我国垃圾渗滤液中氨氮去除的研究进展

孙述文，董宏博，崔桂花 (吉林医药学院化学教研室，吉林 吉林 132013)

垃圾渗滤液是指垃圾在堆放和填埋过程中由于发酵和雨水的淋洗、冲刷以及地表地下水的浸泡出来的污水，同时，渗滤液还包括垃圾所含水分、垃圾分解所产生的水及向地下渗入的水。渗滤液的处理作为一个全球性的难题，主要是因其氨氮含量高且重金属含量高。其中，氨态氮含量高是渗滤液的一大特点，一般占总氮的90%以上。根据废水中氨氮浓度的不同，可将废水分为3类:高浓度氨氮废水(NH3-N＞500 mg/L)、中等浓度氨氮废水(NH3-N=50～500 mg/L)和低浓度氨氮废水(NH3-N＜50 mg/L)。

国外在污水脱氮方面做了大量的研究工作［1］。在国内，工业废水的氨氮去除有多种方法［2］，主要包括生物法、化学法、物理法等。其中，生物法有藻类养殖、生物硝化、固定化生物技术等。而物理法又有反渗透、蒸馏等技术。另外，化学法有离子交换、吹脱、焚烧、催化裂解、电渗析、电化学处理等技术，下面将对这些方法作一一介绍。

1 化学沉淀法

化学沉淀法是向垃圾渗滤液中加入含Mg2+和PO34-的物质，使渗滤液中的氨氮转化成难溶复盐MgNH4PO4，从而实现渗滤液中去除氮元素［3］，该复盐沉淀无吸湿性，在空气中干燥很快。发生的化学反应如下:

魏婧娟等［2］采用磷酸铵镁沉淀法，对北京某垃圾填埋场的渗滤液的氨氮(水样中NH3-N=1 515 mg/L)进行处理。试验结果表明，在pH值为8.25，Mg、N、P的量比为1.3∶1∶0.8，反应时间为2 h，搅拌速度为200 r/min，沉淀时间为30 min的条件下，对氨氮、COD的质量浓度分别为1 515、3 295 mg/L的垃圾渗滤液，氨氮的去除率达到91.2%，COD的去除率为26%。金龙等［4］研究了磷酸铵镁沉淀法对垃圾渗滤液的氨氮的处理，发现它有去除率高、反应速度快的优点。实验结果表明，时间对氨氮去除率的影响小于药剂投加量的影响;投加量相同的情况下，镁盐去除效果好于磷酸盐。化学沉淀法可以不受温度限制，生成的沉淀中含有和土壤肥料相似的组分氮、磷、钾、镁和有机物质，有可能作为复合肥加以利用。但重金属和有毒物质也存在，对这类物质的回收利用应慎重，将此类物质变废为宝是将来发展的一个方向。

2 乳状液膜法

乳状液膜法是一种新的液膜分离技术，在处理高浓度和低浓度氨氮废水上都是一种很有应用前景的处理方法。经选择性渗透，使物质分离。当pH＞9时，渗滤液中氨氮以NH3形式存在，溶于油，易从溶液中穿过油膜，被油膜内包的酸液捕捉并转化为不溶于油的NH+4，NH+4不穿过油膜，在膜内相中富集起来，从而达到分离去除氨氮的目的。

3 催化氧化法

催化氧化法多数是采用催化湿式氧化法，在一定温度、压力和催化剂作用下，经空气氧化，将污水中的有机物和氨氧化分解成CO2、N2和水等无害物质，从而达到净化的目的。但由于在高温高压下进行，设备成本较高，且多采用贵金属作为催化剂，因此，处理成本较高。研制廉价高效的催化剂有助于该法的推广和应用，目前国内仅停留在实验室阶段，没有将该法实际应用于垃圾渗滤液脱氮处理的报道［5］。

高铁酸钾(K2FeO4)是20世纪70年代以来开发的新型水处理剂，具有良好的氧化除污功效、优良的杀菌消毒作用［6］。相对于其他各种水处理氧化剂，它是一种“环境友好氧化剂”［7］，具有高效、无毒、无害等优点。

弓晓峰等［8］以南昌市麦园垃圾填埋场的渗滤液为研究对象(氨氮1 015 mg/L)，研究了高铁酸钾滤液的稳定性，并以垃圾渗滤液为处理水样，考察了高铁酸钾滤液对水样中NH+4-N和COD的处理效果。研究表明:100 mL垃圾渗滤液中投加5 mL浓度为21.45 mmol/L的高铁酸钾滤液，对氨氮的去除率达到72%。

高铁酸钾作为一种非氯型消毒剂，其氧化能力强，最终产物是氢氧化铁，絮凝沉淀后会以污泥的形式从废水中脱除，几乎不会对处理后的水样带来任何二次污染。但高铁酸盐水溶液稳定性差，至今仍未取代氯而被广泛应用。

4 生物法去除氨氮

生物法去除氨氮是在指废水中的氨氮在各种微生物的作用下，通过硝化和反硝化等一系列反应，最终形成氮气，从而达到去除氨氮的目的。生物法脱氮的工艺很多，但是机理基本相同，即都经过硝化和反硝化两个阶段。硝化反应是在耗氧条件下通过耗氧硝化菌的作用将废水中的氨氮氧化为亚硝酸盐或硝酸盐，反应方程式如下:

在缺氧条件下，利用反硝化菌(脱氮菌)将亚硝酸盐和硝酸盐还原为氮气。反硝化过程中的电子供体是各种各样的有机底物(碳源)。以甲醇为碳源为例，其反应式为:

生物脱氮法可去除多种含氮化合物，总氮去除率可达70%～95%，二次污染小，比较经济，因此在国内外运用最多。其缺点是占地面积大，细菌处理氨氮的速度受温度影响较大。总的说来，仍然不失为一种经济有效的方法。

5 空气吹脱法

吹脱法脱氮工艺分为曝气吹脱和吹脱塔吹脱两类。氨氮在渗滤液中存在如下平衡:NH4++OH-=NH3+H2O。当pH值碱性时，氨主要以游离氨形式存在，经曝气吹脱和吹脱塔以喷淋和鼓风吹脱去除游离氨。张萍等［9］将渗滤液pH调至11左右，水温为22℃，吹脱1 h，NH3-N由665.4 mg/L降至135 mg/L，去除率达79.7%，氨氮吹脱工艺对氨氮脱除有明显效果。

6 反渗透法

反渗透法是利用反渗透膜选择性地通过溶剂而截留离子物质，以膜两侧静压差为动力，克服溶剂的渗透压，使溶剂通过反渗透膜而实现对液体混合物进行分离的膜过程。郭健等［10］采用超低压反渗透膜处理垃圾渗滤液，考察不同工艺条件下NH3-N去除率的规律，对膜工艺条件进行优化与选择，为此技术在垃圾渗滤液处理领域中的应用提供参考。总的来说，反渗透法具有成本较高，膜容易被污染的缺点，目前在国内渗滤液处理上的应用不是很广。

7 吸附法

吸附法是利用多孔性的固体物质，使渗滤液中氨氮被吸附在固体表面而去除的方法。沸石具有内表面积大的特点，具有较强的吸附与离子交换能力。我国的天然沸石资源丰富，因此，沸石吸附法有很大的发展空间，且此法没有二次污染，还可以回收氨变废为宝。目前对该法用于渗滤液处理的研究还不太多，将此法用于实际生产还有待进一步研究。袁俊生等［11］采用斜发沸石去除工业污水中的氨氮，在pH=7时，每克沸石对氨的平均交换容量达12.96 mg，交换容量随pH值增大而降低。

8 电化学法

采用三元电极催化电解法去除渗滤液的氨氮，阳极直接氧化是水分子在阳极表面放电产生被吸附的氢氧游离基·OH，被吸附的·OH对被吸附在阳极的氨氮产生氧化反应;而间接氧化是在电解过程中通过电化学反应产生了强氧化剂，氨氮在溶液中被这些氧化剂所氧化。胡晨燕等［12］对温州市临江垃圾焚烧发电厂堆场渗滤液，采用三元电极电解经生化-混凝处理后出水，研究渗滤液中氨氮的降解特征。通过分析氨氮质量浓度随电解时间的变化规律，确定反应的降解动力学特征，同时建立了不同工艺条件下的氨氮降解反应动力学方程。

总之，单纯从研究的角度来看，在垃圾渗滤液中高浓度氨氮处理技术方面，以上几种方法都具有很好的处理效果。但如何降低成本、减少二次污染、操作简单、运行稳定高效是能否实际推广应用的关键。

［1］ Renou S，Givaudan J G，Poulain S，et al.Landfill leachate treatment:Review and opportunity［J］.J Hazard Mater，2008，150(3):468-493.

［2］ 许国强，曾光明，殷志伟，等.氨氮废水处理技术现状及发展［J］.湖南有色金属，2002，18(2):29-33.

［3］ 魏婧娟，王 凯，卢 宁.MAP法预处理高氨氮垃圾渗滤液的试验研究［J］.工业用水与废水，2009，40(3):27-29.

［4］ 金 龙，邹丛阳，陈 梅.磷酸铵镁沉淀法去除垃圾渗滤液氨氮的研究［J］.苏州科技学院学报:工程技术版，2008，21(3):24-26.

［5］ 杜鸿章，房廉清，江 义，等.焦化污水催化湿式氧化净化技术［J］.工业水处理，1999(6):11-13.

［6］ Jiang Jiaqian，Panagoulopoulos A，Bauer M，et al.The application of potassium ferrate for sewage treatment［J］.JEnviron Manage，2006，79(2):215-220.

［7］ Sharma V K.Potassium ferrate(VI):an environmentally friendly oxidant［J］.Adv Environ Res，2002，6(2):143-156.

［8］ 弓晓峰，雷 婷，武和胜，等.高铁酸钾滤液处理垃圾渗滤液［J］.水处理技术，2008，34(6):37-39.

［9］ 张 萍，刘 强.生活垃圾卫生填埋场渗滤液脱氮处理技术［J］.环境卫生工程，2007，15(1):28-31.

［10］ 郭 健，吴家前，冼 萍，等.超低压反渗透膜处理垃圾渗滤液运行工艺的实验研究［J］.环境工程学报，2011，5(3):553-556.

［11］ 袁俊生，郎宇琪，张林栋，等.沸石法工业污水氨氮治理技术研究［J］.环境污染治理技术与设备，2002，3(12):60-63.

［12］ 胡晨燕，李光明，周仰原，等.电解生活垃圾焚烧厂渗滤液氨氮的动力学研究［J］.哈尔滨工业大学学报，2008，40(4):656-660.