我国垃圾渗滤液处理现状及处理技术进展

唐凤喜，曹国凭，刘景良，司军

(1.河北联合大学建筑工程学院，河北唐山 063009;2.唐山市市政工程环境卫生管理处，河北唐山 063000)

0 引言

目前，我国约有2/3的城市陷入垃圾围城的困境，2009年，城市生活垃圾清运量达1.56亿吨，在生活垃圾无害化处理厂仅有562座的情况下，无害化处理能力34.7万吨/日，年无害化处理量1.12亿吨，无害化处理率为仅71.6%［1］。

卫生填埋法由于其具有成本低、技术成熟、管理方便等优势而在垃圾处理中得到了广泛应用，处理量占到垃圾处理总量的82%以上，但垃圾填埋过程中产生污染性极强的垃圾渗滤液，从而对环境造成危害。以日处理量为基准，卫生填埋场渗滤液产量为日填埋量的30%，目前我国城市生活垃圾填埋处理设施中产生渗滤液大约6.4万吨/日，一吨渗滤液所含污染物相当于100吨城市污水的浓度，毒性比常规的城市污水大得多。国家有关部门一直未监测生活垃圾处理设施所产生的包括渗滤液在内的二次污染状况，更没有相关统计数据。这些垃圾渗滤液如不妥善处理，会污染水体、土壤、大气等，使地表水体缺氧、水质恶化，威胁饮用水和工农业用水水源，使地下水污染、丧失利用价值，直接威胁生态环境和人类健康。

1 渗滤液的来源、性质

1.1 垃圾渗滤液的来源

垃圾渗滤液是指垃圾在填埋和堆放过程中通过淋溶作用形成的污水［2］。垃圾渗滤液的主要来源:①降水渗入;②外部地表水渗入;③地下水渗入;④垃圾自身所含的水分;⑤垃圾在卫生填埋后由于微生物的厌氧分解产生的水。

1.2 我国垃圾渗滤液的成分及性质

经过分类的垃圾产生的渗滤液COD含量一般为几百mg/L，有害物质含量少，与城市生活污水性质相差不多，危害性低。我国的生活垃圾均未经分类，所以渗滤液水质成分复杂，处理难度大，危害性高。张兰英等［3］采用GC-MS-DS联用技术测定出垃圾渗滤液中含有93种有机化合物，其中22种被列为我国和美国EPA环境优先控制污染物的黑名单。我国垃圾填埋场垃圾渗滤液具有以下六个特点:①COD和BOD5浓度高;②氮含量和盐类含量较高;③金属种类多，渗滤液中含有十几种金属离子，其含量随填埋场pH的变化而变化;④渗滤液中微生物营养比例失调，主要是C、N、P的比例失调;⑤水质变化大;⑥色度深且有恶臭。

2 我国垃圾渗滤液处理现状

不同生活垃圾处理设施，其渗滤液处理情况差异较大。堆肥厂渗滤液处理的问题不大，大多可通过好氧堆肥的蒸发、生物吸收等过程消纳掉。焚烧厂渗滤液却存在许多问题，由于焚烧厂渗滤液中污染物浓度极高，且呈酸性，要达到原三级渗滤液排放标准或下水道标准，难度很大。目前的焚烧厂中，能够达到下水道标准的不足20%，某些焚烧厂采用反渗透技术处理渗滤液，虽然出水水质达到一级排放标，但出水率仅为70～80%，所形成的浓缩液更难处理。问题最大的仍然是生活垃圾填埋场渗滤液，在城市生活垃圾卫生填埋场所产生的6.4万吨/日中，能够达到一级排放标准的仅占5～10%，由于地方环保局要求出水达到一级排放标准，一些填埋场采用反渗透技术处理渗滤液，但存在着投资极大、运行费用极高、出水率较低(70%)、浓缩液无法有效处理等严重问题，在生活垃圾处理设施中至少有2000万吨/年的渗滤液未得到有效处理，加上未处理堆场所产生的2209万吨/年渗滤液，目前在我国至少有4200万吨/年渗滤液直接进入周边环境，这相当于22亿吨城市污水的污染物总量。由此可见，渗滤液的任意排放及迁移转化过程，严重影响了周围生态环境及地下水的安全，已危及到公共卫生安全，成为公共卫生突发群体事件和蔓延的重要源头和渠道之一。

3 垃圾渗滤液处理技术

我国的渗滤液是一种高浓度有机废水，由于其水质水量的不稳定性，以及渗滤液中含有大量难降解的萘、菲等非氯化芳香族化合物和氨氮等有毒物质，处理非常困难。在处理方法中，将渗滤液与城市污水合并进行处理是最经济、简单的方法，尽管有时将渗滤液与污水合并处理技术上可行，但通常填埋场远离城区，其渗滤液与城市污水合并处理有很大困难，往往对渗滤液进行单独的处理。现有的处理方法大概可分为物理化学法、生物处理法和回灌法等，这些方法在一定程度上解决了渗滤液污染的问题，但仍不能达到排放标准，需要研发一些组合工艺，以提高其处理效果。

3.1 物化法

和生物处理法相比，物化法受水质水量变动的影响较小，出水水质比较稳定，尤其是对难以生物处理的垃圾渗滤液，有较好地处理效果;但物化法处理成本较高，能耗也比较高。另外，如用混凝剂处理渗滤液时会产生大量的化学污泥;用含氯氧化剂氧化渗滤液会生成新的具有“三致”效应的副产物;而膜处理法容易堵塞。在实际应用中，物化处理方法一般作为预处理或与其它工艺联用。目前处理渗滤液的物化法主要有混凝沉淀法、化学沉淀法、吸附法、化学氧化法、吹脱法、电化学技术、光催化氧化及膜处理法等。

(1)混凝沉淀法

混凝沉淀法可降低废水浊度和色度，去除大分子物质、有机物、金属离子以及导致水体富营养化物质氮、磷等可溶性无机盐。李英华等［4］采用混凝-气浮工艺对垃圾渗滤液进行预处理，结果表明:采用PAC及PAM作为混凝剂，在优化工艺条件下，当进水COD为5600 mg/L时，COD去除率可达到81.9%，BOD5的去除率可达73.3%，BOD5/COD从0.26提高到了0.40，有效提高了渗滤液的可生化性，达到了较好的预处理效果。

(2)化学氧化法

化学氧化法是利用强氧化剂氧化废水中的污染物，从而降低废水中的BOD5和COD，或者使废水中含有的有毒有害物质无害化。王喜全等［5］采用Fenton法氧化处理中年垃圾渗滤液生化出水，结果表明，Fenton法氧化处理中年垃圾渗滤液生化出水的最佳条件是:初始pH值为7，H2O2/Fe2+比率为4:1，双氧水的经济投加量为0.05 mol/L，反应时间为3.5 h。此时，混合催化剂可提高双氧水的利用率，双氧水利用率为153.9%，COD去除率可达80.5%。

(3)电解氧化技术

电解法氧化处理废水的实质就是通过·OH直接氧化或［Cl］间接氧化作用，破坏有机物结构，使有机物降解。姚小丽等［6］采用电解氧化法对垃圾渗滤液进行了预处理和深度处理研究。实验结果表明，电解氧化过程中，NH3-N优先于COD被氧化去除。当电流密度较小时，用电解法对垃圾渗滤液进行预处理，垃圾渗滤液中COD、NH3-N的去除效率很低，增大电流密度有助于增强电解效果，当电流密度为50.0mA/cm2时，电解5小时COD去除50%，氨氮去除100%。用电解法对垃圾渗滤液进行深度处理，电流密度较小时，渗滤液中COD、NH3-N即可呈现稳定降解的趋势。

(4)光催化氧化技术

光催化氧化技术是半导体材料(如TiO2)或催化氧化剂受到能量大于带隙能量的光照射时，处于价带(vb)上的电子就被激发到导带(cb)上，使导带上生成高活性电子(e－)，价带上生成带正电的空穴(H+)，形成氧化-还原体系，从而起到降解污染物的作用。潘留明等［7］用臭氧强化光催化工艺对垃圾渗滤液进行了深度处理，结果表明，该工艺不仅可以提高处理能力，还有效地改善出水的可生化性。

(5)吸附法

在渗滤液处理中，吸附剂主要用于脱除水中难降解的有机物、金属离子和色度等。张兰英等［3］用铝土矿吸附渗滤液，有48.93%的有机物被去除。Ying等人［8］将粉末状活性炭投入间歇式活性污泥反应器中，由于降解和吸附同时进行，出水水质明显比两者的单独作用要好，并且费用比传统的粒状活性炭吸附的费用要低。

(6)膜处理法

膜技术是利用隔膜使溶剂同溶质和微粒分离的一种水处理方法，利用新型的膜分离技术处理垃圾渗滤液在欧美等发达国家和地区正逐渐采用。目前膜技术包括反渗透、超滤、微孔过滤等几种，其中以反渗透分离技术的应用最为广泛，并取得了一定的效果;而超滤和微滤常作为反渗透的预处理。膜分离法的特点是分离过程不发生相变化，能量的转化率高，一般不需要投加其它物质，且可在常温下进行。

在德国的Damsdorf垃圾填埋场，用反渗透装置来继续生化水得到成功的运行。荷兰和瑞士的几个垃圾渗滤液处理厂也先后使用了该项技术。何红根［9］利用组合膜工艺即“垃圾渗滤液-混凝沉淀-超滤膜-RO膜”处理工艺对垃圾渗滤液污染物有良好的去除效能。经该工艺处理后，垃圾渗滤液由浑浊的褐黄色变为清澈透明，由腐臭味变为无异味，COD、氨氮和电导率分别由3200mg/L、1685mg/L和8500μs/cm下降为65mg/L、140mg/L和23μs/cm，ss、色度和浊度的去除率均为100%。处理后的水可回用于洗车及景观绿化。膜技术对渗滤液的水质处理虽然有很好的效果，但是其处理费用很高，而且膜处理前一般都要有良好的预处理工艺，否则膜很容易被污染而导致处理效率迅速下降。

3.2 生物法

生物处理法具有处理效果好、运行成本低等优点，适合于处理生化性较好的渗滤液，是目前用得最多，也最为有效的处理方法，包括好氧处理、厌氧处理及好氧-厌氧结合的方法。

(1)好氧生物处理工艺

好氧生物处理包括活性污泥法、曝气氧化塘、生物膜法等工艺，渗滤液好氧生物处理能够有效降低中的BOD、COD和氨氮，还可去除铁、锰等金属。Azevedo等［10］进行了单一污泥缺氧一好氧活性污泥法(A/O)处理高氨氮产甲烷阶段填埋渗滤液的试验研究。试验结果指出:进水氨氮高达1500 mg/L时，出水中氨氮的浓度小于1 mg/L，硝酸盐氮和亚硝酸盐氮的浓度约为170 mg/L;随着氨氮负荷的增加，好氧出水亚硝酸盐和自由氨的浓度也增加。当进水氨氮高于600 mg/L时，须向曝气池中投加碱(NaHCO3)，将溶液pH控制在7.5。当进水氨氮浓度增加到2000 mg/L时，好氧硝化失败;保持进水氨氮1500 mg/L，当温度从20℃开始下降时，在14℃时出现亚硝酸盐积累和出水BOD5上升;当温度下降到10℃时，好氧硝化失败。

好氧生物处理垃圾渗滤液有诸多的不利因素:a.好氧处理在有毒金属存在时工作性能不好(如Cu，Ni，Zn将抑制硝化作用);b.一般渗滤液中BOD:P的值远远大于100:1，需要另外添加磷酸盐以实现有效的好氧处理;c.当外界温度迅速降低时，难以保持较高的去除率;d.如果氨氮浓度太高，硝化作用将可能被抑制;e.如果氨氮浓度太高，硝化反应的进行会使曝气池混合液pH下降，需要向曝气池中投加碱，保持一定的pH;f.能耗很大。

(2)厌氧处理方法

厌氧生物处理方法是垃圾渗滤液处理的重要方法之一。在厌氧生物处理装置中，复杂分子依次被产酸菌转化为有机酸、甲烷细菌转化成甲烷和二氧化碳，产生少量污泥。

英国水研究中心的Blakey等［11］人采用UASB反应器进行小试试验，该试验表明:当进水COD浓度为11 450～33 440 mg/L，平均COD负荷为11 kg/(m3.d)，平均水力停留时间大约为1.8天;COD、BOD、TOC和SS的平均去除率分别为82.5%、84.7%、83.80%和90.4%。

对于渗滤液的处理，与好氧生物处理相比，厌氧生物处理工艺的优势在于甲烷作为副产品可以回收作为热源、生物固体量减少很多、不需要曝气、能耗低等。但厌氧生物处理工艺的主要缺点在于微生物(特别是产甲烷细菌)活性容易受到抑制，必须在碱性环境中才能正常运行，而且它们对某些金属的存在非常敏感，可能导致污染物去除效率的急剧下降。

3.3 回灌法(渗滤液循环)和土地法

渗滤液回灌实质是把填埋场作为一个以垃圾为填料的巨大生物滤床，将渗滤液收集后，再返回到填埋场中，通过自然蒸发减少滤液量，并经过垃圾层和埋土层生物、物理、化学等作用达到处理渗滤液的目的。回灌处理方式主要有填埋期间渗滤液直接回灌至垃圾层、表面喷灌或浇灌至填埋场表面、地表下回灌和内层回灌。通过控制回灌次数、水力负荷、有机负荷等参数，达到净化渗滤液的目的。采用渗滤液回灌技术不仅能降低渗滤液中的COD浓度，加快垃圾中有机质的降解，提高垃圾的溶解速度，而且有利于减少垃圾中有机质的含量，不影响渗滤液中COD浓度的稳定。渗滤液回灌并不能取代渗滤液处理，这是由于虽然渗滤液的有机物质量分数有所降低，但剩余的COD、氨氮、氯化物、重金属离子的质量分数仍然很高，排出的渗滤液还是要进一步处理。此外渗滤液回灌的缺点还包括管道堵塞、结冰，恶臭气味等。

将渗滤液置于具有植被的土地上可以通过蒸发蒸腾作用大大地降低渗滤液的体积;通过土壤的过滤截留悬浮物，通过吸附、离子交换、沉淀截留溶解性有机物;微生物使有机物转化、稳定;植被吸收利用土壤留截的营养物质，并保持土壤过滤能力。地表漫流和喷灌是这种土地处理方法的两种主要形式。美国和德国曾对这种方法进行过研究考察，英国、芬兰有实际的应用。应用的场地一般是封场后种有植被的填埋场区、填埋场附近林地、草地，或是特别准备的处理区。然而，这种处理方法的缺点是对土壤和地下水的长期污染，这大大限制了它的应用。

3.4 典型的组合工艺

微波辐射-Fenton氧化-混凝(PASS)［12］特别适合于处理成分复杂的难处理垃圾渗滤液废水。该法对水溶性有机物、胶粒和疏水性物质的同时去除较为有效。试验结果表明，H2O2的质量浓度为4.0g/L，Fe2+质量浓度为0.25g/L，pH值为3.0，固定微波辐射功率为500W，辐照1min，质量浓度为25mg/L的最佳条件下，出水色度仅15倍左右，脱色率和COD去除率分别达到96.86%和94.46%。由此可见微波辐射、Fenton氧化和PASS混凝沉淀组合工艺处理垃圾渗滤液废水时具有较好的协同效应。MAP+生物+混凝组合工艺［13］处理垃圾渗滤液也表现了很好的效果。除NH3-N外，经过该组合工艺处理，垃圾渗滤液可以达到生活垃圾填埋污染控制标准中的二级排放标准。系统稳定运行半个月的出水为COD 256 mg/L、BOD 528 mg/L、NH3-N 96 mg/L，出水澄清透明。采用UV/Fe3+/H2O2-混凝联合工艺处理垃圾渗滤液同样有效［14］，在温度40℃、pH为8、H2O2和Fe3+初始浓度分别为0.12 mL/L和4×10－4mol/L以及反应时间90 min、混凝液pH为8、混凝剂质量浓度为500 mg/L的条件下，COD去除率92.33%，处理水完全达到了国家一级排放标准。Ahn等［15］运用MBR-RO工艺成功取代了生物转盘(RBC)-GAC吸附工艺，避免了因垃圾填埋厂老龄化引起的可生化性降低和氮含量增加，造成生物膜脱落和GAC的频繁更换，以及COD和TN去除率低下的现象。经改进后，MBR提高了BOD5的去除率和硝化速率，MBR处理后的出水BOD5平均约9mg/L，去除率约97%，COD去除率只有38%，氮没有被去除，但是硝化速率的提高促进了RO对氮的去除。因此MBR的出水再经RO处理后，整个系统对COD的去除率达到97%，对TN去除率达到91%。

4 我国垃圾渗滤液处理存在的问题

目前，由于我国的城市生活垃圾未分类，垃圾渗滤液成分复杂、浓度高，渗滤液处理厂存在的问题主要表现在:

(1)常规渗滤液处理工艺运行效果不佳

主要原因为:①抗冲击负荷能力差。生物法处理污水一般要求相对稳定的污水水量及水质，而在垃圾处理设施中，在雨季丰水期，调节池的容量相对不足，势必造成对生物处理系统负荷的冲击，影响处理效果;在枯水期，渗滤液量极少，而氨氮等污染物浓度高，抑制了微生物生长。②处理工艺重启较为困难。冬季后渗滤液量很少，单元反应器再启动相对困难。③工艺适应性差。随填埋时间的延长，营养元素严重失调，渗滤液碳氮比下降，可生化性降低。④脱盐率偏低。我国垃圾中由于含有大量餐厨垃圾，使得渗滤液中含盐量偏大，但生物法脱盐相当困难。⑤生物法脱色相当困难。渗滤液中含有大量难降解发色物质，生物法对于后期尾水的脱色效果基本为零。

(2)水质指标处理难达标

如前所述，我国垃圾渗滤液存在COD、BOD、NH3-N、悬浮物含量高，成份复杂，可生化性差，水质和水量波动性大等特点，因此采用常规的工艺处理很难达标，而用先进的膜技术深度处理的投资大、运行成本高，无法长期稳定运行，造成投资效率低、浪费严重等问题。高浓度氨氮的问题尤其突出。高浓度的氨氮是渗滤液的水质特征之一，根据填埋场的填埋方式和垃圾成分的不同，渗滤液氨氮浓度一般从几十至几千mg/L不等。随着填埋时间的延长，垃圾中的有机氮转化为无机氮，渗滤液的氨氮浓度有升高的趋势。与城市污水相比，垃圾渗滤液的氨氮浓度高出数十至数百倍。一方面，由于高浓度的氨氮对生物处理系统有一定的抑制作用;另一方面，由于高浓度的氨氮造成渗滤液中的C/N比失调，生物脱氮难以进行，导致最终出水难以达标排放。因此，在高氨氮浓度渗滤液处理工艺流程中，一般采用先氨吹脱，再进行生物处理的工艺流程。目前氨吹脱的主要形式有曝气池、吹脱塔和精馏塔。国内用得最多的是前两种形式，曝气池吹脱法由于气液接触面积小，吹脱效率低，不适用于高氨氮渗滤液的处理，吹脱塔的吹脱法虽然具有较高的去除效率，但具有投资运行成本高、脱氨尾气难以治理的缺点。以深圳下坪为例，氨吹脱部分的建设投资占总投资的30%左右，运行成本占总处理成本的70%以上。这主要是由于在运行过程中，吹脱前必须将渗滤液pH调至11左右，吹脱后为了满足生化的需要，需将pH重新调至中性，因此在运行过程中需加大量的酸碱用以调整pH，为了提供一定的气液接触面积，还需要风机提供足够的风量以满足一定的气液比，造成了渗滤液处理成本偏高。另外，空气吹脱法对于年平均气温较低的地区，存在低温条件下吹脱无法正常运行和冬季吹脱塔结冰的问题，在我国北方地区，其应用受到一定的限制。

5 结束语

要根本解决我国垃圾渗滤液处理的问题首先要从源头做起，即从垃圾的分类开始，加大宣传力度和相应法律制度的完善，垃圾分类不仅可以将垃圾中有用的物质加以回收利用，不可利用部分也可以选择不同的、有效的处理方法，减少有毒有害的物质的填埋，同时可以大大延长垃圾填埋场的服务时间，大大降低垃圾渗滤液的处理量和处理难度，从而降低垃圾渗滤液处理费用。

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