垃圾渗滤液处理技术研究进展

张文存，张国辉，王丽莉，雷珂

(1.陕西化工研究院有限公司，陕西 西安 710054;2.陕西省工业水处理工程技术研究中心，陕西 西安 710054)

目前我国城市垃圾产生量以平均每年8%～10%的速度逐年增加，每年产生近1.8亿t城市垃圾，数量惊人[1-2]。垃圾渗滤液是指来源于垃圾填埋场垃圾本身含有的水分、地表下渗的雨雪水历经垃圾层和土层而形成，含有大量悬浮物和高浓度有机和无机成分的污水。垃圾渗滤液中的有机污染物主要包括如有机杂环类(杂环、多环芳烃)、酸脂类、酰胺类等、约占垃圾渗滤液总有机组分的70%以上；无机污染物包括大量的无机盐、重金属、氨氮记忆氯代有机物等等难降解污染物[3]。垃圾渗滤液具有水质成分复杂，水质水量变化大、恶臭严重、难降解有机物浓度高、氨氮含量高、重金属含量高、可生化性低、营养元素比例失衡、色度深、如果处理不当，极易造成地下水、地表水和土壤污染，对环境和人体造成极大危害[4-5]。垃圾渗滤液由于其水质水量波动大，且污染物浓度高且种类复杂，可生化性差，处理难度大，采用单一的技术很难处理达标，需要多种技术协同组合处理，以期符合新排放标准的要求。

垃圾渗滤液主要采取“预处理-生化-深度处理”工艺，其中预处理主要是对氨氮、重金属离子、COD的去除，深度处理工艺是对经过生化处理不达标的污水进行进一步的处理。现有工程都是根据要处理的垃圾渗滤液的水质和特点采用不同工艺的合理耦合，才能保证渗滤液达到排放标准。

1 垃圾渗滤液的处理方法

1.1 物理化学法

物理化学法在垃圾渗滤液处理中多用于预处理和深度处理，包括吹脱法、吸附法、絮凝沉淀法、膜法、高级氧化氧化法、离子交换法等[6-9]。

1.1.1 絮凝法 混凝沉淀法：混凝沉淀法是垃圾渗滤液处理中常用的技术，它通过向水中投加无机盐或大分子有机物，使污水中呈胶体和微小悬浮状态的有机和无机污染物相互吸引聚集，从而沉淀分离的技术。

垃圾渗滤液中常用的絮凝剂主要包括三氯化铁(FeCl3)、硫酸铝[Al2(SO4)3]、聚合硫酸铁(PFS)、聚合氯化铝(PAC)和聚丙烯酰胺(PAM)等。王启亮[10]絮凝试验表明在PFS添加量为800 mg/L，PAM添加量为4 mg/L，pH=7的条件下，COD去除率为22.21%，色度去除率57.85%，达到了较好的处理效果，且显著降低絮凝剂的消耗。罗丹等[11]通过结晶氯化铝、硫酸铝、三氯化铁、聚合氯化铝混凝筛选实验，选出PAC为最适合的混凝剂。在pH=6.0、投药量为1.0 g/L，反应时间30 min，COD、TP和氨氮的去除率分别为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。陈流通等[12]以物质的量n(Ca)∶n(P)=2.5∶1投加磷酸钠，用硫酸调节垃圾渗滤液的pH为6，搅拌速率为300～400 r/min，沉降时间8～10 h，垃圾渗滤液中的钙的去除率为53.6%，可以大幅缓解后面处理流程的结垢情况。

王莉莉[15]以铁为阳极，用电絮凝法处理垃圾渗滤液，最优工艺条件为：进水浓度为6 000 mg/L，水流上升速度为10 L/h，电流7.5 A。在此条件下，SS、氨氮和COD的去除率分别为85.32%,85.72%和83.8%。

司桂芳等[16]在电极为铁电极、电流密度5.487 A/m2、板间距为4 mm，反应时间1 h的反应条件下处理垃圾渗滤液，处理后出水COD、磷、色度、UV254的去除率分别为61.2%,99.4%,79.3%和37.0%。为了强化电絮凝的氧化能力，在反应系统中投加适量的过硫酸钾，色度和UV254的去除率分别提高了9%和30%。

1.1.2 膜法 常用的膜分离技术有正渗透、反渗透、纳滤和超滤等，膜分离技术具有处理效果好、易于操作及性能稳定等优点，已在国内外的垃圾渗滤液处理厂广泛使用[17]。

正渗透(FO )：正渗透是一种自然现象，是水或者其他溶液通过选择性渗透膜从高水化学势区向低水化学势区传递的过程。董丽资等[18]利用正渗透工艺对反渗透膜过滤产生的浓缩液进行减量处理研究。正渗透选用醋酸纤维膜，汲取液为NaCl溶液，工作压力在2.5～4 bar，85 mil的宽流道，进水水质COD为4 000～8 000 mg/L，氨氮为<60 mg/L，正渗透处理后出水COD为 6 mg/L，氨氮为0.152 mg/L，出水满足GB 18918—2002《城镇污水处理厂污水排放标准》一级A标准，可直接外排，浓水进入蒸发工艺处理。反渗透浓水经过正渗透工艺处理后减排50%。

反渗透：反渗透法是一种利用半透膜将浓、稀溶液隔开，以压力差为推动力，施加以超过溶液渗透压的眼里，使其改变自然渗透方向，将溶液中的水压渗到稀溶液一侧的膜分离方法。反渗透的优势在于工艺简单、占地面积小和处理效果好，不足之处是膜材料成本高、膜易污染、结垢等。黄春[19]用两级反渗透处理某垃圾场渗滤液。垃圾渗滤液投加1.0～1.5 L/m3的H2SO4去除难溶解性碳酸盐类无机物，消除对膜的污染；渗滤液依次通过精度50 μm的石英砂过滤器，10 μm的芯式过滤器后进入一级反渗透，透过液进入二级反渗透，浓缩液排入浓缩液储池；二级反渗透透过液排入脱气塔，浓缩液排向第一系统的进水端，以提高系统的回收率。垃圾渗滤液进水水质为COD 15 000 mg/L，BOD为8 000 mg/L，氨氮为500 mg/L，SS为1 200 mg/L，经过二级反渗透处理后的产水COD 100 mg/L，BOD为30 mg/L，氨氮为25 mg/L，SS为30 mg/L。

1.1.3 吸附法 吸附法是通过吸附剂上发达的空隙结构、巨大的表面积以及各种活性基团，达到去除垃圾渗滤液中各种有机物污染物和金属离子的目的。最常用的吸附剂包括活性炭、沸石、焦炭、膨润土、粉煤灰等。吸附法的优点是对于生物法难以去除的有机污染物和金属离子有较好的去除效果，但存在吸附剂再生和再生费用高的问题。

嗜水气单胞菌、鲁氏不动杆菌、温和气单胞菌等均可导致腐皮病的发生，外伤、营养不良和水质恶化是该病发生的重要诱因。特别是在蛙池内无饲料或投喂量不足时，会出现大蛙残食小蛙现象，造成小蛙挣扎逃脱后头背部位皮肤受损，诱发腐皮病。该病流行于夏、秋两季，8-10月份是发病的高峰期。该病具有发病快、病期长、致死率高等特点，幼蛙死亡率高达90%，且常与红腿病并发。

李炎华等[20]以某垃圾填埋场经生物处理后的垃圾渗滤液尾水为水样，对其进行活性炭吸附处理。在活性炭投加量为8 g/L，吸附时间为40 min，吸附温度为35 ℃的条件下，水样经活性炭吸附后出水COD去除率为66%，色度为去除率为92.8%。唐佳伟等[21]在浓度15%硝酸，60 ℃、反应时间2 h对活性炭进行改性，改性后的活性炭虽然比表面积有所降低，但是总孔容、中孔容以及平均孔径都有所提高，其中中孔容提高明显，更有利于有机大分子污染物的去除。在pH为7，向垃圾渗滤液中投加改性活性炭4 g/150 mL，吸附时间为12 h，COD的最高去除率为79%；在pH为9时，TN去除率为55%。活性炭改性后，COD和TN去除率较改性前分别提高了10.1%和17.3%。

膨润土属于无机矿物材料，化学稳定性和热稳定性均良好，成本低、，原料易得，也不污染环境。刘锦伦等[22]将双十八烷基二甲基氯化铵与膨润土在80 ℃，250 r/min，搅拌2.5 h，投加80%CEC的DODMAC形成改性膨润土。用改性膨润土处理早中期垃圾渗滤液(COD>3 000 mg/L)，COD降至1 000 mg/L 以下，去除率为69.16%～70.77%，氨氮降至平均91 mg/L，去除率为94.02%～95.74%。用改性膨润土处理中晚期垃圾渗滤液(COD大概2 000 mg/L)，COD降至平均25～300 mg/L，去除率为89.09%～90.64%，氨氮降至80～10 mg/L，去除率为97.47%～97.89%。

1.1.4 吹脱法 垃圾渗滤液含有高浓度的氨氮，且其浓度随着垃圾填埋场场龄的增加而增加。吹脱法是在碱性条件下，采用空气吹脱使游离氨从渗滤液中逸出，以降低氨氮浓度，是目前氨氮废水最普遍应用的方法之一，该技术工艺简单稳定、处理效果好且运行成本低[23-24]。

陈小玲等[24]在垃圾渗滤液中投加12.37 g/L的生石灰，原水的pH由8.5升高到11.5，然后进行氨氮吹脱，保持气液比为125倍，吹脱9 h，氨氮的去除率可以达到80%以上。蒋柱武等[25]利用动力波泡沫区气液两相接触面积大且接触表面不断迅速更新的极大优势，对垃圾渗滤液进行氨吹脱分离，为后续生化处理创造有利条件。垃圾渗滤液水质pH 7.8～8.7；总氮为800～1 200 mg/L，氨氮500～1 000 mg/L， 氨氮占总氮的60%～85%；BOD、COD分别为300～600，2 000～4 000 mg/L。在25 ℃，pH=10.5，气液比为129时，吹脱5 h的最优条件下，氨氮去除率为91.25%～94.15%。

1.1.5 高级氧化技术 高级氧化技术又称深度氧化技术,是指利用羟基自由基(·OH)的强氧化能力将难降解大分子有机物氧化成低毒或无毒的小分子物质的方法，主要包括化学氧化法(臭氧氧化/Fenton氧化)、电化学氧化、光催化氧化法、湿式氧化、超临界水氧化法和超声氧化法等。

1.1.5.1 Fenton氧化法 Fenton氧化法是在酸性条件下，H2O2在Fe2+存在下生成强氧化能力的·OH，并引发更多的其它活性氧，实现对有机物的降解，其氧化过程为链式反应。

李静等[26]采用Fenton法处理垃圾渗滤液，pH为4，反应时间22 min，Fe2+∶H2O2=1∶4，FeSO4投加量为15 mmol/L，B/C从初始的0.05提高到0.16，COD的去除率为64.9%，色度的去除率为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剂，在水溶液中通过一系列的作用产生·OH自由基，·OH自由基是光催化反应的主要活性物质，利用·OH自由基的强氧化性降解难降解物质[27]。该技术具有操作简单、能耗低、抗冲击、无二次污染等优点。

王里奥等[28]以ZnO/TiO2为复合催化剂进行垃圾渗滤液的光催化氧化处理，其中ZnO为0.5 g，TiO2为25 mg，实验结果表明：随着光强的增大COD去除率明显增加； COD的去除率随反应时间的延长而增大；初始COD浓度越小，光催化降解效果越好；偏酸或者偏碱的pH条件更有利于光催化反应的进行。

1.1.5.3 臭氧催化氧化 臭氧具有极强的氧化性能，通过两种反应机理去除有机物：一种是间接反应，即臭氧分解成氧化性很强羟基自由基·OH，·OH再和有机物进行反应，另外一种是直接反应，臭氧与有机物直接反应。

秦航道[29]对垃圾渗滤液中的腐殖质进行了提取和分离，结果表明垃圾渗滤液中有机污染物主要组成为腐殖质，约占COD总量的70%。O3能够快速降解腐殖酸(HA)和富里酸(FA)，去除率分别达到58%和70%，由于FA和HA分子量和分子结构的不同，FA比HA更容易被O3氧化降解，但是溶液的TOC去除率较低。对于HA和FA的降解，O3分子氧化的贡献分别为65%和69%，均占主导地位。

1.1.5.4 电化学氧化 电化学氧化是利用外加电场的作用，在电化学反应器内，利用阳极电化学反应产生的羟基自由基以及其它氧化活性物质，通过一系列的化学、物理以及电化学过程，去除废水中污染物的一种工艺。电化学氧化过程分为直接氧化和间接氧化。直接氧化是污染物在电极表面发生电化学氧化反应，间接氧化为溶液中的氯离子首先被氧化为活性氯，然后通过活性氯进行氧化[30]，通过直接氧化和间接氧化显著降低垃圾渗滤液中有机污染物和氨氮的浓度。电化学具有氧化高效、安全、容易操作、无需微生物、避免了化学物质的的直接投加等优点，但其能耗较高，需要进一步的深化研究[31]。

魏平方等[32]用SnO2-PbO2-RuO2钛电极为阳极，不锈钢为阴极，在电流密度为12 A/dm2，外加6 000 mg/L 的氯化物，电解240 min，COD的去除率可以达到90%，铵氮的去除率为100%。王光凯[33]以Ti/SnO2-Sb2O5-IrO2为阳极，多孔碳素为阴极。通过阳极氧化和电-Fenton氧化两种作用共同降解去除渗滤液中的有机物。在Fe2+初始浓度为0.5 mmol/L，阴极电位为-1.0 V处理时间为120 min 的条件下，TOC的去除率为58%；其它条件不变，处理时间为480 min，COD、氨氮、总氮的去除率分别为55%，99%和60%，色度几乎完全去除。且经过电化学处理后垃圾渗滤液的可生物降解性相对未经电化学处理垃圾渗滤液提高了，COD去除率提高了22.5%。

1.2 生物法

生物法分为厌氧生物处理、好氧生物处理以及二者的结合。厌氧生物处理主要包括厌氧生物滴滤、厌氧序批式反应器(ASBR)、上流式厌氧污泥床工艺(UASB)、复合厌氧反应器(UBF)等。好氧处理法主要包括活性污泥法 、曝气氧化塘 、生物膜法等工艺。

1.2.1 好氧生物处理 好氧法生物处理是指微生物在好氧条件下以垃圾渗滤液中的有机污染物为原料所进行的代谢作用，使渗滤液中的污染物质含量明显降低的一种生物处理方法。

好氧污泥颗粒具有微生物活性及浓度高、耐高负荷和耐冲击等优点。魏燕杰等[34]将好氧颗粒污泥SBR应用于垃圾渗滤液的处理，不仅解决了传统生物处理中微生物大量流失、污泥沉降性能差以及生物系统最终失稳等问题，同时可以去除垃圾渗滤液中的有机物、氮以及重金属的有效去除。崔峰[35]进行了好氧曝气和BAF工艺对比试验，结果表明BAF工艺对于COD的去除率相对于好氧曝气提高了20%。将厌氧+BAF+MBR+RO工艺应用于某垃圾渗滤液处理，效果良好。BAF对COD、氨氮的去除率分别达到31%和94.2%，BAF+MBR对铜、锌的去除率>70%，而对镍、铬、铅的去除率<50%。

1.2.2 厌氧生物处理 厌氧生物处理是利用厌氧微生物在缺氧条件下的新陈代谢作用 ，对垃圾渗滤液中的有机污染物有很好的降解功效[36]。厌氧生物处理法具有操作简单、能耗少、运行成本低、产泥量少等优点，适用于垃圾渗滤液的处理。

ASBR具有构造简单、耐冲击、运行方式灵活等特点。郭曼[37]通过GC-MS对垃圾渗滤液进行了检测分析，检测结果表明垃圾渗滤液中含有15种有机污染物，其中包括13种烷烃类物质，1种酸类和1种脂类物质。在ASBR在稳定运行期间，垃圾渗滤液中的COD去除率为95%左右，原有的15种有机污染物减少至7种，8种有机物的去除率达到100%，但该工艺对于氨氮的去除效果不明显。李军等[38]采用改进型外循环UASB进行垃圾渗滤液的处理研究，即UASB外循环在悬浮区和三相分离区之间循环。UASB反应器在稳定运行期间对于氨氮的去除效果不明显，COD、BOD的去除率分别达到90%和91.5%，B/C比由进水中的0.55降低到出水的0.10，这说明外循环UASB虽然可以大幅度去除COD，但是反应器对于有机物的去除不彻底，厌氧处理后出水的可生物降解性差。

1.2.3 厌氧-好氧结合法 单独用好氧法或厌氧法处理垃圾渗滤液很难达到污水排放标准。因此，现在垃圾渗滤液的处理更多的是采用厌氧-好氧组合工艺，该工艺经济适用且处理效率高。

王淑莹等[39]采用二级UASB-SBR组合工艺处理垃圾渗滤液，UASB主要是通过厌氧反应去除有机物COD，通过两级UASB后，污水进入SBR，完成生物脱氮的硝化反硝化生物反应以及残余有机物的去除；一定比例的SBR硝化出水回流到UASB1，使富含硝态氮的消化液在UASB1反应器借助于原水中丰富的有机碳元进行消化，并且对原水起到一定的稀释作用，系统运行正常后，最终COD、氨氮、TN的去除率分别为95%，99%和85%。

1.3 土地处理法

垃圾渗滤液的土地处理法是利用土壤的自净能力，通过物理-化学-生物等诸多反应，通过土壤的过滤、吸附、沉淀和微生物作用等方法去除垃圾渗滤液液中污染物[40-41]。该方法具有投入成本低、操作流程简单，运行费用低等的优点，可适用于不同填埋龄的垃圾渗滤液。

1.4 组合法

垃圾渗滤液中含有多种难降解有机物、氨氮、重金属等污染物质，成分复杂且很难去除。单一的处理技术难以处理达标，需要根据各种处理方法的优缺点，再根据垃圾渗滤液的具体性质和排放要求选择具体的处理工艺及其组合方式。

马东岳等[42]将某垃圾填埋场的垃圾渗滤液经过袋式过滤器，依次进入MBR 系统、超滤系统、反渗透系统。其中MBR系统由一级反硝化、硝化初级脱氮系统、二级反硝化、硝化深度脱氮系统。垃圾渗滤液经过MBR+超滤系统处理后，COD去除率大于95%，氨氮去除率大于98%，基本达到了排放标准。但有时由于难生化降解有机物和色度仍然超标，需要进行进一步的深度RO处理。垃圾渗滤液经过MBR+NF/RO组合工艺处理后可达标排放。刘应学[43]采用化学沉淀法处理垃圾渗滤液，氧化钙投加量为24 g/L，反应温度42 ℃，曝气时间6 h，曝气量为0.5 m3/h，氨氮去除率为96%，COD去除率为53%。将经过化学沉淀法处理后的垃圾渗滤液进行进一步的CO2曝气及PAM絮凝处理，CO2曝气1 h，气体总用量为1.0 m3，投加4 mg/L的PAM，快速搅拌30 min，垃圾渗滤液的pH从13下降到了8左右，对COD的去除效率有明显的提高，对氨氮的处理效果不是很明显。对垃圾渗滤液做进一步的RO处理，RO处理对氨氮没有明显的去除，对COD的去除率有极大的提高，最终氨氮的去除率为97.2%，COD的去除率为88.43%。喻泽斌[44]采用中温厌氧反应器+MBR+NF/RO膜组合工艺处理垃圾渗滤液，处理出水中COD、BOD5、氨氮、总氮、总磷和色度浓度分别为8,0.8,2.8,8.38,0.08 mg/L。

2 结语

垃圾渗滤液存在污染物成分复杂且浓度高、水质水量变化大、毒性较高、难生物降解等问题，其处理技术比较复杂，且处理费用高。针对这种现象，可以从以下三个方面着手：(1)进行垃圾干湿分类，从源头减少垃圾渗滤液的产生；(2)可以发展较少垃圾渗滤液产生的填埋技术，如准好氧填埋或者好氧填埋；(3)研究投资少、运行费用低且处理效果好的垃圾渗滤液处理技术或者是组合技术。