝液處理的主導工藝應由“生化+膜系統+蒸發”等工藝轉變為“生化+高級氧化”技術，從根本上實現滲瀝液零排放的工藝技術要求。