我國生活垃圾填埋場滲瀝液的組合處理工藝*

國瑞峰，尹　　然，許志珍，熊向陽，劉一夫

（1.中國城市建設(shè)研究院有限公司，北京　100120；2.北京市勞動保護科學(xué)研究所職業(yè)安全健康重點實驗室，北京　100054；3.中國城市建設(shè)研究院有限公司環(huán)境工程設(shè)計研究院，北京　100120）

·滲瀝液處理·

我國生活垃圾填埋場滲瀝液的組合處理工藝*

國瑞峰1，尹然1，許志珍2，熊向陽1，劉一夫3

（1.中國城市建設(shè)研究院有限公司，北京100120；2.北京市勞動保護科學(xué)研究所職業(yè)安全健康重點實驗室，北京100054；3.中國城市建設(shè)研究院有限公司環(huán)境工程設(shè)計研究院，北京100120）

介紹了我國生活垃圾填埋場滲瀝液處理工程普遍采用的3種組合處理工藝，即預(yù)處理+生物處理+深度處理、預(yù)處理+兩級碟管式反滲透（DTRO）、預(yù)處理+機械蒸發(fā)+深度處理。通過對其工藝特點的對比分析，探討了生活垃圾填埋場滲瀝液處理工藝的發(fā)展趨勢。

垃圾填埋場；滲瀝液；組合處理工藝；發(fā)展趨勢

生活垃圾填埋場滲瀝液具有組成復(fù)雜、有機污染物濃度高、金屬種類多、氨氮高且變化范圍大、組成和濃度會隨季節(jié)性變化［1］等特點。我國對生活垃圾填埋場滲瀝液處理要求隨著環(huán)境保護要求的不斷提高和水處理技術(shù)的不斷發(fā)展而逐步提升。

2008年，國家環(huán)保部頒布實施了GB 16889—

2008生活垃圾填埋場污染控制標準，該標準進一步提高了生活垃圾填埋場滲瀝液水污染物排放限值。為了配合新國標的執(zhí)行，國家環(huán)保部于2010年3月發(fā)布了HJ 564—2010生活垃圾填埋場滲濾液處理工程技術(shù)規(guī)范（試行），于2010年4月1日實施；國家住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部于2010年7月發(fā)布CJJ

150—2010生活垃圾滲瀝液處理技術(shù)規(guī)范，于2011年1月1日實施。我國垃圾填埋場的滲瀝液處理工藝也隨著新標準的頒布作出相應(yīng)的調(diào)整，以適應(yīng)新標準的污染物排放限值要求。

1　　生活垃圾填埋場滲瀝液的工藝設(shè)計

生活垃圾衛(wèi)生填埋在我國經(jīng)歷了20多年的發(fā)展，填埋場垃圾滲瀝液的處理技術(shù)也從簡單的借鑒生活污水處理工藝發(fā)展到依靠專業(yè)的滲瀝液處理工藝。從我國生活垃圾滲瀝液的水質(zhì)特點分析，目前，應(yīng)用于垃圾滲瀝液的水處理方法主要包括：物化處理法和生物處理法及二者的組合工藝。

物化法處理垃圾滲瀝液具有簡單、直接、效果明顯的特點，廣泛應(yīng)用于垃圾滲瀝液的前處理及深度處理過程中。應(yīng)用于滲瀝液處理的物化法包括混凝、沉淀、吸附、吹脫法、高級氧化法、離子交換法、膜法等［2］，其中，膜技術(shù)是近年來在生活垃圾填埋場滲瀝液處理技術(shù)中應(yīng)用非常廣泛的一種物化處理技術(shù)，膜技術(shù)的應(yīng)用能夠有效地提高處理效率，優(yōu)化出水水質(zhì)。常用的膜技術(shù)包括超濾（UF）、納濾（NF）和反滲透（RO）等。生物法是生活垃圾填埋場滲瀝液處理最常用的一種方法，其運行費用相對較低、處理效率高，不會出現(xiàn)化學(xué)污泥等造成二次污染。生物處理法具體的工藝形式有厭氧生物處理（UASB、IC、UBF、AF等）和好氧生物處理（氧化溝、A/O、SBR等）。

綜合以上處理技術(shù)的特點，結(jié)合填埋場垃圾滲瀝液的特點，尤其是高氨氮和難降解的腐殖酸［3］，單一的處理方法無法實現(xiàn)出水的達標排放。因此，目前，我國滲瀝液處理實際工程中多采用組合處理工藝。

2　　生活垃圾填埋場滲瀝液的組合處理工藝

根據(jù)我國垃圾填埋場滲瀝液處理設(shè)施的具體運行情況和已有的工程經(jīng)驗，工藝設(shè)計中一般應(yīng)優(yōu)先考慮耐沖擊負荷能力和適應(yīng)性強的工藝?，F(xiàn)階段國內(nèi)生活垃圾填埋場滲瀝液處理應(yīng)用較多的組合處理工藝有以下3種：①預(yù)處理+生物處理+深度處理；②預(yù)處理+兩級碟管式反滲透（DTRO）；③預(yù)處理+機械蒸發(fā)+深度處理。

2.1預(yù)處理+生物處理+深度處理

該工藝是HJ 564—2010和CJJ 150—2010推薦的滲瀝液處理常規(guī)工藝路線。

2.1.1預(yù)處理

預(yù)處理的目的是為了優(yōu)化后續(xù)生物處理工藝的進水水質(zhì)，保證其處理效果。根據(jù)目前國內(nèi)運行較好的滲瀝液處理工藝，預(yù)處理多采用厭氧處理工藝和混凝沉淀工藝。

2.1.2生物處理

生活垃圾填埋場滲瀝液生物處理主要實現(xiàn)去除有機物和生物脫氮2大功能，近些年，在實際工程中應(yīng)用較多的生物處理工藝是膜生物反應(yīng)器“反硝化（A）-硝化（O）-超濾（UF）”［4］，即采用超濾取代傳統(tǒng)的二沉池，利用膜的截留作用使微生物完全被截留在生物反應(yīng)器中，實現(xiàn)水力停留時間和污泥齡的完全分離，使生化反應(yīng)器內(nèi)的污泥濃度從

3～5 kg/m3提高到10～15 kg/m3，從而提高了反應(yīng)器的容積負荷，減小反應(yīng)器容積。污泥泥齡的延長，有利于世代期較長的亞硝化菌和硝化菌被保留在反應(yīng)器中，使氨氮得到較充分的硝化，再通過反硝化過程實現(xiàn)生物脫氮。

2.1.3深度處理

膜生物反應(yīng)器（MBR）出水的COD、總氮一般無法達到標準排放限值要求，如難生物降解的及溶解性有機物需要后續(xù)的深度處理措施保障出水水質(zhì)，董天寶等對“厭氧+好氧+MBR+NF+RO”和“預(yù)處理+兩級RO”2種組合處理工藝中不同單元溶解性有機物（DOM）的變化進行了系統(tǒng)分析，研究結(jié)果表明，經(jīng)過厭氧—好氧—MBR處理后大分子的類酪氨酸物質(zhì)被去除，類富里酸和類腐殖酸的復(fù)雜化程度減弱，而類色氨酸、小分子的類富里酸和類腐殖酸物質(zhì)主要依靠后面的NF—RO工藝去除［5］常用的深度處理主要是納濾膜（NF）和反滲透膜（RO）技術(shù)。在實際的工程運用中，納濾和反滲透多采用卷式膜，也有部分工程采用碟管式反滲透膜。

納濾膜和反滲透膜主要作為深度處理工藝用于去除生物處理出水中剩余的有機物和溶解性鹽，保障出水達標排放。實際工程中，納濾膜和反滲透膜的設(shè)計與滲瀝液原水的水質(zhì)有關(guān)，主要依據(jù)生物處理系統(tǒng)的設(shè)計出水水質(zhì)而定，一般情況下，由于滲瀝液水質(zhì)不穩(wěn)定，處理系統(tǒng)需要同時設(shè)計納濾和反滲透系統(tǒng)，二者靈活運用（串聯(lián)、并聯(lián)等），達到最終出水水質(zhì)達標排放的目的。

2.1.4工藝特點

“預(yù)處理+生物處理+深度處理”作為常規(guī)的滲瀝液處理工藝，在我國工程實際中被大量應(yīng)用工藝技術(shù)成熟，處理效果佳，處理成本低［4］。但由于填埋場垃圾滲瀝液水質(zhì)水量波動較大，可生化性也隨著“場齡”的增大而逐年降低，氨氮大幅增加因此，該工藝主要的問題是生化處理系統(tǒng)的運行管理難度較大。另外，該工藝中由于膜系統(tǒng)本身的特點，在產(chǎn)出清水時還會產(chǎn)生含有較高鹽分和污染物的濃縮液，濃縮液中的有機污染物也基本不能作為營養(yǎng)源參與生物反應(yīng)［6］。因此，膜系統(tǒng)產(chǎn)生的濃縮液的處理是目前我國滲瀝液處理的一個難點問題。

2.2預(yù)處理+兩級碟管式反滲透（DTRO）

碟管式膜技術(shù)分為碟管式反滲透（DTRO）和碟管式納濾（DTNF）2大類，是一種專利型膜分離設(shè)備，我國的填埋場垃圾滲瀝液處理中多采用碟管式反滲透系統(tǒng)（DTRO）?！邦A(yù)處理+兩級碟管式反滲透（DTRO）”處理工藝的核心技術(shù)在于碟管式反滲透膜的獨特結(jié)構(gòu)形式。

2.2.1預(yù)處理

該處理工藝的預(yù)處理設(shè)置的主要目的是優(yōu)化后續(xù)碟管式反滲透膜的進水水質(zhì)，保護膜組件的高效運行。滲瀝液中難溶解的鈣、鎂、鋇、硅等無機鹽直接進入到后續(xù)的反滲透系統(tǒng)中被高倍濃縮，當其濃度超過該條件下的溶解度時將會在膜表面產(chǎn)生結(jié)垢現(xiàn)象，影響膜組件的正常運行。根據(jù)實際工程設(shè)計本工藝中預(yù)處理多采用水質(zhì)調(diào)節(jié)和物理截留的方法。

該預(yù)處理工藝也可采用技術(shù)較成熟的混凝、沉淀工藝，尤其是膜系統(tǒng)濃縮液采用“回噴”處理的生活垃圾填埋場，濃縮液中污染物的積累容易導(dǎo)致膜組件操作壓力上升，影響到其正常運行，采用混凝、沉淀工藝能夠更有效地優(yōu)化膜系統(tǒng)的進水水質(zhì)。

2.2.2兩級碟管式反滲透（DTRO）系統(tǒng)

1982年，頗爾水處理有限公司研制成功碟管式反滲透（DTRO）技術(shù)，1988年該公司在德國首次用碟管式反滲透裝置來處理垃圾填埋場產(chǎn)生的滲瀝液，獲得了很大成功［7］。碟管式膜的膜組件構(gòu)造與傳統(tǒng)的卷式膜截然不同，碟管式反滲透系統(tǒng)（DTRO）具有專利的流道設(shè)計形式，能有效避免膜堵塞和濃度極化現(xiàn)象，適應(yīng)更惡劣的進水條件，其前端的預(yù)處理工藝要求也相對簡單。而且，膜組件使用壽命長，組件易于維護，過濾膜片更換費用相對較低（組件內(nèi)部任何單個部件均允許單獨更換）。

由于滲瀝液中含有一定的溶解性氣體，而反滲透膜不能脫除溶解性的氣體，就可能導(dǎo)致反滲透膜產(chǎn)水pH會稍低于排放要求，因此，兩級碟管式反滲透（DTRO）系統(tǒng)后增設(shè)脫氣塔，用于脫除透過液中溶解的酸性氣體調(diào)節(jié)pH后達標排放。

2.2.3工藝特點

“預(yù)處理+兩級碟管式反滲透（DTRO）”處理系統(tǒng)集成度和自動化程度較高，操作方便，占地面積相對常規(guī)處理工藝小。但與常規(guī)處理工藝一樣需要考慮濃縮液的處理處置問題，本工藝屬于單純的物理截留工藝，滲瀝液中的污染物多被截留到濃縮液中，因此濃縮液處理難度更大。

實際工程中，兩級碟管式反滲透也與膜生物處理系統(tǒng)（MBR）組合處理生活垃圾填埋場的滲瀝液，作為生化處理的后續(xù)處理階段保證出水達標排放。

2.3預(yù)處理+機械蒸發(fā)+深度處理

該工藝的主體工藝是采用低能耗的蒸發(fā)器處理滲瀝液，區(qū)別于傳統(tǒng)的物化和生化處理工藝。蒸發(fā)器主要應(yīng)用于化工領(lǐng)域，近些年，在我國的垃圾填埋場滲瀝液處理工程中的應(yīng)用也在逐年增加。

2.3.1預(yù)處理

本工藝根據(jù)采用混凝沉淀法對進入系統(tǒng)的垃圾滲瀝液進行預(yù)處理，目的是盡可能去除垃圾滲瀝液中所含的大量微粒、懸浮物、鈣鎂及膠體，降低此類物質(zhì)進入蒸發(fā)系統(tǒng)濃度，盡量緩解蒸發(fā)系統(tǒng)內(nèi)部加熱管結(jié)垢的問題，確保系統(tǒng)能保持在高效能的狀態(tài)下工作。

2.3.2機械蒸發(fā)裝置

機械蒸發(fā)裝置是該工藝的核心部分，絕大部分污染物通過該裝置去除。其原理是根據(jù)各種物質(zhì)在同一壓力下沸點各不相同的特性進行設(shè)計，通過加熱的方式使物料達到某種溶劑的沸點而從溶液中蒸發(fā)分離出來。蒸發(fā)處理工藝可把滲瀝液濃縮到不足原液體積2%～10%［8］。應(yīng)用于垃圾滲瀝液處理的蒸發(fā)技術(shù)包括浸沒燃燒蒸發(fā)、熱泵蒸發(fā)、閃蒸蒸發(fā)、強制循環(huán)蒸發(fā)、直接噴射燃燒等［9］。目前，生活垃圾填埋場滲瀝液處理采用的蒸發(fā)技術(shù)主要是熱泵蒸發(fā)，該系統(tǒng)輸入的能量來自電能，無需外加蒸汽和冷卻水，系統(tǒng)運行過程中盡量回收排出系統(tǒng)的熱能，最大限度實現(xiàn)能量回收。

由于垃圾滲瀝液的成分復(fù)雜，蒸發(fā)器蒸發(fā)的水分中一般含有揮發(fā)性有機氣體及NH3等，無法直接達標排放，因此需要后續(xù)的深度處理裝置進一步處理。

2.3.3深度處理裝置

蒸發(fā)裝置出水經(jīng)末端深度處理裝置，去除殘留的COD、NH3-N等，保證出水穩(wěn)定達標。常見的深度處理裝置有離子交換、酸堿洗氣、活性炭吸附、高級氧化等裝置。經(jīng)過深度處理后的出水才能達標排放。

2.3.4工藝特點

“預(yù)處理+機械蒸發(fā)+深度處理”工藝應(yīng)用于生活垃圾滲瀝液處理能夠有效解決生物處理受水質(zhì)可生化性的影響較大，膜處理工藝濃縮液處理難度較大的問題，該工藝受水質(zhì)波動的影響較小，集成化、自動化程度較高，占地面積小，水質(zhì)適應(yīng)性較強。但機械蒸發(fā)后的濃液經(jīng)過降低含水率后多采用填埋處理，因此，依然存在填埋庫區(qū)污染物累積的問題。GB16889—2008頒布實施后，我國相繼建成幾座采用機械蒸發(fā)工藝處理填埋場垃圾滲瀝液的處理設(shè)施，運行過程中存在加熱管外部易結(jié)垢、污堵等問題，通過采取定時藥劑洗刷等相關(guān)措施后，問題得到了一定的緩解。

3　3種組合處理工藝的特點及發(fā)展趨勢

3.1工藝特點比較

表1比較了3種常用組合處理工藝的特點和在我國的應(yīng)用情況，可以看出3種組合處理工藝均有自己的特點和不足。在實際工程中，各個生活垃圾填埋場的建設(shè)運行情況不同，設(shè)計過程中需要綜合考慮各種因素進行工藝選擇，但也不局限于以上3種組合處理工藝。

3.2組合處理工藝發(fā)展趨勢

目前，我國填埋場垃圾滲瀝液處理的主要問題是濃縮液處理問題，相關(guān)專業(yè)人員也已經(jīng)開始著手加以解決：一方面尋求經(jīng)濟合理的濃縮液處理方案，另一方面探索不產(chǎn)生濃縮液的新型滲瀝液處理工藝。近些年，市場上針對濃縮液處理的技術(shù)在不斷發(fā)展，但其技術(shù)的可行性和經(jīng)濟性都有待考察、衡量和思考［10］。新型的滲瀝液處理工藝也在不斷研究和發(fā)展過程中，如短程硝化反硝化技術(shù)、高級氧化技術(shù)、微生物燃料電池技術(shù)等［11-17］。

表1　3種組合處理工藝特點

4　　總結(jié)與展望

生活垃圾填埋場滲瀝液水質(zhì)特殊，其處理工藝還未達到成熟的階段。在今后的滲瀝液處理工藝設(shè)計中，應(yīng)該因地制宜，不斷總結(jié)經(jīng)驗和教訓(xùn)，發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，尋求最合理、最經(jīng)濟、最環(huán)保的滲瀝液處理技術(shù)。另外，滲瀝液處理工藝的發(fā)展與每個階段標準規(guī)范的頒布密切相關(guān)，因此，在滲瀝液處理技術(shù)研究發(fā)展的同時，應(yīng)該結(jié)合大量的工程實踐，更加全面合理地思考我國的垃圾填埋場滲瀝液處理相關(guān)標準規(guī)范的合理性、可行性及其與工藝技術(shù)的融合性。

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The Combined Treatment Process of Landfill Leachate in China

Guo Ruifeng1，Yin Ran1，Xu Zhizhen2，Xiong Xiangyang1，Liu Yifu3
（1.China Urban Construction Design&Research Institute Co.Ltd.，Beijing100120；2.Key Laboratory of Occupational Safety and Health，Beijing Municipal Institute of Labor Protection，Beijing100054；3.Environmental Engineering Design and Research Institute，China Urban Construction Design&Research Institute Co.Ltd.，Beijing100120）

Three main combined processes for landfill leachate treatment were introduced，including pretreatment+biotreatment+advanced treatment，pretreatment+two disc-tube reverse osmosis（DTRO），pretreatment+mechanical evaporation+advanced treatment.Through the comparison of the characteristics of these processes，the development trend of the treatment processofdomestic waste landfill leachate wasdiscussed.

landfill；leachate；combined treatment process；developing tendency

X703

A

1005-8206（2016）01-0004-04

國瑞峰（1981—），碩士，工程師，主要從事垃圾滲瀝液工藝設(shè)計。

國家自然科學(xué)基金（51308008）

2015-06-16