城市生活濕垃圾滲濾液處理處置研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

章 怡，方月英，劉國偉，權(quán)洛秋，劉洪波,*

(1.上海理工大學(xué)環(huán)境與建筑學(xué)院，上海 200093；2.蘇州工業(yè)園區(qū)清源華衍水務(wù)有限公司，江蘇蘇州 215021)

隨著我國城市化進(jìn)程的推進(jìn)和垃圾分類的施行，垃圾產(chǎn)量逐漸提升，對(duì)于垃圾處理工藝和處理總量的要求也越來越高。在現(xiàn)有的城市垃圾處理系統(tǒng)中，城市垃圾的處理一般包括分類收集、運(yùn)輸?shù)嚼修D(zhuǎn)站初步篩選、最后達(dá)到不同的處理場(chǎng)地。垃圾中轉(zhuǎn)站因?qū)M(jìn)行壓縮，具有減少垃圾存放體積、節(jié)約土地資源的優(yōu)點(diǎn)而成為重要一環(huán)[1]。但是在壓縮濕垃圾的過程中會(huì)產(chǎn)生大量滲濾液，濕垃圾滲濾液具有有機(jī)物濃度高、高鹽分、高油脂的特點(diǎn)，易造成環(huán)境的二次污染[2-3], 若直接排放會(huì)對(duì)受納污水的污水處理廠處理效果造成不利影響，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致水環(huán)境污染。

1 特點(diǎn)

區(qū)別于主要以惰性垃圾為主的城鎮(zhèn)生活垃圾，城市生活垃圾主要以餐廚垃圾等有機(jī)垃圾為主。其中，廚余垃圾是城市生活濕垃圾的重要組成部分，我國日產(chǎn)餐廚垃圾約為25萬t[4]，經(jīng)垃圾中轉(zhuǎn)站處理后產(chǎn)生的垃圾滲濾液體積更是龐大。濕垃圾滲濾液組分復(fù)雜，根據(jù)北控集團(tuán)對(duì)城市垃圾的分析，發(fā)現(xiàn)餐廚垃圾滲濾液有機(jī)質(zhì)含量在90%，平均含固率為15%，含鹽率和含油脂率分別為3%和5%[5]。由此可知，廚余濕垃圾滲濾液具有有機(jī)物濃度高、含鹽分、油脂率高、含固率較大的特性，及時(shí)和安全處理廚余垃圾滲濾液至關(guān)重要。由于生活濕垃圾滲濾液中含有大量高濃度的有機(jī)物，濕垃圾滲濾液還具有較好的生物可降解性[6]。其中，滲濾液中氨氮濃度高，磷元素較低，隨著時(shí)間增加，有機(jī)氮被逐漸轉(zhuǎn)化成氨氮使得滲濾液C/N過低，不利于滲濾液的處理[7]。

由于城市生活濕垃圾滲濾液中富含多種微生物，在運(yùn)輸和保存的過程中具有不定性，會(huì)隨著環(huán)境條件如溫度、濕度和含氧量的變化而自身發(fā)生生物化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生大量的有害氣體污染大氣。同時(shí)，由于滲濾液中營養(yǎng)元素比例失衡，具有高氮含量，其中有機(jī)氮逐漸轉(zhuǎn)化成氨氮，對(duì)周邊水體具有一定污染性。另外濕垃圾滲濾液中可能含有多種重金屬離子，若直接排放，也會(huì)對(duì)環(huán)境及人體造成危害。處理后的垃圾滲濾液需符合《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 31962—2015)[8]。

2 主要處理方法

城市生活濕垃圾成分復(fù)雜，富含鹽分、脂肪、有機(jī)物等污染水體的成分，其處理方式不同于其他垃圾廢水，直接處理方法主要有物理化學(xué)法[9]、土地處理法[10]和生物處理法[11]。其中，土地處理法是利用大地的天然自凈能力將滲濾液中的有機(jī)物經(jīng)過吸附、過濾、氧化或微生物利用等過程進(jìn)行處理[12]。由于這種方法不僅破壞土地結(jié)構(gòu)、占用面積大、長(zhǎng)時(shí)間會(huì)產(chǎn)生惡臭味，還會(huì)對(duì)地下水造成嚴(yán)重污染，間接損害人體健康，長(zhǎng)遠(yuǎn)來看不適合用于城市生活濕垃圾滲濾液的處理。

2.1 物理化學(xué)法

物理化學(xué)法是處理濕垃圾滲濾液最簡(jiǎn)便的方式，雖然處理方法受水質(zhì)影響較小，但是只限于處理體積較小的滲濾液，且處理費(fèi)用過大。物化法包括蒸發(fā)法、氣浮法、曝氣吹脫法、離子交換法、化學(xué)沉淀法等，一般用于餐廚垃圾滲濾液處理的預(yù)處理，處理例如鹽分、脂肪、氨氮等物質(zhì)。

2.1.1 高鹽分濾液處理方式

由于生活濕垃圾滲濾液中含有高鹽分，不僅限制后續(xù)的滲濾液處理，腐蝕處理設(shè)備，還會(huì)造成鹽分浪費(fèi)的情況。Heijman[13]等對(duì)高濃度鹽水的廢水進(jìn)行“納濾+反滲透+機(jī)械蒸氣再蒸發(fā)”處理，發(fā)現(xiàn)廢水中的鹽類回收期望達(dá)到了99%。Aamer等[14]對(duì)濃鹽水進(jìn)行“反滲透+膜蒸餾”處理，從而將結(jié)晶鹽回收。尹戶生等[15]采用“預(yù)處理+膜處理(NF、RO)”組合工藝處理高鹽滲濾液，通過預(yù)處理能夠減小填埋場(chǎng)滲濾液原水中的懸浮物、膠體物質(zhì)和高分子聚合物，從而提高后端兩級(jí)碟管式反滲透系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性；通過濃縮液減量化系統(tǒng)進(jìn)一步減小濃縮液的產(chǎn)生量，加之后端的單級(jí)卷式膜處理系統(tǒng)的保安措施，從而保證出水水質(zhì)達(dá)到出水標(biāo)準(zhǔn)。因此，高鹽分滲濾液現(xiàn)今主要有2種處理方式：一種為蒸餾法，這種方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作容易、所得出水水質(zhì)好；另一種為膜處理法，這種方式可以達(dá)到很高的脫鹽率，但是鹽分濃度太高,易影響膜壽命[15]。

2.1.2 富含油脂滲濾液的處理方式

由于生活濕垃圾滲濾液中含有過多油脂，油脂漂浮于水體之上，不及時(shí)處理會(huì)產(chǎn)生較大的環(huán)境問題。陸洋等[16]通過不同方式的氣浮法對(duì)低濃度含油脂污水進(jìn)行處理，結(jié)果表示，在清水劑為500 mg/L、氣浮時(shí)間為20 min、進(jìn)氣流量為1.5 L/min、微孔孔徑為20 μm的條件下，除油效率最高。王金俊等[17]發(fā)明了一種含油廢水的除油裝置，利用刮油器進(jìn)行油水分離，再利用曝氣裝置進(jìn)行氣浮除油。蔡琪芳等[18]將富含油脂的滲濾液收集起來，根據(jù)顆粒與離子的關(guān)系，用超濾膜過濾掉油脂，做到油水分離。楊君[19]利用聚丙烯酸鈉、磺酸鋁和的氯化鈣合成了一種高效油水分離劑，當(dāng)水溫提高至70 ℃左右，親油基與油脂親和，從而形成懸浮物，經(jīng)過離心便可得到油水分離物。綜上，生活濕垃圾滲濾液中油脂常用的去除方式分為氣浮法和膜分離法。氣浮法除油脂效率高、占地面積小，但是運(yùn)行成本和維修成本較高，不適用于規(guī)模較大的滲濾液處理設(shè)施；膜分離法的優(yōu)勢(shì)在于操作簡(jiǎn)單、能量消耗少、處理效率高，但是需經(jīng)常換洗膜。而化學(xué)試劑法雖然操作簡(jiǎn)單，但是配置復(fù)雜、造價(jià)昂貴、不能批量生產(chǎn)，一般不用此方法。

2.1.3 滲濾液中氨氮處理方式

生活濕垃圾滲濾液中的氨氮主要來自于餐廚垃圾中的蛋白質(zhì)等含氮類化合物的生物降解。而且隨著時(shí)間推移，濕垃圾滲濾液中的有機(jī)氮會(huì)轉(zhuǎn)化成氨氮，導(dǎo)致氨氮含量大大增加，氨氮濃度較高的滲濾液不僅異味大，還具有較大的毒性，對(duì)周邊環(huán)境具有明顯的影響。因此，氨氮的去除是至關(guān)重要的。生活濕垃圾滲濾液中氨氮的常規(guī)處理方式可分為吹脫法、電解氧化法、化學(xué)沉淀法和吸附法。向陽[20]利用曝氣吹脫法對(duì)生活垃圾滲濾液進(jìn)行除氨氮中試試驗(yàn)，隨著吹拖時(shí)間增加，在堿性條件時(shí)，氨氮去除率達(dá)到了67.9%。朱泉雯等[21]用鐵碳微電解-Fenton組合工藝處理垃圾滲濾液，通過不同運(yùn)行條件下處理效果的對(duì)比，最后發(fā)現(xiàn)在最佳條件下，COD和氨氮去除率分別可達(dá)71.3%和83.9%。陳萬堂[22]研究Fe-Al-C和Fe-Cu-C三元微電解體系對(duì)垃圾滲濾液的處理，發(fā)現(xiàn)兩種體系都表現(xiàn)出了一定的去除垃圾滲濾液中TN和氨氮的能力。張道斌等[23]通過化學(xué)沉淀法投加MgCl2·6H2O和NaH2PO4·12H2O或MgSO4和NaH2PO4·12H2O生成沉淀磷酸銨鎂(MgNH4PO4·6H2O)，從而去除垃圾滲濾液中的氨氮，探究去除氨氮效果最好的藥劑比，最高氨氮去除率可達(dá)98.10%。吳海霞等[24]探究了黏土與粉煤灰吸附農(nóng)村生活垃圾滲濾液的效能及機(jī)理，結(jié)果表示，黏土和粉煤灰對(duì)農(nóng)村生活垃圾滲濾液的氨氮去除率可分別達(dá)14.87% 和18.18%，且同時(shí)對(duì)重金屬也具有一定的吸附效果。其中，吹脫法、化學(xué)沉淀法和吸附法的優(yōu)勢(shì)在于操作簡(jiǎn)單、處理效果穩(wěn)定、運(yùn)行費(fèi)用較低，但是存在二次污染的可能。而電解法雖然處理效果好，但是需長(zhǎng)時(shí)間通電、投資較大。

綜上，物化法雖然能夠方便去除滲濾液無機(jī)物、油脂化合物、氨氮等，但是能耗較大、去除不徹底、去吹裝備造價(jià)昂貴[25]。表1總結(jié)了生活濕垃圾滲濾液物化法處理的適用條件與優(yōu)缺點(diǎn)，表明生活濕垃圾滲濾液成分復(fù)雜，單用一種方式不能完全處理滲濾液中的有害物質(zhì)，必要時(shí)需根據(jù)不同水質(zhì)特點(diǎn)采用適用性組合工藝進(jìn)行處理。

表1 物化法處理垃圾滲濾液的優(yōu)缺點(diǎn)Tab.1 Advantages and Disadvantages of Physicochemical Treatment for Leachate

2.2 生物處理法

生物處理法是目前最有效的處理生活濕垃圾滲濾液的方式，是深度處理滲濾液的處理方式。它利用微生物的新陳代謝活動(dòng)降解滲濾液中有機(jī)物，從而實(shí)現(xiàn)水體凈化的目的，可以分為好氧生物處理、厭氧生物處理和好氧-厭氧結(jié)合生物處理3種方式。

2.2.1 好氧生物處理

好氧生物處理包含活性污泥法、生物膜法等處理方式。這種方式可以有效去除滲濾液中氨氮、COD及BOD5，且可以有效減輕滲濾液的色度和渾濁度[26]。

活性污泥法對(duì)滲濾液中的有機(jī)碳、COD和BOD5有較強(qiáng)的清除能力，曹占峰等[27]通過SBR曝氣工藝模擬城市垃圾滲濾液，結(jié)果表示，COD去除率達(dá)到95%，有機(jī)碳的轉(zhuǎn)換率達(dá)到99%。胡慧青等[28]采用傳統(tǒng)的活性污泥法處理杭州天子嶺垃圾填埋場(chǎng)中的垃圾滲濾液，COD和BOD5的去除率可分別達(dá)62.3%～92.3%和78.6%～96.9%。申歡等[29]采用膜生物法對(duì)垃圾滲濾液經(jīng)UASB預(yù)處理的出水進(jìn)行了降解試驗(yàn)，結(jié)果表示，MBR對(duì)COD的去除率為70%～85%，對(duì)氨氮的去除率為90%～99.8%，對(duì)TN的去除率為50%～67%?；钚晕勰喾ㄗ鳛橐环N傳統(tǒng)處理污水的方式，雖然可以有效處理垃圾滲濾液，但是受溫度影響較大，需大規(guī)模場(chǎng)地對(duì)污泥進(jìn)行馴化，因此，不適合建立在人口密集的城市，可用于城郊地區(qū)的生活濕垃圾滲濾液的處理。

生物膜法是向污水中加入填料和濾料，使得微生物在其表面生長(zhǎng)，從而形成一種由各種微生物組成的生物膜。當(dāng)污水經(jīng)過生物膜時(shí)，利用微生物活性降解污水中有害物質(zhì)，以達(dá)到處理污水的作用。生物膜法又分為生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤等處理方式。梁柱等[30]通過改良型倒置AAO生物膜工藝對(duì)濕垃圾滲濾液進(jìn)行脫氮除磷性能研究，結(jié)果表示，當(dāng)DO質(zhì)量濃度維持在2.0 mg/L、硝化液體積回流比為200%的條件下，系統(tǒng)對(duì)COD、氨氮、TN及TP的去除率分別可達(dá)84.9%、92.8%、70.9%和75.3%。季民等[31]采用厭氧生物濾池-好氧移動(dòng)床工藝(AF-MBBR)處理垃圾衛(wèi)生填埋場(chǎng)高鹽滲濾液，結(jié)果表示，好氧移動(dòng)床生物反應(yīng)器對(duì)滲濾液中的氨氮去除率高達(dá)78%～100%。應(yīng)云飛等[32]用上流式污泥床厭氧反應(yīng)器(UBF)、外置式膜生物反應(yīng)器(MBR)和反滲透(RO)3個(gè)主體單元制成生物膜組合工藝處理生活廢水，結(jié)果表示，COD在3種工序中去除率分別為68.9%、84.2%和93.9%。生物膜法具有良好的抗水量水質(zhì)沖擊負(fù)荷，有利于水中氨氮和COD的去除，且產(chǎn)生污泥較少，較適合于城市濕垃圾滲濾液的處理。

2.2.2 厭氧生物處理

厭氧生物處理包含上流式厭氧污泥床工藝 (UASB)，內(nèi)循環(huán)(IC)厭氧反應(yīng)器處理工藝等處理方式。Blakey等[33]利用上流式厭氧污泥床對(duì)垃圾滲濾液試驗(yàn)，結(jié)果表示，COD、BOD5的去除率為82.5%和84.7%。紀(jì)鈞麟等[34]采用上流式厭氧污泥床反應(yīng)器處理玉米酒精廢水，結(jié)果表示，UASB工藝對(duì)高COD玉米酒精廢水的處理效果良好，COD去除率達(dá)到95%以上。馬超[25]構(gòu)建IC厭氧反應(yīng)器對(duì)生活濕垃圾滲濾液進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果表示，生活濕垃圾滲濾液可降解性為89%，COD去除率為75%。由此可知，生活濕垃圾滲濾液適合利用厭氧生物反應(yīng)處理，相對(duì)于有氧生物反應(yīng)，此方式耗能小、有機(jī)物轉(zhuǎn)化污泥少、有機(jī)負(fù)荷高、占地面積小，適用于城市中小型垃圾中轉(zhuǎn)站處理垃圾滲濾液。

2.2.3 好氧-厭氧結(jié)合生物處理

好氧-厭氧結(jié)合生物處理結(jié)合了好氧處理和厭氧處理的優(yōu)勢(shì)，高濃度垃圾滲濾液一般都采用這種方式，這也是垃圾滲濾液處理的最佳方式。趙慶[35]采取兩級(jí)AO膜生物反應(yīng)器處理垃圾滲濾液，結(jié)果表示，COD和氨氮的出水濃度分別為80 mg/L和20 mg/L，均小于國家排放標(biāo)準(zhǔn)的150 mg/L和25 mg/L。付志華等[36]通過上流式污泥床過濾器+缺氧好氧工藝+膜生物反應(yīng)器(UBF+AO+MBR)工藝處理垃圾中轉(zhuǎn)站滲濾液，結(jié)果表示，出水水質(zhì)達(dá)到國家排入下水標(biāo)準(zhǔn)。趙宗升等[37]采用厭氧-缺氧-好養(yǎng)(AAO)工藝處理垃圾滲濾液, 取得了很好的處理效果。該法對(duì)滲濾液COD的總?cè)コ蕿?6%, 對(duì)氨氮的去除率為99%。陳石等[38]對(duì)深圳市下坪固體廢棄物填埋場(chǎng)滲濾液進(jìn)行了中試，試驗(yàn)結(jié)果表示，采用氨吹脫-厭氧生物濾池-SBR工藝是行之有效的。各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到了國家污水三級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。其中，COD、BOD5、氨氮和TN去除率分別達(dá)到了95%、99%、99 5%和97%。綜上，好氧-厭氧結(jié)合生物處理對(duì)垃圾滲濾液的處理效果極佳，對(duì)COD、BOD5、氨氮去除效果顯著，是處理垃圾滲濾液的最佳選擇。表2為生物處理法處理垃圾滲濾液的優(yōu)缺點(diǎn)。

2.3 城市生活濕垃圾滲濾液組合處理工藝

生活濕垃圾滲濾液結(jié)構(gòu)復(fù)雜，單一用上述某一種方式并不能達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)，因此，需將物化法與生物法處理工藝相結(jié)合。何凡[39]在實(shí)驗(yàn)室通過小試試驗(yàn)，采用“兩級(jí)AO+混凝+吸附”組合工藝處理滲濾液，混凝劑采聚合氯化鋁鐵(PAFC)，吸附劑采取沸石，結(jié)果表示，系統(tǒng)對(duì)COD去除率平均達(dá)到98.7%，氨氮去除率達(dá)到99.4%，TP去除率高達(dá)98.8%。韓丹[40]在傳統(tǒng)AO工藝上進(jìn)行改造，采取普通厭氧反應(yīng)器與復(fù)合式膜反應(yīng)器組合工藝來處理生活廢水，研究表明，出水處COD、氨氮和TN的去除率分別達(dá)到90%、80%和90%。羅波[41]采取AAO和MBR組合工藝對(duì)生活濕垃圾滲濾液進(jìn)行處理，在反應(yīng)最優(yōu)的條件下，出水處COD、氨氮、TN和TP的平均去除率為97.7%、95.9%、77.3%和91.0%，對(duì)應(yīng)出水水質(zhì)指標(biāo)均優(yōu)于城市用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。Liu等[42]通過中試試驗(yàn)建立了厭氧消化、MBR和電催化氧化的組合工藝，用于處理生活濕垃圾滲濾液，結(jié)果表示，MBR對(duì)氨氮去除率達(dá)到97%，COD經(jīng)過系統(tǒng)處理總?cè)コ蔬_(dá)到99%。葉彬等[43]在垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站處對(duì)濕垃圾滲濾液進(jìn)行中試研究，采取了“厭氧-混凝-高級(jí)氧化”組合工藝對(duì)滲濾液進(jìn)行處理，該工藝不僅對(duì)COD、TP、TN有很高的去除率，且對(duì)滲濾液的油脂去除率高達(dá)99%，色度去除率達(dá)到90%以上，經(jīng)該組合工藝處理的廢水出水清澈透明且無異味產(chǎn)生。由上述可知，組合工藝處理滲濾液效率高、程度大，是處理生活濕垃圾滲濾液的較好選擇。表3對(duì)不同組合工藝處理生活濕垃圾滲濾液進(jìn)行了總結(jié)歸納。

表2 生物處理法處理垃圾滲濾液的優(yōu)缺點(diǎn)Tab.2 Advantages and Disadvantages of Biological Treatment for Leachate

表3 處理城市生活濕垃圾滲濾液的組合工藝Tab.3 Combined Processes of Leachate Treatment for Urban Household Wet Solid Waste

3 發(fā)展趨勢(shì)及展望

城市生活濕垃圾滲濾液組成成分復(fù)雜，雖然目前有很多種處理方式，但是單一處理方式并不能達(dá)到出水標(biāo)準(zhǔn)，因此，需結(jié)合不同廢水性質(zhì)制定不同處理方式。針對(duì)生活濕垃圾滲濾液，可以先通過物化處理法去除滲濾液中的固體懸浮物、油脂和鹽分，再通過生物方法處理其中有機(jī)污染物，若沒達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)可再經(jīng)過混凝沉淀等物化處理廢液，做到預(yù)處理-主處理-后處理兼?zhèn)?，才能將滲濾液處理完好。綜上，在未來的滲濾液處理中，先檢測(cè)滲濾液中所含物質(zhì)，再針對(duì)性選擇處理工藝，且在此基礎(chǔ)上積極探索新型處理工藝。傳統(tǒng)處理工藝雖然也能將滲濾液處理至國家標(biāo)準(zhǔn)以下，但是存在處理工藝復(fù)雜、處理設(shè)備貴重、占地面積較大、處理濾液總量少等問題，因此，之后要向著簡(jiǎn)化處理工藝步驟、降低成本、增大處理滲濾液體積的方向前進(jìn)。

4 結(jié)論

我國城市濕垃圾產(chǎn)量大，處理處置過程中產(chǎn)生大量的垃圾滲濾液。垃圾滲濾液水質(zhì)復(fù)雜，處理難度較高，單一的物理化學(xué)及生物手段無法對(duì)滲濾液中有害物質(zhì)進(jìn)行完全去除。組合處理工藝展現(xiàn)出優(yōu)秀的處理效果，能夠針對(duì)性地對(duì)COD、氨氮、TP、TN進(jìn)行去除。未來的處理技術(shù)應(yīng)當(dāng)針對(duì)滲濾液的水質(zhì)不同，開發(fā)新型處理工藝，探索低成本的工藝組合。