垃圾渗滤液处理技术研究进展

张铁军，臧晓峰

（1.通化市机动车环保监管服务中心，吉林通化134001；2.通化市东昌区环境监察支队，吉林通化134001）

目前我国有70%以上的生活垃圾用填埋法处理。在垃圾填埋过程中，由于压实和微生物的分解作用，污染物随水分溶出，并与降雨、径流等一起形成垃圾渗滤液。垃圾渗滤液是一种高浓度有机废水，如不对垃圾渗滤液加以妥善处理而直接排放，渗滤液将会对周围的地下水和地表水、土壤等方面造成污染，如果通过食物链进入人体，将直接威胁人类健康[1,2]。渗滤液有以下主要特征：1)水质水量随时间变化大，且成分复杂；2)BOD和COD值高；3)氨氮、重金属含量高；4)色度高，有臭味。因此，渗滤液性质的复杂性给渗滤液的有效处理带来了极大的困难。

1 渗滤液的处理现状

我国垃圾渗滤液分为场外处理和场内处理两种。场外处理就是将垃圾渗滤液排入规模适当的城市污水处理厂，与城市污水合并处理的方法。但这种混合处理存在着很大的弊病：其一，该方案只适用于垃圾填埋场和污水处理厂相距较近时；其二，由于渗滤液成分复杂、浓度高，这会极大增加污水处理厂的负荷，还会毒害活性污泥，给处理厂造成不可逆转的影响，因此该方案应用较少。

场内处理有土地处理法和独立污水处理两种方式。土地处理法包括回灌处理和人工湿地法，回灌是指将渗滤液重新打到填埋场覆盖层表面或下部，利用一系列生物、物化和蒸发作用使有机物得到降解和削减，同时加速填埋场的稳定化。回灌存在环境卫生、安全及土壤堵塞等问题，而且回灌后残液氨氮浓度明显增高，给处理带来难度[3]。郭蕴蘋[4]采用絮凝剂FeCl3和碱式氯化铝对回灌残液进行化学絮凝处理，结果表明：回灌残液的BOD5和CODcr指标能够达到国家生活垃圾渗滤液二级排放标准，但氨氮和悬浮物未达标。回灌法处理垃圾渗滤液在国外已得到普及，目前在我国填埋场中实践不多，尚缺乏成熟的工艺设计和运行经验，因此对于残液处理也较少，有待进一步的研究和实践。人工湿地法是一种人为创造的适宜水生植物或湿地植物生长的环境，通过土壤颗粒的过滤、吸附，土壤中微生物对有机物的降解转化以及植物对有机物的吸收利用，达到对垃圾渗滤液的净化作用。人工湿地技术具有投资省、运行费用低、操作及管理方便等优点，但从长远来看，系统存在重金属及盐类在土壤中的积累与饱和问题，这会对土壤结构及植物的生长带来负面影响。与国内相比，国外对人工湿地技术研究和应用较多。

独立处理指在垃圾填埋场内建设污水处理设施进行单独处理，渗滤液经处理达标后直接排放受纳水体。主要包括生物法和物化法，目前国内处渗滤液的处理工艺，总体上采用以生物法为主体，物化法作为预处理工艺。生物处理对污水中溶解性有机物有很高的去除效率，适用于处理早期的渗滤液（B/C＞0.3）；物化法处理的优点是不受水质水量变化的影响，处理后出水水质比较稳定，可有效去除大部分污染物。由于渗滤液的复杂性，单一的工艺一般难以满足垃圾渗滤液的排放要求，往往考虑将各处理工艺有效的结合以便取得较好的去除效果。

2 垃圾渗滤液的处理技术

2.1 生物处理法

常用于垃圾渗滤液处理的生物法主要包括好氧处理法、厌氧处理法、以及厌氧—好氧处理法。

2.1.1 好氧处理法

好氧生物法包括活性污泥法、生物膜法、氧化塘等。好氧法对渗滤液中易降解的溶解性有机物具有较高的去除率，运转费用低，效率高。胡慧青等[5]对浙江省杭州天子岭垃圾填埋场渗滤液采用传统活性污泥法。当进水CODcr和BOD5浓度分别为 9381～3640mg/L 和 4726～2380mg/L、两级曝气池的停留时间分别为20h和15h、有机负荷分别为0.76 kg BOD5/（kgMLSS·d）和0.07 kg BOD5/（kgMLSS·d） 时，CODcr和 BOD5的去除率可分别达62.3%～92.3%和78.6%～96.9%。运行还表明，每吨渗滤液的处理费用仅为3.25元，去除1kgCODcr需1.46元。但好氧处理有机负荷低、运行管理较复杂，出水通常不能达标排放，仍需进一步处理。

2.1.2 厌氧处理法

厌氧法比较适用于高浓度有机废水的处理，近年来发展的厌氧生物处理方法有：厌氧生物滤池（AF）、上流式污泥床（UASB）、厌氧间歇性序批式反应器（ASBR）等。大量实验证明，相对于好氧法，厌氧法能耗少、产泥量小、有机负荷高、对无机营养元素含量要求较低，一般认为适合生物降解的BOD5∶N∶P=100∶5∶1，而厌氧法 BOD5∶N∶P=100∶2∶0.3。但厌氧法停留时间长且出水浓度相对较高，一般作为垃圾渗滤液的预处理单元。

2.1.3 厌氧—好氧处理法

与厌氧法相比，好氧处理耗能高，污泥量多，而单纯厌氧工艺处理效果不佳，所以采用厌氧—好氧组合工艺充分发挥自各的特点，具有良好的互补性。对于COD浓度大于5000mg/L的垃圾渗滤液，将厌氧生物处理作为预处理单元可提高生化性，降低毒性，减轻后续好氧工艺的负荷。李平、韦朝海等[6]采用厌氧/好氧流化床耦合处理垃圾渗滤液，结果表明，经过高效厌氧流化床的处理，可生化性提高49.1%，当进水CODcr及氨氮浓度分别为5000 mg/L、280 mg/L左右时，系统出水主要指标达到《生活垃圾填埋污染控制标准》（GB16889-1997）一级排放标准。

2.2 物化处理法

由于垃圾渗滤液的高浓度和复杂性，常规的生物处理很难达到排放标准，一般经过物化方法进一步处理。物化法主要包括混凝沉淀法、吸附法、高级氧化法、膜分离技术、氨氮吹脱等。

2.2.1 混凝沉淀法

混凝处理是通过外加混凝剂使水中胶体和悬浮颗粒脱稳、凝聚和絮凝成粗大的颗粒而沉降下来。混凝预处理可去除大分子有机物、色度、氨氮和重金属离子，提高渗滤液的可生化性，促进生化中活性污泥的增殖[7]，混凝作为生化后处理，保证出水指标达到排放标准。

混凝剂效果的好坏取决于pH值、温度、浓度等，但主要取决于混凝剂的性质和水力条件两个因素[8]，常用的混凝剂有三氯化铁、聚合氯化铝（PAC）、聚合硫酸铁、硫酸铝等无机盐类及有机高分子混凝剂，铝盐和铁盐在水解、聚合、凝聚反应中形成高聚合度的多羟基化合物絮体，促使废水中污染物体系脱稳、凝聚，从而被絮凝去除[9]。张富韬[10]等采用混凝-吸附工艺预处理北京安定垃圾卫生填埋场渗滤液，将聚合氯化铝作为混凝剂，改性膨润土作为吸附剂，当聚合氯化铝用量为500mg/L时，CODcr的去除率可达到79%，氨氮的去除率达46%，重金属的去除率为53%～79%。在实际混凝工艺操作中，往往投加一些非离子、阳离子及阴离子高分子助凝剂如聚丙烯酰胺（PAM）、聚乙烯胺等，来改善絮体沉降性能，有机污染物质去除更有效。刘东等[11]以聚合硫酸铁为混凝剂，聚丙烯酰胺为助凝剂处理垃圾渗滤液，COD、总磷和色度处理率最高可达78%、76%和95%。

近年来，人们又开发出了一类生物絮凝剂，具有高效无毒，安全无二次污染的特点，也越来越受到人们的关注。Anastasios等[12]采用生物絮凝剂和无机混凝剂去除垃圾渗滤液中的有机物，当两种药剂达到相同的COD去除率时，无机絮凝剂投加量为500mg/L，而生物絮凝剂投加量仅为20mg/L。由于生物絮凝剂用量省，去除率高，有希望成为未来垃圾渗滤液处理的主要絮凝剂。

2.2.2 吸附法

吸附法主要是利用多孔性固体物质，使废水中的一种或多种物质被吸附在固体表面而去除的方法。在处理垃圾渗滤液时，可用做吸附剂的材料很多，如活性炭、沸石、焦炭、木屑、粉煤灰和硅藻土等。其中活性炭应用较为广泛，活性炭可有效吸附去除不易生化降解的有机物，但对于挥发性脂肪酸及大分子的有机物（如腐殖酸）却不是一个有效的方法。蒋建国等[13]用沸石吸附去除渗滤液中的氨氮，结果表明：沸石作为吸附剂去除渗滤液中的氨氮是可行的，当沸石粒径为30～16目时，氨氮去除率达到了78.5%，且进水氨氮浓度越大，吸附速率越大。

吸附法与其他技术耦合取得了良好的效果，如混凝—吸附法、臭氧—吸附法、Fenton—吸附法等。Rivas等[14]运用先臭氧氧化，后活性炭吸附的方法处理渗滤液，COD去除率达90%以上，优于单一的活性炭吸附或臭氧氧化[14]。另外，混凝与吸附联合使用能有效的去除重金属。沈耀良、杨铨大等[15]采用聚合氯化铝作为混凝剂，焦炭作为吸附剂预处理渗滤液，COD去除率为58.9%，重金属的去除率为60%左右，铜的去除率接近100%。其中PAC对重金属的去除率高低排序为Pb＞Cu＞Cr＞Cd＞Zn，焦炭对重金属的吸附去除率排序为Cu＞Pb＞Zn＞Cd＞Cr，说明混凝和吸附对重金属离子的去除具有良好的互补性，克服了各离子之间的竞争吸附带来的负面效应。一般来说，吸附剂对早期渗滤液的吸附效果要优于老龄渗滤液，目前常用于渗滤液的预处理。

2.2.3 高级氧化法

高级氧化技术具有氧化能力高、二次污染小等特点，包括Fenton试剂法、臭氧氧化、光催化氧化、超声波技术等。

Fenton试剂法是目前研究较多的一种方法，实质是Fe2+和H2O2之间的链反应催化生成极强氧化性的羟基自由基（·OH）·OH能分解渗滤液中大分子有机物氧化成为小分子有机物，从而提高生化性。pH值、反应时间、H2O2和铁盐的投加量是Fenton法的主要影响因素[16,17]，王喜全等[18]用Fenton法处理鞍山市某垃圾填埋场的渗滤液，当初始 pH 值为 7，H2O2/Fe2+的比率为 4：1，H2O2的投加量为0.05mg/L，反应时间为3.5h，加入混合催化剂（Mn2+或 Cu2+），H2O2利用率为 153.9%，COD去除率可达80.5%，出水达到《生活垃圾填埋污染控制标准》（GB16889-1997）二级标准。

大量研究发现，将UV、O3和光电效应等引入Fenton体系，可以节省H2O2的投加量和提高氧化能力。Sheng H.lin等[19]采用电-Fenton工艺处理渗滤液混凝后出水，COD为951 mg/L，以铁为电极、电流为 2.5A，在 pH 为 4、H2O2为 750 mg/L、反应时间为23min时，COD去除率为68%，色度去除率几乎为100%。邹长伟等[20]考察了Fenton试剂及UV联合技术对垃圾渗滤液处理的效果，采用UV-Fenton试剂联合处理垃圾渗滤液COD去除率可达71.5%，色度去除率达96%，比单纯的Fenton试剂COD去除率提高13%。

Fenton法既可以单独使用，也可以与其他工艺联合使用，对高分子有机物有较高的去除效果，但对于氨氮的去除并不理想[21]，需进一步完善和研究。

2.2.4 膜分离技术

膜分离技术主要利用隔膜物理截留作用将污染物去除，它不受水质的影响，出水水质清洁，缺点是膜极易被污染且较难清洗，价格昂贵。膜分离法具有较宽的温度和范围，以及较高的COD和氨氮去除率，在老龄渗滤液的应用较为广泛。主要工艺有微滤（MF）、超滤（UF）、纳滤（NF）、反渗透（RO）等，其中反渗透是填埋场渗滤液应用最多的膜处理工艺。膜技术在国外应用和研究较多，Bohdziewicz对上流式厌氧污泥床出水后的垃圾渗滤液进行反渗透处理，COD、BOD和氨氮去除率分别为 95.4%、90.2%和 88.7%[22]。Trebouet等[23]将NF用于渗滤液的净化结果表明，当操作压力为2MPa、膜面速度3m/s的条件下，COD由进水的17000 mg/L降低到出水的700 mg/L，去除率达95.9%。Bohdziewicz和Peters[24,25]比较了纳滤、超滤和反渗透法地垃圾渗滤液的处理，结果发现，反渗滤的COD和氨氮去除率高于纳滤和超滤。

目前国内采用的膜技术处理垃圾渗滤液的工程实例中，以蝶管式反渗透（DT-RO）为主。北京天地人环保科技有限公司[26]利用RO502型DTRO设备对北京阿苏卫垃圾填埋场、六里屯垃圾填埋场、上海黎明垃圾填埋场等进行了渗滤液处理试验，结果表明，COD和氨氮的去除率均超过99%，出水水质相当稳定，可以达到《生活垃圾填埋污染控制标准》（GB16889-1997）中的一级排放标准的限定值。

由于膜技术费用高，且处理过程的膜污染会影响出水水质，因此限制了我国在垃圾渗滤液的推广和应用。开发耐污染、易清洗、价廉寿命长的膜及膜组件，是今后研究的重点。

3 结论与展望

总之，目前垃圾渗滤液多采用生物法工艺。生物处理对于新鲜渗滤液有较好的效果，但存在不足之处。如好氧处理相对厌氧处理来说，能耗高、污泥产量大，有毒金属将抑制微生物的正常工作状态，渗滤液中的磷含量偏低，需要另外添加磷酸盐才能实现有效的好氧处理；厌氧处理缺点是停留时间长，启动困难，对温度的变化比较敏感。场内的回灌处理不能完全处理渗滤液，仍有部分渗滤液残液存在。物化法虽然对生物出水中难降解的有机物去除率高，而单一的物化处理效果并不理想，且运行成本高。大量研究表明，各技术之间相互耦合，充分发挥各工艺的特点，取长补短，可取得良好的效果。如混凝-吸附、混凝-生物、UVFenton法等。针对渗滤液水质特点和各处理工艺存在的问题，渗滤液要达到日益严格的排放标准，单纯利用一种工艺很难实现的，因此深入研究各耦合工艺的可行性，发展更高效的组合工艺，是今后渗滤液处理的重要研究方向。