淺析垃圾滲濾液處理技術
?1 前言
隨著我國城市的發(fā)展，垃圾排放量大量增加，環(huán)境污染也日益嚴重。衛(wèi)生填埋是我國主要的垃圾處理方式之一。垃圾填埋過程中，由于厭氧發(fā)酵、有機物分解、雨水沖淋等產生多種代謝物質，形成高濃度的有機廢液，即垃圾滲濾液。垃圾滲濾液污染物濃度高，必須加以收集并處理。垃圾滲濾液是垃圾填埋過程中產生二次污染的主要因素之一，對水體、土壤、大氣和生物都有不同程度的影響。垃圾滲濾液若不經妥善處理而直接進入環(huán)境，將會對環(huán)境造成嚴重污染。
2 垃圾滲濾液的特征及其影響
垃圾滲濾液是液體在填埋場受重力流動的產物主要有4個來源:垃圾自身含水、垃圾生化反應產生的水、地下潛水的反滲和大氣降水其中大氣降水具有集中性、短時性和反復性占滲濾液總量的大部分是工程設計的主要依據(jù)。垃圾滲濾液是由垃圾分解后產生的內源水和外來水分(包括大氣降水地表水、地下水入侵等)所形成的液體垃圾滲濾液的水質相當復雜一般含有高濃度有機物、重金屬鹽、SS及氨氮垃圾滲濾液不僅污染土壤及地表水源還會對地下水造成污染。滲濾液水量及水質隨垃圾組成、填埋方式及不同季節(jié)和氣候的變化而變化。垃圾滲濾液水量變化大而且其變化呈明顯的無周期性。影響水量的因素主要有填埋土質、降雨、蒸發(fā)、徑流、地下水的滲入、垃圾自身分解水、下層排放設施等。
由于垃圾數(shù)量逐年增多，成分日趨復雜，以及氣候、水文、設計、施工等因素的影響，在垃圾填埋過程中，會從垃圾層滲出高濃度的廢水―滲濾液。其特點如下：
（１）污染物種類繁多，成分復雜
研究顯示滲濾液中含有70多種有機物和各種重金屬元素。滲濾液中含量較多的有烴類及其衍生物、酸酯類、醇酚類、酮醛類和酰胺類等物質。
（２）水質水量變化大
滲濾液的水質水量會隨著外界水文地質、降雨量、堆積高度及方式、填埋規(guī)模、填埋工藝、填埋時間、垃圾本身成分的變化而變化隨機性很大。
（３）COD和BOD5濃度高
在新的垃圾填埋場里，揮發(fā)性酸的存在可能會提高COD和BOD5濃度，COD最高可達80g/L，BOD5最高可達35g/L。填埋時間小于5年時所產生的滲濾液pH值較低COD和BOD5濃度較高，且BOD5/COD 的值較高，一般為0.5~0.7，表現(xiàn)出良好的可生化性，同時各類重金屬離子的濃度也較高。當填埋時間在5年以上時，所產生的滲濾液接近中性，COD和 BOD5濃度較低，BOD5/COD的值降到0.1~0.2NH3-N濃度較高 重金屬離子濃度則開始下降。
（４）金屬含量高
垃圾滲濾液中含有10多種金屬離子，其中鐵、鉛、鋅和鈣的濃度可分別高達2050mg/L12.3mg/L，130mg/L和 4300mg/L。
（５）營養(yǎng)比例失調氨氮含量高
由于垃圾滲濾液的影響因素很多，其可生化性和C/N值存在差異。在不同場齡填埋場產生的垃圾滲濾液中，C/N值的失調和BOD5/CODcr值的較大變化常給生化處理帶來一定難度。隨著填埋場年限的增加，垃圾滲濾液中的氨氮濃度相應增加，最后濃度可高達10g/L。
城市垃圾滲濾液對周圍地下水造成嚴重污染，若不采取措施對其進行控制將產生二次污染，使衛(wèi)生填埋場失去應有的價值和意義。要解決滲濾液污染問題，除了對垃圾填埋場進行控制，盡量減少滲濾液的產生外排，關鍵是要對滲濾液進行必要的處理，使其達到排放標準。垃圾滲濾液呈現(xiàn)濃度高、污染強、成分復雜多變等特點，因此國內外都非常重視對其進行控制和處理。
3 垃圾滲濾液處理現(xiàn)狀
垃圾滲濾液的主要處理工藝有生物處理法、物化法、土地法以及幾種方法的綜合[1]。
3.1 場外與城市污水合并處理
合并處理包括滲濾液直接進入污水處理廠和經預處理后進入城市污水處理廠，兩類處理方案都是利用城市污水對滲濾液的緩沖、稀釋和營養(yǎng)均衡作用，通過污水處理廠實現(xiàn)兩者的同時處理。其中預處理方案考慮了滲濾液直接排放對城市污水處理廠運行的沖擊問題[2]。
3.2 直接回灌方式進行處理
滲濾液回灌是用適當?shù)姆椒▽⒃谔盥駡龅撞渴占降臑V滲液從其覆蓋表面或覆蓋層下部重新灌入填埋場。通過填埋場覆蓋層的土壤凈化作用、垃圾填埋層的降解作用和最終覆蓋后垃圾填埋場地表植物的吸收作用對其進行凈化處理。采用回灌方式進行處理不但節(jié)省占地，而且可將填埋場作為一個大的生物濾池，滲濾液經多次回流處理后其流量及有機物含量會越來越少。同時滲濾液的回流又可加速垃圾中有機物的分解穩(wěn)定，起到縮短填埋場穩(wěn)定過程的作用。但是滲濾液回灌不但產生惡臭，易受冰凍影響，容易污染地表水，而且長期回灌使?jié)B濾液中某些無法生物降解的污染物濃度極高，最終仍需定期單獨處理后排放。
3.3 收集后單獨處理
單獨處理主要包括物化處理、生化處理以及物化與生化相結合的處理方法。目前單獨處理系統(tǒng)的工藝一般為；預處理+厭氧+好氧+深度處理。單獨處理系統(tǒng)存在以下問題；（１）系統(tǒng)適應水質變化，特別是適應填埋場整個填埋期的能力差。（２）流程過長，管理復雜，運行費用高，且出水COD一般在 500~1200mg/L，不易達標。（３）與合并處理方案相比，單獨設置小規(guī)模處理系統(tǒng)在運轉費用上缺乏優(yōu)越性。
4 垃圾滲濾液主要處理方法
4.1 物理化學法
物化處理的目的主要是去除滲濾液中的有毒有害重金屬離子及氨氮為滲濾液的達標排放和生物處理系統(tǒng)有效運行創(chuàng)造良好的條件。
4.2 活性炭吸附法
在滲濾液的處理中，該方法主要用于去除水中難降解的有機物(酚、苯、胺類化合物等)、金屬離子(汞、鉛、鉻)和色度，一般情況下，對COD 和NH3-N的去除率為50%~70%[3]?；钚蕴课椒ㄌ幚砜蛇m應水量和有機負荷的變化，設備緊湊，管理方便。但活性炭的價格較為昂貴而且再生較為困難[4]。
4.3 吹脫法
氨吹脫作為滲濾液的預處理，能夠有效地降低NH3-N濃度并調整C/N的值。吹脫分為曝氣吹脫與吹脫塔吹脫。吳方同等人的試驗結果表明對于氨氮濃度高達1500~2500mg/L的滲濾液，在溫度為25℃，pH值為10.15~11.10，氣液比為2900~3600 時氨吹脫效率達95%以上[5]。氨吹脫工藝運行費用較高且空氣污染現(xiàn)象嚴重。
4.4 化學沉淀法
化學沉淀中的一種主要方法是混凝。常用的混凝劑有硫酸鋁、硫酸亞鐵、三氯化鐵等，對使用時間不長的填埋場產生的滲濾液COD和總碳的去除率一般為10%~25%，而對時間較長的填埋場產生的滲濾液COD和總碳的去除率可達50%~65%。
4.5 化學氧化法
化學氧化法主要去除滲濾液中的色度和硫化物，對COD的去除率通常為20%~50%。氯、臭氧、過氧化氫、Fenton、高錳酸鉀和次氯酸鈣等是常用的氧化劑。在德國目前約有100座填埋場滲濾液處理廠其中15座以化學氧化為深度處理工藝[6]。但在國外化學氧化法處理垃圾滲濾液也基本處于試驗階段，其缺點是耗電量大，成本費用高。
4.6 生物法
作為傳統(tǒng)的污水生物處理方法，生物膜法和活性污泥法均可以應用于垃圾滲濾液的處理中。這兩種方法的優(yōu)勢是有較為成熟的理論依據(jù)和較豐富的運行經驗，但應用于滲濾液處理中的主要問題是很難適應滲濾液的沖擊負荷，而且滲濾液所含成分的復雜程度對能否保持系統(tǒng)的穩(wěn)定運行有很大的影響。目前滲濾液生物處理采用較多的工藝流程為厭氧+好氧工藝。
（１）好氧處理
從脫氮考慮，好氧一般采用活性污泥法、氧化塘、SBR等工藝。近幾年，SBR因其工藝優(yōu)勢，被國內外眾多滲濾液處理研究者采用[7-10]。研究表明：經過SBR工藝處理的滲濾液出水NH3-N可以降到較低水平，但出水COD很難達標，這是由于滲濾液中難降解物質含量高造成的[11]。與活性污泥法相比，曝氣穩(wěn)定塘體積大，有機負荷低，降解進度較慢，但由于其工程簡單，在土地不貴的地區(qū)是最經濟的垃圾滲濾液好氧生物處理方法。在美國、加拿大、英國、澳大利亞和德國等國家進行的小試、中試及生產規(guī)模的研究都表明采用曝氣穩(wěn)定塘能獲得較好的垃圾滲濾液處理效果。
（２）厭氧處理
目前厭氧生物處理采用厭氧生物濾池、厭氧接觸法、上流式厭氧污泥床反應器及分段厭氧消化等。上向流式厭氧污泥床(UASB)是一種較新型的厭氧處理反應器，高濃度(60~80g/L)顆粒污泥床使其具有比其他厭氧處理設備更強的處理能力。英國的水研究中心報道用UASB處理 COD>10000mg/L的滲濾液當負荷為3.6~19.7kg COD/(m3·d)，平均泥齡為1.0~4.3d，溫度為30℃時，COD和BOD5的去除率各為82%和85%，它們的負荷比厭氧濾池要大得多。厭氧濾池適于處理溶解性有機物，加拿大某垃圾填埋場滲濾液平均COD為12850mg/L，BOD5/COD為0.7，pH為5.6。將此滲濾液先經石灰水調節(jié)至 pH=7.8，沉淀1h后進厭氧濾池(此工序還起到去除Zn等重金屬的作用)，當負荷為4kg COD/(m3·d)時，COD去除率可達92%以上；當負荷再增加時，其去除率急劇下降。趙健良等人[11]采用厭氧折流板反應器(ABR)處理城市污水與垃圾滲濾液的混合廢水，結果表明，ABR可有效改善混合廢水的可生化性。進水BOD5/COD為0.2~0.3時，出水BOD5/COD 可提高至0.4~0.6，處理效果比單獨采用好氧工藝時有明顯改善。
5 深度處理技術
對于可生化性低、毒性高的垃圾滲濾液來說，生物法處理效果不佳，深度處理則是一項迫切需要的技術。
5.1 光催化技術
在紫外光照射下，一些半導體材料的階帶電子會被激發(fā)到導帶，從而產生具有很強反應活性的電子—空穴對，空穴具有很強的得電子能力，當它遷移到半導體表面后，在氧化劑或還原劑的作用下參與氧化還原反應，起到降解污染物的作用。
有研究者用懸浮態(tài)半導體催化劑處理城市垃圾滲濾液[12]，發(fā)現(xiàn)用ZnO/TiO2復合催化劑比單純的ZnO或TiO2效果好。反應液的pH值對光催化效果影響不大，但偏酸、偏堿環(huán)境均有利于光催化反應。另有研究表明[13]：最佳TiO2投量需根據(jù)水質、光強等因素確定光強越大、最佳TiO2投量越??；最佳反應時間略有不同，但宜控制在1.5~2.5h；紫外線殺菌燈亦可用于光催化氧化處理。
5.2 電解處理技術
電解氧化法是利用陽極的直接氧化和溶液中的間接氧化來去除有機物。陽極氧化是水分子在陽極表面上放電產生·OH，·OH對被吸附在陽極表面上的有機物進行親電進攻而發(fā)生氧化反應；間接氧化是在電解過程中的電化學反應產生了強氧化劑，如ClO-、高價金屬離子等，溶液中的污染物被這些氧化劑氧化。試驗表明[14]:降低pH值、增大單位體積滲濾液電極面積，加入適量Cl-等，均有利于COD和氨氮的去除，為減少電能耗費，電極間距應盡可能小。
5.3 濕法氧化(WAO)/催化濕法氧化(CWAO)
WAO是在高溫、高壓、有氧氣或空氣存在的條件下降解高濃度、高毒性、生物難降解的有機廢水。催化劑的加入，使CWAO對溫度、壓力的需求大大降低。有試驗者[15]將CWAO用于垃圾滲濾液的處理，發(fā)現(xiàn)在280℃，氧分壓0.5Mpa，催化劑用量0.83g/L的條件下進行反應，垃圾滲濾液中COD從1000mg/L降至94.31mg/L，且反應在全封閉條件下進行，未產生NOx、SO2、 HCl、飛灰等二次污染物。
5.4 膜滲析與分離系統(tǒng)
膜處理一般組合使用或與其他處理方法聯(lián)用，超濾或微濾常常作為反滲透的預處理。許多垃圾填埋場用反滲透法可將滲濾液的容積減少 75%~80%，然后再將濃縮液回灌至填埋場。微孔膜、超濾膜和反滲透膜在滲濾液深度處理中應用研究較多，其對COD和SS的去除率可達95%。但膜分離方法一次性投資費用大，尤其對于濃度較高的滲濾液而言，處理費用很高，且該工藝產生的極高濃度濃縮液的回灌會造成電導率上升等現(xiàn)象，導致處理效果的下降和膜壽命的降低。廣州市大田山垃圾填埋場采用反滲透處理滲濾液出水，結果表明，當進水COD為250~620mg/L時，調整進水壓力為3.5MPa，則出水COD濃度幾乎為零，平均透水量為30~42L/(m2·h)[16]。
6 展望
（１）多種方法應用于滲濾液的處理是可行的，應在進行技術經濟以及環(huán)境效益分析后進行選擇。利用土地吸附、土壤生物的降解及垃圾填埋層的厭氧濾床作用使?jié)B濾液降解，具有效果好、無需專門投資水處理設施等優(yōu)點，而且滲濾液的回灌可使垃圾保持濕潤，加速填埋場的穩(wěn)定。我國北方地區(qū)雨季集中，蒸發(fā)量遠大于降水量，適宜采用回灌法處理滲濾液。
（２）應當考慮減少滲濾液產生量。宜發(fā)展可減少滲濾液產生量的填埋技術如好氧填埋或準好氧填埋。
（３）應把滲濾液脫氨與COD去除作為整體進行考慮。探索能同時解決氨氮與COD問題的工藝或技術，并適應滲濾液水質變化的處理工藝和運行方式是今后研究的重點。氨氮的脫除應結合滲濾液的特點，如C/N值較低考慮新的脫氮技術進行研究，如亞硝酸型硝化反硝化，以及結合滲濾液回灌利用填埋場的厭氧環(huán)境實現(xiàn)厭氧氨氧化脫氮。
（４）探索滲濾液中氨氮的回收利用應得到重視。例如在垃圾綜合處理系統(tǒng)中，吹脫的氨氮經簡單凈化后可以引入焚燒爐內，利用NH3與 NO、NO-x在高溫下反應生成N2以減少NO-x的排放，也減輕了吹脫氣對空氣環(huán)境質量的影響。
（５）硫酸銨鎂化學沉淀法處理晚期滲濾液制造復合肥料也是研究的方向之一。
7 結語
垃圾滲濾液是一種有毒有害的高濃度有機廢水，控制不好將產生二次污染，使衛(wèi)生填埋場失去應有的價值和意義。要解決滲濾液污染問題除了對垃圾填埋場進行控制，盡量減少滲濾液的產生外，關鍵是要對滲濾液進行處理，使其達標排放。近年來采用厭氧—好氧工藝處理滲濾液較多，在選擇生物處理工藝時，必須詳細測定滲濾液的成分，分析其特點，通過小試或中試來獲得組合處理工藝，才能達標排放。一般用生物法或土地法作為預處理，物化法作為后處理。生物法與物化法的組合，是今后垃圾滲濾液處理研究的主要方向。