垃圾滲濾液處理方法研究進展

王志科　張興　趙崢　唐渭　李廷山

摘要：為了研究目前垃圾滲濾液處理方法及處理效果現(xiàn)狀，以實現(xiàn)垃圾填埋場在實際運營過程中對垃圾滲濾液的有效處理，從而達到環(huán)境保護的目的，從垃圾滲濾液來源、特征與危害、垃圾滲濾液處理方法等方面進行探討、分析，并總結(jié)了各處理方法的成功案例。探討了未來垃圾滲濾液處理方法的發(fā)展趨勢，即配套新型處理劑或者新材料的組合工藝將是垃圾滲濾液處理的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：垃圾滲濾液;垃圾填埋場;處理方法;組合工藝;環(huán)境保護

中圖分類號：X703 文獻標識碼：A 文章編號：1674-9944（ 2020） 2-0113-04

1 引言

社會經(jīng)濟水平的不斷發(fā)展很大程度上提高了人民的生活質(zhì)量，同時生活垃圾產(chǎn)生量隨著生活水平的提高平也與日俱增[1]。在眾多生活垃圾處理方法中城市生活垃圾衛(wèi)生填埋技術(shù)因自身具有的優(yōu)越性得到人們廣泛認可，成為應用最為廣泛的生活垃圾處理方式之一[2-6]。隨著時間的推移，很多生活垃圾填埋場填埋容量已接近飽和[7，8]，隨之而來衛(wèi)生填埋法所產(chǎn)生的的城市垃圾滲濾液有效處理成為垃圾填埋場迫切需要解決的問題，城市生活垃圾中有機物由于長時間填埋與發(fā)酵，導致滲濾液中有機物不斷減少，可生化性變差[9-11]，由此產(chǎn)生的垃圾滲濾液是一類含有高濃度NH4-N和有機物的難處理廢水，尤其是晚期垃圾滲濾液其C/N通常小于3[12]，使老齡垃圾滲濾液的處理成當前的棘手問題。

2 垃圾滲濾液來源

垃圾滲濾液來源與生活垃圾成分、運儲、處置等各環(huán)節(jié)密切相關(guān)，是經(jīng)過厭氧發(fā)酵、有機物降解、雨水沖淋、地下水浸泡等原因形成的成分復雜的高濃度有機廢水[13]。由于國內(nèi)生活垃圾分類程度不高，家庭廚余等易腐垃圾占比重高，垃圾自身含水量大，加之降水滲透等影響，學者普遍認為垃圾滲濾液主要來源是垃圾本身含有的大量可溶性有機物、無機物在雨水、地表水或地下水的浸入過程中溶解的污染物、垃圾通過生物、化學、物理作用產(chǎn)生的可溶性物質(zhì)、覆土和周圍的土壤中進入滲濾液的可溶性物質(zhì)，成分非常復雜[14]。

3 垃圾滲濾液特征與危害

垃圾滲濾液具有水質(zhì)水量變化大，氨氮、有機物質(zhì)量濃度高[15 -17]，尤其晚期垃圾滲濾液氨氮升高，造成C/N過低，導致生物脫氮難以進行，易利用的碳源不足導致總氮難以達標[18-20];生化反應處理末端難降解有機物占比高，BODs/CODe，降低（一般在0.1～0.2），可生化性差[21]。晚期垃圾滲濾液小分子有機酸可通過生化處理方式去除[22]，剩余難以生物降解的腐殖質(zhì)含量增加，同時由于缺少碳源而導致脫氮過程受阻[23]，增加了處理難度。垃圾滲濾液水質(zhì)特征見表1。

垃圾滲濾液成分復雜，含有多種有毒有害成分，體現(xiàn)在垃圾滲濾液中含有的有機物多達99種，其中含有芳香族化合物（萘、菲等）、鹵代有機物、硝基化合物、酚類化合物和苯胺類化合物等眾多生物難以降解的物質(zhì)，而且被列為中國環(huán)境保護部和世界環(huán)保組織重點控制名單的多達22種，部分垃圾滲濾液中還含有致癌物質(zhì)。根據(jù)垃圾填埋場成分不同，垃圾滲濾液中通常還含有大量鉛、汞等重金屬物質(zhì)。垃圾滲濾液污染物持續(xù)時間長，若不經(jīng)過有效處理直排環(huán)境勢必對環(huán)境造成不可估量的嚴重損失。

3.1 污染地表水、地下水

垃圾滲濾液作為一種高濃度有機廢水，總磷、總氮含量一般較高，進入地表水體極易造成水體富營養(yǎng)化，對工農(nóng)業(yè)用水甚至飲用水源造成嚴重污染。由于防滲材料選取不當導致防滲效果差，或者防滲層破裂，則垃圾滲濾液通過包氣帶進入地下水含水層中;滲濾液導排系統(tǒng)內(nèi)的導排管、集液池等發(fā)生泄漏或破裂，造成滲濾液滲漏;垃圾滲濾液處理設(shè)施發(fā)生破裂或底部防滲不當?shù)榷紩е聺B濾液滲入到地下土層，對地下水體造成嚴重污染[29，30]。

3.2 污染土壤，破壞生態(tài)環(huán)境

垃圾滲濾液滲入土壤后，其中重金屬和有機物容易被土壤截獲，從而會改變土壤的結(jié)構(gòu)與功能，造成土壤鹽堿化、重金屬超標等問題，通過物理、化學及微生物作用得以積累，破壞土壤的結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)，使土壤肥力和水分下降，導致農(nóng)作物產(chǎn)量和質(zhì)量大幅度減少[31]。

3.3 重金屬富集，危害人類健康

垃圾滲濾液泄漏后，有毒有害物質(zhì)被動植物吸收，通過生物富集作用和生物鏈傳遞作用進入人體進而影響人類健康[32]。

4 垃圾滲濾液處理方法

垃圾滲濾液的處理主要采用物化處理法、生物處理法及組合工藝。

物化處理法以吸附與混凝處理法、膜分離技術(shù)、高級氧化法最為普遍;對于可生化性低、毒性高、難降解有機含量高的滲濾液物理化學法處理效果比較穩(wěn)定，水質(zhì)水量的變化對物理化學法的影響較小，但物理化學法必須進一步處理二次污染物。因此，物理化學法常用作對垃圾滲濾液的預處理[33]。

曹羨等[34]利用加載磁絮凝技術(shù)對垃圾滲濾液進行預處理試驗，試驗結(jié)果表明：當pH值為8.0，PAC投加量為600 mg/L，PAM投加量為0.25 mg/L，磁粉投加量為750 mg/L，磁場強度為150 mT時，先投加PAC再加入磁粉，30 s后投加PAM時，混凝效果最佳，COD的去除率為55. 86%，氨氮的去除率為36. 13%，濁度的去除率為88. 91%。Zoungrana等[35]使用膜材料為PVDF和PTFE的膜組件，采用直接接觸式的操作形式，對垃圾滲濾液原液及經(jīng)過預處理的垃圾滲濾液進行處理，得到的脫氨效率分別為70%和92%。胡兆吉等[36]以垃圾滲濾液為處理對象先后分別對三種工藝：工藝1-O。/Hz 02組合工藝、工藝2-單獨03工藝、工藝3-單獨H2O2工藝進行對比研究。表明工藝1組合工藝的最優(yōu)組合反應條件為反應時間為30 min、pH值為8.O以及H2O2投加量為1.0 g/L，在此最優(yōu)組合反應條件下，COD去除率為69. 9%，UV254去除率為74. 5%、色度的去除率為91. 0%。經(jīng)工藝1處理后，由于可生化性提高，可生化性要求更為符合。

在國內(nèi)外學者不斷探索下，垃圾滲濾液生物處理法得到了廣泛認同，通過微生物新陳代謝作用及絮體的吸附作用可實現(xiàn)對污染物的去除。處理效果好、投資少、操作工藝較為簡單，是其主要特點。然而垃圾滲濾液中氨氮、重金屬含量高，直接使用生物處理法無法使有機物得到全部降解，并且滲濾液中的高氨氮以及高濃度的重金屬離子會抑制微生物的活性，影響微生物正常的新陳代謝，且營養(yǎng)元素比例失調(diào)，不利于微生物生長繁殖，通常需要物理化學方法對其進行預處理或深度處理，從而保證生物系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和最終出水的水質(zhì)達標。生物法按照電子供體的特點，可分為異養(yǎng)反硝化和自養(yǎng)反硝化。

徐曉晨等37]利用移動床生物膜反應器（ MBBR）對亞硝化厭氧氨氧化一反硝化（ SNAD）工藝處理垃圾滲濾液厭氧出水的脫氮效果進行了研究。SNAD -MBBR反應器內(nèi)投加K3填料，控制溫度為33～35℃、DO為0.03～0.1 mg/L、pH值為7.5～8.0、HRT為12h，試驗一共進行了152 d，在進水總氮負荷逐漸增加過程中相應調(diào)節(jié)曝氣量以獲得最佳去除效果。結(jié)果表明，在該工藝條件下進水總氮負荷為0.9 kg/（m3.d）時，TN去除率仍可達88%。夏俊方等[38]針對垃圾滲濾液中高濃度氨氮的問題，以間歇進水生物反應器為對象，研究了短程硝化反應中氨氮與COD降解動力學及功能微生物組成結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明：在pH=6. 5～8.5時，氨氮降解符合米氏模型，而COD降解適用于抑制Aiba動力學模型。隨pH值增加，氨氮和COD的最大降解速率與飽和常數(shù)均先增加后降低，pH=7.5時達到最大值。這說明短程硝化反應中，氨氮與COD的降解受pH影響較大，最佳pH值應該控制在7.5～8.0。此外，研究發(fā)現(xiàn)，短程硝化過程中COD的降解速率和最大降解速率分別是氨氮的5. 6～11.3倍和12. 4～16.8倍。

然而，垃圾滲濾液具有成分復雜、氨氮和重金屬離子含量高、水質(zhì)水量變化大等特點[8]。決定了采用單一的物化、生化技術(shù)工藝處理往往很難達到相應排放要求，學者們嘗試將不同的工藝進行合理耦合，充分發(fā)揮各工藝的優(yōu)點，對垃圾滲濾液進行分級處理，以保證出水滲濾液的各項指標達到排放標準。組合工藝在學者們的不斷探索與嘗試下，取得了階段性成果。

萬金保[39]采用上流式厭氧污泥床（ UASB） 一氨吹脫一循環(huán)折流式（ Carrousel）氧化溝一反滲透（RO）工藝對其進行深度處理，實際運行結(jié)果表明，該工藝運行穩(wěn)定，處理效率高。最終出水COD、BOD。和SS、NH。-N的質(zhì)量濃度分別為74 mg/L、12 mg/L和7.6、9.1 mg/L，大腸桿菌數(shù)800個/L，去除率分別高達99. 0%、99. 7%、99. 6%、99. 4%、99. 9%，出水水質(zhì)滿足要求。吳莉娜等[40]針對晚期垃圾滲濾液實現(xiàn)深度除碳脫氮，采用上流式厭氧污泥床（upflow anaerobic sludge blan-ket，UASB） -缺氧/好氧反應器（anoxic/aerobic reac-tor，A/O） -厭氧氨氧化反應器（anaerobic sequencingbatch reactor，ASBR）組合工藝，以短程硝化一厭氧氨氧化耦合反應為依托，通過UASB實現(xiàn)有機物的大部分降解，在A/O中實現(xiàn)短程硝化，在ASBR中通過厭氧氨氧化深度脫氮。研究結(jié)果表明：當進水p（ CODcr）、p（NH4+ -N）和p（TN）分別為2220 mg/L、1400～1450mg/L和1450～1500 mg/L;最終出水分別為98、7、25mg/L.實現(xiàn)了分別為95. 6%、98. 3%和99. 5%的高去除率。故該工藝無須投加任何外碳源，最終實現(xiàn)化學需氧量（ chemical oxygen demand，COD）、氨氮（NH，-N）和總氮（ total nitrogen，TN）的高效、深度去除。卓霞軍等[41，42]采用生化十兩級Fenton- BAF 工藝處理滲濾液，根據(jù)運行情況，當系統(tǒng)進水COD濃度為1350～11500 mg/L、總氮濃度為1860～3000 mg/L、氨氮濃度為1600～2700 mg/l_時，該.T藝運行穩(wěn)定，對主要污染物COD、總氮、氨氮去除率分別為99%、98%、99%，出水COD<100 mg/L、總氮<40 mg/l_、氨氮<25 mg/L，達到《生活垃圾填埋場污染控制標準》（ GBl6889-2008）的標準。

5 結(jié)論與展望

垃圾滲濾液處理是目前水處理領(lǐng)域重要組成部分，地區(qū)條件的差異導致滲濾液水質(zhì)水量具有明顯差異，加之單一滲濾液處理方法處理效果有限，如膜處理技術(shù)投資和運行成本高，生物法去除總氮效率較差等不能完全實現(xiàn)達標排放，則要求滲濾液處理工藝采用組合方式以達到達標排放的目的;隨著檢測水平的提高，垃圾滲濾液中的“痕量”物質(zhì)也將會被檢出，學者們必將開始關(guān)注該類物質(zhì)在各種環(huán)境中的賦存和遷移特性、毒性效應以及處理技術(shù)等，這將對現(xiàn)有處理技術(shù)提出新的挑戰(zhàn)。面對如此成分復雜的垃圾滲濾液及高壓態(tài)勢下的環(huán)保政策，配套新型處理劑或者新材料的組合工藝將是垃圾滲濾液處理的發(fā)展方向，在成本、效率、質(zhì)量之間達到新的平衡。

參考文獻：

[1]楊卉，楊本芹，楊金明，等，垃圾滲濾液兩級DTR（）濃縮液生物蒸發(fā)處理研究[J].中國環(huán)境科學，201 7，37（9）：3437-3445.

[2]李娜，李小明，楊麒，等.微波/活性炭強化過硫酸鹽氧化處理垃圾滲濾液研究[J].中國環(huán)境科學，201 4，34（1）：91-96.

[3lRenou S，Givaudan J G. Poulain S，et al-I_andfill leachate treat-ment： review and opportunIty [J]. Journal of hazardous materi-als，2008，150（3）：468～493.

[4]Abood A R.Bao J，Abudi Z N.Biological nutrient removal by in-ternal circulation upflow sludge blanket reactor after landfillleachate pretreatment[J]. Journal of Environmental Sciences.2013， 25（ 10）： 2130-2137.

[5]張歡，曹文琳，王 楠，等.“Fenton氧化十雙堿軟化”法處理垃圾滲濾液膜濾濃縮液的研究[J].綠色科技，2018（20）：61 --64.

[6] Lina W U，Chengyao P，ZHAN（;S， et al.Nitrogen removal via ni-trite from municipal landfill leachate[Jl. Journal of Envtronmen-tal Sciences.2009.21（ 11）： 1480～1485.

[7]王凡，陸明羽，殷記強，等.反硝化一短程硝化一厭氧氨氧化工藝處理晚期垃圾滲濾液的脫氮除碳性能[J].環(huán)境科學，2018，39（8）：3782-3788.

[8]王凱，武道吉，彭永臻，等.垃圾滲濾液處理工藝研究及應用現(xiàn)狀淺析[J].北京工業(yè)大學學報，2018，44（1）：1-12.

[9]高 原，垃圾滲濾液處理現(xiàn)狀及存在問題初探[J].綠色科技，2017（20）：77-78.

[10]李蕓，李軍，陳剛，等.晚期垃圾滲濾液厭氧氨氧化脫氮性能及其污泥特性[J].環(huán)境科學研究，2016 ，29（3）：411～418.

[11]宿程遠，朱孝文，農(nóng)志文，等.SRIS對垃圾滲濾液中氨氮去除效能及微生態(tài)分析[J].環(huán)境科學研究，2019（9）.

[12]Kulikowska D，Klimiuk E.The effect of landfill age on munici- palleachate composition [Jl. Bioresource Technology， 2008， 99（13）：5981-5985.

[13]馮梅，陳煒鳴，潘旭秦，等.uv - Fenton體系處理準好氧礦化垃圾床滲濾液尾水中難降解有機物[J].環(huán)境科學學報，2019·39（9）：2980-2987.

[14]曾曉嵐，陳亮，丁文川，等.氨吹脫一兩級礦化垃圾- Ac- Fen-ton處理晚期垃圾滲濾液[J].環(huán)境工程學報，201 7，II（9）：0013- 5019.

[15]姜科，城市生活與綠色發(fā)展之垃圾滲濾液的危害與防治[J].綠色科技.2019（10）：133-134.

[16]彭永臻，孫洪偉，楊 慶.短程硝化的生化機理及其動力學[J].環(huán)境科學學報，2008，28（5）：817-824，

[17]苗蕾，王凱，王淑瑩，等，垃圾滲濾液中有機物對其厭氧氨氧化的影響[J].東南大學學報（自然科學版），2014，44（5）：999 - 1004.

[18]WU l_，I.I Z， ZHAO C， et a1.人novcl partial - denitrificationstrategy for post anammox to cffcctively remove nitrogen fromlandfill leachate [J]. Science of the Total Environment， 2018（633）：745-751.

[19]WU l.，ZHAN（; l， XU Y， et al. Advanced nitrogcn removal u—sing bio - refractory organlcs as carbon source for hiologicaltreatment of landfill leachate [J]. Separation and PurificationTechnoiogy， 2016（ 170）： 306 -3 13.

[20]HIRAD， AIK（） N. YABUKI Y， et al. Impact of aerobic acclima-tion on the nltrification pcrformance and microbial community oflandfill leachate sludge [J]. Journal of Environmental Manage-ment.2018（209）： 188—194.

[21]聶永豐，王偉，我國填埋場滲濾液控制現(xiàn)狀，問題與解決途徑[J].環(huán)境科學研究，1998（3）：25-27.

[22]徐亞，能昌信，劉峰，等，填埋場長期滲漏的環(huán)境風險評價方法與案例研究[Jl.環(huán)境科學研究，201 5，28（4）：605-612.

[23]ZHAO W. HUAN（; Y，WANG M.et al. Post - endogenous denl-trification and phosphorus removal in an alternating anaerobic/oxic/anoxic （AOA） system treating low carbon/nitrogen（ C/N）domestic wastewater[Jl. Chemical Engineering Journal， 2018（339）：450-458.

[24]胡云飛，裴建川，馬 勤，等，短程硝化在垃圾滲濾液處理工程中的應用[Jl.環(huán)境工程學報，201 9，13（6）：1463～1472.

[25]陳小珍，汪曉軍.Karasuta Chayangkun，等.反硝化一高效部分亞硝化一厭氧氨氧化工藝處理老齡垃圾滲濾液[J/（）IJ環(huán)境科學：1 -14[20190926]. https：//doi. org/10. 13227/j. hjkx.201 9061 65.

[26]彭永臻，王眾，劉牡，等.回流比對短程硝化一厭氧氨氧化組合工藝處理晚期垃圾滲濾液自養(yǎng)脫氮的影響[J].北京工業(yè)大學學報，2018，44（1）：19～26.

[27]劉亭，范舉紅，劉 銳，等，間歇曝氣SBR處理垃圾滲濾液的脫氮性能[J].環(huán)境T程學報，201 7，11（8）：4627-4633.

[28]張周，劉達敏，沈鵬，等，垃圾滲濾液厭氧出水實現(xiàn)短程硝化影響因素研究[J].水處理技術(shù)，2019，45（4）：105—110，115.

[29]羅玉池，廉晶晶，張沙莎，等.地下水污染防控技術(shù)：防滲、修復與監(jiān)控[M].北京：科學出版社，201 7.

[30]胡云飛，基于短程硝化反硝化MBR+RO處理垃圾滲濾液的應用研究[D].杭州：浙江農(nóng)林大學.2019.

[31]王瑩.物理化學法預處理垃圾滲濾液的試驗研究[D].太原：中北大學，201 9.

[32]田 宇.電化學氧化/電絮凝協(xié)同處理垃圾滲濾液研究[D].貴陽：貴州大學，2019.

[33]劉春楠，陳小亮，吳少林，等，垃圾滲濾液尾水氮的深度處理技術(shù)研究進展[J].環(huán)境污染與防治，2019，41（6）：720-725.

[34]曹羨，梅凱，李先寧，加載磁絮凝技術(shù)預處理垃圾滲濾液的研究[J].東南大學學報（自然科學版），2017，47（5）：956—962.

[35]20ungrana A， Zengin I H， Elcik H，et aL The treatability of land-fill leachate by direct contact membrane distillation and factors1nfluencing the efficiency of the process[J]. Desalination and Wa-ter treatment， 2017（71）： 233—243.

[36]胡兆吉，胡義亮，陳建新，等.03/H20組合工藝深度處理垃圾滲濾液的試驗研究[J].環(huán)境污染與防治，2017，39（2）：155-158.

[37]徐曉晨，周亮，王超，等.SNAD- MBBR處理垃圾滲濾液厭氧出水的脫氮研究[J].中國給水排水，2018，34（23）：21～25.

[38]夏俊方，王樹濤，張永明，等，短程硝化反應中污染物降解動力學及微生物群落研究[J].哈爾濱工業(yè)大學學報，2018，50（2）：65 ～70.

[39]萬金保，余曉玲，吳永明，等.UASB-氨吹脫一氧化溝一反滲透處理垃圾滲濾液[J].水處理技術(shù)，2019，45（5）：135—138.

[40]吳莉娜，涂楠楠，王建龍，等.UASB - A/O - ASBR工藝實現(xiàn)晚期垃圾滲濾液深度除碳脫氮[J].北京工業(yè)大學學報，2018，44（1）：27—32.

[41]卓霞軍，陸和煒.生化十兩級Fenton - BAF工藝處理垃圾填埋場滲濾液[J].中國給水排水，2017，33（20）：109～112，116.

[42]蔡克儉，吳宇豪，黎蕾蕾，等.電阻率成像法在深基坑滲漏探測中的應用[J].工程地球物理學報，2018，15（4）：519-524.

作者簡介：王志科（1990-），男，工程師，主要從事環(huán)境保護工作。