垃圾渗滤液处理技术现状及展望
摘要:介绍了目前国内外垃圾渗滤液处理技术应用现状，处理方法主要包括物理化学法、土地处理法和生物处理法，并在此基础上提出了垃圾渗滤液处理的发展趋势。
关键词:垃圾渗滤液；处理技术；现状；展望
在城市垃圾填埋过程中，由于压实，降雨和微生物的分解作用，会从垃圾层中渗出一定量的高浓度有机废水，这种有机废水叫做垃圾渗滤液。其对周围地下水和地表水、土壤、大气、生物等多方面均会造成严重的二次环境污染，并会通过食物链直接或间接地进入人体，危害人类的健康。由于垃圾渗滤液水质复杂，处理难度大，尤其是对于具有老龄特征的垃圾渗滤液，对其高氮和难降解有机物的去除成为难点。因此，研究和探索适合我国国情的高效、低能耗、投资省的垃圾渗滤液处理技术具有重要的意义。到目前为止，垃圾渗滤液的处理技术主要有物化处理、土地处理和生物处理技术。
1 物理化学法
物化法主要包括混凝沉淀法、化学沉淀法、吸附法、化学氧化法、吹脱法、电化学技术、光催化氧化及膜技术等。
1.1混凝沉淀法
常用的混凝剂种类很多，可归纳为两类。一类为无机盐类混凝剂，应用最广的是铝盐，其中有硫酸铝、硫酸钾铝、聚合氯化铝和偏铝酸钠等；其次是铁盐如三氯化铁、硫酸亚铁、聚合硫酸铁、硫酸铁等；另一类为有机类混凝剂，其中聚丙烯酰胺(PAM)使用普遍。在废水中投加某些化学混凝剂，它与废水中可溶性物质反应，产生难溶于水的沉淀物，或混凝吸附水中的细微悬浮物及胶体杂物而下沉。这种净化方法可降低废水浊度和色度，可去除多种高分子物质、有机物、某些金属毒物以及导致富营养化物质氮、磷等可溶性无机物。
李英华等[3]采用混凝-气浮工艺对垃圾渗滤液进行预处理，结果表明采用PAC及PAM作为混凝剂，在优化工艺条件下，当进水COD为5600 mg/L时，COD去除率可达到81.9%，BOD5的去除率可达73.3%，BOD5/COD从0.26提高到了0.40，有效提高了渗滤液的可生化性，达到了较好的预处理效果。杨健等[4]研究表明以化学混凝法进行前期处理，可在短时间内将渗滤液中有机物大幅去除，COD及色度去除率皆可达到50%，且经过化学混凝前处理的渗滤液，其性质较稳定，不会对后续的生物处理造成影响。
1.2化学沉淀法
化学沉淀法主要是通过向氨氮废水中添加 Mg2+和 PO43-，使之与NH4+反应生成难溶复盐 MgNH4PO4·6H2O，简称(MAP)，通过重力沉淀使MAP从废水中分离以去除废水中的NH4+。这样可以避免往废水中带入其它有害离子，而且 MgO还起到了一定程度的中和H+的作用。
张道斌等[6]采用MgCl2·6H2O和Na2HPO4·12H2O或MgSO4和Na2HPO4·12H2O使NH3-N生成磷酸铵镁的化学沉淀法，结果表明：在pH值为9.0，反应时间为25min，采用分步沉淀工艺，当药剂配比为:n(N)∶n(Mg)∶n(P) =1.5：1：1.5时，垃圾渗滤液中NH3-N，沉淀降低到28.54 mg/L，去除率达98.10%。刘文辉等[7]在原垃圾渗滤液的氨氮和COD质量浓度高达5714mg/L和50028 mg/L，采用氧化镁和磷酸对渗滤液进行化学沉淀预处理，实验表明：在pH为9.5，药物投加比n(NH4+)：n(Mg2+)：n(PO43-)=1：1.3：1时，NH3-N的去除率达到76.7%，COD去除率为40.7%。
1.3吸附法
吸附法主要是利用多孔性固体物质，使废水中的一种或多种物质被吸附在固体表面而去除的方法。常用的吸附剂有活性炭、沸石、焦炭、膨润土、焚烧炉底灰、粉煤灰等，其中应用较广泛的是颗粒状和粉末状的活性炭。
活性炭具有500～1700m2/g的比表面积，有很强的吸附能力，处理程度高，对水中的绝大多数有机物都有效，可适应水量和有机物负荷的变化，粒状炭可再生后重复使用，设备紧凑，管理方便，但是活性炭吸附易受pH值、水温及接触时间等因素的影响。
燃煤发电的主要废弃物为粉煤灰，目前其利用率约为30%。由于粉煤灰具有优良的吸附性能和过滤性能，因此能吸附污水中悬浮物、脱除有色物质、降低色度、吸附并能除去污水中的耗氧物质。利用粉煤灰对渗滤液进行吸附净化，成本较低，工艺简单，并且有较好的处理效果，可取得显著的环境效益、经济效益和社会效益。朱启红[9]的研究表明活化粉煤灰对垃圾渗滤液COD具有较高的去除率，在最佳条件下，对COD的去除率达95.8%，同时对铬离子的去除率达88.8%。
1.4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，以达到净化废水目的的一种方法。化学氧化是最终去除废水中污染物质的有效方法之一。通过化学氧化，可以使废水中的无机物以及有机物氧化分解，从而降低了废水的BOD5和COD，或者使废水中含有的有毒有害物质无害化。
王喜全等[12]采用Fenton法氧化处理中年垃圾渗滤液生化出水，结果表明，Fenton法氧化处理中年垃圾渗滤液生化出水的最佳条件是：初始pH值为7，H2O2/Fe2+比率为4∶1，双氧水的经济投加量为0.05 mol/L，反应时间为3.5 h。此时，混合催化剂可提高双氧水的利用率，双氧水利用率为153.9%，COD去除率可达80.5%。
1.5吹脱法
吹脱法是指空气吹脱法，将空气通入废水中，使之相互充分接触，使废水中的溶解气体和易挥发的溶质穿过气液界面，向气相转移，从而达到脱除污染物的目的。垃圾填埋场尤其是中老年填埋场的渗滤液中营养比例严重失调，为调整C/N可对其进行氨吹脱预处理。脱氨方法主要有曝气吹脱和吹脱塔吹脱两类。氨氮在渗滤液中存在如下平衡：NH4++OH-→NH3+H2O，当pH调节至碱性时，NH3-N主要以游离氨的形式存在。然后经曝气吹脱或送入吹脱塔以喷淋和鼓风吹脱去除游离氨。曝气吹脱即直接或间接调整pH值后在调节池或吹脱池中曝气，渗滤液中NH3通过表面更新和向气泡的传质而脱除，从而改善渗滤液营养比例。
王文斌等[15]对吹脱法去除垃圾渗滤液中的氨氮进行了研究。在水温大于25℃，气液比控制在3500左右，渗滤液pH值控制在10.5左右，对于氨氮浓度高达2000～4000mg/L的垃圾渗滤液，去除率可达到90%以上。氨吹脱效果明显，处理效率较高，但由于需要调节pH，必须投加大量的碱，而且为了曝气，还需要提供一定的风量，造成了处理费用偏高。同时氨吹脱只是将废水中的铵离子转化为游离氨，最后将之排放到大气中，实质上氨的污染问题并未得到解决。
1.6电解氧化技术
电解法氧化处理废水的实质就是通过·OH直接氧化或[Cl]间接氧化作用，破坏有机物结构，使有机物降解。姚小丽等[17]采用电解氧化法对垃圾渗滤液进行了预处理和深度处理研究。实验结果表明，电解氧化过程中，NH3-N优先于COD被氧化去除。当电流密度较小时，用电解法对垃圾渗滤液进行预处理，垃圾渗滤液中COD、NH3-N的去除效率很低，增大电流密度有助于增强电解效果，当电流密度为50.0mA/cm2时，电解5小时COD去除50%，氨氮去除100%。用电解法对垃圾渗滤液进行深度处理，电流密度较小时，渗滤液中COD、NH3-N即可呈现稳定降解的趋势。
1.7光催化氧化技术
光催化氧化技术机理是半导体材料（如TiO2）或催化氧化剂受到能量大于带隙能量的光照射时，处于价带（VB）上的电子就被激发到导带（CB）上，使导带上生成高活性电子（e-），价带上生成带正电的空穴（h+），形成氧化-还原体系，从而起到了降解污染物的作用。光催化氧化采用的半导体游二氧化钛、氧化锌、三氧化二铁等。潘留明等[21]用臭氧强化光催化工艺对垃圾渗滤液进行了深度处理，结果表明，该工艺工艺不仅可以提高处理能力，还有效地改善出水的可生化性。
1.8膜分离处理技术
利用新型的膜分离技术处理垃圾渗滤液在欧美等发达国家和地区正逐渐采用。目前膜技术包括反渗透、超滤、微孔过滤等几种，其中以反渗透(RO)分离技术的应用最为广泛，并取得了一定的效果；而超滤和微滤常作为反渗透的预处理。膜分离法的特点是分离过程不发生相变化，能量的转化率高，一般不需要投加其它物质，且可在常温下进行。
何红根[23]利用组合膜工艺即“垃圾渗滤液-混凝沉淀-超滤膜-DTRO膜”处理工艺对垃圾渗滤液污染物有良好的去除效能。经该工艺处理后，垃圾渗滤液由浑浊的褐黄色变为清澈透明，由腐臭味变为无异味，CODcr、氨氮和电导率分别由3200mg/L、1685mg/L和8500µs/cm下降为65mg/L、140mg/L和23µs/cm，SS、色度和浊度的去除率均为100%。处理后的水可回用于洗车及景观绿化。膜技术对渗滤液的水质处理虽然有很好的效果，但是其处理费用很高，而且膜处理前一般都要有良好的预处理，否则膜很容易被污染而导致处理效率迅速下降。
2 土地处理法
用于渗滤液处理的土地法主要是回灌和人工湿地。
渗滤液回灌实质是把填埋场作为一个以垃圾为填料的巨大生物滤床，将渗滤液收集后，再返回到填埋场中，通过自然蒸发减少滤液量，并经过垃圾层和埋土层生物、物理、化学等作用达到处理渗滤液的目的。回灌处理方式主要有填埋期间渗滤液直接回灌至垃圾层、表面喷灌或浇灌至填埋场表面、地表下回灌和内层回灌。据估计，英国50％的填埋场采用了回灌技术。
人工湿地是近几年出现的一种新处理工艺，对于垃圾渗滤液的处理，国外应用较多。挪威、加拿大、英国、斯罗文尼亚和波兰等许多国家都成功地应用了人工湿地系统工艺处理垃圾渗滤液。美国利用人工湿地处理垃圾渗滤液较广泛，如Alabama州Mobile市的Chunchula填埋场将一般污水和渗滤液混合进水内，采用表面流人工湿地，经过沉淀池沉淀后达到排放标准[26]，其COD去除率达90%、TSS去除率达97%、重金属Cu去除率达52%、Pb去除率达到94%。在实际运用中，人工湿地多与其它处理工艺相结合，能稳定处理后的水质。
3 生物处理法
生物处理法具有处理效果好、运行成本低等优点，适合于处理生化性较好的渗滤液，是目前用得最多，也最为有效的处理方法，包括好氧处理、厌氧处理及好氧-厌氧结合的方法。好氧法主要包括活性污泥法、曝气稳定塘、生物膜法、生物滤池和生物流化床等工艺；用于垃圾渗滤液处理的厌氧法有：厌氧生物滤池、厌氧接触池、上流式厌氧污泥床及厌氧塘等。
史一欣等[31]采用固定化微生物曝气生物滤池(I-BAF)对晚期垃圾渗滤液进行了短程脱氮试验研究。经过微生物固定化和硝化菌培养后，通过控制溶解氧等条件可使反应器(I-BAF1)实现稳定的亚硝化，亚硝化速率平均值是硝化速率的21. 5倍，对氨氮的去除率达到90%左右，且氮主要是由同步硝化反硝化作用去除的；当将两级I-BAF(I-BAF2充分曝气)与Fenton工艺联用时，对COD、氨氮和总氮的去除率分别为95.1%、99.1%和73.8%。
Calli[33]对升流式厌氧污泥床(UASB)，升流式厌氧滤池(UAF)和复合式厌氧反应器(UBF)处理含高浓度氨氮(2500 mg/L)的垃圾渗滤液进行了试验研究，有机负荷在2.9～23.5 kg[COD]/(m3·d)，HRT为2d，在游离氨达到抑制浓度之前，各反应器均具有相近的COD去除率(75%～95%)。为了降低游离氨的抑制作用，第181天调节进水pH值至4.5后，反应器内pH值和游离氨的质量浓度分别从8.3和330 mg/L降至7.5和30 mg/L，COD的去除率恢复至85%。各反应器COD去除率一般均高于80%，而UASB去除率总是最低；UAF和UBF均有较高的耐氨氮毒性，而UASB系统在氨氮的质量浓度超过1500 mg/L时恶化。除了传统的厌氧控制参数，他们还采用了变性梯度凝胶电泳(DGGE)，克隆和荧光原位杂交(FISH)技术比较最终的微生物组成，研究表明，反应器的结构并没有对微生物的组成带来显著影响。
陈石等[36]采用氨吹脱-厌氧生物滤池-SBR工艺对深圳某填埋场的渗滤液进行了中试研究，结果COD、BOD5、NH3-N和TN的去除率分别达到95%、99%、99.5%和97%。
4 结语
垃圾渗滤液含有高浓度的有机物和有毒物质，水质水量变化大，成分复杂，是难处理污水，在处理过程中，物理化学法是目前应用较成熟的方法，但由于经济成本高，易造成二次污染，更多的是用于预处理和深度处理。生物处理工艺具有成本低，处理效率高和对环境的二次污染小等优点, 是目前的热点研究。而单独采用一种方法处理是难以满足要求的，必须采用多种方法的组合工艺。
参考文献
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