垃圾渗滤液处理现状分析
渗滤液设施建设情况
垃圾渗滤液具有高污染、成分复杂以及危害性大等特性，近年来渗滤液处理受到政府部门的高度重视。2008年，环保部发布《生活垃圾填埋场污染控制标准(GB16889-2008)》，相比1997年的排放标准，新标准更加严格，新标准规定现有和新建生活垃圾填埋场都应建有完备的垃圾渗滤液处理设施，整改期限为3年，并且执行力度更强。目前我国垃圾渗滤液处理需求主要来自垃圾填埋场和垃圾焚烧厂，随着“十二五”期间，卫生填埋和焚烧厂等无害化设施的建设，相应的渗滤液产量也将日益增长，渗滤液处理行业也将更受关注，国内2012~2013年相关渗滤液处理工程如下表所示：
2012~2013年全国部分新建垃圾填埋场渗滤液处置工程
|
项目 |
处理规模（m3/d） |
工艺流程 |
开建时间 |
投资额 (万元) |
处置目标 |
|
重庆长生桥垃圾填埋场渗滤液处理改造工程 |
400 |
沉淀+调节池+水解酸化+ MBR+二级DTRO系统+浓缩液回灌 |
2012 |
9868 |
达GB16889-2008表3排放限值 |
|
成都市固体废弃物卫生处置场渗滤液处理扩容工程 |
1000， 扩容后2300 |
水质均化+膜生物反应器（MBR）+纳滤（NF）+反渗透（RO） |
2012 |
11700.87 |
达GB16889-2008标准后通过管道排入污水处理厂 |
|
南充市垃圾填埋场渗滤液处理工程 |
进水250，出水200 |
水质均衡+外置式MBR（两级生物脱氮）+NF |
2012 |
2100 |
达 GB16889-2008表2放限值 |
|
慈溪市西三垃圾填埋场渗滤液处理厂改(扩)建工程 |
200 |
UASB系统（调质池、UASB、初沉池）+生化处理系统（AO2、二沉池）+深度处理系统（反应池、终沉池、清水池） |
2013 |
300 |
达到三级排放标准 |
|
黄山市生活垃圾处理场渗滤液改扩建工程 |
300 |
MBR生物处理+纳滤/反渗透 |
2013 |
1400 |
达GB6889-2008表2放限值 |
|
建瓯市垃圾渗滤液处理工程 |
一级HAF厌氧反应器+Fe/C微电解+二级 HAF厌氧反应器+微氧反应器+ FSBBR好氧反应器+O3反应器+ICB固定化微生物反应器+MEBR强化型膜生物反应器+一级超滤+一级纳滤 |
2012 |
2800 |
||
|
广州市兴丰生活垃圾卫生填埋场渗滤液处理厂改造工程 |
改造后1300 |
pH调节+ UASB + SBR + CMF + RO |
2013 |
16805 |
达GB16889-2008表3排放限值 |
渗滤液行业分析
市场规模分析
“十二五”期间，我国加快了生活垃圾无害化处理设施建设的进度，计划新增2251座设施，投资额为1730亿元，其中：填埋场1875座，焚烧厂264座，堆肥及其他设施112座。垃圾填埋场和垃圾焚烧厂建设的同时，要求建设相应的垃圾渗滤液处理设施，经测算，“十二五”期间垃圾渗滤液处理工程市场规模约157亿元，年均市场规模约31亿元。
“十二五”垃圾渗滤液处理市场规模分析
|
序号 |
项目 |
数量 （座） |
处理能力 （吨/日） |
|
1 |
“十二五”无害化设施总量 |
2251 |
580669 |
|
1.1 |
其中：填埋场处理设施 |
1875 |
322990 |
|
填埋场渗滤液处理设施 （处理能力以填埋场处理量40%计） |
1875 |
129196 |
|
|
1.2 |
其中：焚烧厂处理设施 |
264 |
222530 |
|
焚烧厂渗滤液处理设施 （处理能力以焚烧厂处理量30%计） |
264 |
66759 |
|
|
2 |
合计：垃圾渗滤液处理设施 |
2139 |
195955 |
|
3 |
单位处理能力投资成本（万元/吨） |
8 |
|
|
4 |
全国新建垃圾渗滤液处理设施市场规模（亿元） |
157 |
|
|
5 |
年均市场规模（亿元） |
31 |
|
参与企业分析
垃圾渗滤液处理行业由上至下依次为：渗滤液处理设备、材料生产，渗滤液处理设备集成，渗滤液处理设施建设，渗滤液处理设施运营等。
“十二五”期间，国内垃圾渗滤液处理设施需求激增，受益程度最大的当属产业链上中游细分行业。处于产业链上游的设备材料生产商众多、且较为分散，因此单个生产商的受益效果并不明显。处于产业链中游的垃圾渗滤液处理设施建设商数量相对较少，有技术、资金实力的企业能迅速脱颖而出，受益效果较为明显。
垃圾渗滤液成分复杂，处理难度大，处理设施技术壁垒较高，因此，垃圾渗滤液处理设施建设业务可享受高达40%的毛利率。随着国内垃圾渗滤液处理行业景气度的上升，国内已有一批环保厂家具备了垃圾渗滤液达标处置工程的设计、设备采购、工程建设和运营能力。相关上市公司近年盈利状况异常优异。
Ø 江苏维尔利环保科技股份有限公司
上市以来维尔利在渗滤液龙头地位已奠定，主要技术为外置式MBR反应器+纳滤/反渗透工艺。2013年前三季度，新增渗滤液工程建设及运营订单1.7亿元，渗滤液BOT运营能力达900吨/天，委托运营能力接近4000吨/天。
Ø 北京天地人环保科技有限公司
渗滤液领域的综合环境服务商，渗滤液技术和产品在行业内已经形成了品牌和影响，主要技术为碟管式反渗透膜（DTRO）、碟管式纳滤（DTNF）。2013年新签约项目11个，总规模2150吨/天，历年来共承接渗滤液项目120个，总规模19430吨/天。
Ø 北京洁绿科技发展有限公司
垃圾渗滤液处理方面的专家，将渗滤液，餐厨垃圾，土壤修复列入公司战略方向。2013年新签约项目2个，总规模1000吨/天，其中大工村渗滤液项目规模达700吨/天。
Ø 江苏新琦环保有限公司
坚持以科技创新为核心，形成以生活垃圾处理为主的核心竞争力。2013年新签约项目15个，总规模1450吨/天，保持了非常快的业绩增长。
Ø 长沙中联重科环卫机械有限公司
专业从事环卫环保设备研发、制造和营销，研发能力位于全国前列；创新融资模式，是国内为数不多的能够提供融资租赁采购方式的企业。2013年新签约项目11个，总规模620吨/天。
新技术发展方向分析
垃圾渗滤液污染物浓度高，成份复杂，处理难度高。随着排放标准要求不断提高，技术的重要性愈加凸显。我国渗滤液处理技术包含土地处理、物化处理、生物处理等。其中土地处理无法单独使用，由于处理难度问题和占地问题，近年来已很少应用。物化处理一般作为垃圾渗沥液处理中的预处理和深度处理；生物处理经济、有效地去除有机污染物，但单独采用生物处理一般无法达标，需要和其他工艺有机结合。目前大多采用包含预处理、生物处理、深度处理、污泥及浓缩液处理四项工艺内容的组合工艺。
Ø 渗滤液预处理重点发展前期降低有机物和氨氮负荷，调节碳氮比，提高垃圾渗沥液的可生化性的相关技术，可以为后续生化处理节能增效。
Ø 生化处理重点是加大对垃圾渗沥液高效生化处理技术的开发，如短程硝化反硝化技术、厌氧氨氧化技术等，一方面降低垃圾渗沥液的处理成本，另一方面提高氨氮的去除效果。
Ø 深度处理-膜浓缩液处理和其他深度处理方式，重点是加快研究经济、可行的膜浓缩液处理技术，同时研究其他非膜法深度处理技术，如高级氧化、高效蒸发等。
Ø 新兴技术介绍
1. 厌氧氨氧化技术
厌氧氨氧化是指在厌氧的条件下，微生物直接以NH4＋作为电子供体，以作为电子受体，将NH4＋和NO2－转变成N2的生物氧化过程。
1）厌氧氨氧化新工艺
Ø OLAND(Oxygen limited autotrophicnitrification and denitrification)工艺
OLAND工艺是部分硝化与厌氧氨氧化相耦联的生物脱氮反应系统。该工艺其原理是通过限氧调控(溶解氧0.1～0.3mg/L)实现了硝化阶段亚硝酸盐的稳定积累，并实现了生物脱氮在较低温度(22～30℃)下的稳定运行。OLAND工艺中，溶解氧是限氧亚硝化阶段的主要影响因素，而生物量和基质浓度、pH值和温度则影响厌氧氨氧化过程。
Ø SHARON (single reactor for high activity ammonia removal over nitrite)－厌氧氨氧化工艺
SHARON—厌氧氨氧化工艺指在两个反应器中分别实现部分硝化和厌氧氨氧化反应，具有优化两类细菌的生存环境、运行性能稳定的特点。该工艺的原理是利用硝化菌在较高温度下生长速率明显低于亚硝化菌生长速率的特点，首先在 SHARON 反应器中，通过控制温度和停留时间，将硝化控制在亚硝化阶段；然后在厌氧氨氧化反应器中，将剩余的氨氮与所生成的亚硝酸盐氮以等摩尔比例在厌氧氨氧化菌作用下生成氮气，数据表明约有80%以上的氨氮转化成了氮气。反应的主要控制条件为温度、碱度和水力停留时间；同时，厌氧氨氧化反应器中不得有溶解氧的存在。主要适用于处理污泥上清液和高氨氮、低碳源工业废水。世界上第一个生产性SHARON－厌氧氨氧化工艺已于2002年6月在荷兰鹿特丹Dokhaven污水处理厂正式运行，主要用于处理污泥消化上清液。
Ø CANON (completelyautotrophicnitrogenremovalovernitrite) 工艺
原理是在厌氧氨氧化菌富集培养物中，存在有一定数量的好氧氨氧化菌，通过控制溶解氧浓度使得单个反应器或生物膜内中实现两类细菌的协调生长，从而实现生物脱氮的目的。其中主要进行了好氧氨氧化作用和厌氧氨氧化作用。由于厌氧氨氧化菌为严格厌氧菌，因此要实现与好氧氨氧化菌长期共存于同一个反应器，如何有效控制水中的溶解氧是一个关键性问题。由于 CANON 工艺所涉及的微生物均为自养型，因此无需外加碳源，与传统脱氮工艺相比，可减少 63%的供氧量和 100%的碳源，且由于只需要一个反应器，该工艺大大减少基建和运行费用。
目前 CANON 工艺的关键在于如何实现全程自动化操作管理，如果能针对 CANON
工艺开发出一套经济高效的在线监测系统，则该工艺可成为一种经济性、实用性很强废
水生物脱氮工艺。
2）优点
Ø 由于厌氧氨氧化菌为自养型生物，其以无机碳作为碳源，因此无需外加有机碳源作为电子供体，不仅节约成本，而且防止了投加碳源所产生的二次污染。
Ø 厌氧氨氧化反应在厌氧环境下，无需曝气，节省了供氧的动力消耗。
Ø 反应过程中不产生 N2O，避免了传统硝化—反硝化工艺中产生的温室气体排放。
Ø 由于厌氧氨氧化菌的倍增周期较长（11d），反应器一般采用不排泥的启动方式，因此产泥量少。
Ø 厌氧氨氧化最高容积氮去除速率达 9.5kgN/(m3·d)，远远高于传统的硝化反硝化工艺[容积氮去除率<0. 50kgN/(m3·d)]。
3）缺点
Ø 厌氧氨氧化菌倍增时间较长（11d），细胞产率低，所以其富集培养较为困难，造成厌氧氨氧化工艺启动缓慢，世界上第一座生产性装置的启动时间长达 3 年多，过长的启动时间是其工程应用的重大障碍。
Ø 培养环境要求苛刻，反应所需要的温度较高，实际水处理很难达到要求。
Ø 高浓度 NH4+-N 和 NO2－-N 存在对厌氧氨氧化反应也有抑制作用，因此厌氧氨氧化技术难以应用于高浓度的废水处理如垃圾渗滤液等，所以有必要对厌氧氨氧化反应的微生物方面进一步深入研究。
Ø 厌氧氨氧化反应器如果运行不当，会使得出水含有大量亚硝酸盐，且亚硝酸盐与污水中其他物质反应会产生致癌物质，对环境造成更为严重的危害。
Ø 缺乏对工艺的性能、影响因素和优化方法及其技术经济评价的成熟方法。厌氧氨氧化新工艺没有完全实现实际废水的脱氮处理，工程应用少。
2. 机械压缩蒸发（MVC）
低能耗MVC蒸发工艺是目前现有蒸发工艺中能耗效率最高的带有机物去除功能的蒸发工艺，发展自美国海军的海水淡化技术。
1）工艺流程
Ø 渗沥液经过滤器去除大部分SS及细小的纤维后进入后续高效自动控制低能耗MVC蒸发装置。
Ø 在蒸发装置内利用闪蒸原理，把渗沥液原液的水蒸发，蒸汽经冷凝后变成蒸馏水排出，蒸馏水中含有的氨，经DI离子交换系统进一步处理达标排放，出水为脱盐蒸馏水。
Ø 离子交换系统采用盐酸再生，产生氯化铵液体，再生液与MVC浓缩液一起回灌至填埋场。
Ø 蒸发过程产生的不冷凝气体经酸碱处理后，达标排放。
2）工艺原理
该蒸发工艺主要是运用蒸汽的特性，当蒸汽被压缩机压缩时，其压力和温度得到逐步提升。当压缩机压缩形成的较高温度的蒸汽进入蒸发器的换热管内，而渗沥液在管外喷淋时，蒸汽在管里面将汽化潜热传给管外的渗沥液而冷凝，形成冷凝水，管外的渗沥液的水分蒸发，蒸汽进入压缩机压缩，提高温度，在换热管内流动，将汽化潜热传给管外的渗沥液而冷凝，这样连续进行蒸发，整个蒸发过程完全利用汽化潜热，蒸发的能耗仅为多效蒸发能耗的3-5%，在整个系统中能量的输入只有压缩机的马达和很小的保持系统
稳定操作的浸入式加热器。具体如下图所示。
MVC工艺原理图
Ø 厌氧处理后渗沥液被泵入2个热交换器，即浓液冷却器和蒸馏水冷却器，进水被排出系统的浓液和蒸馏水进行预热，与此同时，排出系统的液体温度也得到降低。
Ø 进料在进入循环系统喷淋在管外前还被一个排空冷凝器预热，该排空冷凝器为冷却不可冷凝的气体和空气以达到无蒸汽损失和热损最小化，不凝气体中可能的杂质采用吸收塔吸收。
Ø 循环泵将蒸发器热井的液体泵至喷淋系统，该系统的喷嘴可以通过循环液中可能存在的垢片。在热井里有滤网保护喷淋系统中有垢阻塞的问题。液体被喷淋到热交换管的外面形成薄膜，蒸发发生在管外，形成二次蒸汽，这些二次蒸汽以中速进入蒸汽压缩机，在此，蒸汽的压力和温度得到提升。
Ø 当管外产生的二次蒸汽经过压缩以后进入到热交换管的里面时，已变成作为蒸发热源的饱和蒸汽，该饱和蒸汽在管内冷凝，将热能传递给管外的薄膜以形成蒸发。
Ø 冷凝水在管内形成并且被收集到水腔然后闪蒸到一个脱气塔，闪蒸可以非常有效的消除可能重新冷凝到蒸馏水中的有机气体，除气器可以使得蒸馏水的品质更好。
3）优点
Ø MVC是目前已知蒸发系统中耗能最低的蒸发工艺，虽为蒸发工艺，但却不用蒸汽输入作为热源，只需要少量的电力供应即可，系统亦不需要冷却水供应，通过能量回收系统尽量回收排出系统的蒸馏水和浓缩水的热量。一直以来，困扰蒸发系统应用的主要问题就是能耗高，对于MVC而言，垃圾渗沥液蒸发吨水电耗可低至16kwh/t，比采用生化+膜工艺的用电（25-48 kwh/t）省50%以上。
Ø 蒸馏水水质优良，TDS和挥发性有机物的含量都很低。MVC工艺处理渗沥液属浓缩分离的概念，排放的清水可达90-95%，是其他工艺不可比拟的，水质优良，电耗低，多个垃圾填埋场渗沥液处理项目实际运行的监测数据标明，采用MVC工艺处理渗沥液其出水可长期稳定的满足新标准GB16889-2008的排放要求。
Ø 整个处理过程主要是物理过程，仅蒸发与离子交换，流程短，启动快，易操作。整个工艺流程基本为机械操作，全自动控制，随时开停机，简单易管，维修量少，只需普通机械工人或电工管理即可。
Ø 蒸发器的外壳和换热管的设计中蒸发以薄膜状态发生在管外，如果发生结垢只能在管外而且可以通过视镜看见，清洗方式采用在线清洗，不需要专门停机，也无需移开蒸发器内部的任何元件，没有贵重的垫片需要更换，该重要的特点使得维修率低。
Ø 设备配套的离心式压缩机为中速，其转速在5000 rpm以下，噪音可控制在85dB以下，对外界环境影响很低。
Ø 浓液处理：浓缩液大约在5-10%，可进行回灌，或临时排入调节池，从实际运行情况看，其TDS的累积稳定浓度并不会对蒸发器造成影响，在浓液池底部、调节池都有沉泥，大部分TDS在填埋场反应截留。
Ø 占地小，用电量少，连续运转蒸发能耗10-16KW﹒h/吨。运行成本为25-32元/吨。
4）缺点
Ø 在COD比较高时，此工艺会出现泡沫十分严重的问题（需投加消泡剂解决，费用很高），泡沫将直接影响到出水水质和浓缩倍数；氨氮如果较高的话，树脂的寿命将大大缩短，再生的盐水量也将大大增加，处置困难；蒸发系统的不锈钢结构经常受高浓度的渗滤液冷热交替接触，会产生腐蚀和结垢问题，需要经常清理甚至更换。
Ø 会产生废气、废液等二次污染排放。氨气和部分重金属离子无法在水汽化后分离，需要后接离子交换系统，对铵离子进行置换。阳离子树脂系统在一定期限后，需要使用盐酸进行再生，再生后排出的含盐酸废液对管道会产生腐蚀和结垢的问题，且在交换过程中遇大颗粒物体时会产生堵塞树脂系统的问题；离子交换系统再生过程周期较长，消耗的盐酸属于危险品，储存管理不便。
Ø 有机物的存在会污染离子交换树脂，而MVC蒸发系统不可能将全部有机物和水分离，且使用来再生的盐酸的品质对树脂有关键影响，如果树脂报废，更换相当不便和昂贵。如果要达到最新国标出水标准，树脂再生将相当频繁。
Ø 近年来，国内才有此类工艺应用于垃圾填埋场的实例，经验不是很足（广州从化、潮州锡岗等，其中，广州从化的渗滤液浓度较低，代表性不足）。
存在问题
生化处理系统
Ø 碳氮比偏低，需要外加碳源，才能保持生化系统稳定；
Ø 难降解有机物很难通过生物处理被降解，积累在系统中对生化系统造成影响。
膜处理系统
Ø 膜系统中浓缩液处理难度比渗滤液更大，目前采用的各种浓缩液处理方法均有一定缺陷；
Ø 膜处理系统产水率低，通常纳滤清水产率为80~85%，反渗透清水产率为70~75%，两者串联后的总产水率60%左右；
Ø 膜清洗和更换频率高，渗沥液中污染物浓度较高，使膜系统清洗频率大幅提高，频繁清洗影响运行，同时降低膜的使用寿命。
运营管理
Ø 建设和运营经费不足，渗滤液处理难度远大于一般废水，现有部分项目主管部门和建设方未能充分理解渗沥液项目建设和运营费用高于一般生活污水项目，往往因经费不足造成建设、运营标准偏低而不能满足环保要求；
Ø 运营管理能力不高，渗滤液运营管理难度大于一般市政污水厂或垃圾填埋场。有些项目未重视运营问题，运营团队缺乏专业运营管理能力；渗滤液源头减量不到位，处理设施管理能力低下，有些项目因不注意降低垃圾含水率、未实现垃圾处理设施雨污分流等渗沥液源头减量措施而导致渗沥液处理量增加，超过处理设施负荷。
对策建议
加强运行管理工艺控制管理
控制进水条件，保证合适的C/N等营养比，保证生化系统的稳定运行，必要时采取加碳源等措施保证进水的稳定性；根据进水水质变化，适时调整控制参数；生化系统和膜深度处理系统的水质、水量协调统一；提高系统控制水平，各个单元实现连锁控制，提高整体协调性；特别要注意提高渗沥液处理厂、站运营团队的专业管理能力。
加强垃圾处理设施的运行管理
在收集和运输环节注意控制、降低进入填埋场的垃圾含水率；填埋场加强科学管理，做到雨污分流。改大面积作业的填埋方式为分区施工、填埋、封场，控制开放性填埋作业面面积，减少暴露面，利用场内排洪沟，分离场内非填埋作业区地表径流与作业区的渗沥液，避免产生大量渗沥液；要重视最终覆盖层对减少填埋场渗沥液产生量的作用。对于城市垃圾填埋场，应按卫生填埋标准设置，以减少大气降水入渗量；将填埋场区大气降水渗量减至最小。
加大投入、建设和运营资金并重
渗沥液是处理难度较大的一类废水，建设投入和运行投入均处于较高水平，只有确保投入水平，才有可能获得良好的处理效果；避免建设资金不足而导致项目建设水平、标准偏低，达不到环保要求；同样要避免以往有些项目重建设、轻运营的思路，防止因运营费用不足导致无法运行，设施、设备闲置造成浪费，环保要求更是无从提起。
加快推进新技术研发、引进
现有主流工艺的种种不足，最根本的解决方案是通过不断推进新技术研发、引进和再创新，以技术创新之路解决；技术创新将以企业为主体，整合高校和科研院所的力量，通过行业主管部门和行业协会的引导，不断推陈出新，研发出效率更高、效果更好的新技术、新工艺并加以推广应用
技术动态
电化学处理让垃圾渗滤液无害
垃圾渗滤液的无害化处理是世界性的环保难题。武汉大学水电解工程组日前与武汉威蒙环保科技有限公司、中钢集团武汉安全环保研究院等单位合作，创造性地提出采用两级电化学高级氧化技术，深度处理垃圾渗滤液。
据武汉大学教授周元全介绍，一级电化学反应之后，大部分有机污染物会转化为二氧化碳和水，一部分转性成为生物可降解的成分；二级电催化氧化之后，可将浓缩液中的重金属等无机物沉淀剔除。目前，课题组已成功研制出一套设备，并在阳逻陈家冲垃圾填埋场试运行，每天可处理10吨垃圾渗滤液的浓缩液，处理后的水质达到了国家一级排放标准，每吨浓缩液的处理成本不到35元。
据了解，国内普遍采用超滤膜处理垃圾渗滤液，但对过滤后的浓缩液目前仍无好的办法处理。“十二五”期间，我国将新增58万吨垃圾处理能力，加上已建成垃圾填埋、焚烧厂补建的渗滤液处理设施，垃圾渗滤液无害化处理的市场容量每年将超过百亿元。