垃圾滲濾液處理技術研究進展

張文存，張國輝，王麗莉，雷珂

(1.陜西化工研究院有限公司，陜西 西安 710054;2.陜西省工業水處理工程技術研究中心，陜西 西安 710054)

目前我國城市垃圾產生量以平均每年8%～10%的速度逐年增加，每年產生近1.8億t城市垃圾，數量驚人[1-2]。垃圾滲濾液是指來源于垃圾填埋場垃圾本身含有的水分、地表下滲的雨雪水歷經垃圾層和土層而形成，含有大量懸浮物和高濃度有機和無機成分的污水。垃圾滲濾液中的有機污染物主要包括如有機雜環類(雜環、多環芳烴)、酸脂類、酰胺類等、約占垃圾滲濾液總有機組分的70%以上；無機污染物包括大量的無機鹽、重金屬、氨氮記憶氯代有機物等等難降解污染物[3]。垃圾滲濾液具有水質成分復雜，水質水量變化大、惡臭嚴重、難降解有機物濃度高、氨氮含量高、重金屬含量高、可生化性低、營養元素比例失衡、色度深、如果處理不當，極易造成地下水、地表水和土壤污染，對環境和人體造成極大危害[4-5]。垃圾滲濾液由于其水質水量波動大，且污染物濃度高且種類復雜，可生化性差，處理難度大，采用單一的技術很難處理達標，需要多種技術協同組合處理，以期符合新排放標準的要求。

垃圾滲濾液主要采取“預處理-生化-深度處理”工藝，其中預處理主要是對氨氮、重金屬離子、COD的去除，深度處理工藝是對經過生化處理不達標的污水進行進一步的處理。現有工程都是根據要處理的垃圾滲濾液的水質和特點采用不同工藝的合理耦合，才能保證滲濾液達到排放標準。

1 垃圾滲濾液的處理方法

1.1 物理化學法

物理化學法在垃圾滲濾液處理中多用于預處理和深度處理，包括吹脫法、吸附法、絮凝沉淀法、膜法、高級氧化氧化法、離子交換法等[6-9]。

1.1.1 絮凝法 混凝沉淀法：混凝沉淀法是垃圾滲濾液處理中常用的技術，它通過向水中投加無機鹽或大分子有機物，使污水中呈膠體和微小懸浮狀態的有機和無機污染物相互吸引聚集，從而沉淀分離的技術。

垃圾滲濾液中常用的絮凝劑主要包括三氯化鐵(FeCl3)、硫酸鋁[Al2(SO4)3]、聚合硫酸鐵(PFS)、聚合氯化鋁(PAC)和聚丙烯酰胺(PAM)等。王啟亮[10]絮凝試驗表明在PFS添加量為800 mg/L，PAM添加量為4 mg/L，pH=7的條件下，COD去除率為22.21%，色度去除率57.85%，達到了較好的處理效果，且顯著降低絮凝劑的消耗。羅丹等[11]通過結晶氯化鋁、硫酸鋁、三氯化鐵、聚合氯化鋁混凝篩選實驗，選出PAC為最適合的混凝劑。在pH=6.0、投藥量為1.0 g/L，反應時間30 min，COD、TP和氨氮的去除率分別為44.10%,93.42%和36.41%。PAC和PAM配合使用一定程度上提高混凝效果。陳流通等[12]以物質的量n(Ca)∶n(P)=2.5∶1投加磷酸鈉，用硫酸調節垃圾滲濾液的pH為6，攪拌速率為300～400 r/min，沉降時間8～10 h，垃圾滲濾液中的鈣的去除率為53.6%，可以大幅緩解后面處理流程的結垢情況。

王莉莉[15]以鐵為陽極，用電絮凝法處理垃圾滲濾液，最優工藝條件為：進水濃度為6 000 mg/L，水流上升速度為10 L/h，電流7.5 A。在此條件下，SS、氨氮和COD的去除率分別為85.32%,85.72%和83.8%。

司桂芳等[16]在電極為鐵電極、電流密度5.487 A/m2、板間距為4 mm，反應時間1 h的反應條件下處理垃圾滲濾液，處理后出水COD、磷、色度、UV254的去除率分別為61.2%,99.4%,79.3%和37.0%。為了強化電絮凝的氧化能力，在反應系統中投加適量的過硫酸鉀，色度和UV254的去除率分別提高了9%和30%。

1.1.2 膜法 常用的膜分離技術有正滲透、反滲透、納濾和超濾等，膜分離技術具有處理效果好、易于操作及性能穩定等優點，已在國內外的垃圾滲濾液處理廠廣泛使用[17]。

正滲透(FO )：正滲透是一種自然現象，是水或者其他溶液通過選擇性滲透膜從高水化學勢區向低水化學勢區傳遞的過程。董麗資等[18]利用正滲透工藝對反滲透膜過濾產生的濃縮液進行減量處理研究。正滲透選用醋酸纖維膜，汲取液為NaCl溶液，工作壓力在2.5～4 bar，85 mil的寬流道，進水水質COD為4 000～8 000 mg/L，氨氮為<60 mg/L，正滲透處理后出水COD為 6 mg/L，氨氮為0.152 mg/L，出水滿足GB 18918—2002《城鎮污水處理廠污水排放標準》一級A標準，可直接外排，濃水進入蒸發工藝處理。反滲透濃水經過正滲透工藝處理后減排50%。

反滲透：反滲透法是一種利用半透膜將濃、稀溶液隔開，以壓力差為推動力，施加以超過溶液滲透壓的眼里，使其改變自然滲透方向，將溶液中的水壓滲到稀溶液一側的膜分離方法。反滲透的優勢在于工藝簡單、占地面積小和處理效果好，不足之處是膜材料成本高、膜易污染、結垢等。黃春[19]用兩級反滲透處理某垃圾場滲濾液。垃圾滲濾液投加1.0～1.5 L/m3的H2SO4去除難溶解性碳酸鹽類無機物，消除對膜的污染；滲濾液依次通過精度50 μm的石英砂過濾器，10 μm的芯式過濾器后進入一級反滲透，透過液進入二級反滲透，濃縮液排入濃縮液儲池；二級反滲透透過液排入脫氣塔，濃縮液排向第一系統的進水端，以提高系統的回收率。垃圾滲濾液進水水質為COD 15 000 mg/L，BOD為8 000 mg/L，氨氮為500 mg/L，SS為1 200 mg/L，經過二級反滲透處理后的產水COD 100 mg/L，BOD為30 mg/L，氨氮為25 mg/L，SS為30 mg/L。

1.1.3 吸附法 吸附法是通過吸附劑上發達的空隙結構、巨大的表面積以及各種活性基團，達到去除垃圾滲濾液中各種有機物污染物和金屬離子的目的。最常用的吸附劑包括活性炭、沸石、焦炭、膨潤土、粉煤灰等。吸附法的優點是對于生物法難以去除的有機污染物和金屬離子有較好的去除效果，但存在吸附劑再生和再生費用高的問題。

嗜水氣單胞菌、魯氏不動桿菌、溫和氣單胞菌等均可導致腐皮病的發生，外傷、營養不良和水質惡化是該病發生的重要誘因。特別是在蛙池內無飼料或投喂量不足時，會出現大蛙殘食小蛙現象，造成小蛙掙扎逃脫后頭背部位皮膚受損，誘發腐皮病。該病流行于夏、秋兩季，8-10月份是發病的高峰期。該病具有發病快、病期長、致死率高等特點，幼蛙死亡率高達90%，且常與紅腿病并發。

李炎華等[20]以某垃圾填埋場經生物處理后的垃圾滲濾液尾水為水樣，對其進行活性炭吸附處理。在活性炭投加量為8 g/L，吸附時間為40 min，吸附溫度為35 ℃的條件下，水樣經活性炭吸附后出水COD去除率為66%，色度為去除率為92.8%。唐佳偉等[21]在濃度15%硝酸，60 ℃、反應時間2 h對活性炭進行改性，改性后的活性炭雖然比表面積有所降低，但是總孔容、中孔容以及平均孔徑都有所提高，其中中孔容提高明顯，更有利于有機大分子污染物的去除。在pH為7，向垃圾滲濾液中投加改性活性炭4 g/150 mL，吸附時間為12 h，COD的最高去除率為79%；在pH為9時，TN去除率為55%。活性炭改性后，COD和TN去除率較改性前分別提高了10.1%和17.3%。

膨潤土屬于無機礦物材料，化學穩定性和熱穩定性均良好，成本低、，原料易得，也不污染環境。劉錦倫等[22]將雙十八烷基二甲基氯化銨與膨潤土在80 ℃，250 r/min，攪拌2.5 h，投加80%CEC的DODMAC形成改性膨潤土。用改性膨潤土處理早中期垃圾滲濾液(COD>3 000 mg/L)，COD降至1 000 mg/L 以下，去除率為69.16%～70.77%，氨氮降至平均91 mg/L，去除率為94.02%～95.74%。用改性膨潤土處理中晚期垃圾滲濾液(COD大概2 000 mg/L)，COD降至平均25～300 mg/L，去除率為89.09%～90.64%，氨氮降至80～10 mg/L，去除率為97.47%～97.89%。

1.1.4 吹脫法 垃圾滲濾液含有高濃度的氨氮，且其濃度隨著垃圾填埋場場齡的增加而增加。吹脫法是在堿性條件下，采用空氣吹脫使游離氨從滲濾液中逸出，以降低氨氮濃度，是目前氨氮廢水最普遍應用的方法之一，該技術工藝簡單穩定、處理效果好且運行成本低[23-24]。

陳小玲等[24]在垃圾滲濾液中投加12.37 g/L的生石灰，原水的pH由8.5升高到11.5，然后進行氨氮吹脫，保持氣液比為125倍，吹脫9 h，氨氮的去除率可以達到80%以上。蔣柱武等[25]利用動力波泡沫區氣液兩相接觸面積大且接觸表面不斷迅速更新的極大優勢，對垃圾滲濾液進行氨吹脫分離，為后續生化處理創造有利條件。垃圾滲濾液水質pH 7.8～8.7；總氮為800～1 200 mg/L，氨氮500～1 000 mg/L， 氨氮占總氮的60%～85%；BOD、COD分別為300～600，2 000～4 000 mg/L。在25 ℃，pH=10.5，氣液比為129時，吹脫5 h的最優條件下，氨氮去除率為91.25%～94.15%。

1.1.5 高級氧化技術 高級氧化技術又稱深度氧化技術,是指利用羥基自由基(·OH)的強氧化能力將難降解大分子有機物氧化成低毒或無毒的小分子物質的方法，主要包括化學氧化法(臭氧氧化/Fenton氧化)、電化學氧化、光催化氧化法、濕式氧化、超臨界水氧化法和超聲氧化法等。

1.1.5.1 Fenton氧化法 Fenton氧化法是在酸性條件下，H2O2在Fe2+存在下生成強氧化能力的·OH，并引發更多的其它活性氧，實現對有機物的降解，其氧化過程為鏈式反應。

李靜等[26]采用Fenton法處理垃圾滲濾液，pH為4，反應時間22 min，Fe2+∶H2O2=1∶4，FeSO4投加量為15 mmol/L，B/C從初始的0.05提高到0.16，COD的去除率為64.9%，色度的去除率為95.9%。

1.1.5.2 光催化氧化 光催化氧化法就是利用光照射光催化氧化劑，在水溶液中通過一系列的作用產生·OH自由基，·OH自由基是光催化反應的主要活性物質，利用·OH自由基的強氧化性降解難降解物質[27]。該技術具有操作簡單、能耗低、抗沖擊、無二次污染等優點。

王里奧等[28]以ZnO/TiO2為復合催化劑進行垃圾滲濾液的光催化氧化處理，其中ZnO為0.5 g，TiO2為25 mg，實驗結果表明：隨著光強的增大COD去除率明顯增加； COD的去除率隨反應時間的延長而增大；初始COD濃度越小，光催化降解效果越好；偏酸或者偏堿的pH條件更有利于光催化反應的進行。

1.1.5.3 臭氧催化氧化 臭氧具有極強的氧化性能，通過兩種反應機理去除有機物：一種是間接反應，即臭氧分解成氧化性很強羥基自由基·OH，·OH再和有機物進行反應，另外一種是直接反應，臭氧與有機物直接反應。

秦航道[29]對垃圾滲濾液中的腐殖質進行了提取和分離，結果表明垃圾滲濾液中有機污染物主要組成為腐殖質，約占COD總量的70%。O3能夠快速降解腐殖酸(HA)和富里酸(FA)，去除率分別達到58%和70%，由于FA和HA分子量和分子結構的不同，FA比HA更容易被O3氧化降解，但是溶液的TOC去除率較低。對于HA和FA的降解，O3分子氧化的貢獻分別為65%和69%，均占主導地位。

1.1.5.4 電化學氧化 電化學氧化是利用外加電場的作用，在電化學反應器內，利用陽極電化學反應產生的羥基自由基以及其它氧化活性物質，通過一系列的化學、物理以及電化學過程，去除廢水中污染物的一種工藝。電化學氧化過程分為直接氧化和間接氧化。直接氧化是污染物在電極表面發生電化學氧化反應，間接氧化為溶液中的氯離子首先被氧化為活性氯，然后通過活性氯進行氧化[30]，通過直接氧化和間接氧化顯著降低垃圾滲濾液中有機污染物和氨氮的濃度。電化學具有氧化高效、安全、容易操作、無需微生物、避免了化學物質的的直接投加等優點，但其能耗較高，需要進一步的深化研究[31]。

魏平方等[32]用SnO2-PbO2-RuO2鈦電極為陽極，不銹鋼為陰極，在電流密度為12 A/dm2，外加6 000 mg/L 的氯化物，電解240 min，COD的去除率可以達到90%，銨氮的去除率為100%。王光凱[33]以Ti/SnO2-Sb2O5-IrO2為陽極，多孔碳素為陰極。通過陽極氧化和電-Fenton氧化兩種作用共同降解去除滲濾液中的有機物。在Fe2+初始濃度為0.5 mmol/L，陰極電位為-1.0 V處理時間為120 min 的條件下，TOC的去除率為58%；其它條件不變，處理時間為480 min，COD、氨氮、總氮的去除率分別為55%，99%和60%，色度幾乎完全去除。且經過電化學處理后垃圾滲濾液的可生物降解性相對未經電化學處理垃圾滲濾液提高了，COD去除率提高了22.5%。

1.2 生物法

生物法分為厭氧生物處理、好氧生物處理以及二者的結合。厭氧生物處理主要包括厭氧生物滴濾、厭氧序批式反應器(ASBR)、上流式厭氧污泥床工藝(UASB)、復合厭氧反應器(UBF)等。好氧處理法主要包括活性污泥法 、曝氣氧化塘 、生物膜法等工藝。

1.2.1 好氧生物處理 好氧法生物處理是指微生物在好氧條件下以垃圾滲濾液中的有機污染物為原料所進行的代謝作用，使滲濾液中的污染物質含量明顯降低的一種生物處理方法。

好氧污泥顆粒具有微生物活性及濃度高、耐高負荷和耐沖擊等優點。魏燕杰等[34]將好氧顆粒污泥SBR應用于垃圾滲濾液的處理，不僅解決了傳統生物處理中微生物大量流失、污泥沉降性能差以及生物系統最終失穩等問題，同時可以去除垃圾滲濾液中的有機物、氮以及重金屬的有效去除。崔峰[35]進行了好氧曝氣和BAF工藝對比試驗，結果表明BAF工藝對于COD的去除率相對于好氧曝氣提高了20%。將厭氧+BAF+MBR+RO工藝應用于某垃圾滲濾液處理，效果良好。BAF對COD、氨氮的去除率分別達到31%和94.2%，BAF+MBR對銅、鋅的去除率>70%，而對鎳、鉻、鉛的去除率<50%。

1.2.2 厭氧生物處理 厭氧生物處理是利用厭氧微生物在缺氧條件下的新陳代謝作用 ，對垃圾滲濾液中的有機污染物有很好的降解功效[36]。厭氧生物處理法具有操作簡單、能耗少、運行成本低、產泥量少等優點，適用于垃圾滲濾液的處理。

ASBR具有構造簡單、耐沖擊、運行方式靈活等特點。郭曼[37]通過GC-MS對垃圾滲濾液進行了檢測分析，檢測結果表明垃圾滲濾液中含有15種有機污染物，其中包括13種烷烴類物質，1種酸類和1種脂類物質。在ASBR在穩定運行期間，垃圾滲濾液中的COD去除率為95%左右，原有的15種有機污染物減少至7種，8種有機物的去除率達到100%，但該工藝對于氨氮的去除效果不明顯。李軍等[38]采用改進型外循環UASB進行垃圾滲濾液的處理研究，即UASB外循環在懸浮區和三相分離區之間循環。UASB反應器在穩定運行期間對于氨氮的去除效果不明顯，COD、BOD的去除率分別達到90%和91.5%，B/C比由進水中的0.55降低到出水的0.10，這說明外循環UASB雖然可以大幅度去除COD，但是反應器對于有機物的去除不徹底，厭氧處理后出水的可生物降解性差。

1.2.3 厭氧-好氧結合法 單獨用好氧法或厭氧法處理垃圾滲濾液很難達到污水排放標準。因此，現在垃圾滲濾液的處理更多的是采用厭氧-好氧組合工藝，該工藝經濟適用且處理效率高。

王淑瑩等[39]采用二級UASB-SBR組合工藝處理垃圾滲濾液，UASB主要是通過厭氧反應去除有機物COD，通過兩級UASB后，污水進入SBR，完成生物脫氮的硝化反硝化生物反應以及殘余有機物的去除；一定比例的SBR硝化出水回流到UASB1，使富含硝態氮的消化液在UASB1反應器借助于原水中豐富的有機碳元進行消化，并且對原水起到一定的稀釋作用，系統運行正常后，最終COD、氨氮、TN的去除率分別為95%，99%和85%。

1.3 土地處理法

垃圾滲濾液的土地處理法是利用土壤的自凈能力，通過物理-化學-生物等諸多反應，通過土壤的過濾、吸附、沉淀和微生物作用等方法去除垃圾滲濾液液中污染物[40-41]。該方法具有投入成本低、操作流程簡單，運行費用低等的優點，可適用于不同填埋齡的垃圾滲濾液。

1.4 組合法

垃圾滲濾液中含有多種難降解有機物、氨氮、重金屬等污染物質，成分復雜且很難去除。單一的處理技術難以處理達標，需要根據各種處理方法的優缺點，再根據垃圾滲濾液的具體性質和排放要求選擇具體的處理工藝及其組合方式。

馬東岳等[42]將某垃圾填埋場的垃圾滲濾液經過袋式過濾器，依次進入MBR 系統、超濾系統、反滲透系統。其中MBR系統由一級反硝化、硝化初級脫氮系統、二級反硝化、硝化深度脫氮系統。垃圾滲濾液經過MBR+超濾系統處理后，COD去除率大于95%，氨氮去除率大于98%，基本達到了排放標準。但有時由于難生化降解有機物和色度仍然超標，需要進行進一步的深度RO處理。垃圾滲濾液經過MBR+NF/RO組合工藝處理后可達標排放。劉應學[43]采用化學沉淀法處理垃圾滲濾液，氧化鈣投加量為24 g/L，反應溫度42 ℃，曝氣時間6 h，曝氣量為0.5 m3/h，氨氮去除率為96%，COD去除率為53%。將經過化學沉淀法處理后的垃圾滲濾液進行進一步的CO2曝氣及PAM絮凝處理，CO2曝氣1 h，氣體總用量為1.0 m3，投加4 mg/L的PAM，快速攪拌30 min，垃圾滲濾液的pH從13下降到了8左右，對COD的去除效率有明顯的提高，對氨氮的處理效果不是很明顯。對垃圾滲濾液做進一步的RO處理，RO處理對氨氮沒有明顯的去除，對COD的去除率有極大的提高，最終氨氮的去除率為97.2%，COD的去除率為88.43%。喻澤斌[44]采用中溫厭氧反應器+MBR+NF/RO膜組合工藝處理垃圾滲濾液，處理出水中COD、BOD5、氨氮、總氮、總磷和色度濃度分別為8,0.8,2.8,8.38,0.08 mg/L。

2 結語

垃圾滲濾液存在污染物成分復雜且濃度高、水質水量變化大、毒性較高、難生物降解等問題，其處理技術比較復雜，且處理費用高。針對這種現象，可以從以下三個方面著手：(1)進行垃圾干濕分類，從源頭減少垃圾滲濾液的產生；(2)可以發展較少垃圾滲濾液產生的填埋技術，如準好氧填埋或者好氧填埋；(3)研究投資少、運行費用低且處理效果好的垃圾滲濾液處理技術或者是組合技術。