垃圾渗滤液处理方法研究进展

王志科　张兴　赵峥　唐渭　李廷山

摘要：为了研究目前垃圾渗滤液处理方法及处理效果现状，以实现垃圾填埋场在实际运营过程中对垃圾渗滤液的有效处理，从而达到环境保护的目的，从垃圾渗滤液来源、特征与危害、垃圾渗滤液处理方法等方面进行探讨、分析，并总结了各处理方法的成功案例。探讨了未来垃圾渗滤液处理方法的发展趋势，即配套新型处理剂或者新材料的组合工艺将是垃圾渗滤液处理的发展方向。

关键词：垃圾渗滤液;垃圾填埋场;处理方法;组合工艺;环境保护

中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：1674-9944（ 2020） 2-0113-04

1 引言

社会经济水平的不断发展很大程度上提高了人民的生活质量，同时生活垃圾产生量随着生活水平的提高平也与日俱增[1]。在众多生活垃圾处理方法中城市生活垃圾卫生填埋技术因自身具有的优越性得到人们广泛认可，成为应用最为广泛的生活垃圾处理方式之一[2-6]。随着时间的推移，很多生活垃圾填埋场填埋容量已接近饱和[7，8]，随之而来卫生填埋法所产生的的城市垃圾渗滤液有效处理成为垃圾填埋场迫切需要解决的问题，城市生活垃圾中有机物由于长时间填埋与发酵，导致渗滤液中有机物不断减少，可生化性变差[9-11]，由此产生的垃圾渗滤液是一类含有高浓度NH4-N和有机物的难处理废水，尤其是晚期垃圾渗滤液其C/N通常小于3[12]，使老龄垃圾渗滤液的处理成当前的棘手问题。

2 垃圾渗滤液来源

垃圾渗滤液来源与生活垃圾成分、运储、处置等各环节密切相关，是经过厌氧发酵、有机物降解、雨水冲淋、地下水浸泡等原因形成的成分复杂的高浓度有机废水[13]。由于国内生活垃圾分类程度不高，家庭厨余等易腐垃圾占比重高，垃圾自身含水量大，加之降水渗透等影响，学者普遍认为垃圾渗滤液主要来源是垃圾本身含有的大量可溶性有机物、无机物在雨水、地表水或地下水的浸入过程中溶解的污染物、垃圾通过生物、化学、物理作用产生的可溶性物质、覆土和周围的土壤中进入渗滤液的可溶性物质，成分非常复杂[14]。

3 垃圾渗滤液特征与危害

垃圾渗滤液具有水质水量变化大，氨氮、有机物质量浓度高[15 -17]，尤其晚期垃圾渗滤液氨氮升高，造成C/N过低，导致生物脱氮难以进行，易利用的碳源不足导致总氮难以达标[18-20];生化反应处理末端难降解有机物占比高，BODs/CODe，降低（一般在0.1～0.2），可生化性差[21]。晚期垃圾滲滤液小分子有机酸可通过生化处理方式去除[22]，剩余难以生物降解的腐殖质含量增加，同时由于缺少碳源而导致脱氮过程受阻[23]，增加了处理难度。垃圾渗滤液水质特征见表1。

垃圾渗滤液成分复杂，含有多种有毒有害成分，体现在垃圾渗滤液中含有的有机物多达99种，其中含有芳香族化合物（萘、菲等）、卤代有机物、硝基化合物、酚类化合物和苯胺类化合物等众多生物难以降解的物质，而且被列为中国环境保护部和世界环保组织重点控制名单的多达22种，部分垃圾渗滤液中还含有致癌物质。根据垃圾填埋场成分不同，垃圾渗滤液中通常还含有大量铅、汞等重金属物质。垃圾渗滤液污染物持续时间长，若不经过有效处理直排环境势必对环境造成不可估量的严重损失。

3.1 污染地表水、地下水

垃圾渗滤液作为一种高浓度有机废水，总磷、总氮含量一般较高，进入地表水体极易造成水体富营养化，对工农业用水甚至饮用水源造成严重污染。由于防渗材料选取不当导致防渗效果差，或者防渗层破裂，则垃圾渗滤液通过包气带进入地下水含水层中;渗滤液导排系统内的导排管、集液池等发生泄漏或破裂，造成渗滤液渗漏;垃圾渗滤液处理设施发生破裂或底部防渗不当等都会导致渗滤液渗入到地下土层，对地下水体造成严重污染[29，30]。

3.2 污染土壤，破坏生态环境

垃圾渗滤液渗入土壤后，其中重金属和有机物容易被土壤截获，从而会改变土壤的结构与功能，造成土壤盐碱化、重金属超标等问题，通过物理、化学及微生物作用得以积累，破坏土壤的结构和理化性质，使土壤肥力和水分下降，导致农作物产量和质量大幅度减少[31]。

3.3 重金属富集，危害人类健康

垃圾渗滤液泄漏后，有毒有害物质被动植物吸收，通过生物富集作用和生物链传递作用进入人体进而影响人类健康[32]。

4 垃圾渗滤液处理方法

垃圾渗滤液的处理主要采用物化处理法、生物处理法及组合工艺。

物化处理法以吸附与混凝处理法、膜分离技术、高级氧化法最为普遍;对于可生化性低、毒性高、难降解有机含量高的渗滤液物理化学法处理效果比较稳定，水质水量的变化对物理化学法的影响较小，但物理化学法必须进一步处理二次污染物。因此，物理化学法常用作对垃圾渗滤液的预处理[33]。

曹羡等[34]利用加载磁絮凝技术对垃圾渗滤液进行预处理试验，试验结果表明：当pH值为8.0，PAC投加量为600 mg/L，PAM投加量为0.25 mg/L，磁粉投加量为750 mg/L，磁场强度为150 mT时，先投加PAC再加入磁粉，30 s后投加PAM时，混凝效果最佳，COD的去除率为55. 86%，氨氮的去除率为36. 13%，浊度的去除率为88. 91%。Zoungrana等[35]使用膜材料为PVDF和PTFE的膜组件，采用直接接触式的操作形式，对垃圾渗滤液原液及经过预处理的垃圾渗滤液进行处理，得到的脱氨效率分别为70%和92%。胡兆吉等[36]以垃圾渗滤液为处理对象先后分别对三种工艺：工艺1-O。/Hz 02组合工艺、工艺2-单独03工艺、工艺3-单独H2O2工艺进行对比研究。表明工艺1组合工艺的最优组合反应条件为反应时间为30 min、pH值为8.O以及H2O2投加量为1.0 g/L，在此最优组合反应条件下，COD去除率为69. 9%，UV254去除率为74. 5%、色度的去除率为91. 0%。经工艺1处理后，由于可生化性提高，可生化性要求更为符合。

在国内外学者不断探索下，垃圾渗滤液生物处理法得到了广泛认同，通过微生物新陈代谢作用及絮体的吸附作用可实现对污染物的去除。处理效果好、投资少、操作工艺较为简单，是其主要特点。然而垃圾渗滤液中氨氮、重金属含量高，直接使用生物处理法无法使有机物得到全部降解，并且渗滤液中的高氨氮以及高浓度的重金属离子会抑制微生物的活性，影响微生物正常的新陈代谢，且营养元素比例失调，不利于微生物生长繁殖，通常需要物理化学方法对其进行预处理或深度处理，从而保证生物系统的稳定运行和最终出水的水质达标。生物法按照电子供体的特点，可分为异养反硝化和自养反硝化。

徐晓晨等37]利用移动床生物膜反应器（ MBBR）对亚硝化厌氧氨氧化一反硝化（ SNAD）工艺处理垃圾渗滤液厌氧出水的脱氮效果进行了研究。SNAD -MBBR反应器内投加K3填料，控制温度为33～35℃、DO为0.03～0.1 mg/L、pH值为7.5～8.0、HRT为12h，试验一共进行了152 d，在进水总氮负荷逐渐增加过程中相应调节曝气量以获得最佳去除效果。结果表明，在该工艺条件下进水总氮负荷为0.9 kg/（m3.d）时，TN去除率仍可达88%。夏俊方等[38]针对垃圾渗滤液中高浓度氨氮的问题，以间歇进水生物反应器为对象，研究了短程硝化反应中氨氮与COD降解动力学及功能微生物组成结构。结果表明：在pH=6. 5～8.5时，氨氮降解符合米氏模型，而COD降解适用于抑制Aiba动力学模型。随pH值增加，氨氮和COD的最大降解速率与饱和常数均先增加后降低，pH=7.5时达到最大值。这说明短程硝化反应中，氨氮与COD的降解受pH影响较大，最佳pH值应该控制在7.5～8.0。此外，研究发现，短程硝化过程中COD的降解速率和最大降解速率分别是氨氮的5. 6～11.3倍和12. 4～16.8倍。

然而，垃圾渗滤液具有成分复杂、氨氮和重金属离子含量高、水质水量变化大等特点[8]。决定了采用单一的物化、生化技术工艺处理往往很难达到相应排放要求，学者们尝试将不同的工艺进行合理耦合，充分发挥各工艺的优点，对垃圾渗滤液进行分级处理，以保证出水渗滤液的各项指标达到排放标准。组合工艺在学者们的不断探索与尝试下，取得了阶段性成果。

万金保[39]采用上流式厌氧污泥床（ UASB） 一氨吹脱一循环折流式（ Carrousel）氧化沟一反渗透（RO）工艺对其进行深度处理，实际运行结果表明，该工艺运行稳定，处理效率高。最终出水COD、BOD。和SS、NH。-N的质量浓度分别为74 mg/L、12 mg/L和7.6、9.1 mg/L，大肠杆菌数800个/L，去除率分别高达99. 0%、99. 7%、99. 6%、99. 4%、99. 9%，出水水质满足要求。吴莉娜等[40]针对晚期垃圾渗滤液实现深度除碳脱氮，采用上流式厌氧污泥床（upflow anaerobic sludge blan-ket，UASB） -缺氧/好氧反应器（anoxic/aerobic reac-tor，A/O） -厌氧氨氧化反应器（anaerobic sequencingbatch reactor，ASBR）组合工艺，以短程硝化一厌氧氨氧化耦合反应为依托，通过UASB实现有机物的大部分降解，在A/O中实现短程硝化，在ASBR中通过厌氧氨氧化深度脱氮。研究结果表明：当进水p（ CODcr）、p（NH4+ -N）和p（TN）分别为2220 mg/L、1400～1450mg/L和1450～1500 mg/L;最终出水分别为98、7、25mg/L.实现了分别为95. 6%、98. 3%和99. 5%的高去除率。故该工艺无须投加任何外碳源，最终实现化学需氧量（ chemical oxygen demand，COD）、氨氮（NH，-N）和总氮（ total nitrogen，TN）的高效、深度去除。卓霞军等[41，42]采用生化十两级Fenton- BAF 工艺处理渗滤液，根据运行情况，当系统进水COD浓度为1350～11500 mg/L、总氮浓度为1860～3000 mg/L、氨氮浓度为1600～2700 mg/l_时，该.T艺运行稳定，对主要污染物COD、总氮、氨氮去除率分别为99%、98%、99%，出水COD<100 mg/L、总氮<40 mg/l_、氨氮<25 mg/L，达到《生活垃圾填埋场污染控制标准》（ GBl6889-2008）的标准。

5 结论与展望

垃圾渗滤液处理是目前水处理领域重要组成部分，地区条件的差异导致渗滤液水质水量具有明显差异，加之單一渗滤液处理方法处理效果有限，如膜处理技术投资和运行成本高，生物法去除总氮效率较差等不能完全实现达标排放，则要求渗滤液处理工艺采用组合方式以达到达标排放的目的;随着检测水平的提高，垃圾渗滤液中的“痕量”物质也将会被检出，学者们必将开始关注该类物质在各种环境中的赋存和迁移特性、毒性效应以及处理技术等，这将对现有处理技术提出新的挑战。面对如此成分复杂的垃圾渗滤液及高压态势下的环保政策，配套新型处理剂或者新材料的组合工艺将是垃圾渗滤液处理的发展方向，在成本、效率、质量之间达到新的平衡。

参考文献：

[1]杨卉，杨本芹，杨金明，等，垃圾渗滤液两级DTR（）浓缩液生物蒸发处理研究[J].中国环境科学，201 7，37（9）：3437-3445.

[2]李娜，李小明，杨麒，等.微波/活性炭强化过硫酸盐氧化处理垃圾渗滤液研究[J].中国环境科学，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]张欢，曹文琳，王 楠，等.“Fenton氧化十双碱软化”法处理垃圾渗滤液膜滤浓缩液的研究[J].绿色科技，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，陆明羽，殷记强，等.反硝化一短程硝化一厌氧氨氧化工艺处理晚期垃圾渗滤液的脱氮除碳性能[J].环境科学，2018，39（8）：3782-3788.

[8]王凯，武道吉，彭永臻，等.垃圾渗滤液处理工艺研究及应用现状浅析[J].北京工业大学学报，2018，44（1）：1-12.

[9]高 原，垃圾渗滤液处理现状及存在问题初探[J].绿色科技，2017（20）：77-78.

[10]李芸，李军，陈刚，等.晚期垃圾渗滤液厌氧氨氧化脱氮性能及其污泥特性[J].环境科学研究，2016 ，29（3）：411～418.

[11]宿程远，朱孝文，农志文，等.SRIS对垃圾渗滤液中氨氮去除效能及微生态分析[J].环境科学研究，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]冯梅，陈炜鸣，潘旭秦，等.uv - Fenton体系处理准好氧矿化垃圾床渗滤液尾水中难降解有机物[J].环境科学学报，2019·39（9）：2980-2987.

[14]曾晓岚，陈亮，丁文川，等.氨吹脱一两级矿化垃圾- Ac- Fen-ton处理晚期垃圾渗滤液[J].环境工程学报，201 7，II（9）：0013- 5019.

[15]姜科，城市生活与绿色发展之垃圾渗滤液的危害与防治[J].绿色科技.2019（10）：133-134.

[16]彭永臻，孙洪伟，杨 庆.短程硝化的生化机理及其动力学[J].环境科学学报，2008，28（5）：817-824，

[17]苗蕾，王凯，王淑莹，等，垃圾渗滤液中有机物对其厌氧氨氧化的影响[J].东南大学学报（自然科学版），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]聶永丰，王伟，我国填埋场渗滤液控制现状，问题与解决途径[J].环境科学研究，1998（3）：25-27.

[22]徐亚，能昌信，刘峰，等，填埋场长期渗漏的环境风险评价方法与案例研究[Jl.环境科学研究，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]胡云飞，裴建川，马 勤，等，短程硝化在垃圾渗滤液处理工程中的应用[Jl.环境工程学报，201 9，13（6）：1463～1472.

[25]陈小珍，汪晓军.Karasuta Chayangkun，等.反硝化一高效部分亚硝化一厌氧氨氧化工艺处理老龄垃圾渗滤液[J/（）IJ环境科学：1 -14[20190926]. https：//doi. org/10. 13227/j. hjkx.201 9061 65.

[26]彭永臻，王众，刘牡，等.回流比对短程硝化一厌氧氨氧化组合工艺处理晚期垃圾渗滤液自养脱氮的影响[J].北京工业大学学报，2018，44（1）：19～26.

[27]刘亭，范举红，刘 锐，等，间歇曝气SBR处理垃圾渗滤液的脱氮性能[J].环境T程学报，201 7，11（8）：4627-4633.

[28]张周，刘达敏，沈鹏，等，垃圾渗滤液厌氧出水实现短程硝化影响因素研究[J].水处理技术，2019，45（4）：105—110，115.

[29]罗玉池，廉晶晶，张沙莎，等.地下水污染防控技术：防渗、修复与监控[M].北京：科学出版社，201 7.

[30]胡云飞，基于短程硝化反硝化MBR+RO处理垃圾渗滤液的应用研究[D].杭州：浙江农林大学.2019.

[31]王莹.物理化学法预处理垃圾渗滤液的试验研究[D].太原：中北大学，201 9.

[32]田 宇.电化学氧化/电絮凝协同处理垃圾渗滤液研究[D].贵阳：贵州大学，2019.

[33]刘春楠，陈小亮，吴少林，等，垃圾渗滤液尾水氮的深度处理技术研究进展[J].环境污染与防治，2019，41（6）：720-725.

[34]曹羡，梅凯，李先宁，加载磁絮凝技术预处理垃圾渗滤液的研究[J].东南大学学报（自然科学版），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，陈建新，等.03/H20组合工艺深度处理垃圾渗滤液的试验研究[J].环境污染与防治，2017，39（2）：155-158.

[37]徐晓晨，周亮，王超，等.SNAD- MBBR处理垃圾渗滤液厌氧出水的脱氮研究[J].中国给水排水，2018，34（23）：21～25.

[38]夏俊方，王树涛，张永明，等，短程硝化反应中污染物降解动力学及微生物群落研究[J].哈尔滨工业大学学报，2018，50（2）：65 ～70.

[39]万金保，余晓玲，吴永明，等.UASB-氨吹脱一氧化沟一反渗透处理垃圾渗滤液[J].水处理技术，2019，45（5）：135—138.

[40]吴莉娜，涂楠楠，王建龙，等.UASB - A/O - ASBR工艺实现晚期垃圾渗滤液深度除碳脱氮[J].北京工业大学学报，2018，44（1）：27—32.

[41]卓霞军，陆和炜.生化十两级Fenton - BAF工艺处理垃圾填埋场渗滤液[J].中国给水排水，2017，33（20）：109～112，116.

[42]蔡克俭，吴宇豪，黎蕾蕾，等.电阻率成像法在深基坑渗漏探测中的应用[J].工程地球物理学报，2018，15（4）：519-524.

作者简介：王志科（1990-），男，工程师，主要从事环境保护工作。