垃圾渗滤液的生物处理方法

张 文，陈晓坤

（郑州大学水利与环境学院, 河南 郑州 450001）

垃圾渗滤液的生物处理方法

张 文，陈晓坤

（郑州大学水利与环境学院, 河南 郑州 450001）

针对垃圾渗滤液成分复杂而且种类较多、有机物浓度高、水质、水量变化大、NH3-N含量高、微生物营养元素比例失调等特点，介绍了渗滤液的预处理技术和深度处理—生物处理工艺，尤其详细分析了生物处理法的最佳处理条件、效率。

垃圾渗滤液；预处理；生物处理

我国城市垃圾产生量以平均每年8%～10%的速度增长，据预测，2030年我国城市生活垃圾产生量将达到4.09亿t，2050年垃圾产生量将超过5亿t[1]。垃圾处理已成为我国亟待解决的重大问题之一。卫生填埋是目前世界上最常用的垃圾处理技术。例如，德国72%的垃圾采用此种处理技术，英国则占90%，而美国高达 95%[2]。世界各国中，大约70%的垃圾是填埋处理，尤其是在欠发达国家和发展中国家，且垃圾填埋场无法控制固体废物可能造成重大环境问题以及危害人类的健康[3]。因此，垃圾渗滤液的处理方法的改进刻不容缓。

1 垃圾渗滤液的概况

1.1 垃圾渗滤液的来源

垃圾渗滤液的主要来源[4,5]：（1）垃圾自身的水分。（2）垃圾中有机组分填埋场内经厌氧、好氧分解产生的水分。（3）填埋场内的自然降雨与径流。其中降雨是渗滤液的主要来源，这些水分渗过成分复杂的垃圾时，使垃圾发生分解、溶出、发酵等反应，从而使渗滤液中含有大量的有机物污染物、氮、磷和种类繁多的重金属类物质。（4）覆土和周围土壤中进入渗滤液的可溶性物质。

1.2 垃圾渗滤液的特性[6]

（1）滤液的成分复杂、可变且种类较多。垃圾渗滤液中含有各种典型污染物组分，且其浓度也不断变化[7]。

（2）有机物浓度高。渗滤液中的BOD5和COD浓度最高可达几万mg/L，主要是在酸性发酵阶段产生， pH值在6.0左右，BOD5与COD的比值在0.5～0.6之间。

（3）水质、水量变化大。渗滤液的成分和性质随填埋场时间的延长在不断变化，而可生化性越来越差。渗滤液水质随填埋时间变化如表1所示[8]。

表1 渗滤液随填埋场“年龄”的变化Table 1 Change of landfill leachate with "age"

（4）NH3-N含量高。垃圾渗滤液中氨氮浓度很高，且氨氮浓度在一定时期随时间的延长会有所升高，主要是因为有机氮转化为氨氮造成的。

（5）微生物营养元素比例失调。对于生物处理，垃圾渗滤液中的磷元素总是缺乏的，一般垃圾渗滤液中的BOD/TP都大于300,此值与微生物生长所需的碳磷比（100∶1）相差甚远。

1.3 垃圾渗滤液的研究现状及处理难点

国内外对于垃圾渗滤液的处理方法主要包括物理化学法、生物法、土地法。目前，在各种垃圾渗滤液处理技术的研究工作中，国外以物理化学法的研究和运行为主，而国内渗滤液的处理一般以生物法处理为主。其中，生物法主要有好氧处理、厌氧处理以及两者的结合处理。由于渗滤液的成分复杂，BOD/COD含量高，生物可降解性随填埋龄的增加而逐渐降低等问题，仅依靠生物处理很难得到满意的效果，故在垃圾渗滤液进行生化处理前，先进行预处理，提高其可生化性，将渗滤液调节到一个适应生化处理的状态[9]。所以，处理渗滤液需要预处理和生物处理的组合工艺，达到较理想的处理效果。

2 垃圾渗滤液的预处理

通过预处理可以增加渗滤液的可生化性。在北京卫生填埋场渗滤液的一些主要特征如表2[10]。

表2 北京的垃圾填埋场渗滤液的主要特征及其充分Table 2 Main characteristics of the landfill leachate

2.1 降低COD的含量

对于COD的去除大多数是混凝沉淀等方法。唐燕超等[11]研究表明，在外加磁粉可以明显改善混凝效果。当加入 Fe3O4时，无机混凝剂 AL2(SO4)3的沉降效果有较大程度的提高。当Fe3O4加入量达116 g PL时，COD的去除率可达70%，同时胶粒沉降速率可提高5～6倍，但处理效果受pH值限制影响较大，最佳pH值为3.10。

2.2 降低氨氮的含量

樊华，赵利利[12]的研究表明，使用化学沉淀法去除氨氮，在反应时间为 10min，反应 pH值为9.0，Mg: N: P 摩尔比为 1:1:1 时去除效果最佳并使后续生化处理得以顺利进行。

2.3 降低金属离子的含量

沈耀良[13]等的研究中发现，混凝剂PAC和吸附剂焦炭的投量分别为400 mg/L和8～10 g/L时，重金属离子的去除率均达60%左右，其中Cu的去除率近100%。

2.4 去除渗滤液的色度

张晖等[14]采用化学混凝-电 Fenton 处理晚期垃圾渗滤液，能有效地去除难降解有机物和无机物，随后再进入 SBR 池深度处理，色度去除率达到99%。罗建中等[15]研究了紫外光催化氧化法对渗滤液的降解机理，根据渗滤液水质的不同，考察了Ti02催化剂用量、反应时间、pH值、光照强度、通气量等因素对渗滤液中去除色度最佳条件的研究。所取渗滤液原水和氧化沟出水，色度去除率为83.3%。

2.5 去除渗滤液中的悬浮物

水中悬浮物含量是衡量水污染程度的指标之一。林婉柔等[16]研究表明，用CWO法，在催化剂硝酸钴为 0.372g，金属离子浓度 300 mg/L，反应温度为180 ℃，氧分压为 3.5 MPa，进水 pH 值为原水值 8.10，此条件下水样悬浮物去除率可达24%。

2.6 去除渗滤液浊度

向废水中投加混凝剂，使废水中的悬浮物和胶体聚集形成絮凝体而沉淀，然后再加以分离，可以有效的去除渗滤液浊度。Amokrane等[17]分别用FeC13和 A12(SO4)3处理渗滤液，试验结果表明，在pH 分别为 5 和 5.5 时，混凝剂投加量均为0.035mol/L 时，浊度的去除率分别为 95%和 87%。

3 渗滤液的深度处理—生物处理

生物处理工艺技术在使用过程中具有处理效率高、不会出现化学污泥造成二次污染及处理费用较低的优点。生物处理法的具体技术工艺形式大体上包括好氧处理法、厌氧处理法及二者相结合等方法。另外，厌氧工艺处理时在反应过程中无需能耗，可大大节约反应器的占地面积及动力消耗[18]。

3. 1 好氧处理法

好氧法处理垃圾渗滤液，即指好氧微生物在适宜的富氧条件下，以垃圾渗滤液中的有机组分为原料，所进行的旺盛的新陈代谢作用，使渗滤液中的污染物质含量明星降低的一种生物处理法。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。这种处理方法能够有效降低垃圾渗滤液中的氨氮、COD以及BOD的含量，还可去除渗滤液中的铁、锰等金属，同时也可以有效地消减渗滤液的色度和浊度等[19]。

3.1.1 活性污泥法

许多学者发现传统活性污泥能去除渗滤液中99% BOD5，80%以上的有机碳能被活性污泥去除，即使进水中有机碳高达1000 mg/L，污泥生物相也能很快适应并起降解作用[20]。曹占峰等[21]采用SBR渐减曝气工艺处理模拟城市生活垃圾填埋场新鲜渗滤液，研究结果表明：新鲜渗滤液经24 h曝气处理后，出水 COD浓度约为 500 mg/L，BOD5/COD降为0.114mg/L左右；出水COD浓度与容积负荷无明显相关性； COD去除率与容积负荷呈正比，并在容积负荷为510 kg COD/m3•d时达到最高，约95%；去除的有机碳气相转化率与容积负荷呈正比，在容积负荷为510 kg COD/m3•d时，有机碳气相转化率接近100%；该系统最高容积负荷为510 kg COD/m3•d，相应的污泥浓度(以混合液悬浮性挥发固体(MLVSS)计)为7112 g/L。

3.1.2 曝气氧化塘法

曝气氧化塘处理垃圾渗滤液活性污泥法相比，曝气氧化塘体积大、有机负荷低、降解速度慢，但由于其T程简单，在土地价格不高的地方比较合适。国外一些小试和中试规模的研究表明，采用曝气氧化塘能够获得较好的垃圾渗滤液处理效果。英国在Bryn Posteg Landfill的容积为1 000 m3的曝气氧化塘，进水COD为24 000 mL，BOD为18 000 mg/L，水力停留时闻大于10 d，ⅣM为0．05～0．3d时，曝气氧化塘全年运行良好COD、BOD和NH、N的去除率分别为97%、99%和91%[31]。

3.1.3 好氧生物膜法

好氧移动床生物膜反应器法是好氧生物膜处理技术比较常用的一种技术之一。季民等[22]研究表明，好氧移动床生物膜反应器对高盐渗滤液中的氨氮有很好的去除效果。在原水 COD为 1 567～3 865 mg/L、BOD5为31.3～59.6 mg/L、氨氮为117.4～655.7 mg/L、全盐量为6 801～20 816mg/L、CL-为2 747.7～9 498 mg/L、MBBR的水力停留时间为10 h的条件下，对氨氮的去除率为78%～100%。

3.1.4 好氧稳定塘

传统的氧化塘是天然的或加以人工修整的池塘，污水在塘内停留时间较长，有机物通过水中的微生物的代谢活动而降解，溶解氧则由塘内生长的藻类通过光合作用和水面复氧作用而提供，污水的净化过程同天然水的自净过程很相近。实际上，它是一种介于好氧塘和活性污泥之间的废水处理法。姚骏，章非娟对好氧稳定塘研究中发现[23]：

（1）在试验条件相同时，用连续进水推流式好氧塘和间歇进水好氧塘进行试验可以得到一致的结果。因此，这两种型式的好氧塘模型装置均可用作为好氧稳定塘的试验研究。

（2）室内外塘光照条件组成不同，是造成或室外塘出水COD、BOD、SS略高于室内塘、出水溶解性COD和BOD，略低于室水温、光照强度的互相关系内塘的主要原因。

（3）室外塘受环境条件影响较大，这对好氧塘处理结果有一定影响。在室内进行试验，应尽量选择光谱与口光接近的灯作为光源，以使藻类的生长繁殖与室外相同，光照时间和温度变化也应尽量能模拟室外条件。

3.2 厌氧处理法

厌氧处理法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。厌氧生物处理法与好氧技术相比，其能耗少、产泥量少、操作简单、投资及运行费用低，适合于处理可生化性差、有机物浓度高的垃圾渗滤液，近年来被广泛应用于垃圾渗滤液的处理领域中[24]。厌氧工艺也分为悬浮态及固着态工艺，主要有常规厌氧消化、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) 、厌氧生物滴滤及流化床反应器等。下面以上流式厌氧污泥床 (UASB)为例：

jieliu等[25]认为在厌氧氨氧化过程前应设置短程反应，使氨氮转化为亚硝氮，以便为厌氧氨氧化反应提供充足的亚確酸氮。同时用短程反应的出水和原液进行混合后进入上流式厌氧污泥床(UASB)厌氧氨氧化反应器，对氨氮和亚硝氨的去除效率分别达93%和 95%以上。Kennedy 等[26]研究指出在较低有机负荷条件下，COD 去除率可达 92% 以上。UASB工艺最大的缺陷在于其对有毒物质较为敏感，从而影响处理性能。徐竺等[27]用上流式厌氧过滤器处理垃圾渗滤液的研究结果表明：上流式厌氧过滤器处理垃圾渗滤液的效果良好，在中温(35～40℃)消化COD去除率达95%，常温消化COD去除率可达90%左右。Blakey等[28]采用 UASB 反应器进行试验，其结果可以表明：当进水COD浓度为11450～33440 mg/L，平均 COD 负荷为1 kg/(m3•d)，平均水力停留时间大约为 1.8 d；COD、BOD5、TOC 和 SS 的平均去除率分别为82.5%、84.7%、83.80%和 90.4 %。

3.3 厌氧-好氧结合法

单独用厌氧法或好氧法处理垃圾渗滤液很难达到国家排放标准。因此，需要进一步好氧处理，现在已经有很多学者将这两者结合起来，也就是厌氧-好氧相结合的处理方法，效率高且经济适用。金永祥等[29]采用复合式 A/O工艺处理处理晚期渗滤液，取得了良好的效果。当NH4+-N容积负荷小于0.32 kg·m-3·d-1时，NH4+-N去除率超过 99%，出水NH4+-N的质量浓度小于20 mg·L-1，达到了生活垃圾填埋场污染控制标准。

4 结论与展望

现在垃圾主要是以填埋处理为主，垃圾在填埋过程中由于其本身水分、雨雪渗透等产生大量的渗滤液，形成二次污染，无法达到根除垃圾的效果，因此应当进行合理、高效的处理。

（1）从源头提高垃圾渗滤液的可生化能力。利用物化技术进行预处理，再用低成本、易操作、处理效果较好的生物法进行深度处理。

（2）提高生活垃圾的分类管理，使渗滤液的成分简单化，便于深度处理，提高处理的效率。此外，还可以添加防渗等措施，以保证水量的稳定性。

（3）利用多种技术联合处理，通常利用物化预处理等方法来提高渗滤液的可生物性，再结合生物法进行处理，使处理效果达到最好。

（4）因地制宜的选择合适的处理垃圾的地方，在垃圾填埋附近建立沼气收集，处理渗滤液中的填埋气，从而具有经济与环境效益。

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Biological Treatment Method of Leachate

ZHANG Wen1，CHENG Xiao-kun2
（School of Water Conservancy and Environment Engineering , Zhengzhou University, Henan Zhengzhou 450001, China）

Landfill leachate has complex composition, high concentration of organic compounds, variable-quality water, high content of NH3-N, unbalancing microbial nutrients. In this article, the leachate pretreatment and deep treatment technologies were introduced, the optimum conditions of biological treatment process were analyzed as well as its efficiency.

Landfill leachate; Pretreatment; Biological treatment

X 703

A

1671-0460（2014）12-2648-04

2014-06-01

张文（1992-），男，江西九江人。E-mail：zw792123186@163.com。

陈晓坤（1993-），男，广东湛江人。E-mail：18337164855@163.com。