以MVR技术为核心的全流程物化法处理渗滤液新工艺

马杰

（安徽泰格生物技术股份有限公司，安徽蚌埠233000）

垃圾填埋场的渗滤液是一种成分复杂的高浓度有机废水，可生化性差，它具有不同于一般城市生活污水的特点：BOD和COD浓度高，金属离子含量较高，水质水量变化范围大，氨氮的含量较高，微生物营养元素比例失调等。因此，垃圾渗滤液的处理一直是垃圾填埋场设计、运行和管理中非常棘手的问题。渗滤液主要来源于降水、垃圾本身的内含水以及垃圾生物发酵过程产生的水。由于液体在垃圾堆内部渗流过程中有许多因素可能影响渗滤液的性质，包括物理因素、化学因素以及生物因素等，所以渗滤液的物化数据在一个相当大的范围内变动,见表1。

表1 城市生活垃圾渗滤液典型水质

张兰英等采用GC-MS-DS 联用技术鉴定出垃圾渗滤液中含有93 种有机化合物，其中22 种被列入我国和美国EPA 环境有限控制污染物黑名单。正因为渗滤液是一种成分复杂的高浓度有机废水，若不加处理而直接排入环境，就会造成严重的污染。所以，对垃圾渗滤液进行处理是垃圾无害化处理过程中必不可少的重要环节。

1 垃圾渗滤液处理的常规方法

目前国内乃至世界范围内通行的垃圾渗滤液处理方法主要有生物法、物理法、化学法，工艺路线分类上一般分为两大类:生物化学法和物理化学法，简称生化法和物化法。随着环保技术的不断进步，现在更多的是结合具体实际情况而采用各种工艺组合方式处理渗滤液。

1.1 生化法

目前，生化法仍是我国乃至世界范围内处理渗滤液的主导方法，其工艺路线主要是采取“预处理+生物处理+深度处理”组合工艺技术路线，如GB 16889-2008《生活垃圾填埋场污染物控制标准》、CJJ 150-2010《生活垃圾渗滤液处理技术规范（试行）》、HJ 564-2010《生活垃圾填埋场渗滤液处理工程技术规范》均给出了生化法处理工艺。工艺流程见图1。

图1 “预处理+生物处理+深度处理”组合工艺技术路线

传统的生化法工艺路线，主要存在垃圾渗滤液的可生化性较差，渗滤液处理系统受水质变动、水量变动、地域状况、环境温度等因素影响较大，存在系统运行不稳定，过程控制难度大，运行周期较长，运行结果不可靠等诸多生产运行问题，且生化法的处理装置还存在土建工程量较大，土地占用面积大，建设周期较长，一次性投资较大等诸多问题；另外，随着填埋场的最终关闭，装置系统全部报废，废弃填埋场的环境恢复代价高昂。

1.2 物化法

通常来说，物化法主要包括活性炭吸附、化学沉淀、密度分离、化学氧化、化学还原、离子交换、膜渗析、气提及湿式氧化法等多种方法，在COD为2 000～4 000 mg/L时，物化法的COD去除率可达55%～90%。和生化法相比，物化法不受水质水量变动的影响，出水水质比较稳定，尤其是对BOD/COD（B/C）比值较低(0.07～0.20)难以生物处理的垃圾渗滤液，有较好的处理效果。但在实践上普遍认为，传统的物化方法处理渗滤液成本较高，尤其不适于大水量垃圾渗滤液的处理，因此当前大多数城市垃圾填埋场渗滤液的处理主要是采用生化法为主的工艺路线。

近年来，随着MVR（Mechanical Vapor Recompression）技术、催化氧化技术和膜技术在工业废水和城市生活污水处理上的广泛运用，经过多年的行业跟踪和深入研究，我们在城市垃圾渗滤液的处理上探寻出了一条以MVR技术为核心并与高级催化氧化技术、中空纤维膜技术等有机组合的全流程物化法处理渗滤液工艺技术路线。

2 以MVR技术为核心的全流程物化法处理渗滤液新工艺

MVR 技术起源于二十世纪50 年代的欧洲，二十世纪80～90 年代，该技术在欧美多个商业领域已经成熟运用。2000 年前后，MVR 技术进入我国，但当时MVR系统的整个装置特别是核心设备离心式蒸汽压缩机完全依赖进口，价格昂贵，导致MVR技术在国内难以广泛推广。2004年后，随着国内环保节能的呼声越来越高，MVR技术日益受到重视，先后被列为2007年和2010年国家鼓励发展的节能环保设备，该技术在国内进入了快速发展的上升阶段。

据报道，2009 年，潮州锡岗垃圾渗滤液处理厂曾引进MVR+DI（阳离子交换）组合装置技术处理渗滤液，但总体运行并不十分成功，主要原因不在于MVR 技术本身，而在于与MVR 与DI 技术组合不合理，特别是DI 再生产生的氯化铵盐酸废液很难有效处理。

经过十几年的技术发展，MVR装置（主要是离心式蒸汽压缩机）的全部国产化替代使得装置的投资大幅度降低。近年来国内基于MVR技术开发的多种蒸发技术日趋成熟并广泛使用，特别是废水的深度处理技术不断进步，使得运用MVR 技术为核心的组合工艺技术处理渗滤液成为一种可能和趋势。

以MVR技术为核心的全流程物化法处理渗滤液工艺路线：预过滤+MVR蒸发浓缩+高级臭氧催化氧化+中空PP 纤维脱除氨氮。从操作工序上可分为预处理工序、蒸发浓缩处理工序、深度处理工序，见图2。

2.1 预处理工序

渗滤液进入收集池后首先进行粗滤，初步除去渗滤液中块状的碎玻璃、木屑、砖石块、金属等固形物，粗滤渣合并后续滤渣一同处理，粗滤液进入粗滤液收集池，然后向粗滤液收集池中添加适宜的碱性絮凝剂（常用的絮凝剂有聚丙烯酰胺、聚合氯化铝、三氯化铁、硫酸铝、硫酸亚铁等）。粗滤液经充分混合絮凝后，通过自动清洗预过滤器进行过滤，滤渣（含水量不超过80%）通过密闭输送进入滤渣集中堆放库区另行处理或直接输送至垃圾焚烧发电厂焚烧发电，滤液（含固量不超过200 mg/L）进入MVR 系统进行蒸发浓缩。

2.2 MVR蒸发浓缩处理

来自预过滤工序的滤液进入MVR 蒸发系统，利用单效降膜蒸发，蒸发温度约80℃，将二次蒸汽输送到离心式蒸汽压缩机，按照蒸发装置加热室需要的蒸汽温度与压力（注：来自预过滤工序的过滤液，对应其蒸发浓缩时需要的沸点），将加压后二次蒸汽返回到蒸发系统，作为热源循环利用（系统正常运行后，节约了一次蒸汽）。根据行业内MVR 装置的实际运行数据，每蒸发1 000 kg 水的耗电不超过25 kW·h。蒸发浓缩过程产生的冷凝液进入后续工序进行深度处理，浓缩液（固含量超过20%）进入垃圾发电系统的焚烧炉喷浆焚烧或与预处理工序的滤渣混配后一并进入焚烧炉焚烧。冷凝液的均衡产出量约为渗滤液总量的92%～95%，通常温度为35℃～50℃，且无需再降温换热，直接进入深度处理工序。MVR 系统冷凝液的污染物组分见表2，利用MVR 技术处理预过滤后的渗滤液的工艺流程见图3。

MVR技术在渗滤液处理上的成功运用是本项新工艺的关键性技术环节，MVR 的技术优势体现在以下几个方面：

（1）MVR 系统自身热能循环再利用，实现节能降耗。

（2）MVR装置耗电低，运行成本低。

（3）对渗滤液初步纯化，降低后续深度处理的负担。

（4）降低渗滤液的腐蚀性，实现系统运行的闭路循环和极大降低装置的复杂性。

（5）浓缩液全部输送至垃圾发电焚烧炉，实现固体、气体、液体等废弃物零排放。

图2 以MVR技术为核心的物化法处理渗滤液工艺流程

图3 MVR系统处理渗滤液典型工艺流程

2.3 深度处理

无论采用生化法还是物化法处理垃圾渗滤液，深度处理都是必不可少的工艺环节。国内外常用深度处理方法有臭氧氧化技术、光催化技术、芬顿（Fenton）处理技术、电解处理技术、湿法氧化(WAO)/催化湿法氧化技术(CWAO)、膜分离法、化学混凝技术等。经过深度处理，都能保证出水达到GB 16889-2008一级排放标准。本文采用的深度处理方法是高级催化氧化技术（Advanced Oxidation Processes，简称AOPs）。

（1）高级催化氧化技术（AOPs）

尽管来自于MVR 系统冷凝液中的COD、BOD等污染物指标较低，但氨氮值仍然偏高，直接利用臭氧难以将有机物进行完全氧化降解。本项技术借助于臭氧作为强氧化剂和复合非均相催化剂共同作用，在冷凝液中形成大量羟基自由基（-OH），使得冷凝液中的有机物发生快速链式反应，将大部分有机物氧化降解为二氧化碳、水和形成部分无机盐。经过高级催化氧化处理后的氧化液，其水质指标（见表3），除氨氮含量仍然较高外，COD、BOD指标基本可以满足达标排放要求。

表2 来自于MVR的冷凝液中污染物组分

表3 催化氧化处理前后的水质对比指标

采用非均相催化剂的优点主要在于非均相催化剂在催化臭氧氧化中固体催化剂易与水分离，便于连续操作，可以克服均相催化剂在催化臭氧氧化中催化剂流失及额外引入金属离子的缺陷。

本文采用的复合非均相催化剂，主要以活性颗粒炭为载体，选用TiO、Cu、Al 等硝酸基盐类为前驱物，经过焙烧制取专用于渗滤液催化氧化的活性催化剂。经过长期实验验证，该催化剂在连续工作时间不低于3 000 h的情况下，仍然保持活性，无失活现象，催化剂的比表面积及孔隙结构未发生明显变化。利用该催化剂成功解决了催化氧化法去除渗滤液中有机污染的成本问题，解决了该工艺技术产业化的技术瓶颈。

通过催化氧化后，处理液中的大部分有机物氧化降解为二氧化碳、水和部分无机盐，还有小部分大分子有机物被氧化降解后变成小分子有机物，再添加凝聚剂进行沉淀处理，沉淀后的清液转入脱氨装置进一步深度处理，固体废渣经过滤进入垃圾焚烧炉焚烧。利用高级催化氧化技术（AOPs），对冷凝液进行深度处理后，除氨氮以外的其他有机物总去除率可达到97%以上。

（2）中空PP纤维膜脱氨

中空PP 纤维膜属于超滤膜，针对催化氧化后处理清液的水质情况，通过添加不含杂的石灰等碱性物质，进一步调整含有氨氮溶液的pH值（20℃～40℃下，pH值不低于9），使得铵根离子转化成游离氨，实现根本性的氨氮解析。游离氨在纤维膜两侧压力差作用下，穿过纤维膜的另一侧（此侧为氨吸收过程），利用硫酸吸附产生硫酸铵饱和液，硫酸铵饱和液可以直接作为液态氨肥使用，也可通过蒸发浓缩进一步制取高纯度的结晶硫酸铵。

脱氨处理后，系统最终排放水质远远优于GB 16889-2008、CJJ 150 等标准给定的限值。根据装置实际运行检测，其中氨氮指标可以达到5 mg/L（注：按照工艺用水的要求，可以将氨氮指标上调到25 mg/L,以降低系统运行成本）；从运行成本方面考虑，对氨氮的指标进行适宜限定，可以做到指标可控。中空纤维膜脱氨的工作原理见图4。

3 以MVR技术为核心的全流程物化法处理渗滤液的基本工艺参数控制

3.1 预处理工序工艺参数

（1）渗滤液应经过粗过滤，去除滤液中可能存在的固形物（如玻璃、砖瓦、石块、金属型材等），添加碱性物质调整pH值不低于9。

（2）絮凝剂的种类、添加量和添加方式应满足渗滤液凝聚沉淀的工艺需要，常用的凝聚剂有聚丙烯酰胺、聚合氯化铝、三氯化铁、硫酸铝、硫酸亚铁、聚天门冬氨酸等。

（3）输送至垃圾焚烧系统用滤渣的含水量不应超过80%。

（4）滤液中固形物含量不宜超过200 mg/L，滤液输送至蒸发浓缩工序。

3.2 蒸发浓缩工序工艺参数

（1）宜负压蒸发，渗滤液中的溶剂蒸发质量比例控制在92%～95%。

（2）约占5%～8%渗滤液质量比的浓缩液和系统中尾气，密闭循环输送至垃圾焚烧炉。

（3）冷凝液输送至臭氧催化氧化工序之前，应检测冷凝水的水质指标，如化学需氧量（COD）、氨氮（NH-N）、悬浮固体（SS）、电导率、pH值等。

3.3 臭氧催化氧化工序工艺参数

（1）冷凝液水温宜为40℃～55℃。

（2）根据冷凝液中化学需氧量（COD）、氨氮（NH-N）等检测数据，确定臭氧的通入量和催化剂的投放量，臭氧利用率不低于98.5%，化学需氧量COD和氨氮（NH-N）去除率不低于90%。

图4 中空纤维膜脱氨工艺原理

（3）确定臭氧催化氧化后的液体水质指标以及化学需氧量（COD）、五日生化需氧量（BOD）的去除率。

（4）在化学需氧量（COD）、五日生化需氧量（BOD）仍然不能达到排放标准之前，宜在该工序过程配套增加内置式格栅好氧曝气装置和设定相应的参数。

3.4 臭氧催化氧化工序工艺参数

臭氧催化氧化工序的固液混合液，可以返回到预处理工序集中切换处理，滤液单独收集后进入中空纤维膜滤装置，滤渣输送至垃圾焚烧炉；也可以增设污泥压滤设备予以处理。污泥压滤工序工艺参数：

（1）经过臭氧催化氧化后的液体，添加石灰等碱性物质，确保液体的pH值不低于9。

（2）向该液体中添加适宜的絮凝剂，经过污泥压滤后的废渣密闭输送至垃圾焚烧炉。

（3）检测压滤液中的氨氮、温度和确定后续工序需要的相关参数。

3.5 中空纤维膜脱氨工序工艺参数

（1）来自于污泥压滤液的悬浮固体（SS）不宜大于50 mg/L。

（2）压滤液pH值宜大于9。

（3）压滤液在中空纤维膜入水侧的铵根离子转化成游离氨后，宜根据游离氨在纤维膜中的扩散运行效果，确定纤维膜两侧的游离氨组分压差。

（4）游离氨在纤维膜另一侧的吸附工程中，吸附液的pH值不大于2，如采用添加硫酸作为吸附液时，配套硫酸铵饱和溶液收集或结晶浓缩处理装置和设定相应的工艺参数。

（5）对于中空纤维膜的选型与设计，应考虑经过中空纤维膜脱氨后处理液的氨氮具有不大于5 mg/L 的工艺水平，且氨氮脱除率不低于99%，且根据最终排放液的用途确定其氨氮允许指标。

4 物化法处理渗滤液的技术特点和产业化优势

（1）利用MVR 技术处理渗滤液，解决了传统生化法（厌氧生物法+好氧生物法）处理渗滤液所面临的系统运行波动大，运行周期长，单位能耗高，有机污染物脱除效率低，一次性投资大，项目占地大，不易实现智能控制和远程监测等一系列突出问题；利用MVR 技术使得系统产生的冷凝液和滤渣高效分离，二次蒸汽循环利用，能够实现节能减排。

（2）蒸发过程产生的冷凝水输送到臭氧发生器；浓缩液再返回到机械自动清洗装置，与渗滤液混合处理，此过程产生的冷凝水主要含有大量的水和小部分小分子有机物质，极大减轻后续处理压力，同时避免B/C 值较低而引起可生化性差的工艺因素。

（3）采用高级催化氧化技术，更加适宜处理各种有机物废水，使得冷凝水中的COD、BOD 得到预期去除，另外具有除臭的显著特点（这是传统生化法所不具备的明显优势）。

（4）利用中空PP纤维膜去除氨氮是本工艺的另一个技术亮点，不仅氨氮的去除率高、膜通量大、设备寿命相比其他膜组件更长。

（5）整个装置可以系统实现标准化、集成化、模块化，可完全实现全过程在线自动控制和远程监控；另外，由于装置系统可以做到全流程密闭运行，如果和垃圾焚烧发电厂等相关装置系统配套，能够降低渗滤液的处理成本，减少二次污染物排放。

（6）相比传统生化法处理渗滤液技术，本项物化法处理渗滤液新工艺克服了传统物化法运行成本高的缺点。根据当前行业数据进行对比测算，对于一个中等规模的垃圾渗滤液处理厂来说（例如渗滤液处理量200吨/天），采用生化法处理渗滤液的成本大约是32元/吨左右，而采用本项物化法新技术的成本大约是28元/吨左右。

（7）最为重要的是，相比传统生化法工艺路线而言，采用物化法新工艺，可以极大降低渗滤液处理厂的建设资金投入和厂区的土地占用，保守估算两项节约资金至少在65%以上。

5 结论

（1）在我国，垃圾渗滤液的处理尚处在起步阶段。近年来，随着国家环保力度的不断加强，很多地方的垃圾填埋场大都采用生化法配套建设了渗滤液处理厂，但由于投资成本、运营成本、二次污染等各种因素，多数渗滤液处理厂运营效果不太理想，渗滤液处理新技术亟待不断开发和探索。

（2）MVR 技术的成功运用使得全流程物化法规模化处理渗滤液的技术路线可以成为现实，不但从根本上克服了传统物化法的缺点，而且该项技术相比传统生化法具有明显的技术优势和产业化优势。

（3）以MVR技术为核心全流程物化法处理渗滤液工艺技术处在相对起步和成长阶段，仍需不断地深入探索和完善，笔者深信，该项技术具有良好的发展前景。