垃圾滲濾液處理與清潔焚燒技術(shù)

梅 懿，馬嵐婷，2，屈撐囤，2，3

（1.西安石油大學(xué)，陜西西安 710065；2.陜西省油氣田環(huán)境污染控制技術(shù)與儲(chǔ)層保護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西西安 710065；3.石油石化污染控制與處理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102206）

近年來，隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的不斷加快，城市生活產(chǎn)生的生活垃圾年均增長(zhǎng)率達(dá)到8%～10%。2020年，全國(guó)生活垃圾清運(yùn)量達(dá)到2.35×108t。預(yù)計(jì)2030 年生活垃圾清運(yùn)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(wèi)生填埋具有處理量大、投資成本和運(yùn)營(yíng)成本相對(duì)較低，還可以對(duì)垃圾二次污染進(jìn)行有效控制的特征，因此被廣泛應(yīng)用。生活垃圾填埋率在中國(guó)、英國(guó)和美國(guó)城市分別為95%、88%、75%，因此垃圾滲濾液產(chǎn)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(jī)物、水質(zhì)組分復(fù)雜、氨氮和重金屬含量偏高、生物降解性能差，若未經(jīng)過有效的處理外排環(huán)境，將會(huì)對(duì)地表水、地下水、土壤產(chǎn)生污染[4]。因此國(guó)內(nèi)的研究院所和相關(guān)企業(yè)對(duì)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(gè)城市得到成功應(yīng)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(dòng)以及地下水浸入等是垃圾堆放或填埋過程中經(jīng)過地下水或地表水浸泡、發(fā)酵后被雨水沖刷后濾出的污水[5]。垃圾滲濾液成分復(fù)雜且水質(zhì)變化大，其中含有大量的細(xì)菌、病毒、寄生蟲、有機(jī)物和氨氮等有害物質(zhì)，其降解能力隨填埋時(shí)間的增加而降低，金屬離子含量相對(duì)較低，流量小且不均勻，污染濃度高，對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)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(jí)氧化技術(shù)是通過物理化學(xué)過程（聲、光、電、磁）與化學(xué)氧化劑相互反應(yīng)，產(chǎn)生羥基自由基（·OH）并使?jié)饪s液中的有機(jī)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(chǎn)生氧化強(qiáng)的·OH（式1），使難降解的有機(jī)物被快速氧化[6]（式2）。該方法環(huán)境友好、成本低、操作簡(jiǎn)單[7]，被廣泛應(yīng)用于高濃度有機(jī)廢水的處理過程。

在Fenton 反應(yīng)中有Fe（OH）3膠體生成，使Fenton反應(yīng)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(jī)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(fā)現(xiàn)當(dāng)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(shí)間分別為15 min、30 min 和10 min時(shí)，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(jià)鐵并將其負(fù)載于載體上，避免含鐵污泥的產(chǎn)生。LIAO 等[10]以垃圾滲濾液及雙酚A（BPA）作為目標(biāo)污染物進(jìn)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(dá)到90%以上。

除傳統(tǒng)Fenton 法外，還開發(fā)了將超聲波、紫外光、電能等能源聯(lián)合使用的復(fù)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(jīng)超聲波處理時(shí)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)在Fe2+存在時(shí)，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(jīng)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(tǒng)單一的滲濾液工藝難以滿足污水的排放，需要在廢水預(yù)處理+生物處理后添加深度處理裝置。經(jīng)綜合處理后，其水質(zhì)達(dá)到GB/T 19923—2005《城市污水再生利用工業(yè)用水水質(zhì)》中的敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的相關(guān)補(bǔ)水水質(zhì)要求，并且處理費(fèi)用只有28.08 元/立方米[13]。本工藝主要包括IOC 厭氧反應(yīng)器、好氧和缺氧（A/O）系統(tǒng)、超濾（UF）系統(tǒng)、納濾（NF）系統(tǒng)、反滲透（RO）系統(tǒng)，屬于一種綜合處理工藝，MBR 工藝是一種很好的去除有機(jī)物和總氮的工藝，出水后需要經(jīng)過NF 和RO 兩種工藝，以確保最終出水的質(zhì)量達(dá)到要求。通過實(shí)際應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)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(yīng)的各項(xiàng)指標(biāo)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(lián)合處理工藝

微電解技術(shù)是以廢水為電解質(zhì)，加入鐵屑（或鋁粉）和碳組成若干微小原電池，再經(jīng)氧化、絮凝、吸附、置換等化學(xué)反應(yīng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)水中污染物的有效去除[15-16]。鐵質(zhì)微電解反應(yīng)機(jī)理見（3）～（5）式[17]：

本方法對(duì)抗生素廢水進(jìn)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(lián)合處理工藝

臭氧氧化技術(shù)原理是臭氧在不同催化劑下可以產(chǎn)生羥基自由基（·OH）的一種高級(jí)氧化技術(shù)，臭氧在水中可以發(fā)生以下反應(yīng)[20-21]：O3→O+O2，O+H2O→2·OH，臭氧（具有很強(qiáng)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(yù)處理強(qiáng)化的基礎(chǔ)上以附著生長(zhǎng)的生物膜和顆粒填料為主要介質(zhì)，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(jí)捕食作用，達(dá)到脫除污染物的目的。因此兩者聯(lián)合，在污水預(yù)處理中一直受到關(guān)注。

采用兩種方法聯(lián)合處理對(duì)廢水進(jìn)行深度處理，當(dāng)水力負(fù)荷為0.25 m3/（m3·h）和臭氧投加量為150 mg/L時(shí)，聯(lián)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(dá)到了91.4%和54.9%，與單獨(dú)使用BAF 處理相比，水質(zhì)有明顯提升[22]，且水質(zhì)優(yōu)于GB 16889—2008《生活垃圾填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)》的要求。

1.5 混凝/水力空化強(qiáng)化二氧化氯聯(lián)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(yù)處理可大幅度減少污水中的COD和有機(jī)負(fù)荷，然后再采用HC/ClO2對(duì)滲濾液中的有機(jī)物進(jìn)行降解，從而在較低的處理費(fèi)用下實(shí)現(xiàn)污染物的高去除率[23]。

混凝預(yù)處理過程可通過包裹和吸附等去除部分COD，經(jīng)絮凝處理后再采用ClO2、水力空化、水力空化聯(lián)合ClO2三種方式對(duì)垃圾滲濾液進(jìn)行處理。當(dāng)pH 值在4～8 時(shí)，單獨(dú)使用ClO2能使復(fù)雜、難降解的有機(jī)分子被氧化為簡(jiǎn)單的次級(jí)鏈烴分子，提高污水可生化性并降低生物毒性。單獨(dú)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(huán)狀布孔時(shí)，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(huán)境下對(duì)廢液進(jìn)行徹底的無(wú)害化及減量化處理，在高溫環(huán)境下廢液蒸發(fā)，其中的有機(jī)物燃燒放熱，水分變成水蒸氣，無(wú)機(jī)鹽轉(zhuǎn)變成飛灰，尾氣經(jīng)過凈化后達(dá)標(biāo)排放[25-26]。垃圾滲濾液在高溫燃燒時(shí)，廢液中的有機(jī)物會(huì)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(yīng)先采取蒸發(fā)或萃取的方式進(jìn)行濃縮處理。焚燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生HX 等酸性氣體、NOx和SOx等，應(yīng)對(duì)煙氣進(jìn)行凈化，同時(shí)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(shù)將濃縮的垃圾滲濾液霧化直接噴入爐膛內(nèi)進(jìn)行焚燒。利用滲濾液回噴技術(shù)處理垃圾滲濾液，此工藝系統(tǒng)運(yùn)行可靠且操作方便，抗負(fù)荷波動(dòng)能力突出，二次排放的污水減少，運(yùn)行費(fèi)用低廉。垃圾焚燒產(chǎn)生的部分余熱也可用來發(fā)電，或者在冬天進(jìn)行供暖、制冷或垃圾干燥處理等。晉江市垃圾焚燒發(fā)電廠在一期工程建成后，已經(jīng)安全運(yùn)作250 d 并累計(jì)處理垃圾14.3×104t，且累計(jì)發(fā)電量為4 128.57×104kW[30]，減少了煤炭等燃料用量。垃圾焚燒后產(chǎn)生的底灰現(xiàn)在也可進(jìn)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(jié)論與展望

（1）Fenton 氧化法是一種簡(jiǎn)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(zhì)或徹底去除，但單一的處理方法往往達(dá)不到預(yù)期效果。

（2）聯(lián)合處理工藝已成為垃圾滲濾液研究和應(yīng)用技術(shù)的熱點(diǎn)，氧化降解、生物處理與膜處理等多個(gè)處理單元的優(yōu)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(fā)展趨勢(shì)之一。