垃圾滲濾液處理及資源回收技術(shù)研究進(jìn)展

吳 迪

（蕪湖市生態(tài)環(huán)境保護(hù)綜合行政執(zhí)法支隊(duì)，安徽 蕪湖 241000）

垃圾填埋是較常用的固體廢物處理方法之一，滲濾液是垃圾填埋的主要副產(chǎn)品之一[1]。居民生活垃圾滲濾液的成分較復(fù)雜，含有大量有機(jī)物和營(yíng)養(yǎng)鹽，對(duì)地表水和地下水水質(zhì)可能帶來不利影響，故有效的處理技術(shù)是垃圾滲濾液處理與資源回收利用的關(guān)鍵。目前，垃圾滲濾液常用的處理方法包括物理吸附、生物降解、化學(xué)氧化以及膜法處理等。近年來，垃圾滲濾液的研究從單純?nèi)コ廴疚镛D(zhuǎn)向同時(shí)回收可利用資源。本文對(duì)垃圾滲濾液處理領(lǐng)域的研究進(jìn)展進(jìn)行了總結(jié)，分析了目前垃圾滲濾液處理面臨的挑戰(zhàn)，對(duì)垃圾滲濾液的不同處理技術(shù)、工藝路線進(jìn)行了歸納總結(jié)。同時(shí)從單純?nèi)コ廴疚锵蛸Y源利用轉(zhuǎn)變的角度，分析了垃圾滲濾液處理過程中可以回收利用的資源，為采用新技術(shù)或聯(lián)合工藝路線有效且低成本處理垃圾滲濾液提供參考。

1 垃圾滲濾液處理現(xiàn)狀分析

垃圾滲濾液中含有有機(jī)化合物（如脂肪酸、有機(jī)碳等）、無機(jī)化合物（如硝酸鹽、氯化物和磷酸鹽等）及重金屬離子（如銅、鉛、汞和鋅等）等，較普通廢水成分更為復(fù)雜[2]。隨著分析技術(shù)的進(jìn)步，在垃圾滲濾液中發(fā)現(xiàn)了許多新的污染物，這些污染物不易被生物處理，對(duì)現(xiàn)有的處理方法提出了挑戰(zhàn)。比如，含氮污染物中，難溶性有機(jī)氮（rDON）很難進(jìn)行生物處理，而且會(huì)干擾消毒處理效果[3]。紫外猝滅物質(zhì)（UVQS）主要由腐殖酸（HA）、黃腐酸（FA）和親水性有機(jī)物（HPI）組成，其紫外線猝滅特性降低了廢水的紫外線透射率，進(jìn)而影響處理效果[4]。垃圾滲濾液中某些無法被有效去除的污染物會(huì)進(jìn)入自然水體，最終影響飲水安全。因此，亟須探索更多有關(guān)垃圾滲濾液的預(yù)處理技術(shù)與聯(lián)合協(xié)同處理技術(shù)。

2 垃圾滲濾液處理技術(shù)研究進(jìn)展分析

2.1 物理吸附工藝

吸附是一個(gè)傳質(zhì)過程，工業(yè)上常利用沸石、活性炭和活性氧化鋁等進(jìn)行吸附處理。艾曉艷等[5]以黏土作為吸附劑，使用單因素優(yōu)化法，探討了用土量、pH和反應(yīng)時(shí)間等因素對(duì)垃圾滲濾液中氨氮（NH3-N去除率的影響，結(jié)果表明，在用土量50 g/L，pH值8.0條件下，靜置24 h 后，黏土對(duì)垃圾滲濾液中NH3-N的去除率達(dá)到23.97%，單位黏土的NH3-N 吸附率為7.14 mg/g。吳海霞等[6]以黏土和粉煤灰吸附垃圾滲濾液，研究吸附劑投加量、初始pH 值和反應(yīng)時(shí)間等因素對(duì)試驗(yàn)效果的影響，綜合考慮吸附效果、經(jīng)濟(jì)成本及現(xiàn)實(shí)可操作性，選擇吸附劑投加量50 g/L、反應(yīng)時(shí)間180 min且滲濾液初始pH值7.5～8.0作為實(shí)際運(yùn)行條件，黏土對(duì)生活垃圾滲濾液中化學(xué)需氧量（COD）、氨氮（NH3-N）、總氮（TN）和總磷（TP）的去除率分別為25.58%、14.87%、41.63%和62.25%。王文泰[7]采用粉末活性炭對(duì)垃圾滲濾液進(jìn)行深度處理，并通過過硫酸鹽（PDS）高級(jí)氧化法實(shí)現(xiàn)活性炭的再生，并在最佳吸附效果條件下研究了不同因素對(duì)活性炭再生效率的影響，結(jié)果表明，活性炭的最佳投加量為0.34 g/L，吸附過程需持續(xù)48 h 以上，投加的PDS 與吸附的COD 質(zhì)量之比為5，pH 值為10 時(shí)，可獲得最佳再生效果，投加藥劑費(fèi)用低至2.17元/m3。

2.2 生物處理工藝

生物處理是垃圾滲濾液綜合處理系統(tǒng)的重要組成部分。其中，好氧處理和厭氧處理是處理廢水中高濃度有機(jī)污染物的首選方法。垃圾滲濾液中富含難降解的有機(jī)物和無機(jī)物，單一處理方法存在一定的局限性。生物處理可以去除可生物降解的有機(jī)物，主要作用是脫氮，其可以作為其他處理方式的預(yù)處理或后處理技術(shù)以減少處理負(fù)荷。劉寧等[8]以垃圾滲濾液膜濃縮液為研究對(duì)象，通過優(yōu)化調(diào)控碳源種類、水力停留時(shí)間（HRT）和碳氮比（C/N）等運(yùn)行條件，探究了微生物處理機(jī)理，結(jié)果表明，碳源種類對(duì)微生物群落結(jié)構(gòu)影響較大，穩(wěn)定運(yùn)行期間主要優(yōu)勢(shì)反硝化脫氮菌為弧菌屬、海桿菌屬、鹽單胞菌屬、副球菌屬和紅環(huán)菌科等。張小寒等[9]采用提高氮濃度和縮短水力停留時(shí)間的方式實(shí)現(xiàn)厭氧氨氧化菌的快速富集，并通過逐步提高垃圾滲濾液含量的方式，實(shí)現(xiàn)厭氧氨氧化菌對(duì)垃圾滲濾液的適應(yīng)，在無外加有機(jī)碳源的情況下，實(shí)現(xiàn)高效自養(yǎng)脫氮，脫氮負(fù)荷穩(wěn)定在0.67 kgN/（m3·d），脫氮效率在80%以上。Song等[10]制作了由1 個(gè)反硝化反應(yīng)器和4 個(gè)曝氣池組成的新型復(fù)合生物系統(tǒng)來處理垃圾滲濾液，采用梯度曝氣方式，可以去除85.65% COD和84.00% TN。馬壯等[11]采用AO4微氧曝氣生物反應(yīng)器處理垃圾滲濾液，探究反應(yīng)器的脫氮原理，結(jié)果表明，微氧曝氣單元溶解氧濃度控制在0～0.60 mg/L，亞硝化率可達(dá)到90%，COD、銨態(tài)氮（NH+4-N）和TN 的平均去除率分別為85%、99%和87%。

2.3 化學(xué)處理工藝

在垃圾滲濾液高級(jí)氧化法處理中，芬頓氧化法較為有效，然而，由于其試劑購買和污泥處理成本較高，目前該方法大規(guī)模用于垃圾滲濾液處理尚不夠成熟。Li 等[12]成功地突破了芬頓氧化法的局限性，可去除垃圾滲濾液中99% NH3-N。近年來，垃圾滲濾液電化學(xué)處理研究取得了較大進(jìn)展。直接氧化和間接氧化對(duì)垃圾滲濾液中有機(jī)物的去除效果較好。由于垃圾滲濾液中氯含量較高，電氧化過程中產(chǎn)生的氯離子有助于污染物的間接氧化。王小鐸等[13]采用電芬頓工藝處理垃圾滲濾液，系統(tǒng)考察了電流密度、n（H2O2）：n（Fe2+）及pH等工藝參數(shù)對(duì)垃圾滲濾液中COD 的去除性能，運(yùn)用響應(yīng)曲面法推算最優(yōu)工藝條件，電芬頓處理滲濾液納濾濃縮液的最優(yōu)工藝參數(shù)：反應(yīng)時(shí)間2 h，電流密度6.471 mA/cm2，n（H2O2）：n（Fe2+）=12，pH值3.78，COD去除率可達(dá)到80.7%。電氧化處理技術(shù)與其他處理技術(shù)相結(jié)合，作為生物或者高級(jí)氧化處理的后續(xù)處理技術(shù)，在中試規(guī)模上顯示出良好的應(yīng)用前景。電化學(xué)反應(yīng)器的一系列改進(jìn)，提高了其反應(yīng)性能。Deng等[14]采用組合電化學(xué)系統(tǒng)處理預(yù)處理過的垃圾滲濾液，處理成本較低，可去除90.9%～94.6% COD 和90.2%～98.3% TN。通過利用氧化過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)品，與其他處理方式協(xié)同，可以有效降低處理成本。Li等[15]研究了垃圾滲濾液電解過程中氯和氫的回收情況，以及氯在染料廢水脫色中的應(yīng)用。

2.4 膜法處理工藝

膜法處理垃圾滲濾液具有較大潛力。其中，反滲透技術(shù)（RO）由于在新型和常規(guī)污染物去除方面性能優(yōu)越，在垃圾滲濾液處理工藝中越來越受到重視。反滲透和其他膜技術(shù)應(yīng)用于處理垃圾滲濾液，需要減少膜污染和維持合理的水通量。涂樂樂[16]研究了“MBR+納濾系統(tǒng)+反滲透系統(tǒng)”工藝處理生活垃圾衛(wèi)生填埋場(chǎng)垃圾滲濾液，濃縮液由均質(zhì)池進(jìn)入MBR系統(tǒng)與滲濾液進(jìn)行生物化學(xué)協(xié)同處理，COD的平均去除率為96.77%，NH3-N 的平均去除率為96.93%，TN 的平均去除率為99.23%，協(xié)同處理后月運(yùn)營(yíng)費(fèi)用僅增加5.2%。Cingolani等[17]在一項(xiàng)中試規(guī)模研究中通過三級(jí)反滲透裝置處理垃圾滲濾液，主要污染物處理效率達(dá)到93.4%，垃圾滲濾液處理成本為3.06 美元/m3。孫建義等[18]以生活垃圾填埋場(chǎng)滲濾液處理站為例，介紹了該處理站根據(jù)垃圾填埋場(chǎng)滲濾液中污染物濃度高、水質(zhì)水量多變的特點(diǎn)，建設(shè)了防滲工程和導(dǎo)排系統(tǒng)，以阻止垃圾滲濾液對(duì)周圍環(huán)境造成污染，并選擇MBR+膜法（NF/RO）組合工藝對(duì)垃圾滲濾液進(jìn)行處理，最終實(shí)現(xiàn)出水達(dá)標(biāo)排放。

3 垃圾滲濾液處理過程中的資源回收探析

3.1 垃圾滲濾液中的主要營(yíng)養(yǎng)元素

在垃圾滲濾液回收方面受到廣泛重視的主要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)是六水合磷酸鎂銨（MgNH4PO4·6H2O），其由鎂、銨和磷酸鹽組成，可以作為肥料，具有良好的應(yīng)用前景，是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)之一。陶瓊等[19]通過向不同鉀鈉濃度的模擬和實(shí)際垃圾滲濾液RO 濃縮液中投加鎂鹽、磷酸鹽促使其形成磷酸鎂銨結(jié)晶，測(cè)定結(jié)晶前后溶液中氨氮、磷酸鹽及鉀鈉離子濃度。結(jié)果表明，隨著鉀離子濃度增加，氨氮回收率由96.5%降至83.0%，結(jié)晶產(chǎn)物中鉀離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)由2.4%升至6.4%；考慮到鉀離子的競(jìng)爭(zhēng)，鎂鹽、氨氮與磷酸鹽的投加比例為1.8∶1.0∶1.5 時(shí)即可保證氨氮的回收率，同時(shí)還能回收鉀離子作為肥料組分。商平等[20]研究了磷酸鎂銨結(jié)晶法對(duì)經(jīng)混凝預(yù)處理后的垃圾滲濾液中NH+4-N 的去除效果，研究了不同因素對(duì)去除效果的影響，生成的沉淀符合典型磷酸鎂銨晶體結(jié)構(gòu)，且沒有氰化物、酚類等有害物質(zhì)檢出，技術(shù)上存在可行性。

3.2 垃圾滲濾液中的電能和沼氣資源

自生物電化學(xué)系統(tǒng)（BES）研發(fā)以來，研究人員就一直在探究利用生物電化學(xué)系統(tǒng)從垃圾滲濾液中回收電能。該應(yīng)用的理論基礎(chǔ)是垃圾滲濾液的高導(dǎo)電性有助于促進(jìn)電子傳遞，但垃圾滲濾液成分的不穩(wěn)定性會(huì)對(duì)高靈敏度的生物電化學(xué)系統(tǒng)產(chǎn)生較大影響。使用生物電化學(xué)系統(tǒng)處理垃圾滲濾液，發(fā)電量很小。相反，簡(jiǎn)單的厭氧處理可以作為有機(jī)物去除的預(yù)處理方法。垃圾滲濾液厭氧處理可以產(chǎn)生沼氣，滲濾液中可利用資源的回收效率在很大程度上取決于滲濾液的可生物降解性。Oz 等[21]研究表明，經(jīng)低頻超聲預(yù)處理的滲濾液在厭氧消化過程中，超聲處理后可溶性COD 增加，其產(chǎn)生的沼氣量比未處理的滲濾液多40%。董建新等[22]研究了厭氧序批式反應(yīng)器（ASBR）處理垃圾滲濾液的效能與機(jī)制，依次研究了不同進(jìn)水濃度下ASBR運(yùn)行過程中有機(jī)物的去除效率、甲烷轉(zhuǎn)化率和污泥特性。當(dāng)進(jìn)水COD 為13 000 mg/L，運(yùn)行周期為12 h時(shí)，COD 去除率穩(wěn)定在90%以上，甲烷轉(zhuǎn)化率達(dá)0.352 L/g COD。

3.3 垃圾滲濾液中的揮發(fā)性脂肪酸

目前，研究人員正致力于從厭氧消化處理過程中回收除沼氣之外的增值產(chǎn)品。垃圾滲濾液還含有乙酸、丁酸和己酸等揮發(fā)性脂肪酸（VFA）。VFA可以生產(chǎn)各種醇類、酯類和生物塑料等。從垃圾滲濾液中回收VFA 的主要挑戰(zhàn)是經(jīng)濟(jì)成本過高。吸附和萃取是目前從垃圾滲濾液中回收VFA 的主要途徑。然而，考慮到垃圾滲濾液中VFA 濃度較高，一個(gè)合理的回收方法可以使這一過程具有可行性。研究表明，使用活性炭吸附法可從垃圾滲濾液中回收87.4%的乙酸和94.1%的丁酸，而使用石油醚的液液萃取法只能提取到28.1%的乙酸和88.8%的丁酸[23]。

4 結(jié)語

實(shí)踐中，每種垃圾滲濾液處理方案和技術(shù)均有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和局限性。其中物理吸附一般可以用在預(yù)處理過程。低成本的生物處理可以有效去除垃圾滲濾液中可生物降解的有機(jī)物。高級(jí)氧化方法由于成本較高，大規(guī)模運(yùn)用尚存在困難。膜法處理垃圾滲濾液具有很大潛力，是多種工藝協(xié)同處理過程中的重要環(huán)節(jié)。除了污染物外，垃圾滲濾液還含有氨、磷和揮發(fā)性脂肪酸等有價(jià)值的資源。以資源回收為目的的處理方法促進(jìn)了現(xiàn)有處理技術(shù)的創(chuàng)新和與多種技術(shù)的整合協(xié)同，但資源回收的技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行性和環(huán)境影響問題尚待進(jìn)一步解決。因此，開發(fā)能夠全面應(yīng)用并且可以回收可利用資源，具有成本效益的協(xié)同處理技術(shù)至關(guān)重要。本文對(duì)垃圾滲濾液的不同處理技術(shù)、工藝路線進(jìn)行了歸納總結(jié)，分析了垃圾滲濾液處理過程中可以回收利用的資源，為采用新技術(shù)或聯(lián)合工藝路線有效且低成本處理垃圾滲濾液提供參考。