垃圾渗滤液全量化处理工艺技术分析

垃圾渗滤液全量化处理工艺技术分析

李小琴

广州桑尼环保科技有限公司 510760

摘要：垃圾渗滤液水质复杂，达标处理难度大，投资及运行成本高。目前常用的膜处理技术，污堵严重，浓缩液处理系统投资及运行成本更高，进一步增加了地方财政负担。本文根据作者多年废水治理经验和研究成果，围绕垃圾渗滤液水质特点及各类处理工艺和技术的优缺点，对处理工艺要点实施剖析、研究，希望得出高效的全量化处理方法，提升渗滤液处理效率，降低系统投资及运行成本。广州桑尼环保科技公司对垃圾渗滤液全量化处理技术进行全面优化，采用三维电解（氧化/还原）+臭氧催化氧化耦合技术，对高浓度垃圾渗滤液进行高效预处理，一方面去除大部分COD（有机污染物）、氨氮、总氮、总磷，降低废水总负荷，另一方面大幅度降解（或去除）废水中重金属、杂原子有机物等微生物抑制性杂质，提高废水可生化性，为后续的生化系统进水创造条件，提高生化系统处理效率，再辅以深度处理设备，将废水处理至排放标准。如果是垃圾发电厂需要对废水脱盐回用，后段采用RO膜脱盐系统，则回收率可以大幅度提升，浓缩液产量大幅度降低，可与垃圾焚烧系统（或湿法废气处理系统）进行协同消纳，降低投资及处理成本，实现节能减排、环境保护和企业增效多重目标。

关键词：工艺技术分析；全量化处理；垃圾渗滤液；三维电解；臭氧催化氧化；废水回用

引言：基于中国经济持续稳定发展，垃圾种类及产生量大幅增加，垃圾填埋或垃圾焚烧发电规模不断增加，垃圾渗滤液处理工艺和完善工作倍受关注。垃圾渗滤液成分复杂，浓度及污染程度高，直接排放危害性大。常用的膜处理工艺会产生大量浓缩液，由于浓度高、盐份累积，渗透压增大，处理难度更高，投资和运行成本骤升。为此，广州桑尼环保科技有限公司根据多年垃圾渗滤液处理工程实践，经过对不同工艺技术进行梳理优化，创造性开发出一种“SFAO3全量化垃圾渗滤液处理技术”，不仅很好的解决垃圾渗滤液处理达标和回用难题，减少污染物排放，同时大幅度降低投资和运行成本，具有较好的社会效益和经济效益。

1垃圾渗滤液的特性

垃圾渗滤液成分复杂、浓度高。不仅含有多种有机杂质、无机盐分以及氮磷等，同时根据不同地区的消费特点，垃圾渗滤液中会不同程度的含有汞、镉、铅、铜、镍、砷等10多种重金属污染物，另外通过堆积发酵后，产生的垃圾渗滤液中有机污染物多达77种，其中促癌物、辅致癌物5种。重金属离子会对微生物活性产生抑制作用，杂原子有机物具有微生物毒性，生化处理难度大效率低。

垃圾渗滤液构成复杂，COD、氨氮浓度很高，季节性变化大，毒性高[1]。由此可以看出，垃圾渗滤液特征是水质不稳定，水质水量随季节变化，并且不同区域差距大，这给综合全量化处理工艺带来了极高难度。

2传统渗滤液处理工艺介绍

垃圾渗滤液处理虽然较为复杂，但经多年治理实践，已经产生多种不同处理工艺及思路。传统垃圾渗滤液处理工艺包括膜（或生化+膜）法和“芬顿+生化”法，实践表明，“加药混凝沉淀+生化处理+膜”工艺，在垃圾填埋场运行初期，膜浓缩液回灌量较小，渗滤液TDS未积累太高（TDS小于10000～20000mg/l）时，生化系统具有一定处理效率，系统运行较为平稳，膜清洗周期比较正常，产水率通常能达到60～75%，随着浓缩液回灌时间的推延，污染物浓度累积（COD、NH3-N）升高、尤其是TDS升高到20000mg/l后，生化效率大幅度降低，膜污堵加快，清洗频率大幅度增加，产水率大幅度下降，难以持续达标处理渗滤液，因此传统膜法存在浓缩液累积处置问题，在①垃圾填埋场如果采用蒸发技术，也存在蒸发器堵塞、设备投资大、运行成本高（高能耗）、操作运行困难等问题，在②垃圾发电厂，虽然可以将浓缩液焚烧，也存在对发电设备的腐蚀、堵塞以及影响燃烧炉温而导致废气中二噁英超标等问题。

“芬顿+生化”法虽然从理论上具有一定的可行性，但多年大量实践证明，双氧水投加难以准确控制，由于渗滤液水质受到多方面的影响而波动，双氧水如果投加不足会导致预处理出水水质不能充分满足生化系统进水要求，生化效率低，导致出水难以达标，如果双氧水投加过量又会引发残余双氧水对微生物的杀菌作用，影响生化系统的正常运行，因此“芬顿+生化”法工艺其实很难长期稳定达标运行，对环境的威胁依然存在，在环保要求日益严格的现实政策下，难以承担垃圾渗滤液达标处理的大任。

3全量化处理技术创新工艺

根据垃圾渗滤液的水质特点，全量化处理垃圾渗滤液最好回避浓缩液的产生，可以开发适应范围广、耐冲击能力强、处理效率高的预处理技术和设备，有效去除废水中各种重金属污染物、有生物毒性的杂原子有机物及芳香族有机物、难生化降解的长链大分子有机物等，提高废水的可生化性，降低废水的污染物浓度，为后段生化系统的高效稳定运行创造条件，结合生化处理系统，实现净化目的。对于生化处理难以完全降解的残余有机物，可以采用臭氧催化+BAF深度处理技术，最终实现垃圾渗滤液的达标处理目标。

3.1创新处理工艺技术的优势

广州桑尼环保科技公司，针对垃圾渗滤液的水质特点，根据全量化处理要求，梳理传统渗滤液处理流程和技术特点，①开发了新型的预处理技术和产品“FCM-IV系列催化自电解材料”和“FCD三维粒子电极材料”，通过催化自电解或三维电解作用可以对垃圾渗滤液实现有效的预处理，一方面去除废水中重金属离子及过量的钙镁等杂质，另一方面将芳香族、杂原子有机物及大分子有机物开环、断链降解为易于生化的小分子有机物，同时去除部分COD、氨氮和总氮，为后段的生化系统进水创造条件。②开发出SAO3臭氧催化剂及“催化氧化+BAF”深度处理技术，对生化主工艺无法完全降解的有机物进一步深度氧化降解实现废水的全量化达标处理。③研发并投入实践应用的SFAO3全量化垃圾渗滤液处理技术和设备，完全克服了原有“膜及生化+膜”法和“芬顿+生化”法存在的浓缩液问题、运行不稳定问题、投资和运行成本高等诸多问题，在垃圾渗滤液处理方面拥有显著优势，可实现长期高效、稳定、经济运行。

经多个项目运行实践，SFAO3全量化处理技术具有以下主要优势：（1）不产生任何浓缩液，直接分解去除污染物，从而实现垃圾渗滤液的全量化达标处理，不产生二次污染，彻底解决污染物问题，保护环境。（2）SFAO3全量化处理技术中电化学预处理技术、生化系统硝化反硝化技术及臭氧催化氧化+BAF深度处理技术，都具备有效去除总氮能力，从而彻底解决渗滤液总氮不达标难题，实现垃圾渗滤液达标处理的技术突破。（3）投资及运维成本低。经对比分析，在同等进水条件下，SFAO3全量化处理技术投资及运行成本节省20%以上。（4）可操作性好，无堵塞清洗问题。电化学及臭氧催化氧化系统自控设计简单方便，同时系统抗冲击负荷强，对来水水质波动适应范围广，系统稳定性高。（5）系统设备稳定性好，使用寿命长，可高效稳定安全运行十年以上。（6）耐冲击性强，出水长期稳定达标，具有极高推广价值。

SFAO3全量化垃圾渗滤液处理技术是对传统处理手段的进一步优化，其创新点主要集中在以下几个层面：①主要采用电化学及臭氧催化氧化耦合技术。结合生化技术，彻底降解去除污染物，解决膜法存在的浓缩液问题。②解决了“芬顿+生化”法存在的双氧水等药剂投加量不稳定、难以精确控制导致的系统处理效果不稳定的问题，夯实了渗滤液全量化处理的基础[2]。③是可以根据需要，实现废水处理回用要求。在垃圾发电厂，如果需要将废水净化后回用（零排放），只需根据回用水对盐含量要求，选择膜脱盐处理即可。由于SFAO3系统将其他污染物去除很彻底，此时脱盐采用的膜系统运行条件大为改善，运行更稳定更经济，效率更高。

SFAO3全量化垃圾渗滤液处理技术与传统方法对比情况，见下表1。

表1 SFAO3全量化处理工艺优势

3.2 垃圾渗滤液全量化处理技术条件要求

垃圾填埋场或焚烧发电厂渗滤液处理难度较大，不仅污染物浓度高，成分复杂，另外还存在水质水量波动大以及营养失衡问题，想要满足渗透液处理需求，采取的新工艺，需具备以下的应用条件：（1）抗水质冲击负荷能力强，满足水质水量波动的需要；（2）满足高浓度、高氨氮及多种可能存在的重金属污染等情况的处理；（3）便于操作和控制；（4）全量化处理要求，不产生或尽可能少产生浓缩液；（5）投资和运行成本低；（6）对于垃圾焚烧发电厂，达标出水经膜脱盐后，出水100%回用实现废水“零排放”。

3.3 SFAO3全量化垃圾渗滤液处理技术实现原理

广州桑尼环保科技公司提出的SFAO3全量化垃圾渗滤液处理技术，是基于电化学（FCD三维电解或自电解）技术和SAO3臭氧催化氧化耦合技术，对垃圾渗滤液进行高效预处理，去除废水毒性、提高废水可生化性，为生化处理系统提供进水条件，结合生化处理工艺，实现垃圾渗滤液的达标处理，对于生化出水中残余的难降解污染物再采用“臭氧催化氧化+BAF”工艺，进一步降解残余COD、NH

3-N、TN等污染物，确保出水达到国家标准。

3.3.1 电解技术处理原理

FCD三维电解粒子电极浸没在废水中，在专用电源电压的条件下，多孔三维粒子电极形成不同电位及电压，在废水中发生氧化/还原反应，产生的大量【·OH】羟基自由基，使有机物发生降解反应。反应的结果是有毒、长链及环状杂原子有机物得到电子，发生开环、断链等降解反应，毒性有机物官能团被破坏，微生物毒性消失、长链难生化降解有机物断链转化为小分子有机物，环状及杂环有机物开环，一部分最终降解为CO2和H2O，同时粒子电极材料中活性铁失电子变成二价或三价的铁离子进入溶液。由于铁离子在微碱性条件下有絮凝作用,它与污染物中带微弱负电荷的微粒异电相吸,形成稳定的絮凝物分离而去除。

电催化氧化反应技术是目前处理难降解、难生化有机废水的一种理想工艺，多孔电极使其效率加倍提高，从而节约了电功，其工作原理基于电化学氧化—还原反应以及絮凝沉淀的共同作用，该法具有适用范围广、处理效果好、成本低、操作维护方便，消耗电力低等优点[3]。该工艺用于难降解高难度废水的处理，不仅能大幅度地降低COD，而且可大大提高废水的可生化性。

1、FCD粒子电极材料具有如下被证实的功能

（a）开环、断链、提高可生化性：有机物参与阴极的还原反应，使官能团断链降解，COD降低，废水的可生化性(B/C值)提高，同时有机物双键或其他共轭键断开后，发色基团减少，降低了废水色度。

（b）除杂原子（如硫、磷、卤等）：含杂原子（如S）有机物经开环、断链及进一步反应后，杂原子转化为无机物（如硫化氢、硫化钠等），最终与铁反应生成生成硫化铁沉淀得以去除，如：Fe2++S2-→FeS↓。

（c）除重金属离子：例如铜离子等，在FCD电催化粒子电极材料表面得到电子，铜被置换成单质铜，从废水中分离，得以净化。六价铬在得到电子，还原为三价铬，出水调PH至7～8，生成沉淀分离去除。

如：Cu2+ + Fe →Cu↓+Fe2+

Cu2++ Fe2+ →Cu↓+Fe3+

Fe3+ + 3OH- →Fe(OH)3↓

（d）破乳：废水的胶体粒子和微小分散的污染物受电场作用，产生电泳现象，向相反电荷的电极移动，并聚集在电极上形成聚集体（如微小油粒聚集成油滴上浮）与水分离，降低出水油含量，通常经后段沉淀或气浮后出水含油量小于10mg/L。

（e）混凝：阳极反应后生成的新生态Fe3+/Fe2+经碱（石灰）中和生成新鲜的Fe(OH)3絮体，具有极强的吸附能力，将废水中污染物吸附、凝聚分离，使水得以澄清。

（f）加成断链提高可生化性：阴极生成的氢原子，具有很强的加成还原作用，可与长链、环状大分子有机物反应，将有机物断链分解，提高废水的可生化性。

FCD三维电解设备处理后出水，能有效提高废水的可生化性，满足后续生化处理进水要求，维持生化处理单元平稳高效运行，最终确保出水水质达标。

3.3.2 SAO3-II臭氧催化氧化耦合反应器技术原理

SAO3臭氧催化氧化耦合系统，通过富集--催化活化--氧化降解的作用，大幅度提高废水中残余有机物降解反应速度和效率，将臭氧的强氧化性和催化剂的富集、催化活性特性结合起来，更有效地提高臭氧处理效率、臭氧利用率、降低运行费用。技术原理如下：

1、表面富集：SAO3-II催化剂比表面积大、富集能力强，当废水与催化剂接触时，水中残余有机物快速被富集在催化剂表面，与臭氧接触快速氧化，提高O3与有机物接触几率，使废水中有机杂质降解更快，去除率更高，臭氧利用率更高。

2、催化活性：催化剂表面密布高能态活性物质及活性点，大幅度降低有机物断链降解反应的活化能，在臭氧作用下快速降解，另一方面，臭氧分子和水在催化剂活性物质作用下易于产生羟基自由基等强氧化剂，从而提高氧化反应活性和O3利用率，提高COD去除率，降低系统运行成本。

3、表面富集和活化协同作用：催化剂既能高效吸附水中有机污染物，同时催化活化臭氧分子产生大量氧化活性自由基，同时大幅度降低有机物降解活化能，实现有机污染物的吸附和氧化剂的活化协同作用，取得更好的催化臭氧氧化效果。

SAO3系列多相催化剂利用多种高效稀土氧化物及稀土单质为活性催化材料，采用最新立体构架技术，在高温条件下烧结提高微孔数量和分布均匀度，获得更高的比表面积和更多的催化活性点，最大限度提高臭氧氧化效率[4]。同样臭氧投加量条件下，臭氧催化氧化效率提高30%-80%，同样COD去除率情况下，可节约大量臭氧投加量，降低运行成本。

4案例分析

某垃圾填埋场，原采用“芬顿+生化+膜”处理工艺，经2年多运行，存在以下问题：（1）膜系统产水率由开始时候的75%降至不足30%，处理能力大幅度下降，不能满足填埋场垃圾渗滤液处理要求，被迫采用罐车运输至当地城市污水厂去处理，导致城市污水厂负荷升高，运行成本上升，处理效率降低，出水水质稳定性下降；（2）原有膜处理系统堵塞严重，清洗药剂使用量大，清洗废水与浓缩液回灌至填埋场，导致填埋场空气污染骤升，臭气扩散至周边村庄，造成群众投诉量激增；（3）运营成本增加，芬顿加药量、膜清洗药剂增加，罐车运输成本增加，膜更换成本增加导致污水站综合运营成本大幅增加，进一步加大了当地政府的财政负担。

2021年采用广州桑尼环保科技有限公司“SFAO3全量化垃圾渗滤液处理技术”改造后，取得了显著成效：（1）采用电化学+SAO3臭氧催化氧化耦合技术对难生化降解废水进行预处理结合原有生化系统，去除大部分COD、氨氮、总氮、总磷等污染物，出水经“臭氧催化氧化+BAF”进一步净化，有效实现废水达标处理。（2）停止原有膜系统运行，改造后的新系统产水率达到100%，实现全量化处理。（3）大幅度减少各种药剂的用量，降低了整体运行成本（4）不仅可以满足填埋场现有产出垃圾渗滤液的处理，同时将原有调节池库存的垃圾渗滤液也逐步消化，达标排放。（5）实现“零回灌”，垃圾填埋场臭气污染逐步降低。

结论：综上所述，垃圾渗滤液作为城市生活的主要污染之一，必须得到彻底治理，达标排放。传统膜或“生化+膜”法及“芬顿+生化”法处理技术存在膜浓缩液问题、处理出水水质不稳定、全量化处理投资运行成本高等等诸多缺陷，难以充分满足环保要求。广州桑尼环保科技公司根据垃圾渗滤液的水质特点，在吸收传统处理技术合理部分，创造性开发高效“电化学+臭氧催化氧化耦合”技术，结合生化技术和“臭氧催化氧化+BAF”深度处理技术，成功研发出SFAO3全量化垃圾渗滤液处理技术，该技术可以高效稳定地将垃圾渗滤液100%处理达标，不产生任何浓缩液，解决垃圾填埋场“浓缩液回灌”问题，同时在传统处理技术基础上降低投资、运行成本20%以上，为垃圾渗滤液全量化达标治理提供了一套高效、稳定、经济可行的全新方案。

参考文献：

[1]李选顺.生活垃圾焚烧发电厂渗滤液全量化处理工艺探讨[J].科技创新与应用,2022,12(15):60-63.

[2]张燕燕,郑志宏,彭绪亚.中国垃圾渗滤液产生现状及处理展望[J/OL].重庆大学学报:1-13[2022-10-14].

[3]吴启龙,黄明珠,付小平,郭五珍.一种垃圾渗滤液全量处理工艺的研究[J].现代工业经济和信息化,2021,11(12):26-29.

[4]丁晶,关淑妍，王琨.垃圾渗滤液膜滤浓缩液处理技术研究与应用进展[J].哈尔滨工业大学学报,2021,53(11):1-13.