城市垃圾填埋场渗滤液处理技术研究进展

李 红，任相浩，寇莹莹，全 爽，严 锐，Minsu Bae，杨 波

（1.北京建筑大学 城市雨水系统与水环境省部共建教育部重点实验室，北京100044；2.韩国仁川市仁川环境工团，仁川406130）

1 引言

随着我国城市化发展进程的加快，城市人口的不断增加，城市垃圾也越来越多，垃圾的成份也日趋复杂，因此造成的环境污染也日益严重，城市垃圾的处理已经成为目前亟待解决的首要问题。目前比较经济和环保的处置方法是卫生土地填埋，它能够长期、安全、可靠地处理无再利用价值的固体废弃物［1］。因此，近年来垃圾卫生填埋场在各个城市兴建起来。填埋场设计和管理的一项主要内容就是垃圾渗滤液的控制和处理，如果垃圾渗滤液处理不当就会对环境造成二次污染，致使垃圾的卫生填埋失去应有的价值和意义［2］。故垃圾渗滤液处理是否达标排放是衡量一个填埋场是否为卫生填埋场的重要指标之一［3］。渗滤液的成分相对比较复杂，含有很多污染物质，如果不经过处理直接排放将会对城市环境造成巨大的危害。并且由于垃圾渗滤液的水质和水量变化较大，给处理工艺的选择和运行带来困难。因此，垃圾渗滤液是一种处理难度较大的废水［4］。

2 垃圾渗滤液的性质

2.1 渗滤液的来源

垃圾填埋场的渗滤液主要有以下来源：自然降水、废物中自身含有的水分、地表径流、有机物分解生成的水分、地下水等。

2.2 渗滤液的特征

影响垃圾渗滤液水质的因素包括水分供给情况、填埋场表面情况、垃圾性质、填埋场底部情况、填埋场操作运行方式和填埋的时间等［5］。正因为影响垃圾渗滤液的因素多种多样，才会使得渗滤液中污染物质的种类、浓度变化很大，所表现出来的特征是水质波动较大、成分相对复杂、生物可降解性随着填埋场的场龄增加而逐渐降低、金属离子含量低、污染物浓度高、持续时间长、流量小且不均匀等［6］。城市垃圾渗滤液污染物含量的典型指标见表1［7～12］。

表1 垃圾渗滤液典型水质指标

从表1中可知，垃圾渗滤液分为年轻渗滤液、中位年龄和老龄渗滤液，渗滤液中有机污染物质很多，且含有10多种重金属离子，水质很复杂。并且渗滤液的COD、BOD和氨氮含量很高。除此之外，垃圾渗滤液的水量变化很大，填埋场中产生的渗滤液量的多少会受很多因素的影响，如降雨量、蒸发量、地下水的渗入量、垃圾自身的特性、地表径流量和填埋场的结构等等［13］。

3 垃圾渗滤液的处理技术

近年来，国内外对于垃圾渗滤液处理技术的研究取得了很大的进步。尤其是在欧美等经济发达的国家，对垃圾渗滤液的研究已经取得了一些成果，在处理垃圾渗滤液的方法上，现在比较常见的有：物理化学处理法、生物处理法、土地过滤法等。

3.1 物理化学处理法

物理化学法就是通过一系列物理、化学反应去除垃圾渗滤液中的不可溶组分和可吸附有机物，同时将垃圾渗滤液中的难生物降解有机物转化为易生物降解的有机物并将其去除［1］。物理化学法主要有混凝沉淀法、活性炭吸附法、化学沉淀法、化学氧化法、密度分离法等。物理化学处理法受水质水量变化影响较小，出水水质相对比较稳定，尤其是对BOD/COD比值介于0.07～0.20之间含有毒、有害的难以生化处理的渗滤液处理效果比较好［14］。

3.1.1 混凝沉淀法

混凝沉淀法是将混凝剂投加在废水当中，使废水中的悬浮物和胶体聚集形成絮凝体，再加以分离的方法。在目前，常采用的混凝剂多为 AL2（SO4）3、FeSO4、FeCl3以及聚铁、聚铝等［15～17］（表2）。

表2 混凝法在垃圾渗滤液中的处理效果

许艳等［15］选用聚合氯化铝（PAC）为混凝剂，聚丙烯酰胺（PAM）为助凝剂对垃圾渗滤液进行预处理，进水COD为4500～6000mg/L，pH值为9，经过一段时间的处理后，COD的去除率可达45%以上。A A Tatsi等［16］用硫酸铝和氯化铁对垃圾渗滤液进行预处理，对于比较年轻的垃圾渗滤液，经过实验研究表明，进水COD为70900mg/L时COD去除率为38%。而对于中老龄的垃圾渗滤液，进水COD为5350mg/L时COD去除率可达75%，当pH值为10、混凝剂达到2g/L时，COD去除率最高可达80%。

混凝沉淀法主要用在垃圾渗滤液的预处理和深度处理上。如赵玲［17］等采用PAC混凝－粉煤灰吸附对老龄垃圾渗滤液预处理的研究，结果表明当PAC投量在350mg/L、粉煤灰投量在8.0mg/L时，可将渗滤液中COD的浓度从1987mg/L降为516.2mg/L，去除率达74%，渗滤液的颜色由原来的深褐色变为浅灰色，可生化性指数BOD/COD由0.19上升到0.35。

3.1.2 化学氧化法

化学氧化法是利用强氧化剂氧化分解废水中的污染物质，以达到净化废水的目的，是最终去除废水中污染物质的有效方法之一［18］。化学氧化法主要去除渗滤液中的色度和硫化物，对COD的去除率通常为20%～50%［19］。处理垃圾渗滤液方面应用的化学氧化法主要有Fenton法、光化学氧化法、电化学氧化法等（表3）［21～29］。

表3 化学氧化法在垃圾渗滤液中的处理效果

（1）Fenton法。Fenton 试剂是一种由 H2O2、Fe2＋组成的均相催化氧化体系，氧化和絮凝作用是其去除有机污染物的2个主要途径。选用Fenton工艺对经过生化处理的城市垃圾渗滤液进行深度处理，结果表明：该工艺具有氧化和混凝的双重作用，其最优工艺条件为：［H2O2］＝38.8mol/L、初始pH 值＝3、混凝pH 值＝8，反应时间60min，H2O2为一次投加。在此条件下，COD和TOC的去除率分别达63.43%和80.58%［20］。郭劲松等［21］对垃圾渗滤液进行实验，在最佳的实验条件下，考察了Fenton试剂对渗滤液中不同表观分子质量和不同种类有机物的去处效果。结果表明，进水COD为4500mg/L，去除率可达76%，且Fenton试剂对富里酸和腐殖酸的去除率分别为85%和68.4%。王杰等［22］以颗粒活性炭为催化剂，建立活性炭－Fenton催化氧化体系，对垃圾渗滤液进行有效处理，分别考察了反应时间、pH值、活性炭用量和过氧化氢用量对废水处理效果的影响，结果表明：在反应时间为30min、pH值＝3、活性炭用量20g/L、硫酸亚铁用量0.02mol/L和过氧化氢用量2ml/L的条件下，可使废水的COD从3000mg/L降至1522.2mg/L，COD去除率达到48.26%。

（2）光催化氧化法。光催化氧化法是一种能耗低、易操作、工艺较为简单、没有二次污染的技术，并且对于一些特殊的污染物质的处理比其他方法要好，因此该法应用前景良好。其原理是在废水中加入一定数量的催化剂，在光的照射下产生自由基，利用自由基的强氧化性达到处理目的［23］。光催化化学采用的半导体有二氧化钛、氧化锌、三氧化二铁。DE Meeroff等［24］用TiO2作催化剂进行光催化氧化垃圾渗滤液实验，垃圾渗滤液经过4h的紫外光催化氧化后，COD去除率达到86%，BOD/COD从0.09提升到0.14，氨氮去除率为71%，色度去除率为90%；反应完成后85%可被回收。黄本生［25］等以城市生活垃圾为研究对象，采用悬浮态半导体催化剂对渗滤液进行处理实验。研究表明，在一定的实验条件下，用ZnO/TiO2复合半导体催化剂处理垃圾渗滤液效果较好，用光催化氧化法处理垃圾渗滤液，COD的去除率可达84.48%。T I Qureshi［26］等用紫外光－光催化氧化法处理垃圾渗滤液，在最佳的实验条件下，TOC和颜色的去除率分别为61%和87.2%，BOD/COD显著增加，从0.112提升至0.32，COD的去除率也达到63%。

（3）电化学氧化法。电解氧化法处理废水的实质就是利用电解作用把水中有毒物质变成无毒或是低毒物质的过程［27］。E Turro等［28］对影响垃圾渗滤液电解氧化处理的因素进行了研究，以Ti/IrO2－RuO2为电极，HCLO4为电解质，结果表明：反应时间、反应温度、电流密度和pH值是影响处理效果的主要因素，在温度为80℃、电流密度为0.032A/cm2、pH 值＝3的条件下反应4h，COD由2960mg/L降至294mg/L，TOC 由1150mg/L降至402mg/L，色度去除率可达100%。魏平方［29］等用电化学氧化法处理垃圾渗滤液，研究表明，电化学氧化过程可有效的去除垃圾渗滤液中的污染物。当电流密度为12A/dm2，氯化物浓度为6000mg/L时，用SPR阳极电解240min，可去除90%COD、3000mg/L氨氮。

3.1.3 吸附法

吸附法是利用吸附材料的巨大表面积和不规则的网孔结构，使垃圾渗滤液中的污染物质吸附在其表面而被去除。吸附法应用于垃圾渗滤液的处理中，主要去除的是渗滤液中难降解的有机物、金属离子和色度等［30～32］。

表4 吸附法在垃圾渗滤液中的处理效果

H A Aziz［30］等用颗粒尺寸范围为2～4mm的石灰石作为吸附剂，通过30d连续实验，可去除90%以上的COD。而且石灰石作为一种处理垃圾渗滤液的吸附剂，其潜力很大且价格低廉。F Kargi［31］等用粉状活性炭（PAC）作为处理垃圾渗滤液的吸附剂，主要应用于生物处理的预处理过程，可显著提高后续COD的去除率，并且在活性炭吸附过程中COD的去除率可达38%。于清华［32］研究絮凝－吸附法预处理垃圾渗滤液，在经絮凝以后，吸附剂粉煤灰的最佳投放量为200g/L的条件下，COD，NH3－N、悬浮物、色度和重金属离子的去除率 分 别 达 79.64%、83.23%、58.75%、92.56% 和60.37%～96.33%。

3.2 生物处理法

生物处理法分为好氧生物处理、厌氧生物处理以及厌氧～好氧组合生物处理。生物处理法处理效果好、运行成本低，适合于处理生化较好的渗滤液。目前为止，生物处理法是目前最有效、应用最多的处理方法，该法可以有效的降低渗滤液中的COD、BOD和氨氮，还可以去除铁、锰等金属。

3.2.1 好氧和厌氧生物处理法

好氧生物处理法常用的处理方法有活性污泥法、曝气稳定塘、生物膜法、生物滤池和生物流化床。好氧生物处理能够有效的降低水中的BOD、COD和氨氮。O.N.Agdag［33］等对垃圾渗滤液进行处理，研究了一个两阶段的顺序升流式厌氧污泥反应器（UASB）和好氧完全搅拌式反应器（CSTR）。结果表明，COD的去除率一直在稳步提升，最终可高达90%。A.Uygur［34］等进行的垃圾渗滤液处理研究实验，在pH值＝12时用石灰石进行预处理，再用序批式反应器（SBR）进行深度处理，最后可去除62%的COD。

表5 不同的好氧和厌氧工艺在垃圾渗滤液中的处理效果

厌氧生物处理法常用处理方法有上流式污泥床、厌氧固定化生物反应器、混合反应器及厌氧稳定塘等。厌氧生物处理法适合于处理有机物浓度高、可生化性差的垃圾渗滤液。Deniz［35］等在用UASB－MBR工艺处理渗滤液的研究中发现，COD和TNK的去除率都大于90%，可生物降解的有机物去除率达到99%，BOD含量可由8000＿mg/L降至50＿mg/L。陈小玲［36］等采用ABR工艺处理垃圾渗滤液。HRT控制在18h后垃圾渗滤液的可生化性及C/N，COD去除率达到75%，培养驯化120d后，氨氮去除率稳定在80%。刘子旭［37］等在UASB反应器中接种好氧污泥培养厌氧颗粒污泥进行实验，研究对不同浓度老龄（13年）垃圾渗滤液对处理效果的影响情况。通过保持进水COD浓度不变、逐步缩短 HRT从而提高容积负荷到20gCOD/（L.d）的方法，可以培育出直径为1～3mm的颗粒污泥，最终产气量稳定在60～70L/d，甲烷含量在50%～70%之间，COD去除率保持在90%左右。

3.2.2 厌氧－好氧生物组合法

经过实验研究，对高浓度的垃圾渗滤液采用厌氧－好氧处理工艺，既经济合理，处理效率又高（表6）［38～40］。

表6 厌氧－好氧组合工艺在垃圾渗滤液中的处理效果

Govahi［38］等使用UASB－好氧塘处理渗滤液（升流式厌氧污泥床 UASB）。原渗滤液 COD为45000～90000mg/L，经过处理，厌氧池，好氧池和总系统中COD的去除率分别为57%～87%，35%～70%和66%～94%。刘牡［39］等采用“两级 UASB－A/O”组合工艺处理实际高氨氮城市生活垃圾渗滤液。结果表明，在平均进水氨氮，TN质量浓度和COD分别为2315，2422，13800mg/L的条件下，去除率分别可达99%，87%，92%，能同时实现有机物和氨氮的有效深度去除。高锋［40］等利用ASBR和SBR组合工艺对垃圾渗滤液进行实验。ASBR反应器作为厌氧消化反应器，主要完成初步降解有机物的目的，并且处理后的渗滤液对后续的好氧生物处理较为有利，经SBR处理后的渗滤液COD的去除率可达92%左右。

3.3 土地处理法

土地处理技术利用土壤、微生物和植物组成的陆地生态系统的自我调控机制和对污染物的综合净化功能处理填埋场渗滤液，常见的渗滤液土地处理方式有人工湿地和回灌两种。土地处理投资少、运行费用低，但受气候条件限制，一般只应用于干旱地区。王传英［41］采用回灌技术处理城市生活填埋场渗滤液，结果表明，渗滤液的回灌对COD和氨氮有一定的去除效果。土地处理技术与其他处理系统相比，是一种便宜去除填埋场渗滤液污染物的途径，但从长远看来，该系统存在重金属及盐类在土壤中积累与饱和问题，这会对土壤结构及植物的生长带来负面影响。另外，随着使用时间的延长，其处理效率会下降。

4 结语

最佳的渗滤液的处理方法要求充分降低对环境的影响，这也正是现代垃圾渗滤液处理方法面临的主要问题。生活垃圾渗滤液作为一种高浓度、成分复杂和水质变化大的有机废水，采用单纯的生化法、物化法及土地法等无法实现渗滤液的最终无害化处理。虽然近年来各种垃圾渗滤液处理技术不断涌现出来，取得了较好的效果，但是仍然存在一定问题。因此选择垃圾渗滤液处理工艺的时候，应根据渗滤液的特性以及各地实际情况，因地制宜地选用处理方法，并通过实验取得优化的工艺参数，用于指导实践。

垃圾渗滤液处理首先应该在源头上进行有效控制，减少渗滤液量，并且加快污水处理的先进技术在渗滤液处理上的研究和应用，探寻渗滤液高浓度有机废水资源化处理利用的新途径，争取化害为利，变废为宝。

在垃圾渗滤液的处理过程中，选择何种工艺最适合还得依赖于渗滤液废水的性质。根据废水中COD、BOD以及氨氮和重金属的浓度，选择适当的工艺进行处理，并且应该在处理过程中考虑整体的因素，如填埋场的年龄、厂房的灵活性和可靠性、季节变化、投资和运营成本以及对周围环境的影响等，因此，选择恰当的处理方法应考虑诸多因素，以选择最有效、最经济并且对周围环境影响最小为原则。

综合考虑经济和处理效果等诸多因素，今后垃圾渗滤液的处理方法中将有可能更多的采纳过滤－混凝沉淀法，采用常用的混凝剂及活性炭吸附过滤就能达到很好的处理效果，并且投入成本相对较低。

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