城市生活湿垃圾渗滤液处理处置研究现状与发展趋势

章 怡，方月英，刘国伟，权洛秋，刘洪波,*

(1.上海理工大学环境与建筑学院，上海 200093；2.苏州工业园区清源华衍水务有限公司，江苏苏州 215021)

随着我国城市化进程的推进和垃圾分类的施行，垃圾产量逐渐提升，对于垃圾处理工艺和处理总量的要求也越来越高。在现有的城市垃圾处理系统中，城市垃圾的处理一般包括分类收集、运输到垃圾中转站初步筛选、最后达到不同的处理场地。垃圾中转站因对垃圾进行压缩，具有减少垃圾存放体积、节约土地资源的优点而成为重要一环[1]。但是在压缩湿垃圾的过程中会产生大量渗滤液，湿垃圾渗滤液具有有机物浓度高、高盐分、高油脂的特点，易造成环境的二次污染[2-3], 若直接排放会对受纳污水的污水处理厂处理效果造成不利影响，严重时会导致水环境污染。

1 特点

区别于主要以惰性垃圾为主的城镇生活垃圾，城市生活垃圾主要以餐厨垃圾等有机垃圾为主。其中，厨余垃圾是城市生活湿垃圾的重要组成部分，我国日产餐厨垃圾约为25万t[4]，经垃圾中转站处理后产生的垃圾渗滤液体积更是庞大。湿垃圾渗滤液组分复杂，根据北控集团对城市垃圾的分析，发现餐厨垃圾渗滤液有机质含量在90%，平均含固率为15%，含盐率和含油脂率分别为3%和5%[5]。由此可知，厨余湿垃圾渗滤液具有有机物浓度高、含盐分、油脂率高、含固率较大的特性，及时和安全处理厨余垃圾渗滤液至关重要。由于生活湿垃圾渗滤液中含有大量高浓度的有机物，湿垃圾渗滤液还具有较好的生物可降解性[6]。其中，渗滤液中氨氮浓度高，磷元素较低，随着时间增加，有机氮被逐渐转化成氨氮使得渗滤液C/N过低，不利于渗滤液的处理[7]。

由于城市生活湿垃圾渗滤液中富含多种微生物，在运输和保存的过程中具有不定性，会随着环境条件如温度、湿度和含氧量的变化而自身发生生物化学反应，产生大量的有害气体污染大气。同时，由于渗滤液中营养元素比例失衡，具有高氮含量，其中有机氮逐渐转化成氨氮，对周边水体具有一定污染性。另外湿垃圾渗滤液中可能含有多种重金属离子，若直接排放，也会对环境及人体造成危害。处理后的垃圾渗滤液需符合《污水排入城镇下水道水质标准》(GB/T 31962—2015)[8]。

2 主要处理方法

城市生活湿垃圾成分复杂，富含盐分、脂肪、有机物等污染水体的成分，其处理方式不同于其他垃圾废水，直接处理方法主要有物理化学法[9]、土地处理法[10]和生物处理法[11]。其中，土地处理法是利用大地的天然自净能力将渗滤液中的有机物经过吸附、过滤、氧化或微生物利用等过程进行处理[12]。由于这种方法不仅破坏土地结构、占用面积大、长时间会产生恶臭味，还会对地下水造成严重污染，间接损害人体健康，长远来看不适合用于城市生活湿垃圾渗滤液的处理。

2.1 物理化学法

物理化学法是处理湿垃圾渗滤液最简便的方式，虽然处理方法受水质影响较小，但是只限于处理体积较小的渗滤液，且处理费用过大。物化法包括蒸发法、气浮法、曝气吹脱法、离子交换法、化学沉淀法等，一般用于餐厨垃圾渗滤液处理的预处理，处理例如盐分、脂肪、氨氮等物质。

2.1.1 高盐分滤液处理方式

由于生活湿垃圾渗滤液中含有高盐分，不仅限制后续的渗滤液处理，腐蚀处理设备，还会造成盐分浪费的情况。Heijman[13]等对高浓度盐水的废水进行“纳滤+反渗透+机械蒸气再蒸发”处理，发现废水中的盐类回收期望达到了99%。Aamer等[14]对浓盐水进行“反渗透+膜蒸馏”处理，从而将结晶盐回收。尹户生等[15]采用“预处理+膜处理(NF、RO)”组合工艺处理高盐渗滤液，通过预处理能够减小填埋场渗滤液原水中的悬浮物、胶体物质和高分子聚合物，从而提高后端两级碟管式反渗透系统设备的运行稳定性；通过浓缩液减量化系统进一步减小浓缩液的产生量，加之后端的单级卷式膜处理系统的保安措施，从而保证出水水质达到出水标准。因此，高盐分渗滤液现今主要有2种处理方式：一种为蒸馏法，这种方式结构简单、操作容易、所得出水水质好；另一种为膜处理法，这种方式可以达到很高的脱盐率，但是盐分浓度太高,易影响膜寿命[15]。

2.1.2 富含油脂渗滤液的处理方式

由于生活湿垃圾渗滤液中含有过多油脂，油脂漂浮于水体之上，不及时处理会产生较大的环境问题。陆洋等[16]通过不同方式的气浮法对低浓度含油脂污水进行处理，结果表示，在清水剂为500 mg/L、气浮时间为20 min、进气流量为1.5 L/min、微孔孔径为20 μm的条件下，除油效率最高。王金俊等[17]发明了一种含油废水的除油装置，利用刮油器进行油水分离，再利用曝气装置进行气浮除油。蔡琪芳等[18]将富含油脂的渗滤液收集起来，根据颗粒与离子的关系，用超滤膜过滤掉油脂，做到油水分离。杨君[19]利用聚丙烯酸钠、磺酸铝和的氯化钙合成了一种高效油水分离剂，当水温提高至70 ℃左右，亲油基与油脂亲和，从而形成悬浮物，经过离心便可得到油水分离物。综上，生活湿垃圾渗滤液中油脂常用的去除方式分为气浮法和膜分离法。气浮法除油脂效率高、占地面积小，但是运行成本和维修成本较高，不适用于规模较大的渗滤液处理设施；膜分离法的优势在于操作简单、能量消耗少、处理效率高，但是需经常换洗膜。而化学试剂法虽然操作简单，但是配置复杂、造价昂贵、不能批量生产，一般不用此方法。

2.1.3 渗滤液中氨氮处理方式

生活湿垃圾渗滤液中的氨氮主要来自于餐厨垃圾中的蛋白质等含氮类化合物的生物降解。而且随着时间推移，湿垃圾渗滤液中的有机氮会转化成氨氮，导致氨氮含量大大增加，氨氮浓度较高的渗滤液不仅异味大，还具有较大的毒性，对周边环境具有明显的影响。因此，氨氮的去除是至关重要的。生活湿垃圾渗滤液中氨氮的常规处理方式可分为吹脱法、电解氧化法、化学沉淀法和吸附法。向阳[20]利用曝气吹脱法对生活垃圾渗滤液进行除氨氮中试试验，随着吹拖时间增加，在碱性条件时，氨氮去除率达到了67.9%。朱泉雯等[21]用铁碳微电解-Fenton组合工艺处理垃圾渗滤液，通过不同运行条件下处理效果的对比，最后发现在最佳条件下，COD和氨氮去除率分别可达71.3%和83.9%。陈万堂[22]研究Fe-Al-C和Fe-Cu-C三元微电解体系对垃圾渗滤液的处理，发现两种体系都表现出了一定的去除垃圾渗滤液中TN和氨氮的能力。张道斌等[23]通过化学沉淀法投加MgCl2·6H2O和NaH2PO4·12H2O或MgSO4和NaH2PO4·12H2O生成沉淀磷酸铵镁(MgNH4PO4·6H2O)，从而去除垃圾渗滤液中的氨氮，探究去除氨氮效果最好的药剂比，最高氨氮去除率可达98.10%。吴海霞等[24]探究了黏土与粉煤灰吸附农村生活垃圾渗滤液的效能及机理，结果表示，黏土和粉煤灰对农村生活垃圾渗滤液的氨氮去除率可分别达14.87% 和18.18%，且同时对重金属也具有一定的吸附效果。其中，吹脱法、化学沉淀法和吸附法的优势在于操作简单、处理效果稳定、运行费用较低，但是存在二次污染的可能。而电解法虽然处理效果好，但是需长时间通电、投资较大。

综上，物化法虽然能够方便去除渗滤液无机物、油脂化合物、氨氮等，但是能耗较大、去除不彻底、去吹装备造价昂贵[25]。表1总结了生活湿垃圾渗滤液物化法处理的适用条件与优缺点，表明生活湿垃圾渗滤液成分复杂，单用一种方式不能完全处理渗滤液中的有害物质，必要时需根据不同水质特点采用适用性组合工艺进行处理。

表1 物化法处理垃圾渗滤液的优缺点Tab.1 Advantages and Disadvantages of Physicochemical Treatment for Leachate

2.2 生物处理法

生物处理法是目前最有效的处理生活湿垃圾渗滤液的方式，是深度处理渗滤液的处理方式。它利用微生物的新陈代谢活动降解渗滤液中有机物，从而实现水体净化的目的，可以分为好氧生物处理、厌氧生物处理和好氧-厌氧结合生物处理3种方式。

2.2.1 好氧生物处理

好氧生物处理包含活性污泥法、生物膜法等处理方式。这种方式可以有效去除渗滤液中氨氮、COD及BOD5，且可以有效减轻渗滤液的色度和浑浊度[26]。

活性污泥法对渗滤液中的有机碳、COD和BOD5有较强的清除能力，曹占峰等[27]通过SBR曝气工艺模拟城市垃圾渗滤液，结果表示，COD去除率达到95%，有机碳的转换率达到99%。胡慧青等[28]采用传统的活性污泥法处理杭州天子岭垃圾填埋场中的垃圾渗滤液，COD和BOD5的去除率可分别达62.3%～92.3%和78.6%～96.9%。申欢等[29]采用膜生物法对垃圾渗滤液经UASB预处理的出水进行了降解试验，结果表示，MBR对COD的去除率为70%～85%，对氨氮的去除率为90%～99.8%，对TN的去除率为50%～67%。活性污泥法作为一种传统处理污水的方式，虽然可以有效处理垃圾渗滤液，但是受温度影响较大，需大规模场地对污泥进行驯化，因此，不适合建立在人口密集的城市，可用于城郊地区的生活湿垃圾渗滤液的处理。

生物膜法是向污水中加入填料和滤料，使得微生物在其表面生长，从而形成一种由各种微生物组成的生物膜。当污水经过生物膜时，利用微生物活性降解污水中有害物质，以达到处理污水的作用。生物膜法又分为生物滤池、生物转盘等处理方式。梁柱等[30]通过改良型倒置AAO生物膜工艺对湿垃圾渗滤液进行脱氮除磷性能研究，结果表示，当DO质量浓度维持在2.0 mg/L、硝化液体积回流比为200%的条件下，系统对COD、氨氮、TN及TP的去除率分别可达84.9%、92.8%、70.9%和75.3%。季民等[31]采用厌氧生物滤池-好氧移动床工艺(AF-MBBR)处理垃圾卫生填埋场高盐渗滤液，结果表示，好氧移动床生物反应器对渗滤液中的氨氮去除率高达78%～100%。应云飞等[32]用上流式污泥床厌氧反应器(UBF)、外置式膜生物反应器(MBR)和反渗透(RO)3个主体单元制成生物膜组合工艺处理生活废水，结果表示，COD在3种工序中去除率分别为68.9%、84.2%和93.9%。生物膜法具有良好的抗水量水质冲击负荷，有利于水中氨氮和COD的去除，且产生污泥较少，较适合于城市湿垃圾渗滤液的处理。

2.2.2 厌氧生物处理

厌氧生物处理包含上流式厌氧污泥床工艺 (UASB)，内循环(IC)厌氧反应器处理工艺等处理方式。Blakey等[33]利用上流式厌氧污泥床对垃圾渗滤液试验，结果表示，COD、BOD5的去除率为82.5%和84.7%。纪钧麟等[34]采用上流式厌氧污泥床反应器处理玉米酒精废水，结果表示，UASB工艺对高COD玉米酒精废水的处理效果良好，COD去除率达到95%以上。马超[25]构建IC厌氧反应器对生活湿垃圾渗滤液进行试验，结果表示，生活湿垃圾渗滤液可降解性为89%，COD去除率为75%。由此可知，生活湿垃圾渗滤液适合利用厌氧生物反应处理，相对于有氧生物反应，此方式耗能小、有机物转化污泥少、有机负荷高、占地面积小，适用于城市中小型垃圾中转站处理垃圾渗滤液。

2.2.3 好氧-厌氧结合生物处理

好氧-厌氧结合生物处理结合了好氧处理和厌氧处理的优势，高浓度垃圾渗滤液一般都采用这种方式，这也是垃圾渗滤液处理的最佳方式。赵庆[35]采取两级AO膜生物反应器处理垃圾渗滤液，结果表示，COD和氨氮的出水浓度分别为80 mg/L和20 mg/L，均小于国家排放标准的150 mg/L和25 mg/L。付志华等[36]通过上流式污泥床过滤器+缺氧好氧工艺+膜生物反应器(UBF+AO+MBR)工艺处理垃圾中转站渗滤液，结果表示，出水水质达到国家排入下水标准。赵宗升等[37]采用厌氧-缺氧-好养(AAO)工艺处理垃圾渗滤液, 取得了很好的处理效果。该法对渗滤液COD的总去除率为96%, 对氨氮的去除率为99%。陈石等[38]对深圳市下坪固体废弃物填埋场渗滤液进行了中试，试验结果表示，采用氨吹脱-厌氧生物滤池-SBR工艺是行之有效的。各项指标均达到了国家污水三级排放标准。其中，COD、BOD5、氨氮和TN去除率分别达到了95%、99%、99 5%和97%。综上，好氧-厌氧结合生物处理对垃圾渗滤液的处理效果极佳，对COD、BOD5、氨氮去除效果显著，是处理垃圾渗滤液的最佳选择。表2为生物处理法处理垃圾渗滤液的优缺点。

2.3 城市生活湿垃圾渗滤液组合处理工艺

生活湿垃圾渗滤液结构复杂，单一用上述某一种方式并不能达到国家排放标准，因此，需将物化法与生物法处理工艺相结合。何凡[39]在实验室通过小试试验，采用“两级AO+混凝+吸附”组合工艺处理渗滤液，混凝剂采聚合氯化铝铁(PAFC)，吸附剂采取沸石，结果表示，系统对COD去除率平均达到98.7%，氨氮去除率达到99.4%，TP去除率高达98.8%。韩丹[40]在传统AO工艺上进行改造，采取普通厌氧反应器与复合式膜反应器组合工艺来处理生活废水，研究表明，出水处COD、氨氮和TN的去除率分别达到90%、80%和90%。罗波[41]采取AAO和MBR组合工艺对生活湿垃圾渗滤液进行处理，在反应最优的条件下，出水处COD、氨氮、TN和TP的平均去除率为97.7%、95.9%、77.3%和91.0%，对应出水水质指标均优于城市用水水质标准。Liu等[42]通过中试试验建立了厌氧消化、MBR和电催化氧化的组合工艺，用于处理生活湿垃圾渗滤液，结果表示，MBR对氨氮去除率达到97%，COD经过系统处理总去除率达到99%。叶彬等[43]在垃圾转运站处对湿垃圾渗滤液进行中试研究，采取了“厌氧-混凝-高级氧化”组合工艺对渗滤液进行处理，该工艺不仅对COD、TP、TN有很高的去除率，且对渗滤液的油脂去除率高达99%，色度去除率达到90%以上，经该组合工艺处理的废水出水清澈透明且无异味产生。由上述可知，组合工艺处理渗滤液效率高、程度大，是处理生活湿垃圾渗滤液的较好选择。表3对不同组合工艺处理生活湿垃圾渗滤液进行了总结归纳。

表2 生物处理法处理垃圾渗滤液的优缺点Tab.2 Advantages and Disadvantages of Biological Treatment for Leachate

表3 处理城市生活湿垃圾渗滤液的组合工艺Tab.3 Combined Processes of Leachate Treatment for Urban Household Wet Solid Waste

3 发展趋势及展望

城市生活湿垃圾渗滤液组成成分复杂，虽然目前有很多种处理方式，但是单一处理方式并不能达到出水标准，因此，需结合不同废水性质制定不同处理方式。针对生活湿垃圾渗滤液，可以先通过物化处理法去除渗滤液中的固体悬浮物、油脂和盐分，再通过生物方法处理其中有机污染物，若没达到排放标准可再经过混凝沉淀等物化处理废液，做到预处理-主处理-后处理兼备，才能将渗滤液处理完好。综上，在未来的渗滤液处理中，先检测渗滤液中所含物质，再针对性选择处理工艺，且在此基础上积极探索新型处理工艺。传统处理工艺虽然也能将渗滤液处理至国家标准以下，但是存在处理工艺复杂、处理设备贵重、占地面积较大、处理滤液总量少等问题，因此，之后要向着简化处理工艺步骤、降低成本、增大处理渗滤液体积的方向前进。

4 结论

我国城市湿垃圾产量大，处理处置过程中产生大量的垃圾渗滤液。垃圾渗滤液水质复杂，处理难度较高，单一的物理化学及生物手段无法对渗滤液中有害物质进行完全去除。组合处理工艺展现出优秀的处理效果，能够针对性地对COD、氨氮、TP、TN进行去除。未来的处理技术应当针对渗滤液的水质不同，开发新型处理工艺，探索低成本的工艺组合。