城镇生活垃圾焚烧发电厂渗滤液处理技术现状与发展

王兴 2 陈立东 2 林飞 2 邓尧

摘要：近年来，社会进步迅速，我国的城市化建设的发展也有了改善。城镇生活垃圾焚烧发电是对生活垃圾进行从填埋转入“无害化、减量化、资源化”处理的一项重要措施，同时也是“人与环境和谐共生”建设的一项重要内容，受到社会广泛关注。根据国家统计局公布的数据，2019年全国生活垃圾清运量达到24206万吨，而2019年全国生活垃圾焚烧无害化处理量为12174万吨，其中渗滤液占比其中的10%-25%，平均约为18%。生活垃圾焚烧发电仍有较大的市场前景。在生活垃圾焚烧发电厂的建设中，不仅焚烧线的安装质量极为重要，垃圾发酵，渗滤液的收集和处理也更是考验，将直接影响项目运行的垃圾处理能力与稳定性，因此需要在建设过程中对工程质量进行严格把控。

关键词：城市生活；垃圾焚烧发电厂；渗滤液处理技术

引言

城镇生活垃圾的处理，采用过去的卫生填埋，还是当前主流的焚烧发电处理，垃圾渗滤液处理的难题始终存在。渗滤液污染物浓度高、成分复杂，处理不当会对土壤、地下水等造成严重的二次污染。无论是依照《城市污水再生利用工业用水水质》（GB/T19923-2005)中敞开式循环冷却水系统补充水标准，还是依照《生活垃圾填埋场污染控制标准》（GB 16889-2008)，化学需氧量、氨氮等主要污染物指标受到严格管控。渗滤液处理系统作为生活垃圾焚烧处置过程的配套项目，渗滤液处理已成为当前环保高压下监管部门重点督查对象，同时由于涉及污染物处置和排放问题。在“绿水青山就是金山银山”环保新形势下，不仅要求环保企业严格管理垃圾渗滤液处理过程，控制污染物排放标准，也对渗滤液处理技术提出更高标准，满足日益增长的环保需求。

1渗滤液的产生和特性

垃圾渗滤液，是垃圾在堆放过程中因重力、发酵、生物及化学作用收集的废液。垃圾在入炉焚烧前，在垃圾储坑内进行分区发酵，以沥出水分，提高垃圾热值，增加吨垃圾发电量，增加经济效益。当前中国生活垃圾分类制度不完善，分类不彻底导致其中混入厨余、工业、建筑等垃圾，导致渗滤液水质成分复杂、污染物浓度高；同时渗滤液水质水量也与当地气候、水文等因素有关。因此，垃圾渗滤液的特性研究分析是渗滤液处理技术的基础。

2渗滤液特征分析

由于地区差异、管理方式的不同，导致垃圾渗滤液成分也不尽相同，但总的来说，垃圾焚烧厂渗滤液特征主要有以下几方面。

(1)水质复杂、含有多种污染物。国内部分城市焚烧厂渗滤液中有机物种类较多，已经鉴定出约99种化合物，其中22种被列为我国和美国EPA环境优先控制污染物的黑名单。此外，渗滤液中还含有Hg、Cd、Cr、As、Fe、Cu、Zn、Pb等重金属污染物。同时，渗滤液中还有大量的病原微生物与病毒等微生物，以及较高浓度的含氮有机物。同时当地居民生活水平及习惯、垃圾分类及收集方式、当地气候等因素影响，其感官表现为黑褐色、黏稠状、强恶臭。

(2)COD、BOD₅浓度高。渗滤液中的有机物通常可分为三类：低分子量的脂肪酸类、腐殖酸类高分子的碳水物、中等分子量的黄霉酸类物质。垃圾在垃圾焚烧厂垃圾坑中停留时间很短，渗滤液中的控发性脂肪酸没有经过充分的水解发酵，含量较多，意味着垃圾焚烧厂渗滤液的可生化性较高。其中COD一般为60000mg/L左右，在别地区最高可达到100000mg/L,BOD/COD最高达到0.6以上。

(3)氨氮含量高。城市生活垃圾中蛋白质等含氮有机物易被溶出或在微生物作用下水解，氨基酸等小分物质，进而在氨化细菌的作用下，发生分解，释放出氨气，在发生一系列反应后，渗滤液存在，约占总氮的75%~90%。常常含有较高浓度的氨氮，其浓度可达到1500~2500mg/L。

(4)重金属种类较多。渗滤液中Fe、Cu、Zn、Pb、Cr、As、Cd等重金属含量较多，而重金属含量的大量积累可能会影响到生化系统长周期稳定运行，特别是在生化系统中微生物驯化调试初期除此之外，渗滤液中的金属离子，常常以沉淀和活性污泥吸附的方式进入到污泥系统中，其中污泥包覆的重金属可能占有较大的比例。对于含有重金属的污泥，目前垃圾焚烧厂主流处理方法是脱水后送主厂房焚烧，或者干化后送至垃圾填埋场进行填埋。

5. 含盐量较高。渗滤液中含有大量的钠盐、钾盐、钙盐、镁盐等，氯离子、硫酸根离子居多，其盐浓度高达10000mg/L以上，而硬度常常在1000mg/L(以碳酸钙计）以上。在实际生产中，由于垃圾渗滤液高碱度和高硬度的特性，在厌氧罐的进水管路、布水管路，厌氧罐底部等位置比较容易结垢，给长时间正常运行带来了一定的困难。同时，由于氯离子具有较高的腐蚀性，高浓度的氯离子会影响各处理设备的使用寿命。含盐过高还会导致调试驯化活性污泥的周期过长，会影响生化系统的正常运行。此外，由于渗滤液高含盐量和高硬度的特性，常常造成后续处理单元膜系统渗透压过大，膜的浓缩液侧容易结晶，造成产水率过低和膜寿命下降等问题。

（管道结垢现场照片） （厌氧系统内壁结垢照片）

2.2 设计规模的确定

渗滤液的水量波动与季节的相关性很高，不同的季节有不同的垃圾渗滤液产生量，此外与城市发展水平、生活垃圾分类水平、餐厨垃圾处理程度以及居民消费习惯等都有较大的关系。通常，垃圾渗滤液产生量占入场垃圾重量的15%~30%之间，具体以实际统计数据为准。在垃圾焚烧厂渗滤液处理量设计计算时，常常以丰水期的垃圾渗滤液产生量与卸料平台冲洗水之和作为设计依据，保证无论丰水期还是枯水期渗滤液处理设施都能全量处理垃圾焚烧过程产生的渗滤液，并确保垃圾渗滤液全量化处理后实现达标排放。

其中垃圾焚烧厂渗滤液产生量可依据经验公式确定。

Q=[cf/(1-b)]b+q

式中Q——渗滤液产生量，m3/d;

c——设计入炉垃圾量，t/d;

f——垃圾焚烧电厂超负荷系数，宜取1.0~1.2

b——入厂垃圾渗滤液产生率，宜取15%~30%

q——人厂垃圾产生的渗滤液以外的其他废水，如冲洗水、杂用水等，m/d。。

3城市生活垃圾焚烧发电厂渗滤液处理技术

3.1渗滤液处理的技术概况

垃圾渗滤液处理工艺与传统废水处理工艺具有一定的共性，但由于渗滤液来源特殊、水量波动大、水质复杂以及危害性高，因此其处理工艺更加复杂，技术要求更加严苛。在渗滤液的处理过程中，既要保证技术上的可行性，还要考虑经济上的合理性。在确定焚烧厂垃圾渗滤液处理工艺时，需要根据实际情况以及渗滤液的实际特点，将最佳的处理工艺和最优的管理措施相结合，才能有效地解决各种渗滤液处理的难题。

3.2渗滤液处理的主要工艺介绍

渗滤液处理主要采用微生物处理+膜法深度处理的结合工艺，即预处理+厌氧(UASB/10C)+膜生物反应器（MBR)+纳滤（NF)+反渗透（RO)处理工艺，出水水质达到《城市污水再生利用工业用水水质》（GB/T19923-2005)中敞开式循环冷却水系统补充水标准。

主要工艺介绍如下：

工艺一“预处理+USAB+A/O+UF+NF+RO”

工艺二“预处理+IOC+MBR+化软+RO+DTRO”

工艺描述：垃圾渗滤液经篮式过滤器后进入初沉池，通过重力作用去除颗粒物后上清液溢流进入调节池，经调节池均质均量后，泵入厌氧系统，厌氧菌新陈代谢作用下可降解90%以上COD，经顶部出水首先进入反硝化池，反硝化菌在缺氧条件下将硝态氮还原为氮气，在此过程中，因碳氮比失衡，需要消耗大量的有机碳源，用以满足降解总氮的需要，随后硝化液回流混合液推流进入硝化池，在好氧条件下好氧菌进一步降解有机物，同时硝化菌将污水中的氨氮氧化为硝态氮，再经硝化液回流进入反硝化池进行反硝化脱氮。经A/O处理后出水进入错流式超滤系统进一步泥水分离，经超滤处理后，出水进入后续膜处理系统。

上述工艺技术对比分析：采用改进过的高效IOC厌氧反应器代替传统的UASB反应器，CODcr去除率可达90%以上。双层三相分离器可有效截留污泥，提高反应器容积负荷；采用化学软化替代纳滤系统作为深度处理步骤，通过投加石灰，并利用厌氧产生的过量碳酸根，可与水中的钙离子和镁离子以及大部分的金属离子反应生成沉淀，反应后混合液经过管式微滤膜分离，硬度去除98%以上，大大减少二价离子在反渗透膜浓缩液端结垢的倾向，同时避免了NF产生的浓水，此外还可以通过投加次氯酸钠的方式降低前端系统残余的氨氮；RO运行环境大为改善，出水水质以及回收率大幅提高；RO膜浓缩液采用DTRO进一步浓缩，系统清水回收率≥85%，浓缩液减量化，膜浓缩液品质好，有利于回用。最终RO和DTRO产水进入回用水池用于循环冷却水的补水，反渗透浓缩液外排至浓缩液储池进行回用。

建议采用纳滤及反渗透工艺的项目，NF浓缩液与工业水按照一定比例混合后作为焚烧厂石灰浆配制用水和炉渣冷却水进行回用，RO浓缩液回喷焚烧，确保石灰浆系统运行稳定。MBR系统采用纯氧供氧曝气，溶解氧易控制、污泥活性强、泡沫少、噪音小、运行环境好。

3.3 渗滤液处理技术存在的问题

目前，生活垃圾焚烧厂渗滤液处理技术及工程应用日趋成熟，渗滤液处理出水可满足《生活垃圾填埋场污染控制标准》（GB 16889-2008)中表2标准，以及《城市污水再生利用工业用水水质》（GB/T19923-2005)敞开式循环冷却水水质标准。但在实际运行过程中，大多数渗滤液处理系统中存在诸多问题：

1. 膜浓缩液问题。膜深度处理过程中存在大量的膜浓缩液，该膜浓缩液为高盐废水，很难通过常规的生化或简单的分离方式进行解决。随着环保要求越来越严格，垃圾焚烧厂渗滤液站膜浓缩液回用主厂房受限，因此必须进一步提高系统产水回收率，减少膜浓缩液产量并合理妥善处理产生的膜浓缩液。特别是对于项目规模较大的渗滤液工程，接近渗滤液总量的30%的膜浓缩液也无法全量消耗。膜浓缩液回喷虽然能够解决膜浓缩液回用问题，但是对电厂的发电量有影响，减少了电厂的经济效益。在一些改扩建项目和新项目环评评审的过程中，专家已经对膜浓缩液用于石灰制浆和飞灰固化的回用途径提出质疑，甚至有些项目不允许将膜浓缩液用于石灰制浆。膜浓缩液全量化处理问题将直接关系到生活垃圾焚烧发电厂渗滤液处理，实现“零排放”的目标。

渗滤液处理后浓水结垢固体物质重金属成分分析如图：

(2)总氮问题。不管常用的脱氮工艺是生物脱氮、氨吹脱及膜法脱氮等工艺，不同程度上均为渗滤液处理达标排放创造了有利条件。主流的生化脱氮工艺可以使氨氮达标排放，很难使总氮达标排放，并且生化脱氮操作繁杂、运行调整较多、占地面积相对较大、生产环境较差；氨吹脱法，还要增加生化处理措施，同时需要投加碱性物质，增加药剂成本，同时结垢较严重，氨外溢会形成二次污染；膜法脱氮工艺采用气体膜技术，通过投加碱性物质使离子镀变成游离氨，而透过气体膜，并在膜产气侧用酸性物质吸收氨氮变成安盐，膜法脱氮对渗滤液水质要求高，需脱除悬浮物、结垢性物质，同时还要投加碱性物质和升温，氨吸收会消耗酸性物质，并且馁盐的处置也是需要面对的问题，因此经济性较差。高浓度的总氮问题，将会制约着渗滤液的处理。

(3)生化污泥问题。由于渗滤液污染物浓度高，且通常采用好氧生化工艺，弊端就是产生数量可观的生化污泥，且脱水后污泥含水率在75%以上，通常采取送入焚烧炉进行焚烧，一方面消耗大量热量进而影响发电效益，另一方面导致垃圾焚烧过程生渣出现，影响焚烧效果。因此有效的工艺和处理技术从根本上解决生化污泥产生率高的问题。

(4)能耗问题。目前国内渗滤液处理的能耗普遍较高，既有工艺选择上的原因，也有设备先进程度的因素。因此，渗滤液处理在节能减排上还大有前景可挖，降低渗滤液处理能耗是今后乃至相当长一段时间内的艰巨任务，必须从工程设计、设备选型以及运行维护等多方面入手，提高企业经济效益。

3.4 渗滤液处理未来的发展趋势

渗滤液体系的复杂性，在应用过程中也暴露了很多问题，这就需要出现新技术和设备以满足不同渗滤液处理要求。比如，MBR处理系统溶解氧DO控制要求高，采用液氧供氧取代传统空气曝气，可在一定程度上提高好氧处理效率、改善运行和操作环境；针对NF和RO技术，采用化学软化+微滤取代NF和采用DTRO取代RO,均可有效提高回收率针对膜浓缩液处理难题，湿式氧化、全膜法、电化学以及蒸发等技术的出现和应用有望解决该问题，特别是以机械蒸发（MVR/MVC)和浸没燃烧蒸发为代表的蒸发技术，可对膜浓缩液进行蒸发浓缩，实现膜浓缩液减量化。但蒸发技术对膜浓缩液水质中氨氮、挥发性有机物和溶解性难降解有机物含量均具有要求，并且硬度含量高的膜浓缩液也会导致蒸发设备的结垢堵塞，因此仍需要进行技术改进。

结语

通过对生活垃圾焚烧发电厂工程建设的全过程质量问题的统计分析，利用帕累托图法得出渗滤液处理系统主要质量问题为土建工程缺陷、设备装配不规范、装配尺寸偏差、污泥接种泥源选择杂物较多、池体建筑垃圾清理不彻底、管道安装残余杂物清理不彻底等。通过对质量问题产生原因的分析，总结出了产生问题的原因与可采取的措施与对策，对同类项目有一定的参考作用。生活垃圾焚烧发电厂已成为社会各界关注的重点，在未来仍有较大的发展空间。而提高建设项目的质量，使项目运行平稳可靠，将成为行业与社会的普遍共识。因此，关注工程建设期间的设计、土建、安装、扫尾质量问题，制定针对性的措施与对策，做好质量控制，必将成为渗滤液处理系统建设转运营后，能确保长周期安全环保经济平运行稳的重要手段。建设高标准、高质量的生活垃圾焚烧发电厂，是生态环境保护问题，也是改善民生的重要举措。

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