城市垃圾填埋場滲濾液處理技術研究進展

李 紅，任相浩，寇瑩瑩，全 爽，嚴 銳，Minsu Bae，楊 波

（1.北京建筑大學 城市雨水系統與水環境省部共建教育部重點實驗室，北京100044；2.韓國仁川市仁川環境工團，仁川406130）

1 引言

隨著我國城市化發展進程的加快，城市人口的不斷增加，城市垃圾也越來越多，垃圾的成份也日趨復雜，因此造成的環境污染也日益嚴重，城市垃圾的處理已經成為目前亟待解決的首要問題。目前比較經濟和環保的處置方法是衛生土地填埋，它能夠長期、安全、可靠地處理無再利用價值的固體廢棄物［1］。因此，近年來垃圾衛生填埋場在各個城市興建起來。填埋場設計和管理的一項主要內容就是垃圾滲濾液的控制和處理，如果垃圾滲濾液處理不當就會對環境造成二次污染，致使垃圾的衛生填埋失去應有的價值和意義［2］。故垃圾滲濾液處理是否達標排放是衡量一個填埋場是否為衛生填埋場的重要指標之一［3］。滲濾液的成分相對比較復雜，含有很多污染物質，如果不經過處理直接排放將會對城市環境造成巨大的危害。并且由于垃圾滲濾液的水質和水量變化較大，給處理工藝的選擇和運行帶來困難。因此，垃圾滲濾液是一種處理難度較大的廢水［4］。

2 垃圾滲濾液的性質

2.1 滲濾液的來源

垃圾填埋場的滲濾液主要有以下來源：自然降水、廢物中自身含有的水分、地表徑流、有機物分解生成的水分、地下水等。

2.2 滲濾液的特征

影響垃圾滲濾液水質的因素包括水分供給情況、填埋場表面情況、垃圾性質、填埋場底部情況、填埋場操作運行方式和填埋的時間等［5］。正因為影響垃圾滲濾液的因素多種多樣，才會使得滲濾液中污染物質的種類、濃度變化很大，所表現出來的特征是水質波動較大、成分相對復雜、生物可降解性隨著填埋場的場齡增加而逐漸降低、金屬離子含量低、污染物濃度高、持續時間長、流量小且不均勻等［6］。城市垃圾滲濾液污染物含量的典型指標見表1［7～12］。

表1 垃圾滲濾液典型水質指標

從表1中可知，垃圾滲濾液分為年輕滲濾液、中位年齡和老齡滲濾液，滲濾液中有機污染物質很多，且含有10多種重金屬離子，水質很復雜。并且滲濾液的COD、BOD和氨氮含量很高。除此之外，垃圾滲濾液的水量變化很大，填埋場中產生的滲濾液量的多少會受很多因素的影響，如降雨量、蒸發量、地下水的滲入量、垃圾自身的特性、地表徑流量和填埋場的結構等等［13］。

3 垃圾滲濾液的處理技術

近年來，國內外對于垃圾滲濾液處理技術的研究取得了很大的進步。尤其是在歐美等經濟發達的國家，對垃圾滲濾液的研究已經取得了一些成果，在處理垃圾滲濾液的方法上，現在比較常見的有：物理化學處理法、生物處理法、土地過濾法等。

3.1 物理化學處理法

物理化學法就是通過一系列物理、化學反應去除垃圾滲濾液中的不可溶組分和可吸附有機物，同時將垃圾滲濾液中的難生物降解有機物轉化為易生物降解的有機物并將其去除［1］。物理化學法主要有混凝沉淀法、活性炭吸附法、化學沉淀法、化學氧化法、密度分離法等。物理化學處理法受水質水量變化影響較小，出水水質相對比較穩定，尤其是對BOD/COD比值介于0.07～0.20之間含有毒、有害的難以生化處理的滲濾液處理效果比較好［14］。

3.1.1 混凝沉淀法

混凝沉淀法是將混凝劑投加在廢水當中，使廢水中的懸浮物和膠體聚集形成絮凝體，再加以分離的方法。在目前，常采用的混凝劑多為 AL2（SO4）3、FeSO4、FeCl3以及聚鐵、聚鋁等［15～17］（表2）。

表2 混凝法在垃圾滲濾液中的處理效果

許艷等［15］選用聚合氯化鋁（PAC）為混凝劑，聚丙烯酰胺（PAM）為助凝劑對垃圾滲濾液進行預處理，進水COD為4500～6000mg/L，pH值為9，經過一段時間的處理后，COD的去除率可達45%以上。A A Tatsi等［16］用硫酸鋁和氯化鐵對垃圾滲濾液進行預處理，對于比較年輕的垃圾滲濾液，經過實驗研究表明，進水COD為70900mg/L時COD去除率為38%。而對于中老齡的垃圾滲濾液，進水COD為5350mg/L時COD去除率可達75%，當pH值為10、混凝劑達到2g/L時，COD去除率最高可達80%。

混凝沉淀法主要用在垃圾滲濾液的預處理和深度處理上。如趙玲［17］等采用PAC混凝－粉煤灰吸附對老齡垃圾滲濾液預處理的研究，結果表明當PAC投量在350mg/L、粉煤灰投量在8.0mg/L時，可將滲濾液中COD的濃度從1987mg/L降為516.2mg/L，去除率達74%，滲濾液的顏色由原來的深褐色變為淺灰色，可生化性指數BOD/COD由0.19上升到0.35。

3.1.2 化學氧化法

化學氧化法是利用強氧化劑氧化分解廢水中的污染物質，以達到凈化廢水的目的，是最終去除廢水中污染物質的有效方法之一［18］。化學氧化法主要去除滲濾液中的色度和硫化物，對COD的去除率通常為20%～50%［19］。處理垃圾滲濾液方面應用的化學氧化法主要有Fenton法、光化學氧化法、電化學氧化法等（表3）［21～29］。

表3 化學氧化法在垃圾滲濾液中的處理效果

（1）Fenton法。Fenton 試劑是一種由 H2O2、Fe2＋組成的均相催化氧化體系，氧化和絮凝作用是其去除有機污染物的2個主要途徑。選用Fenton工藝對經過生化處理的城市垃圾滲濾液進行深度處理，結果表明：該工藝具有氧化和混凝的雙重作用，其最優工藝條件為：［H2O2］＝38.8mol/L、初始pH 值＝3、混凝pH 值＝8，反應時間60min，H2O2為一次投加。在此條件下，COD和TOC的去除率分別達63.43%和80.58%［20］。郭勁松等［21］對垃圾滲濾液進行實驗，在最佳的實驗條件下，考察了Fenton試劑對滲濾液中不同表觀分子質量和不同種類有機物的去處效果。結果表明，進水COD為4500mg/L，去除率可達76%，且Fenton試劑對富里酸和腐殖酸的去除率分別為85%和68.4%。王杰等［22］以顆粒活性炭為催化劑，建立活性炭－Fenton催化氧化體系，對垃圾滲濾液進行有效處理，分別考察了反應時間、pH值、活性炭用量和過氧化氫用量對廢水處理效果的影響，結果表明：在反應時間為30min、pH值＝3、活性炭用量20g/L、硫酸亞鐵用量0.02mol/L和過氧化氫用量2ml/L的條件下，可使廢水的COD從3000mg/L降至1522.2mg/L，COD去除率達到48.26%。

（2）光催化氧化法。光催化氧化法是一種能耗低、易操作、工藝較為簡單、沒有二次污染的技術，并且對于一些特殊的污染物質的處理比其他方法要好，因此該法應用前景良好。其原理是在廢水中加入一定數量的催化劑，在光的照射下產生自由基，利用自由基的強氧化性達到處理目的［23］。光催化化學采用的半導體有二氧化鈦、氧化鋅、三氧化二鐵。DE Meeroff等［24］用TiO2作催化劑進行光催化氧化垃圾滲濾液實驗，垃圾滲濾液經過4h的紫外光催化氧化后，COD去除率達到86%，BOD/COD從0.09提升到0.14，氨氮去除率為71%，色度去除率為90%；反應完成后85%可被回收。黃本生［25］等以城市生活垃圾為研究對象，采用懸浮態半導體催化劑對滲濾液進行處理實驗。研究表明，在一定的實驗條件下，用ZnO/TiO2復合半導體催化劑處理垃圾滲濾液效果較好，用光催化氧化法處理垃圾滲濾液，COD的去除率可達84.48%。T I Qureshi［26］等用紫外光－光催化氧化法處理垃圾滲濾液，在最佳的實驗條件下，TOC和顏色的去除率分別為61%和87.2%，BOD/COD顯著增加，從0.112提升至0.32，COD的去除率也達到63%。

（3）電化學氧化法。電解氧化法處理廢水的實質就是利用電解作用把水中有毒物質變成無毒或是低毒物質的過程［27］。E Turro等［28］對影響垃圾滲濾液電解氧化處理的因素進行了研究，以Ti/IrO2－RuO2為電極，HCLO4為電解質，結果表明：反應時間、反應溫度、電流密度和pH值是影響處理效果的主要因素，在溫度為80℃、電流密度為0.032A/cm2、pH 值＝3的條件下反應4h，COD由2960mg/L降至294mg/L，TOC 由1150mg/L降至402mg/L，色度去除率可達100%。魏平方［29］等用電化學氧化法處理垃圾滲濾液，研究表明，電化學氧化過程可有效的去除垃圾滲濾液中的污染物。當電流密度為12A/dm2，氯化物濃度為6000mg/L時，用SPR陽極電解240min，可去除90%COD、3000mg/L氨氮。

3.1.3 吸附法

吸附法是利用吸附材料的巨大表面積和不規則的網孔結構，使垃圾滲濾液中的污染物質吸附在其表面而被去除。吸附法應用于垃圾滲濾液的處理中，主要去除的是滲濾液中難降解的有機物、金屬離子和色度等［30～32］。

表4 吸附法在垃圾滲濾液中的處理效果

H A Aziz［30］等用顆粒尺寸范圍為2～4mm的石灰石作為吸附劑，通過30d連續實驗，可去除90%以上的COD。而且石灰石作為一種處理垃圾滲濾液的吸附劑，其潛力很大且價格低廉。F Kargi［31］等用粉狀活性炭（PAC）作為處理垃圾滲濾液的吸附劑，主要應用于生物處理的預處理過程，可顯著提高后續COD的去除率，并且在活性炭吸附過程中COD的去除率可達38%。于清華［32］研究絮凝－吸附法預處理垃圾滲濾液，在經絮凝以后，吸附劑粉煤灰的最佳投放量為200g/L的條件下，COD，NH3－N、懸浮物、色度和重金屬離子的去除率 分 別 達 79.64%、83.23%、58.75%、92.56% 和60.37%～96.33%。

3.2 生物處理法

生物處理法分為好氧生物處理、厭氧生物處理以及厭氧～好氧組合生物處理。生物處理法處理效果好、運行成本低，適合于處理生化較好的滲濾液。目前為止，生物處理法是目前最有效、應用最多的處理方法，該法可以有效的降低滲濾液中的COD、BOD和氨氮，還可以去除鐵、錳等金屬。

3.2.1 好氧和厭氧生物處理法

好氧生物處理法常用的處理方法有活性污泥法、曝氣穩定塘、生物膜法、生物濾池和生物流化床。好氧生物處理能夠有效的降低水中的BOD、COD和氨氮。O.N.Agdag［33］等對垃圾滲濾液進行處理，研究了一個兩階段的順序升流式厭氧污泥反應器（UASB）和好氧完全攪拌式反應器（CSTR）。結果表明，COD的去除率一直在穩步提升，最終可高達90%。A.Uygur［34］等進行的垃圾滲濾液處理研究實驗，在pH值＝12時用石灰石進行預處理，再用序批式反應器（SBR）進行深度處理，最后可去除62%的COD。

表5 不同的好氧和厭氧工藝在垃圾滲濾液中的處理效果

厭氧生物處理法常用處理方法有上流式污泥床、厭氧固定化生物反應器、混合反應器及厭氧穩定塘等。厭氧生物處理法適合于處理有機物濃度高、可生化性差的垃圾滲濾液。Deniz［35］等在用UASB－MBR工藝處理滲濾液的研究中發現，COD和TNK的去除率都大于90%，可生物降解的有機物去除率達到99%，BOD含量可由8000＿mg/L降至50＿mg/L。陳小玲［36］等采用ABR工藝處理垃圾滲濾液。HRT控制在18h后垃圾滲濾液的可生化性及C/N，COD去除率達到75%，培養馴化120d后，氨氮去除率穩定在80%。劉子旭［37］等在UASB反應器中接種好氧污泥培養厭氧顆粒污泥進行實驗，研究對不同濃度老齡（13年）垃圾滲濾液對處理效果的影響情況。通過保持進水COD濃度不變、逐步縮短 HRT從而提高容積負荷到20gCOD/（L.d）的方法，可以培育出直徑為1～3mm的顆粒污泥，最終產氣量穩定在60～70L/d，甲烷含量在50%～70%之間，COD去除率保持在90%左右。

3.2.2 厭氧－好氧生物組合法

經過實驗研究，對高濃度的垃圾滲濾液采用厭氧－好氧處理工藝，既經濟合理，處理效率又高（表6）［38～40］。

表6 厭氧－好氧組合工藝在垃圾滲濾液中的處理效果

Govahi［38］等使用UASB－好氧塘處理滲濾液（升流式厭氧污泥床 UASB）。原滲濾液 COD為45000～90000mg/L，經過處理，厭氧池，好氧池和總系統中COD的去除率分別為57%～87%，35%～70%和66%～94%。劉牡［39］等采用“兩級 UASB－A/O”組合工藝處理實際高氨氮城市生活垃圾滲濾液。結果表明，在平均進水氨氮，TN質量濃度和COD分別為2315，2422，13800mg/L的條件下，去除率分別可達99%，87%，92%，能同時實現有機物和氨氮的有效深度去除。高鋒［40］等利用ASBR和SBR組合工藝對垃圾滲濾液進行實驗。ASBR反應器作為厭氧消化反應器，主要完成初步降解有機物的目的，并且處理后的滲濾液對后續的好氧生物處理較為有利，經SBR處理后的滲濾液COD的去除率可達92%左右。

3.3 土地處理法

土地處理技術利用土壤、微生物和植物組成的陸地生態系統的自我調控機制和對污染物的綜合凈化功能處理填埋場滲濾液，常見的滲濾液土地處理方式有人工濕地和回灌兩種。土地處理投資少、運行費用低，但受氣候條件限制，一般只應用于干旱地區。王傳英［41］采用回灌技術處理城市生活填埋場滲濾液，結果表明，滲濾液的回灌對COD和氨氮有一定的去除效果。土地處理技術與其他處理系統相比，是一種便宜去除填埋場滲濾液污染物的途徑，但從長遠看來，該系統存在重金屬及鹽類在土壤中積累與飽和問題，這會對土壤結構及植物的生長帶來負面影響。另外，隨著使用時間的延長，其處理效率會下降。

4 結語

最佳的滲濾液的處理方法要求充分降低對環境的影響，這也正是現代垃圾滲濾液處理方法面臨的主要問題。生活垃圾滲濾液作為一種高濃度、成分復雜和水質變化大的有機廢水，采用單純的生化法、物化法及土地法等無法實現滲濾液的最終無害化處理。雖然近年來各種垃圾滲濾液處理技術不斷涌現出來，取得了較好的效果，但是仍然存在一定問題。因此選擇垃圾滲濾液處理工藝的時候，應根據滲濾液的特性以及各地實際情況，因地制宜地選用處理方法，并通過實驗取得優化的工藝參數，用于指導實踐。

垃圾滲濾液處理首先應該在源頭上進行有效控制，減少滲濾液量，并且加快污水處理的先進技術在滲濾液處理上的研究和應用，探尋滲濾液高濃度有機廢水資源化處理利用的新途徑，爭取化害為利，變廢為寶。

在垃圾滲濾液的處理過程中，選擇何種工藝最適合還得依賴于滲濾液廢水的性質。根據廢水中COD、BOD以及氨氮和重金屬的濃度，選擇適當的工藝進行處理，并且應該在處理過程中考慮整體的因素，如填埋場的年齡、廠房的靈活性和可靠性、季節變化、投資和運營成本以及對周圍環境的影響等，因此，選擇恰當的處理方法應考慮諸多因素，以選擇最有效、最經濟并且對周圍環境影響最小為原則。

綜合考慮經濟和處理效果等諸多因素，今后垃圾滲濾液的處理方法中將有可能更多的采納過濾－混凝沉淀法，采用常用的混凝劑及活性炭吸附過濾就能達到很好的處理效果，并且投入成本相對較低。

［1］劉雅娜，馬淑敏，黃昌兵，等.城市垃圾填埋場滲濾液處理技術及應用對策［J］.河北建筑科技學院學報，2006，23（1）：11～15.

［2］胡慧青，周啟星.天子嶺垃圾填埋垃圾滲濾液治理及其工藝改造［J］.污染防治技術，1998.11（1）：62～64.

［3］孟 了，熊向隕，馬箭.我國垃圾滲濾液處理現狀及存在問題［J］.給水排水，2003，29（10）：26～29.

［4］柯水洲，歐陽衡.城市垃圾填埋場滲濾液處理工藝及其研究進展［J］.給水排水，2004，30（11）：26～32.

［5］Kanggk S P.Characterization of humic substances present in landfill with different landfill ages and its implications［J］.WaterResearch，2002，36：4023～4032.

［6］蔣海濤，周恭明，高延耀.城市垃圾填埋場垃圾滲濾液的性質特征［J］.環境保護科學，2002，6：11～13.

［7］Lopez A，Paganom，Volpe A，et al.Fenton＇s pre－treatment ofmature landfill leachate［J］.Chemosphere，2004（54）：1005～1010.

［8］Ozturk I，Altinbasm，Koyuncu I，et al.Advanced physico－chemical treatment experiences on youngmunicipal landfill leachates［J］.Wastemanage，2003（23）：441～446.

［9］Frascari D，Bronzini F，Giordano G，et al.Long－term characterization，lagoon treatment andmigration potential of landfill leachate：a case study in an active Italian landfill［J］.Chemosphere 2004，554：335～343.

［10］Wu J J，Wu C，Ma H，et al.Treatment of landfill leachate by ozone－based advanced oxidation processes［J］.Chemosphere，2004，54；997～1003.

［11］Tabet K，Moulin P，Vilomet J D，A，et al.Purification of landfill leachate withmembrane processes：preliminary studies for an industrial plant［J］.Seperate Science Technology，2007，37：1041～1063.

［12］Aziz H A，Yussffm S，Adlanm N，et al.Physico－chemical removal of iron from semi－aerobic leachate by limestone filter［J］.Wastemanage，2004，24：353～358.

［13］賴吾生.城市生活垃圾填埋場滲濾液處理探討［J］.化學工程與裝備，2012（11）：199～203.

［14］王 丹，趙朝成.城市垃圾滲濾液處理技術發展現狀［J］.油氣田環境保護，2006（3）：37～40.

［15］徐 艷，徐建平，史武元.混凝沉淀－UASB對垃圾滲濾液預處理研究［J］.應用化學，2014，1（1）：111～114

［16］Tatai A A，Zouboulis A I.Matis K A，et al.Coagulation－flocculation pretreatment of sanitary landfill leachates［J］.Chemosphere，2003，53（7）：727～744.

［17］趙 玲，尹平河.PAC混凝一粉煤灰吸附對老齡垃圾滲濾液預處理的研究［J］.廣東化工，2007，33（2）：41～48.

［18］支衛兵，譚惠忠.城市垃圾滲濾液處理方法總數［J］.江西科學，2007，10（5）：656～660.

［19］王 振，王玲利.垃圾滲濾液的工藝比較［J］.給水排水動態，2012（8）：13～15.

［20］姜守武，曲 浩.垃圾滲濾液處理技術及工藝探討［J］.電力與能源，2013（7）：460～461.

［21］郭勁松，陳 鵬，方 芳，等.Fenton試劑對垃圾滲濾液中有機物的去除特性研究［J］.中國給水排水，2008，24（3）：88～90.

［22］王 杰，馬溪平，陳忠林，等.活性炭－Feton預處理垃圾滲濾液的研究［J］.遼寧大學學報，2008，35（4）：367～369.

［23］孫 友，張 超，李本高.物化法處理垃圾滲濾液的研究進展［J］.工業水處理，2013，1：1～5.

［24］Meeroff D E，Bloetscher F，Reddy D V，et al.Application of photochemical technologies for treatment of landfill leachate［J］.Journal of Hazardousmaterials，2012，209/210：299～307.

［25］黃本生，王里奧，呂 紅，等.用光催化氧化法處理垃圾滲濾液的實驗研究［J］.環境污染治理技術與設備，2003，4（4）：22～26.

［26］Qureshi T I，Kim H T，Kim Y J.UV－catalytic treatment ofmunicipal solid－waste landfill leachate with hydrogen peroxide and ozone oxidation［J］.Chem.Eng，2002，10：444～449.

［27］聶發輝，李文婷，劉占孟.垃圾滲濾液處理技術的研究進展［J］.華東交通大學學報，2013，2（30）：21～27.

［28］Turro E，Giannis A，Cossu R，et al.eLElectrochemical oxidation of stabilized landfill leachate on DSA electrodes［J］.Journal of Hazardousmaterials，2011，190（1/2/3）：460～465.

［29］魏平方，鄧 勇，王春宏，等.電化學氧化法處理垃圾滲濾液［J］.化學與生物工程，2005（3）：50～51.

［30］Aziz H A，Yussffm S，Adlanm N，Adnan N H，et al.Physicochemical removal of iron from semi－aerobic leachate by limestone filter［J］，Wastemanage，2004，24：353～358.

［31］Kargi F，Pamukoglu F.Simultaneous adsorption and biological treatment of pre－treated landfill leachate by fed－batch operation［J］，Process Biochem，2003，38：1413～1420.

［32］于清華.化學絮凝－吸附預處理垃圾填埋場滲濾液試驗研究［J］.四川環境，2012，31（3）：9～12.

［33］Agdag O N，Sponza D T.Anaerobic/aerobic treatment ofmunicipal landfill leachate in sequential two－stage up－flow anaerobic sludge blanket reactor（UASB）/completely stirred tank reactor（CSTR）systems［J］，Process Biochem，2004，40：895～902.

［34］Uygur A，Kargi F.Biological nutrient removal from pre－treated landfill leachate in a sequencing batch reactor［J］.J.Environ.Manage，2004，71：9～14.

［35］Deniza，Cigdem K A，Kozet Y，et al.Tratment of landfill leachate using UASB－MBR－SHARON－Anammox configuration［J］.Biodegradation，2013，24（3）：399～412.

［36］陳小玲，李金城，孫 鑫，等.ABR反應器對垃圾滲濾液的處理試驗研究［J］.水科學與工程技術，2012（5）：21～24.

［37］劉子旭，孫力平，李玉友，等.UASB啟動及不同濃度垃圾滲濾液的處理效果［J］.環境工程學報，2013，7（5）：1621～1626.

［38］Govahi S，Karimi－Jashni A，Derakhshanm.Treatability of landfill leachate by combined upf；ow anaerobic sludge blanket reactor and aerated lagoon［J］.Int J Environ Sei Technology，2012，9（1）：145～151.

［39］劉 牡，彭永榛，宋燕杰，等.厭氧－好氧組合工藝處理垃圾滲濾液短程硝化的二次啟動［J］.水處理技術，2011，37（2）：52～58.

［40］高 鋒，李 晨.厭氧消化與SBR組合工藝處理城市垃圾滲濾液［J］.環境工程，2008，12（26）：33～35.

［41］王傳英.城市生活垃圾填埋場滲濾液回灌處理技術實驗研究［D］.長安：長安大學，2011.