(1)垃圾渗滤液基本介绍
垃圾渗滤液,又称渗沥水、渗沥液、沥滤液或浸出液,是垃圾堆放和填埋过程中由于压实、发酵等物理、生物、化学作用,同时在降水和其他外部来水渗流作用下产生的含有机和无机成分液体。
垃圾渗滤液具有污染物组成复杂、污染物浓度高和重金属离子含量高的特点,包含多种致癌物,处理难度非常大。垃圾渗滤液的有机性使得这种液体非常难以处理,如果处置不当,则会对地表水、地下水、土壤层以及周边环境造成严重污染,造成严重的水污染事故和生态环境破坏。
根据住建部发布的《2022 年城乡建设统计年鉴》,2022年城市无害化处理场(厂)有 1,399 座,县城无害化处理场(厂)有 1,343 座。具体按照无害化处理方式划分,垃圾渗滤液可分为垃圾填埋场渗滤液和垃圾焚烧厂渗滤液。受气候、垃圾本身、堆放时间、堆放地点等因素的影响,两种无害化处理方式产生的垃圾渗滤液也有所差异。
1)垃圾填埋场渗滤液
垃圾填埋场渗滤液的产生和水量随季节和地域等变化而不同,成分中有机物质和无机盐含量高,水质受外界水文地质、气候、填埋规模、填埋工艺、填埋时间、垃圾成分以及人们生活水平等多个因素影响而发生变化。其特点主要表现为:成分复杂、污染物种类多、含盐量高、碳氮比失调、水质水量和污染物浓度变化大等。
填埋场渗滤液的日产生量受当地降雨量、蒸发量、地面水损失、地下水渗入、垃圾的特性、雨污分流措施、表面覆盖和渗滤液导排设施状况等多重因素影响。一般情况下,填埋场渗滤液日产量为垃圾填埋量的 35%-50%(重量比),部分地区受地域、降水影响,该比例甚至达到 50%以上。按垃圾的填埋年限及渗滤液水质,可将垃圾填埋场渗滤液分为初期渗滤液、中后期渗滤液和封场后渗滤液。
2)焚烧发电厂渗滤液
中国的原生生活垃圾的典型特点就是厨余物含量高、含水率高、有机物含量高,混合收集,相对热值较低。因此,国内生活垃圾焚烧厂设计中,垃圾坑的储存容量为 3-7 天的垃圾处理量,即垃圾在垃圾坑中储存经过 3-7 天的发酵熟化,以达到将垃圾中的水份沥出,提高垃圾燃烧热值的目的,从而减少辅助燃料投加,增加发电量,提高垃圾焚烧发电厂的效率。
焚烧厂垃圾渗滤液属原生渗滤液,未经过厌氧发酵、水解、酸化过程,通过质谱分析,垃圾渗滤液中有机物种类高达百余种,其中所含有机物大多为腐殖类高分子碳水化合物和中等分子量的灰黄霉酸类物质,且内含如苯、萘、菲等杂环芳烃化合物、多环芳烃、酚、醇类化合物、苯胺类化合物等难降解有机物,因而其水质相当复杂,污染物种类多,而且浓度存在短期波动性和长期变化的复杂性。垃圾焚烧厂渗滤液的日产生量应考虑集料坑中垃圾的停留时间、主要成分等因素。
根据《生活垃圾渗沥液处理技术规范》(CJJ 150-2010),垃圾焚烧厂渗滤液的日产生量一般为垃圾量的 10%-40%(重量比),降雨量较少地区渗滤液的日产生量一般为垃圾量的 10%-15%(重量比)。
(2)垃圾渗滤液处理行业现状
1)垃圾渗滤液处理的主要方式
根据《2022 年城乡建设统计年鉴》,截至 2022 年全国城市生活垃圾清运量为 24,445 万吨,其中无害化处理量 24,419 万吨,无害化处理占比 99.89%,无害化处理是最主要的城市生活垃圾处理方式。
根据国家统计局数据,在 2021 年城市生活垃圾无害化处理中,卫生填埋处理量 5,208.5 万吨,焚烧处理量 18,019.7 万吨,二者合计占比 93.51%。根据《“十四五”城镇生活垃圾分类和处理设施发展规划》的总体目标,到 2025 年底,城市生活垃圾焚烧处理能力占比 65%左右。若城市生活垃圾焚烧处理能力匀速释放,则焚烧处理能力年复合增长率将达到 3.4%。
2)垃圾渗滤液处理行业发展历程
我国渗滤液处理设施投入建设起步于 20 世纪 90 年代,起步较晚,主要经历如下几个阶段:从 20 世纪 90 年代初期开始,随着垃圾卫生填埋场的兴建,一批垃圾渗滤液处理厂也开始建设。在处理工艺方面,该阶段主要参照城市污水处理方法,但由于未能充分考虑渗滤液的水质特征,导致处理效果不佳。
20 世纪 90 年代中后期,行业科研人员针对渗滤液的特征和处理工艺加大研究,并取得了一定的突破,但在处理工艺方面仍以生物处理为主,配合混凝法、活性炭吸附法、吹脱法为代表的物化处理方法,由于运行成本较高从而在大多数情况下被用于提高渗滤液可生化性或对渗滤液经生物处理后出水的进一步处理。
进入本世纪初,随着我国引入欧美发达国家渗滤液处理技术和设备,特别是膜处理技术的引入,并经过消化、吸收,推动了行业的快速发展。膜处理技术包括微滤膜(MF)、超滤膜(UF)、纳滤膜(NF)和反渗透膜(RO)等技术,膜过程常用于二级处理后的深度处理中,多以微滤(MF)、超滤(UF)替代常规深度处理中的沉淀、过滤、吸附、除菌等预处理,以纳滤(NF)、反渗透(RO)进行水的软化和脱盐。膜处理技术处理渗滤液具有出水水质好、出水稳定、可以达到较高排放要求等优点,近年来在渗滤液处理中得到广泛使用。
(3)垃圾渗滤液处理行业市场前景
1)人均垃圾清运量逐步增加,垃圾渗滤液产量仍存增量空间
根据《2022 年中国城乡建设统计年鉴》数据,2011-2022 年我国城市和县城生活垃圾清运量由2011 年的 23,138 万吨,增加到 2022 年的 31,150 万吨,总量持续增长;结合城市城区和县城人口(含暂住人口)数量测算,我国城市和县城人均每日垃圾清运量由 2011 年的 1.15kg,增加到 2022 年的1.18kg,人均垃圾清运量也在持续增长。随着我国经济的发展,参照国外发达国家人均垃圾产生量情况,未来我国人均垃圾产生量会持续增长,将推动垃圾处理行业不断发展。
2)水质要求提高,垃圾渗滤液处理设施改造需求扩大
根据生态环境部发布的《2022 中国生态环境状况公报》,2022 年全国地表水监测的 3,629 个国考断面中,Ⅰ类至Ⅲ类水质断面(点位)占比 87.9%,较 2021 年上升 3.0 个百分点;劣Ⅴ类占比 0.7%,较 2020 年下降 0.5 个百分点。主要污染指标为化学需氧量(COD)、高锰酸盐指数和总磷。地下水方面,2022 年监测的 1,890 个国家地下水环境质量考核点位中,Ⅰ类至Ⅳ类水质点位占比 77.6%,V类占 22.4%,主要超标指标为铁、硫酸盐和氯化物。
随着我国工业和城镇化进程的持续推进,以及考虑到我国庞大的人口基数,地表水中Ⅳ类、Ⅴ类及劣Ⅴ类非饮用水水质占比仍高达 12.1%,地下水 V 类水质占比达 20%以上,水资源短缺矛盾仍然严峻,对我国经济社会的可持续发展以及人民群众的饮水安全和身体健康带来严重影响。水污染防治有待进一步提升是我国水资源面临的重要问题,客观上要求在提高水资源利用效率的同时减少水污染程度,在政府层面环保督察的进一步催生下,水污染防治与资源化利用市场仍存在巨大的市场空间。
根据《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB16889—2008),原有垃圾填埋场及该标准执行后新建、改建、扩建的垃圾填埋场均需执行标准所载“表 2-现有和新建生活垃圾填埋场水污染物排放质量浓度限值”。新建垃圾填埋场均按照新标准执行配套垃圾渗滤液处理设施,而该标准出台前建设的垃圾填埋场均需改造垃圾渗滤液处理设施。
根据《生活垃圾焚烧污染控制标准》,将生活垃圾焚烧厂排放的水污染物、恶臭污染物等纳入了适用相应的国家污染物控制标准,其中涉及的生活垃圾渗滤液要求妥善收集并在生活垃圾焚烧厂内处理或送至生活垃圾填埋场渗滤液处理设施处理,处理后满足 GB16889 表 2 的要求,新建垃圾焚烧厂和现有垃圾焚烧发电厂均有增量和存量渗滤液处理设施需求。
3)“存量+增量”需求并存,垃圾渗滤液处理量仍有较大增长空间
渗滤液处理行业是城镇环境基础设施的重要组成部分。在一系列政策如《关于加快推进城镇环境基础设施建设的指导意见》(国办函[2022]7 号)《“十四五”城镇生活垃圾分类和处理设施发展规划》(发改环资[2021]642 号)等的支持下,我国垃圾处理能力在近年来得到显著提升,但是城镇生活垃圾分类和处理设施还存在处理能力不足、区域发展不平衡、存量填埋设施环境风险隐患大、管理机制不健全等问题。
我国生活垃圾处理行业未来在发展空间和增速方面仍有较高景气度,这将给垃圾渗滤液处理市场带来新的增量空间。由于我国目前垃圾分类尚不完善,生活垃圾含水量一般都在 50%以上,垃圾处理设施产生的渗滤液一般占垃圾处理量的 35%-50%(重量比),部分地区受地域、降水等的影响,垃圾渗滤液的产量占垃圾处理量比重甚至可达到 50%以上。
按照垃圾填埋厂产生的渗滤液占垃圾填埋量的 40%、垃圾焚烧厂产生的渗滤液占垃圾焚烧量的 30%、垃圾综合处理厂产生的渗滤液占垃圾综合处理量的35%,并结合我国住建部公布的统计年鉴数据对我国 2021-2025 年的城市垃圾渗滤液产量进行测算:垃圾渗滤液市场规模稳步增长,由 2021 年的 1.31 亿吨逐步增至 2025 年的 1.75 亿吨,垃圾渗滤液处理行业前景良好。
(4)行业技术水平及技术特点
垃圾渗滤液具有污染物质成分复杂,有机污染物、氨氮、总氮和悬浮物浓度高等特点,和一般工业废水的处理相比,垃圾渗滤液更加难以处理。常用的垃圾渗滤液主要的处理技术可分为厌氧生化反应器技术、A/O-MBR 生物脱氮、膜组合深度处理等。其中,厌氧生化反应器技术主要有上流式厌氧污泥床反应器(UASB)、厌氧复合床反应器(UBF)、IC/EGSB 厌氧反应器;A/O-MBR 生物脱氮技术主要是以活性污泥生化为主的外置式 MBR技术。
这两类技术水平成熟,处于污水处理行业领先地位;其技术特点是生化处理成本低,为垃圾渗滤液处理的核心工艺。但经此法处理后的垃圾渗滤液出水一般无法直接达到国家的相关排放标准,需要进行后续的深度处理。
膜组合深度处理技术主要包括纳滤膜、物料膜和反渗透膜分离技术。该类技术水平体现在其处理效果可控,处于污水处理行业领先地位。膜处理技术具有适应垃圾渗滤液水质水量变化大的特点,而且操作及维护方便,占地面积小,易于实现自动化控制。
不同的膜组合深度处理技术特点有所差异,纳滤膜(NF)技术主要分离去除难于生物降解的腐殖酸和其它有机物;反渗透膜(RO)技术可阻挡所有溶解的无机分子以及任何相对分子质量大于 100 的有机物,而水分子可通过薄膜成为纯水,其对水中二价离子的脱除率最高可达 99.5%,对一价离子的脱除率也在 95%以上;物料膜技术主要从纳滤膜产生的浓缩液中分离去除腐殖酸,而进一步达到浓缩液减量化的目的。
垃圾渗滤液经膜处理后,出水能够达到国家相应的排放标准,不会对环境造成任何危害。其它工业高浓度有机废水只是在有机污染物和氨氮等浓度方面与垃圾渗滤液有所不同,其处理技术的特点和行业水平与上述垃圾渗滤液的处理类似。
(5)行业技术发展趋势
在“互联网+”的背景下,物联网、大数据等新一代信息技术有望应用到垃圾渗滤液、工业高浓度有机废水处理行业中,促进污水处理技术由传统模式向智能化、数字化发展,提高污废水处理效率和质量,精准满足处理要求,有助于降低能耗和削减成本。信息技术的应用可以帮助行业内企业在设计、建造和运营多个环节实现流程化标准管理,从而提高技术水平。
膜组合技术产生部分浓缩液,因为浓缩液中含盐量高,COD 和氨氮等污染物浓度仍不能排放达标,所以需要对浓缩液进一步处理。可靠和低成本的以浓缩液“减量化”技术或“零排放”深度废水处理技术为主导的膜技术和高级氧化技术,也是行业技术研发趋势。