垃圾焚烧渗滤液处理工艺研究进展

官桐乐，刘永红，贺超，王宁

(1.西安工程大学 环境与化学工程学院，陕西 西安 710048；2.陕西科技大学 环境科学与工程学院，陕西 西安 710016)

随着我国社会的快速发展和人民生活质量的提高，城市生活垃圾产生量近年来迅速增加。截至2020年[1]，我国城市垃圾年产生量已高达24 206万t， 其中有12 174万t垃圾通过垃圾焚烧发电厂发电的方式进行资源化再利用。垃圾焚烧发电技术已逐渐取代传统的卫生填埋，成为未来垃圾处置的主流工艺之一。

城市生活垃圾在堆贮期间产生的渗滤液因其高浓度、高污染等[2]特点一直是垃圾焚烧处置系统的主要难题，如何对其进行有效处理备受国内外学者关注[3-5]。近年来我国垃圾渗滤液处理技术主要以生物处理和膜处理工艺为主。生物处理成本低，但对渗滤液这类高浓度废水而言，需大量稀释水降低负荷后进行处理，进而增加经济成本。膜处理效率高，但其运行成本高，且经过膜过滤后的浓缩液处置又是一大难题。

本文通过文献分析，对比不同处理工艺在垃圾焚烧渗滤液处理方面的优缺点，结合焚烧发电厂渗滤液的特点探究渗滤液处理技术的发展趋势，为相关工艺研究和技术开发提供参考。

1 垃圾焚烧渗滤液的来源及特性

城市垃圾焚烧(Minicipal solid wastes incineration,MSWI)渗滤液主要来源于垃圾本身所含水分以及为提高其热值而在储坑堆贮期间所产生的超高浓度有机废水，大约在20 000～80 000 mg/L之间，氨氮值也可达到2 000 mg/L以上，远超一般工业废水。由于新鲜生活垃圾的含水量较高，国内垃圾焚烧厂在焚烧前通常会在储坑中堆积3～5 d以上，在此期间产生的渗滤液可达到生活垃圾总量的12%～23%[6]。

MSWI渗滤液组成复杂，通常含有大量有机物、高浓度含氮化合物和少量重金属等。相关研究发现[7]，MSWI渗滤液中共检测出76种有机物，其中烷烃烯烃卤代烃类11种、酸类6种、酚类5种、醇类8种、酯类12种、酮类9种、胺类6种、芳烃类8种，杂环类11种。城市生活垃圾因为在焚烧厂仓贮时间较短，垃圾未能充分厌氧，渗滤液中含有高浓度的氨氮[8]。同时生活垃圾中含有一定量的重金属，在储藏、处理和利用过程中会使得其中的重金属浸滤出来。

与垃圾填埋场渗滤液不同，MSWI渗滤液中高浓度有机物只经过短暂时间的厌氧发酵，所产生的挥发性脂肪酸还未进一步降解，所以B/C(BOD5/COD)值可达0.5以上，可生化性好[9-10]。我国MSWI渗滤液在特殊情况下COD高达100 000 mg/L以上，BOD5大约在1 000～50 000 mg/L之间。同时氨氮浓度可高达2 000 mg/L以上，在厌氧生物降解过程中含氮有机物由于脱氨基等作用会进一步提高MSWI渗滤液氨氮浓度[11]。

垃圾焚烧渗滤液pH在4～6之间，由于腐殖质等有机物的影响，渗滤液呈棕黄色或黄褐色，并有强烈恶臭味。

2 垃圾焚烧渗滤液处理技术现状

发达国家垃圾分类处置较好，垃圾含水率低，污染物浓度远低于我国，MSWI渗滤液一般采用生化处理后回喷到焚烧炉中处理，故发达国家对MSWI渗滤液处置研究相对较少。

当前我国垃圾渗滤液产生量逐年迅速增加，渗滤液处理技术日渐成熟，主要可分为预处理、常规处理与深度处理三部分。预处理和深度处理主要采用物化处理工艺，常规处理以生物处理为主。

2.1 预处理

焚烧发电厂在仓贮期间会有一些颗粒物随水分溶出，导致MSWI渗滤液的SS含量高，并且高盐度的渗滤液易导致后续设备管路结垢，影响生物处理工艺的去除效果和系统稳定性，故一般焚烧电厂需要对渗滤液进行预处理以提高生物去除率。目前预处理主要是以物化处理为主，采用最多的是混凝沉淀法和氨吹脱法。

2.1.1 混凝沉淀法 混凝沉淀法对水体中的色度、浊度以及SS都有良好的去除效率，通常作为垃圾渗滤液的预处理。白伟坤[12]采用混凝-磷酸铵镁沉淀法处理垃圾渗滤液，COD去除率达到54.29%，氨氮去除率达到87.01%，有效地降低了氨氮对后续生物处理的抑制作用同时降低了后续生物处理负荷。贾泽清[13]采用FeSO4·7H2O+PAM复合混凝剂对武汉某垃圾焚烧厂的垃圾渗滤液进行了预处理，结果表明：在不同投药量下，对渗滤液中悬浮物去除率可达到90%以上，总硬度去除率达到65%以上，COD去除率达到20%以上。

2.1.2 氨吹脱法 氨吹脱法能有效降低废水中的氨氮，很适合处理MSWI渗滤液这类高氨氮废水。张鸣[14]研究了氨吹脱预处理对垃圾焚烧发电厂渗滤液生物处理的影响，结果表明在吹脱塔运行期间，氨氮及总氮去除率分别为 53.8%，40%，后续厌氧处理COD去除率达到84%，对比不进行氨吹脱的厌氧处理，COD去除率提高7%。苏东辉等[15]采用氨吹脱+ABR+两级A/O的复合MBR组合工艺对浙江某垃圾焚烧发电厂渗滤液进行处理，氨氮平均去除率为81.3%，去除效果明显。

氨吹脱法投资较低、占地面积小、能降低MSWI渗滤液的氨氮值，减小后续工艺压力，提高去除率，但因需不断加药调节pH故运行费用较高。

2.2 生物处理

焚烧发电厂渗滤液B/C值>0.5，可生化性好，适宜生物处理工艺。一般发电厂多采用厌氧处理、好氧处理以及其组合工艺处理MSWI渗滤液。

2.2.1 厌氧处理 厌氧生物反应器能有效地减少有机污染物，不需要曝气、运行费用低且能产生可再生能源，对水质的要求较低，且具有较高的有机负荷，已被广泛用于处理高浓度有机废水[16]。

Jiexu Ye等[17]采用UASB反应器对焚烧厂新鲜渗滤液进行处理，结果表明：当反应器进水有机负荷率(Organic loading rate,OLR)达到12.5 kg COD/(m3·d)(COD高达70 390～75 480 mg/L)时，COD去除率可达到82.4%以上。李红莲[18]采用UBF厌氧生物滤池处理MSWI渗滤液，进水COD浓度为36 096～51 820 mg/L，经过UBF处理后出水COD在6 503～10 496 mg/L之间，平均去除率为80.5%。厌氧处理对废水中的COD有良好的去除率，但对氨氮、总氮和总磷去除效果不明显。

2.2.2 好氧处理 好氧处理工艺操作简单、去除效率高、启动周期短，已被广泛用于MSWI渗滤液的处理。黄志聪等[19]采用A/O-两级Fenton-BAF工艺对广东某垃圾焚烧发电厂渗滤液处理系统进行改造。当总回流比为1∶2时，生化处理出水COD及平均出水氨氮去除率均可达到95%以上。李海青等[7]对生活垃圾焚烧厂渗滤液处理过程进行研究，结果表明：好氧阶段氨氮和总氮去除率分别达到89.0%，78.6%，由于好氧微生物的代谢作用，COD、BOD5去除率达到65%以上，TOC去除率达到77%。

好氧处理对大部分有机物都能有效去除，但其有机负荷易受DO、pH等的影响，不宜直接用于处理MSWI渗滤液。

2.2.3 MBR工艺 厌氧和好氧处理工艺可以有效地去除废水中污染物，但出水水质难以达到处理要求，MBR工艺以超滤系统代替传统的二沉池，占地面积小、出水水质好且能提高生物可降解性[20]。

康广凤等[21]采用厌氧+两级AO+外置式MBR+纳滤+反渗透工艺对山东某地生活垃圾焚烧厂渗滤液进行处理，经处理后出水COD≤60 mg/L、总氮≤20 mg/L、氨氮≤8 mg/L，处理效果显著。李志华等[22]采用预处理/厌氧/MBR/NF/RO处理垃圾焚烧厂产生的渗滤液，经系统处理后，出水COD<60 mg/L，氨氮<1 mg/L，出水可直接回用于焚烧厂循环冷却水。

MBR工艺产生的浓缩液占原水的20%左右[23]。这部分浓缩液污染物浓度更高，更难处理。同时MBR工艺处理成本较高，且因为浓差极化现象容易造成膜污染，并不适合作为垃圾渗滤液处理的单一工艺[24]。

当今国内焚烧发电厂多采用厌氧好氧相结合的工艺来处理MSWI渗滤液，既节约了处理成本，又能降低后续工段的处理压力。

2.2.5 脱氮工艺 MSWI渗滤液因其高氨氮的特点，生化出水中的氨氮和TN往往难以达到排放标准，限制了生物处理工艺在MSWI渗滤液处理方面的应用。目前短程硝化反硝化技术因其具有节约能耗、碳源投加量、投碱量及减小反应池容积等特点，在处理垃圾渗滤液领域应用前景广阔[28]。

2.3 深度处理

深度处理对可生化性差的渗滤液处理效果显著，且出水水质稳定，但处理成本较高[32]。目前深度处理工艺主要有高级氧化法、混凝吸附法和膜分离技术等。

2.3.1 高级氧化法 高级氧化法主要通过羟基自由基来降解废水中的有机污染物，且能有效提高废水的可生化性。邱家洲等[33]对上海某垃圾焚烧厂的垃圾渗滤液MBR出水采用混凝/高级氧化技术(Advanced Oxidation Process,AOP)组合处理。经过处理后B/C值从0.019最高升至0.266，总COD去除率为87.6%。刘骁飏[34]采用循环式O3-BAF工艺深度去除垃圾焚烧渗滤液二级生物处理出水，保持BAF的HRT为7 h，则在128 mg O3/L臭氧用量下出水COD浓度可稳定低于100 mg/L。

2.3.2 混凝吸附法 在实际应用中，经常采用混凝吸附耦合高级氧化来深度处理垃圾焚烧渗滤液生化池出水。周思敏等[35]采用混凝耦合紫外活化过硫酸盐(UV/PS)工艺对渗滤液生化出水深度处理，可以有效降低垃圾渗滤液生化出水的COD、总有机碳(TOC)和色度，其中色度去除率最高可达到92.8%左右。李树德[36]选用PAC和水泥混合混凝处理垃圾渗滤液时，仅投加5 g/L水泥和0.25 g/L PAC，出水COD浓度即可由390 mg/L降至250 mg/L，处理每吨垃圾渗滤液出水的成本仅为1.78元/t。

2.3.3 膜分离技术 膜分离技术主要应用于生化出水末端，保证出水水质。李海青等[4]采用好氧-厌氧-MBR系统-纳滤(NF)-反渗透(RO)工艺处理生活垃圾焚烧厂新鲜渗滤液，利用三维荧光光谱和气质联用技术分析各工艺段出水有机物。结果表明：整个处理过程COD、BOD、TOC去除率达到99%以上，其中卤代烃类二氯甲烷、三氯甲烷去除率低于90%。李志华[22]采用预处理+厌氧反应器+MBR+NF+RO组合工艺处理苏州某焚烧厂渗滤液，其中NF系统能有效降低渗滤液色度，RO系统平均脱盐率≥99.5%，成功解决了MSWI渗滤液高盐度的问题。

2.4 其它处理技术

近年来，随着我国垃圾渗滤液处理工艺的不断完善，一些新型处理技术逐渐成为国内外学者的研究方向，其中人工湿地技术备受国内外学者关注。

西方发达国家最先将人工湿地技术应用于垃圾渗滤液处理中。N E等[37]利用人工湿地处理城市垃圾渗滤液，实现COD、氨氮、总氮的平均去除率分别为52%，75%和48%。当前人工湿地技术处理垃圾渗滤液主要分为植物组合强化人工湿地技术和填料组合强化人工湿地技术等。Meky等[38]对照种植植物与不种植植物的人工湿地系统对垃圾渗滤液中COD、营养元素、重金属的去除效果，发现种植植物更有利于渗滤液的处理，其中对重金属的去除效率尤为显著。狄军贞等[39]对比了不同填料组合强化人工湿地技术对垃圾渗滤液的去除效果，发现无烟煤(空气曝气)+沸石+钢渣组合对氨氮的去除效果最好，高达98%。

人工湿地技术能一定程度上去除MSWI渗滤液中的污染物，卫生环保且处理成本低，但人工湿地处理渗滤液容易出现负荷饱和，且MSWI渗滤液中的杂质易堵塞湿地孔隙，导致去除率下降，故国内应用并不广泛。

3 展望

我国现阶段垃圾处置以卫生填埋和焚烧为主，焚烧发电处置是未来垃圾处置的方向之一。但如今焚烧发电厂对垃圾渗滤液的处理过程仍存在问题：新鲜的垃圾焚烧渗滤液浓度高、可生化性好，尤为适合生化处理，但传统的生化处理渗滤液工艺目前还难以达到排放标准。故国内大多数焚烧厂都采用生化处理耦合膜处理工艺，虽去除效果好，但成本高于生化处理，再者膜处理后产生的截留液处理更为困难，进一步增加了处理成本。

针对MSWI渗滤液特点优化现有的生物处理工艺，如大比例循环厌氧工艺、改良型Bardenpho工艺及组合工艺等，采用大比例回流或多线程进水的方式，能有效减少后续工段的处理压力，降低处理成本，将代替膜处理工艺，成为未来垃圾焚烧渗滤液处理技术发展的主要方向之一。