城市生活濕垃圾滲濾液處理處置研究現狀與發展趨勢

章 怡，方月英，劉國偉，權洛秋，劉洪波,*

(1.上海理工大學環境與建筑學院，上海 200093；2.蘇州工業園區清源華衍水務有限公司，江蘇蘇州 215021)

隨著我國城市化進程的推進和垃圾分類的施行，垃圾產量逐漸提升，對于垃圾處理工藝和處理總量的要求也越來越高。在現有的城市垃圾處理系統中，城市垃圾的處理一般包括分類收集、運輸到垃圾中轉站初步篩選、最后達到不同的處理場地。垃圾中轉站因對垃圾進行壓縮，具有減少垃圾存放體積、節約土地資源的優點而成為重要一環[1]。但是在壓縮濕垃圾的過程中會產生大量滲濾液，濕垃圾滲濾液具有有機物濃度高、高鹽分、高油脂的特點，易造成環境的二次污染[2-3], 若直接排放會對受納污水的污水處理廠處理效果造成不利影響，嚴重時會導致水環境污染。

1 特點

區別于主要以惰性垃圾為主的城鎮生活垃圾，城市生活垃圾主要以餐廚垃圾等有機垃圾為主。其中，廚余垃圾是城市生活濕垃圾的重要組成部分，我國日產餐廚垃圾約為25萬t[4]，經垃圾中轉站處理后產生的垃圾滲濾液體積更是龐大。濕垃圾滲濾液組分復雜，根據北控集團對城市垃圾的分析，發現餐廚垃圾滲濾液有機質含量在90%，平均含固率為15%，含鹽率和含油脂率分別為3%和5%[5]。由此可知，廚余濕垃圾滲濾液具有有機物濃度高、含鹽分、油脂率高、含固率較大的特性，及時和安全處理廚余垃圾滲濾液至關重要。由于生活濕垃圾滲濾液中含有大量高濃度的有機物，濕垃圾滲濾液還具有較好的生物可降解性[6]。其中，滲濾液中氨氮濃度高，磷元素較低，隨著時間增加，有機氮被逐漸轉化成氨氮使得滲濾液C/N過低，不利于滲濾液的處理[7]。

由于城市生活濕垃圾滲濾液中富含多種微生物，在運輸和保存的過程中具有不定性，會隨著環境條件如溫度、濕度和含氧量的變化而自身發生生物化學反應，產生大量的有害氣體污染大氣。同時，由于滲濾液中營養元素比例失衡，具有高氮含量，其中有機氮逐漸轉化成氨氮，對周邊水體具有一定污染性。另外濕垃圾滲濾液中可能含有多種重金屬離子，若直接排放，也會對環境及人體造成危害。處理后的垃圾滲濾液需符合《污水排入城鎮下水道水質標準》(GB/T 31962—2015)[8]。

2 主要處理方法

城市生活濕垃圾成分復雜，富含鹽分、脂肪、有機物等污染水體的成分，其處理方式不同于其他垃圾廢水，直接處理方法主要有物理化學法[9]、土地處理法[10]和生物處理法[11]。其中，土地處理法是利用大地的天然自凈能力將滲濾液中的有機物經過吸附、過濾、氧化或微生物利用等過程進行處理[12]。由于這種方法不僅破壞土地結構、占用面積大、長時間會產生惡臭味，還會對地下水造成嚴重污染，間接損害人體健康，長遠來看不適合用于城市生活濕垃圾滲濾液的處理。

2.1 物理化學法

物理化學法是處理濕垃圾滲濾液最簡便的方式，雖然處理方法受水質影響較小，但是只限于處理體積較小的滲濾液，且處理費用過大。物化法包括蒸發法、氣浮法、曝氣吹脫法、離子交換法、化學沉淀法等，一般用于餐廚垃圾滲濾液處理的預處理，處理例如鹽分、脂肪、氨氮等物質。

2.1.1 高鹽分濾液處理方式

由于生活濕垃圾滲濾液中含有高鹽分，不僅限制后續的滲濾液處理，腐蝕處理設備，還會造成鹽分浪費的情況。Heijman[13]等對高濃度鹽水的廢水進行“納濾+反滲透+機械蒸氣再蒸發”處理，發現廢水中的鹽類回收期望達到了99%。Aamer等[14]對濃鹽水進行“反滲透+膜蒸餾”處理，從而將結晶鹽回收。尹戶生等[15]采用“預處理+膜處理(NF、RO)”組合工藝處理高鹽滲濾液，通過預處理能夠減小填埋場滲濾液原水中的懸浮物、膠體物質和高分子聚合物，從而提高后端兩級碟管式反滲透系統設備的運行穩定性；通過濃縮液減量化系統進一步減小濃縮液的產生量，加之后端的單級卷式膜處理系統的保安措施，從而保證出水水質達到出水標準。因此，高鹽分滲濾液現今主要有2種處理方式：一種為蒸餾法，這種方式結構簡單、操作容易、所得出水水質好；另一種為膜處理法，這種方式可以達到很高的脫鹽率，但是鹽分濃度太高,易影響膜壽命[15]。

2.1.2 富含油脂滲濾液的處理方式

由于生活濕垃圾滲濾液中含有過多油脂，油脂漂浮于水體之上，不及時處理會產生較大的環境問題。陸洋等[16]通過不同方式的氣浮法對低濃度含油脂污水進行處理，結果表示，在清水劑為500 mg/L、氣浮時間為20 min、進氣流量為1.5 L/min、微孔孔徑為20 μm的條件下，除油效率最高。王金俊等[17]發明了一種含油廢水的除油裝置，利用刮油器進行油水分離，再利用曝氣裝置進行氣浮除油。蔡琪芳等[18]將富含油脂的滲濾液收集起來，根據顆粒與離子的關系，用超濾膜過濾掉油脂，做到油水分離。楊君[19]利用聚丙烯酸鈉、磺酸鋁和的氯化鈣合成了一種高效油水分離劑，當水溫提高至70 ℃左右，親油基與油脂親和，從而形成懸浮物，經過離心便可得到油水分離物。綜上，生活濕垃圾滲濾液中油脂常用的去除方式分為氣浮法和膜分離法。氣浮法除油脂效率高、占地面積小，但是運行成本和維修成本較高，不適用于規模較大的滲濾液處理設施；膜分離法的優勢在于操作簡單、能量消耗少、處理效率高，但是需經常換洗膜。而化學試劑法雖然操作簡單，但是配置復雜、造價昂貴、不能批量生產，一般不用此方法。

2.1.3 滲濾液中氨氮處理方式

生活濕垃圾滲濾液中的氨氮主要來自于餐廚垃圾中的蛋白質等含氮類化合物的生物降解。而且隨著時間推移，濕垃圾滲濾液中的有機氮會轉化成氨氮，導致氨氮含量大大增加，氨氮濃度較高的滲濾液不僅異味大，還具有較大的毒性，對周邊環境具有明顯的影響。因此，氨氮的去除是至關重要的。生活濕垃圾滲濾液中氨氮的常規處理方式可分為吹脫法、電解氧化法、化學沉淀法和吸附法。向陽[20]利用曝氣吹脫法對生活垃圾滲濾液進行除氨氮中試試驗，隨著吹拖時間增加，在堿性條件時，氨氮去除率達到了67.9%。朱泉雯等[21]用鐵碳微電解-Fenton組合工藝處理垃圾滲濾液，通過不同運行條件下處理效果的對比，最后發現在最佳條件下，COD和氨氮去除率分別可達71.3%和83.9%。陳萬堂[22]研究Fe-Al-C和Fe-Cu-C三元微電解體系對垃圾滲濾液的處理，發現兩種體系都表現出了一定的去除垃圾滲濾液中TN和氨氮的能力。張道斌等[23]通過化學沉淀法投加MgCl2·6H2O和NaH2PO4·12H2O或MgSO4和NaH2PO4·12H2O生成沉淀磷酸銨鎂(MgNH4PO4·6H2O)，從而去除垃圾滲濾液中的氨氮，探究去除氨氮效果最好的藥劑比，最高氨氮去除率可達98.10%。吳海霞等[24]探究了黏土與粉煤灰吸附農村生活垃圾滲濾液的效能及機理，結果表示，黏土和粉煤灰對農村生活垃圾滲濾液的氨氮去除率可分別達14.87% 和18.18%，且同時對重金屬也具有一定的吸附效果。其中，吹脫法、化學沉淀法和吸附法的優勢在于操作簡單、處理效果穩定、運行費用較低，但是存在二次污染的可能。而電解法雖然處理效果好，但是需長時間通電、投資較大。

綜上，物化法雖然能夠方便去除滲濾液無機物、油脂化合物、氨氮等，但是能耗較大、去除不徹底、去吹裝備造價昂貴[25]。表1總結了生活濕垃圾滲濾液物化法處理的適用條件與優缺點，表明生活濕垃圾滲濾液成分復雜，單用一種方式不能完全處理滲濾液中的有害物質，必要時需根據不同水質特點采用適用性組合工藝進行處理。

表1 物化法處理垃圾滲濾液的優缺點Tab.1 Advantages and Disadvantages of Physicochemical Treatment for Leachate

2.2 生物處理法

生物處理法是目前最有效的處理生活濕垃圾滲濾液的方式，是深度處理滲濾液的處理方式。它利用微生物的新陳代謝活動降解滲濾液中有機物，從而實現水體凈化的目的，可以分為好氧生物處理、厭氧生物處理和好氧-厭氧結合生物處理3種方式。

2.2.1 好氧生物處理

好氧生物處理包含活性污泥法、生物膜法等處理方式。這種方式可以有效去除滲濾液中氨氮、COD及BOD5，且可以有效減輕滲濾液的色度和渾濁度[26]。

活性污泥法對滲濾液中的有機碳、COD和BOD5有較強的清除能力，曹占峰等[27]通過SBR曝氣工藝模擬城市垃圾滲濾液，結果表示，COD去除率達到95%，有機碳的轉換率達到99%。胡慧青等[28]采用傳統的活性污泥法處理杭州天子嶺垃圾填埋場中的垃圾滲濾液，COD和BOD5的去除率可分別達62.3%～92.3%和78.6%～96.9%。申歡等[29]采用膜生物法對垃圾滲濾液經UASB預處理的出水進行了降解試驗，結果表示，MBR對COD的去除率為70%～85%，對氨氮的去除率為90%～99.8%，對TN的去除率為50%～67%。活性污泥法作為一種傳統處理污水的方式，雖然可以有效處理垃圾滲濾液，但是受溫度影響較大，需大規模場地對污泥進行馴化，因此，不適合建立在人口密集的城市，可用于城郊地區的生活濕垃圾滲濾液的處理。

生物膜法是向污水中加入填料和濾料，使得微生物在其表面生長，從而形成一種由各種微生物組成的生物膜。當污水經過生物膜時，利用微生物活性降解污水中有害物質，以達到處理污水的作用。生物膜法又分為生物濾池、生物轉盤等處理方式。梁柱等[30]通過改良型倒置AAO生物膜工藝對濕垃圾滲濾液進行脫氮除磷性能研究，結果表示，當DO質量濃度維持在2.0 mg/L、硝化液體積回流比為200%的條件下，系統對COD、氨氮、TN及TP的去除率分別可達84.9%、92.8%、70.9%和75.3%。季民等[31]采用厭氧生物濾池-好氧移動床工藝(AF-MBBR)處理垃圾衛生填埋場高鹽滲濾液，結果表示，好氧移動床生物反應器對滲濾液中的氨氮去除率高達78%～100%。應云飛等[32]用上流式污泥床厭氧反應器(UBF)、外置式膜生物反應器(MBR)和反滲透(RO)3個主體單元制成生物膜組合工藝處理生活廢水，結果表示，COD在3種工序中去除率分別為68.9%、84.2%和93.9%。生物膜法具有良好的抗水量水質沖擊負荷，有利于水中氨氮和COD的去除，且產生污泥較少，較適合于城市濕垃圾滲濾液的處理。

2.2.2 厭氧生物處理

厭氧生物處理包含上流式厭氧污泥床工藝 (UASB)，內循環(IC)厭氧反應器處理工藝等處理方式。Blakey等[33]利用上流式厭氧污泥床對垃圾滲濾液試驗，結果表示，COD、BOD5的去除率為82.5%和84.7%。紀鈞麟等[34]采用上流式厭氧污泥床反應器處理玉米酒精廢水，結果表示，UASB工藝對高COD玉米酒精廢水的處理效果良好，COD去除率達到95%以上。馬超[25]構建IC厭氧反應器對生活濕垃圾滲濾液進行試驗，結果表示，生活濕垃圾滲濾液可降解性為89%，COD去除率為75%。由此可知，生活濕垃圾滲濾液適合利用厭氧生物反應處理，相對于有氧生物反應，此方式耗能小、有機物轉化污泥少、有機負荷高、占地面積小，適用于城市中小型垃圾中轉站處理垃圾滲濾液。

2.2.3 好氧-厭氧結合生物處理

好氧-厭氧結合生物處理結合了好氧處理和厭氧處理的優勢，高濃度垃圾滲濾液一般都采用這種方式，這也是垃圾滲濾液處理的最佳方式。趙慶[35]采取兩級AO膜生物反應器處理垃圾滲濾液，結果表示，COD和氨氮的出水濃度分別為80 mg/L和20 mg/L，均小于國家排放標準的150 mg/L和25 mg/L。付志華等[36]通過上流式污泥床過濾器+缺氧好氧工藝+膜生物反應器(UBF+AO+MBR)工藝處理垃圾中轉站滲濾液，結果表示，出水水質達到國家排入下水標準。趙宗升等[37]采用厭氧-缺氧-好養(AAO)工藝處理垃圾滲濾液, 取得了很好的處理效果。該法對滲濾液COD的總去除率為96%, 對氨氮的去除率為99%。陳石等[38]對深圳市下坪固體廢棄物填埋場滲濾液進行了中試，試驗結果表示，采用氨吹脫-厭氧生物濾池-SBR工藝是行之有效的。各項指標均達到了國家污水三級排放標準。其中，COD、BOD5、氨氮和TN去除率分別達到了95%、99%、99 5%和97%。綜上，好氧-厭氧結合生物處理對垃圾滲濾液的處理效果極佳，對COD、BOD5、氨氮去除效果顯著，是處理垃圾滲濾液的最佳選擇。表2為生物處理法處理垃圾滲濾液的優缺點。

2.3 城市生活濕垃圾滲濾液組合處理工藝

生活濕垃圾滲濾液結構復雜，單一用上述某一種方式并不能達到國家排放標準，因此，需將物化法與生物法處理工藝相結合。何凡[39]在實驗室通過小試試驗，采用“兩級AO+混凝+吸附”組合工藝處理滲濾液，混凝劑采聚合氯化鋁鐵(PAFC)，吸附劑采取沸石，結果表示，系統對COD去除率平均達到98.7%，氨氮去除率達到99.4%，TP去除率高達98.8%。韓丹[40]在傳統AO工藝上進行改造，采取普通厭氧反應器與復合式膜反應器組合工藝來處理生活廢水，研究表明，出水處COD、氨氮和TN的去除率分別達到90%、80%和90%。羅波[41]采取AAO和MBR組合工藝對生活濕垃圾滲濾液進行處理，在反應最優的條件下，出水處COD、氨氮、TN和TP的平均去除率為97.7%、95.9%、77.3%和91.0%，對應出水水質指標均優于城市用水水質標準。Liu等[42]通過中試試驗建立了厭氧消化、MBR和電催化氧化的組合工藝，用于處理生活濕垃圾滲濾液，結果表示，MBR對氨氮去除率達到97%，COD經過系統處理總去除率達到99%。葉彬等[43]在垃圾轉運站處對濕垃圾滲濾液進行中試研究，采取了“厭氧-混凝-高級氧化”組合工藝對滲濾液進行處理，該工藝不僅對COD、TP、TN有很高的去除率，且對滲濾液的油脂去除率高達99%，色度去除率達到90%以上，經該組合工藝處理的廢水出水清澈透明且無異味產生。由上述可知，組合工藝處理滲濾液效率高、程度大，是處理生活濕垃圾滲濾液的較好選擇。表3對不同組合工藝處理生活濕垃圾滲濾液進行了總結歸納。

表2 生物處理法處理垃圾滲濾液的優缺點Tab.2 Advantages and Disadvantages of Biological Treatment for Leachate

表3 處理城市生活濕垃圾滲濾液的組合工藝Tab.3 Combined Processes of Leachate Treatment for Urban Household Wet Solid Waste

3 發展趨勢及展望

城市生活濕垃圾滲濾液組成成分復雜，雖然目前有很多種處理方式，但是單一處理方式并不能達到出水標準，因此，需結合不同廢水性質制定不同處理方式。針對生活濕垃圾滲濾液，可以先通過物化處理法去除滲濾液中的固體懸浮物、油脂和鹽分，再通過生物方法處理其中有機污染物，若沒達到排放標準可再經過混凝沉淀等物化處理廢液，做到預處理-主處理-后處理兼備，才能將滲濾液處理完好。綜上，在未來的滲濾液處理中，先檢測滲濾液中所含物質，再針對性選擇處理工藝，且在此基礎上積極探索新型處理工藝。傳統處理工藝雖然也能將滲濾液處理至國家標準以下，但是存在處理工藝復雜、處理設備貴重、占地面積較大、處理濾液總量少等問題，因此，之后要向著簡化處理工藝步驟、降低成本、增大處理滲濾液體積的方向前進。

4 結論

我國城市濕垃圾產量大，處理處置過程中產生大量的垃圾滲濾液。垃圾滲濾液水質復雜，處理難度較高，單一的物理化學及生物手段無法對滲濾液中有害物質進行完全去除。組合處理工藝展現出優秀的處理效果，能夠針對性地對COD、氨氮、TP、TN進行去除。未來的處理技術應當針對滲濾液的水質不同，開發新型處理工藝，探索低成本的工藝組合。