垃圾滲濾液處理方法研究進(jìn)展

王志科　張興　趙崢　唐渭　李廷山

摘要：為了研究目前垃圾滲濾液處理方法及處理效果現(xiàn)狀，以實(shí)現(xiàn)垃圾填埋場(chǎng)在實(shí)際運(yùn)營(yíng)過(guò)程中對(duì)垃圾滲濾液的有效處理，從而達(dá)到環(huán)境保護(hù)的目的，從垃圾滲濾液來(lái)源、特征與危害、垃圾滲濾液處理方法等方面進(jìn)行探討、分析，并總結(jié)了各處理方法的成功案例。探討了未來(lái)垃圾滲濾液處理方法的發(fā)展趨勢(shì)，即配套新型處理劑或者新材料的組合工藝將是垃圾滲濾液處理的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：垃圾滲濾液;垃圾填埋場(chǎng);處理方法;組合工藝;環(huán)境保護(hù)

中圖分類號(hào)：X703 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-9944（ 2020） 2-0113-04

1 引言

社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平的不斷發(fā)展很大程度上提高了人民的生活質(zhì)量，同時(shí)生活垃圾產(chǎn)生量隨著生活水平的提高平也與日俱增[1]。在眾多生活垃圾處理方法中城市生活垃圾衛(wèi)生填埋技術(shù)因自身具有的優(yōu)越性得到人們廣泛認(rèn)可，成為應(yīng)用最為廣泛的生活垃圾處理方式之一[2-6]。隨著時(shí)間的推移，很多生活垃圾填埋場(chǎng)填埋容量已接近飽和[7，8]，隨之而來(lái)衛(wèi)生填埋法所產(chǎn)生的的城市垃圾滲濾液有效處理成為垃圾填埋場(chǎng)迫切需要解決的問(wèn)題，城市生活垃圾中有機(jī)物由于長(zhǎng)時(shí)間填埋與發(fā)酵，導(dǎo)致滲濾液中有機(jī)物不斷減少，可生化性變差[9-11]，由此產(chǎn)生的垃圾滲濾液是一類含有高濃度NH4-N和有機(jī)物的難處理廢水，尤其是晚期垃圾滲濾液其C/N通常小于3[12]，使老齡垃圾滲濾液的處理成當(dāng)前的棘手問(wèn)題。

2 垃圾滲濾液來(lái)源

垃圾滲濾液來(lái)源與生活垃圾成分、運(yùn)儲(chǔ)、處置等各環(huán)節(jié)密切相關(guān)，是經(jīng)過(guò)厭氧發(fā)酵、有機(jī)物降解、雨水沖淋、地下水浸泡等原因形成的成分復(fù)雜的高濃度有機(jī)廢水[13]。由于國(guó)內(nèi)生活垃圾分類程度不高，家庭廚余等易腐垃圾占比重高，垃圾自身含水量大，加之降水滲透等影響，學(xué)者普遍認(rèn)為垃圾滲濾液主要來(lái)源是垃圾本身含有的大量可溶性有機(jī)物、無(wú)機(jī)物在雨水、地表水或地下水的浸入過(guò)程中溶解的污染物、垃圾通過(guò)生物、化學(xué)、物理作用產(chǎn)生的可溶性物質(zhì)、覆土和周圍的土壤中進(jìn)入滲濾液的可溶性物質(zhì)，成分非常復(fù)雜[14]。

3 垃圾滲濾液特征與危害

垃圾滲濾液具有水質(zhì)水量變化大，氨氮、有機(jī)物質(zhì)量濃度高[15 -17]，尤其晚期垃圾滲濾液氨氮升高，造成C/N過(guò)低，導(dǎo)致生物脫氮難以進(jìn)行，易利用的碳源不足導(dǎo)致總氮難以達(dá)標(biāo)[18-20];生化反應(yīng)處理末端難降解有機(jī)物占比高，BODs/CODe，降低（一般在0.1～0.2），可生化性差[21]。晚期垃圾滲濾液小分子有機(jī)酸可通過(guò)生化處理方式去除[22]，剩余難以生物降解的腐殖質(zhì)含量增加，同時(shí)由于缺少碳源而導(dǎo)致脫氮過(guò)程受阻[23]，增加了處理難度。垃圾滲濾液水質(zhì)特征見(jiàn)表1。

垃圾滲濾液成分復(fù)雜，含有多種有毒有害成分，體現(xiàn)在垃圾滲濾液中含有的有機(jī)物多達(dá)99種，其中含有芳香族化合物（萘、菲等）、鹵代有機(jī)物、硝基化合物、酚類化合物和苯胺類化合物等眾多生物難以降解的物質(zhì)，而且被列為中國(guó)環(huán)境保護(hù)部和世界環(huán)保組織重點(diǎn)控制名單的多達(dá)22種，部分垃圾滲濾液中還含有致癌物質(zhì)。根據(jù)垃圾填埋場(chǎng)成分不同，垃圾滲濾液中通常還含有大量鉛、汞等重金屬物質(zhì)。垃圾滲濾液污染物持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，若不經(jīng)過(guò)有效處理直排環(huán)境勢(shì)必對(duì)環(huán)境造成不可估量的嚴(yán)重?fù)p失。

3.1 污染地表水、地下水

垃圾滲濾液作為一種高濃度有機(jī)廢水，總磷、總氮含量一般較高，進(jìn)入地表水體極易造成水體富營(yíng)養(yǎng)化，對(duì)工農(nóng)業(yè)用水甚至飲用水源造成嚴(yán)重污染。由于防滲材料選取不當(dāng)導(dǎo)致防滲效果差，或者防滲層破裂，則垃圾滲濾液通過(guò)包氣帶進(jìn)入地下水含水層中;滲濾液導(dǎo)排系統(tǒng)內(nèi)的導(dǎo)排管、集液池等發(fā)生泄漏或破裂，造成滲濾液滲漏;垃圾滲濾液處理設(shè)施發(fā)生破裂或底部防滲不當(dāng)?shù)榷紩?huì)導(dǎo)致滲濾液滲入到地下土層，對(duì)地下水體造成嚴(yán)重污染[29，30]。

3.2 污染土壤，破壞生態(tài)環(huán)境

垃圾滲濾液滲入土壤后，其中重金屬和有機(jī)物容易被土壤截獲，從而會(huì)改變土壤的結(jié)構(gòu)與功能，造成土壤鹽堿化、重金屬超標(biāo)等問(wèn)題，通過(guò)物理、化學(xué)及微生物作用得以積累，破壞土壤的結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)，使土壤肥力和水分下降，導(dǎo)致農(nóng)作物產(chǎn)量和質(zhì)量大幅度減少[31]。

3.3 重金屬富集，危害人類健康

垃圾滲濾液泄漏后，有毒有害物質(zhì)被動(dòng)植物吸收，通過(guò)生物富集作用和生物鏈傳遞作用進(jìn)入人體進(jìn)而影響人類健康[32]。

4 垃圾滲濾液處理方法

垃圾滲濾液的處理主要采用物化處理法、生物處理法及組合工藝。

物化處理法以吸附與混凝處理法、膜分離技術(shù)、高級(jí)氧化法最為普遍;對(duì)于可生化性低、毒性高、難降解有機(jī)含量高的滲濾液物理化學(xué)法處理效果比較穩(wěn)定，水質(zhì)水量的變化對(duì)物理化學(xué)法的影響較小，但物理化學(xué)法必須進(jìn)一步處理二次污染物。因此，物理化學(xué)法常用作對(duì)垃圾滲濾液的預(yù)處理[33]。

曹羨等[34]利用加載磁絮凝技術(shù)對(duì)垃圾滲濾液進(jìn)行預(yù)處理試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)pH值為8.0，PAC投加量為600 mg/L，PAM投加量為0.25 mg/L，磁粉投加量為750 mg/L，磁場(chǎng)強(qiáng)度為150 mT時(shí)，先投加PAC再加入磁粉，30 s后投加PAM時(shí)，混凝效果最佳，COD的去除率為55. 86%，氨氮的去除率為36. 13%，濁度的去除率為88. 91%。Zoungrana等[35]使用膜材料為PVDF和PTFE的膜組件，采用直接接觸式的操作形式，對(duì)垃圾滲濾液原液及經(jīng)過(guò)預(yù)處理的垃圾滲濾液進(jìn)行處理，得到的脫氨效率分別為70%和92%。胡兆吉等[36]以垃圾滲濾液為處理對(duì)象先后分別對(duì)三種工藝：工藝1-O。/Hz 02組合工藝、工藝2-單獨(dú)03工藝、工藝3-單獨(dú)H2O2工藝進(jìn)行對(duì)比研究。表明工藝1組合工藝的最優(yōu)組合反應(yīng)條件為反應(yīng)時(shí)間為30 min、pH值為8.O以及H2O2投加量為1.0 g/L，在此最優(yōu)組合反應(yīng)條件下，COD去除率為69. 9%，UV254去除率為74. 5%、色度的去除率為91. 0%。經(jīng)工藝1處理后，由于可生化性提高，可生化性要求更為符合。

在國(guó)內(nèi)外學(xué)者不斷探索下，垃圾滲濾液生物處理法得到了廣泛認(rèn)同，通過(guò)微生物新陳代謝作用及絮體的吸附作用可實(shí)現(xiàn)對(duì)污染物的去除。處理效果好、投資少、操作工藝較為簡(jiǎn)單，是其主要特點(diǎn)。然而垃圾滲濾液中氨氮、重金屬含量高，直接使用生物處理法無(wú)法使有機(jī)物得到全部降解，并且滲濾液中的高氨氮以及高濃度的重金屬離子會(huì)抑制微生物的活性，影響微生物正常的新陳代謝，且營(yíng)養(yǎng)元素比例失調(diào)，不利于微生物生長(zhǎng)繁殖，通常需要物理化學(xué)方法對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理或深度處理，從而保證生物系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和最終出水的水質(zhì)達(dá)標(biāo)。生物法按照電子供體的特點(diǎn)，可分為異養(yǎng)反硝化和自養(yǎng)反硝化。

徐曉晨等37]利用移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器（ MBBR）對(duì)亞硝化厭氧氨氧化一反硝化（ SNAD）工藝處理垃圾滲濾液厭氧出水的脫氮效果進(jìn)行了研究。SNAD -MBBR反應(yīng)器內(nèi)投加K3填料，控制溫度為33～35℃、DO為0.03～0.1 mg/L、pH值為7.5～8.0、HRT為12h，試驗(yàn)一共進(jìn)行了152 d，在進(jìn)水總氮負(fù)荷逐漸增加過(guò)程中相應(yīng)調(diào)節(jié)曝氣量以獲得最佳去除效果。結(jié)果表明，在該工藝條件下進(jìn)水總氮負(fù)荷為0.9 kg/（m3.d）時(shí)，TN去除率仍可達(dá)88%。夏俊方等[38]針對(duì)垃圾滲濾液中高濃度氨氮的問(wèn)題，以間歇進(jìn)水生物反應(yīng)器為對(duì)象，研究了短程硝化反應(yīng)中氨氮與COD降解動(dòng)力學(xué)及功能微生物組成結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明：在pH=6. 5～8.5時(shí)，氨氮降解符合米氏模型，而COD降解適用于抑制Aiba動(dòng)力學(xué)模型。隨pH值增加，氨氮和COD的最大降解速率與飽和常數(shù)均先增加后降低，pH=7.5時(shí)達(dá)到最大值。這說(shuō)明短程硝化反應(yīng)中，氨氮與COD的降解受pH影響較大，最佳pH值應(yīng)該控制在7.5～8.0。此外，研究發(fā)現(xiàn)，短程硝化過(guò)程中COD的降解速率和最大降解速率分別是氨氮的5. 6～11.3倍和12. 4～16.8倍。

然而，垃圾滲濾液具有成分復(fù)雜、氨氮和重金屬離子含量高、水質(zhì)水量變化大等特點(diǎn)[8]。決定了采用單一的物化、生化技術(shù)工藝處理往往很難達(dá)到相應(yīng)排放要求，學(xué)者們嘗試將不同的工藝進(jìn)行合理耦合，充分發(fā)揮各工藝的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)垃圾滲濾液進(jìn)行分級(jí)處理，以保證出水滲濾液的各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。組合工藝在學(xué)者們的不斷探索與嘗試下，取得了階段性成果。

萬(wàn)金保[39]采用上流式厭氧污泥床（ UASB） 一氨吹脫一循環(huán)折流式（ Carrousel）氧化溝一反滲透（RO）工藝對(duì)其進(jìn)行深度處理，實(shí)際運(yùn)行結(jié)果表明，該工藝運(yùn)行穩(wěn)定，處理效率高。最終出水COD、BOD。和SS、NH。-N的質(zhì)量濃度分別為74 mg/L、12 mg/L和7.6、9.1 mg/L，大腸桿菌數(shù)800個(gè)/L，去除率分別高達(dá)99. 0%、99. 7%、99. 6%、99. 4%、99. 9%，出水水質(zhì)滿足要求。吳莉娜等[40]針對(duì)晚期垃圾滲濾液實(shí)現(xiàn)深度除碳脫氮，采用上流式厭氧污泥床（upflow anaerobic sludge blan-ket，UASB） -缺氧/好氧反應(yīng)器（anoxic/aerobic reac-tor，A/O） -厭氧氨氧化反應(yīng)器（anaerobic sequencingbatch reactor，ASBR）組合工藝，以短程硝化一厭氧氨氧化耦合反應(yīng)為依托，通過(guò)UASB實(shí)現(xiàn)有機(jī)物的大部分降解，在A/O中實(shí)現(xiàn)短程硝化，在ASBR中通過(guò)厭氧氨氧化深度脫氮。研究結(jié)果表明：當(dāng)進(jìn)水p（ CODcr）、p（NH4+ -N）和p（TN）分別為2220 mg/L、1400～1450mg/L和1450～1500 mg/L;最終出水分別為98、7、25mg/L.實(shí)現(xiàn)了分別為95. 6%、98. 3%和99. 5%的高去除率。故該工藝無(wú)須投加任何外碳源，最終實(shí)現(xiàn)化學(xué)需氧量（ chemical oxygen demand，COD）、氨氮（NH，-N）和總氮（ total nitrogen，TN）的高效、深度去除。卓霞軍等[41，42]采用生化十兩級(jí)Fenton- BAF 工藝處理滲濾液，根據(jù)運(yùn)行情況，當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)水COD濃度為1350～11500 mg/L、總氮濃度為1860～3000 mg/L、氨氮濃度為1600～2700 mg/l_時(shí)，該.T藝運(yùn)行穩(wěn)定，對(duì)主要污染物COD、總氮、氨氮去除率分別為99%、98%、99%，出水COD<100 mg/L、總氮<40 mg/l_、氨氮<25 mg/L，達(dá)到《生活垃圾填埋場(chǎng)污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（ GBl6889-2008）的標(biāo)準(zhǔn)。

5 結(jié)論與展望

垃圾滲濾液處理是目前水處理領(lǐng)域重要組成部分，地區(qū)條件的差異導(dǎo)致滲濾液水質(zhì)水量具有明顯差異，加之單一滲濾液處理方法處理效果有限，如膜處理技術(shù)投資和運(yùn)行成本高，生物法去除總氮效率較差等不能完全實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放，則要求滲濾液處理工藝采用組合方式以達(dá)到達(dá)標(biāo)排放的目的;隨著檢測(cè)水平的提高，垃圾滲濾液中的“痕量”物質(zhì)也將會(huì)被檢出，學(xué)者們必將開(kāi)始關(guān)注該類物質(zhì)在各種環(huán)境中的賦存和遷移特性、毒性效應(yīng)以及處理技術(shù)等，這將對(duì)現(xiàn)有處理技術(shù)提出新的挑戰(zhàn)。面對(duì)如此成分復(fù)雜的垃圾滲濾液及高壓態(tài)勢(shì)下的環(huán)保政策，配套新型處理劑或者新材料的組合工藝將是垃圾滲濾液處理的發(fā)展方向，在成本、效率、質(zhì)量之間達(dá)到新的平衡。

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作者簡(jiǎn)介：王志科（1990-），男，工程師，主要從事環(huán)境保護(hù)工作。