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垃圾渗滤液处理技术进展论文
垃圾渗滤液处理技术研究进展
摘要：
垃圾渗滤液是一种非常复杂的、难以生物处理的污水。
本文从垃圾渗滤液的来源及性质出发，综述了垃圾渗滤液的处理技术和研究进展，并在比较现有这些处理方法的基础上，对垃圾渗滤液处理技术的研究发展方向提出了一些建议和展望。
关键词：
垃圾渗滤液，物理化学法，生物处理法，土地法，减量处理法
ResearchEvolutionofTreatmentTechnologyforLandfillLeachate
Abstract:
landfillleachateisakindofverycomplex,difficulttobiologicaltreatmentofsewage.Inthispaper,fromthesourceandnatureofthelandfillleachate,summarizingtheprogressoflandfillleachatetreatmenttechnologyandresearch,andonthebasisofcomparingthesetreatmentmethods,Somesuggestionsandprospectsonthedirectionofresearchanddevelopmentofthetreatmenttechnologyoflandfillleachateandputforward.
Keywords:
landfillleachate；physicalandchemicalmethod；biologicaltreatment；thelawoftheland,；reductionprocessingmethod
引言
随着社会经济的发展和居民生活水平的提高，城市垃圾的产量与日俱增，2004年我国城市生活垃圾产生量已达1.55亿t，并以每年8%-10%的速率递增[1]。
城市垃圾的处置成为现代都市的一大难题。
在我国，垃圾填埋是一种主要的垃圾处理处置方式，但在填埋过程中和填埋场封场后都会伴随着垃圾渗滤液的产生。
经研究发现，渗滤液中含有多种毒性物质和致癌物质，如果在自然条件下降解，需要15年的时间其COD、BOD值才能达到国家排放标准，而氨氮需要24-26年的时间才能达到国家排放标准[2]。
垃圾渗滤液成分复杂，含有多种污染物质，是一种高浓度的有机废水[3]，渗滤液如果不经处理直接排放，将严重污染地下水、地表水和周围环境，所以对其进行妥善的处理是十分必要的。
据2010年度最新调查报告显示：
我国城市垃圾填埋场所排放的渗滤液产生化学需氧量32.46万吨，氨氮3.22万吨，渗滤液作为一种污染严重的废水其处理已经成为科研热点[4]。
随着环境保护要求的日趋严格，垃圾渗滤液的处理难度加大。
本文首先回顾垃圾渗滤液处理的基本方法，介绍目前国内外使用的大多数工艺并分析它们现在所存在的一些问题。
最后对于垃圾渗滤液的未来进行展望。
一些新的工艺值得我们去研究及借鉴。
1渗滤液的来源及性质
1.1垃圾渗滤液的来源
垃圾渗滤液，又称渗沥水或浸出液，是垃圾在堆放和填埋过程中由于发酵和雨水的淋浴、冲刷以及地表水、地下水的浸泡，通过萃取、水解及发酵而滤出来的污水。
它是垃圾填埋过程中产生二次污染的主要因素之一，对水体、土壤、大气和生物都有不同程度的影响。
垃圾渗滤液若不妥善处理而直接排放，将会对环境造成严重污染。
垃圾渗滤液的处理既有常规废水处理技术的共性，又有其自身显著的特点[5]。
垃圾渗滤液主要有5种来源：
降水渗入、地下水反渗、外部地表水渗入、垃圾自身所含水分以及填埋后生化反应产生的水分[6]。
在渗滤液总量中占绝大部分，是目前工程设计中的主要依据。
垃圾渗滤液特殊的来源导致其水质及水量随着垃圾组成、填埋方式及季节气候的变化而变化，且旱明显的无周期性，一般含有高浓度有机物、重金属盐、SS及氨氮。
目前，我国城市垃圾填埋场产生的垃圾渗滤液一般具有以下特点[7][8]。
1）水质成分复杂，危害性大。
目前检测出垃圾渗滤液中主要有机污染物63种，可信度在60%以上的有34种。
被列人我国环境优先污染物“黑名单”的有6种。
2）CODcr和BOD5浓度高。
渗滤液中CODcr和BOD5最高分别可达90000,38000mg/L甚至更高，是生活污水值的几十倍甚至是上百倍。
3）氨氮含量高，并且随填埋时间的延长而升高，最高可达1700mg/L.
4）金属含量较高。
垃圾渗滤液中含有十多种金属离子，浓度均大大超过了对微生物毒害作用的限值。
5）渗滤液中的微生物营养元素比例失调。
渗滤液中溶解性磷酸盐主要以Ca5OH（PO4）3形式存在，受到Ca2+浓度和总碱度的影响后，大多数磷酸根离子都转化为沉淀物质，从而导致总磷偏低。
6）水质水量变化大。
雨季是产生渗滤液的高峰期，而干旱季节基本上没有渗滤液流出。
根据填埋场的年龄，垃圾渗滤液分为两类：
一类是填埋时间在5年以下的“年轻”渗滤液，其特点是CODcr，BOD5浓度较高BOD5/CODcr比值也较高，可生化性较好；另一类是填埋时间在5年以上的“年老”渗滤液，由于新鲜垃圾逐渐变为陈腐垃圾，BOD5/CODcr比值减小，可生化性极低，而氨氮浓度依然较高。
因此，垃圾渗滤液不经处理或处理不当，排人到河流、水库、农田，将严重污染农作物和水生物，污染地下水、地表水及土壤，并通过食物链直接或间接地进人人体组织与细胞中，导致各种疾病的产生，危害人类的身体健康和生态环境。
1.2垃圾渗滤液的性质
城市垃圾渗滤液的水质由垃圾成分、填埋时间、气候条件和填埋场设计等多因素决定。
城市垃圾渗滤液污染物含量的典型指标见表1。
从表1可知：
①垃圾渗滤液中的COD和BOD高达几万mg/L，是城市污水的10-100倍，使其处理十分困难。
②垃圾渗滤液中有机污染物多。
张兰英等人采用GCMSDS联用技术鉴定出垃圾渗滤液中有93种有机化合物，其中22种被列入我国和美国EPA环境优先控制污染物的黑名单。
此外，渗滤液中还含有10多种金属，水质成分十分复杂。
③氨氮含量高，C/N值常出现失调情况，增加了生物处理的难度。
此外，垃圾渗滤液水质还受到季节降雨的影响，所以变化规律难以确定[3]。
其中我国城市垃圾渗滤液典型的水质情况见表2[9]。
由于垃圾渗滤液产生过程的特殊性，以及所受外界影响的复杂性，所有这些都给垃圾渗滤液的处理带来了很大的难度。
表1垃圾渗滤液典型水质指标
表2我国城市垃圾渗滤液的水质
2垃圾渗滤液的处理方法
2.1物理化学处理法
目前常用的物化方法有膜处理技术、电催化氧化技术、负压蒸发处理法、光催化技术、磷酸铵镁沉淀法（MAP法）、混凝沉淀、微波法等[10]。
物化法同生化法相比较，一般不受垃圾渗滤液水质水量变动的影响，出水水质比较稳定，尤其对BOD5/COD比值较低（0.07-0.20）难以生物降解的垃圾渗滤液有较好的处理效果。
常用的垃圾渗滤液处理方法有物理化学处理法、生物处理法、循环回灌法、土地处理法、减量处理法等。
但在实际的应用中，单单靠某一种方法来处理是难以达到处理要求的，必须采用多种方法的组合。
2.1.1膜处理技术
碟管式反渗透（DT-RO）技术
重启长生桥垃圾卫生填埋渗滤液处理工程，是我国第一座采用碟管式反渗透（DT-RO）技术处理的工程。
在半年多的运行中，该系数效能高且稳定。
CODcr、TOC和电导率去除率均在99%以上，NH3-N去除率达98%，Ca2+，Ba2+，Mg2+截留率均在99.9%以上，出水中未检出SS。
浓缩液回灌于垃圾填埋场，形成回灌型生物反应器[11]。
碟管式反渗透技术是板式膜构型中最先进的形式之一。
1988年PALL公司将其作为单一处理工艺用于德国的Ihlenberg渗滤液处理工程，目前世界使用DT-RO的工程已达200多座。
2.1.2电催化氧化技术
电催化氧化反应是利用电催化半导体在电场作用下，使得半导体产生电子空穴，在吸附H2O后，形成吸附态的·OH，然后吸附态·OH和阳极上现存的氧反应，并把·OH中的氧转移到金属氧化物晶格而形成高价态金属氧化物MOx+1,，它与非生化降解有机物R结合后，能够很快发生氧化一还原反应，非生化降解有机物R转化为可生化降解有机物RO，即MOx+1,晶格中的氧的氧化产物主要是一些有机酸、醌等有机物。
如更进一步电解，有机物就直接矿化CO2，H2O，以此达到降解有机物的目的。
电催化氧化法作为处理垃圾渗滤液的预处理，能够满足垃圾渗滤液水质、水量变化的要求，是一种具有广阔前景的处理方法。
电催化氧化对提高渗滤液的可生化性具有明显的作用，TbOD/COD由原水的39%增加至75%，提高了生物可降解有机物的成分比例。
电催化氧化对NH3-N的去除效果明显，90min后，NH3-N最终去除率能够达到94.8%[12]。
2.1.3负压蒸发处理法
负压蒸发利用水在负压条件下沸点降低，既能避免氯离子对金属的腐蚀（<70℃），又能保证蒸发速率（沸腾蒸发）。
负压蒸发工艺与常压高温蒸发相比，主要的特点是:
①没有设备腐蚀现象，设备使用寿命长;②需要的热源温度低，不影响填埋气的能源利用;③不产生大气污染负荷。
其与现在应用较普遍的生物处理+出水反渗透工艺比较，则蒸发相当于对生物处理的替代，其替代优势为：
①对不同填龄的渗滤液均有稳定的处理效果，不存在生物处理对长填龄渗滤液失效的问题；②出水的盐度、胶体含量更低，有利于降低反渗透环的处理成本[13]。
2.1.4光催化技术
光催化法是近年发展起来的一种污（废）水处理新技术。
在紫外光的照射下一些半导体材料的阶带电子会被激发到导带，从而产生具有很强反应活性的电子一空穴对，当它迁移到半导体表而后，在氧化剂或还原剂的作用下参与氧化还原反应，从而起到降解污染物的作用。
多相光催化法是近年来日益受到重视的污水治理新技术之一，将其用于垃圾渗滤液的深度处理有利于进一步提高出水水[14]。
2.1.5磷酸铵镁沉淀法
尚爱安等人研究了磷酸铵镁沉淀法（MAP）去除氨氮、COD以及难降解有机物的效果。
试验结果表明，在投加药剂Mg:
N:
P摩尔比为1:
1:
17，pH9-9.5的条件下，垃圾渗滤液氨氮的去除率在70%左右，COD的去除率为10%-20%，而难降解有机物的去除率达到了40%-50%（以UV260表征）。
并且经MAP法处理后垃圾渗滤液的可生化性也得到了一定的改善，UV260/COD值从9.1x10-4降低到（6.1-6.5）x10-4[15]。
2.1.6混凝沉淀
混凝技术是一种重要的化学沉淀法，常常作为后处理以满足COD,SS的排放标准，效果显著，但易受pH值等条件的限制。
用混凝沉淀法对A2O处理垃圾渗滤液出水进行后处理，比较了聚合硫酸铁和硫酸铝的混凝效果，结果表明：
生物处理后的混凝处理宜采用聚合硫酸铁为混凝剂[5]。
2.1.7微波法
微波法处理垃圾渗滤液也是国内外学者研究的一个热点。
王杰等[16]采用微波-活性炭-Fenton催化氧化预处理垃圾渗滤液。
经微波功率300W条件下预处理之后，组合工艺对垃圾渗滤液中COD,氨氮、SS和浊度去除率分别达到68.22%，78.08%，78.55%和99.02%，颜色由黑褐色去除为接近无色，BOD5/COD由0.21提高到0.45。
Orescanin等[17]采用臭氧化一电氧化和臭氧化一微波法处理BOD5/COD=0.001的渗滤液，最终色度、浊度、悬浮物氨、COD和铁的去除率分别为98.43%,99.48%,98.96%,98.80%,94.17%和98.56%。
2.2生物处理法
2.2.1好氧生物处理
好氧处理包括活性污泥法、曝气氧化塘、稳定塘、生物转盘、滴滤池等[18]。
（1）活性污泥法
活性污泥法因费用低、效率高而得到广泛的应用。
低氧-好氧活性污泥法及SBR（序批式生物反应器）等改进型活性污泥流程比常规活性污泥法更有效，因其能维持高运转负荷，耗时短。
例如德国改进的SBBR系统，适用于生化降解能力强的新鲜渗滤液，一般BOD5/COD为0.4-0.5，出水效果良好。
（2）曝气氧化塘
曝气氧化塘体积大，有机负荷低，尽管降解速度慢，但由于其工程简单，在土地允许条件下，是最经济的好氧生物处理法。
美国、加拿大、英国、澳大利亚和德国的小试和中试生产规模的研究均表明，采用曝气氧化塘能获得较好的处理效果。
（3）生物膜法
生物膜法具有耐水量冲击优点，可用于复杂的水质，而且生物膜上能够生长世代较多的微生物，如硝化菌、细菌。
2.2.2厌氧生物处理
厌氧生物处理具有能耗低，污泥产量小等优点，它适合处理溶解性有机物含量较高的污水，处理方法包括上向流厌氧污泥床、厌氧生物滤池等[19]。
（1）上向流式厌氧污泥床
英国的水研究中心报道，用上向流式厌氧污泥床（UASB）处理COD>10000mg/L的渗滤液，当负荷为3.6-19.7kgCOD/（m3.d）、平均泥龄为10-43d、温度为30℃时COD和BOD5的去除率各为82%和85%，它们的负荷比厌氧滤池要大得多。
在厌氧分解时，有机氮转为氨氮，且存在NH4+，NH3，H+反应。
若pH>7时，平衡中的NH3占优势，可用吹脱法去除。
但厌氧分解时pH近似等于7，因此出水中可能含有较多的NH4+，将会消耗接纳水体的溶解氧。
（2）厌氧生物滤池
厌氧滤池适于处理溶解性有机物含量较高的垃圾渗滤液。
当负荷再增加，厌氧滤池去除率也急剧下降。
虽然厌氧滤池处理高浓度有机污水时负荷可达5-20kgCOD/（m3.d），但对于渗滤液，其负荷必须保持较低水平才能得到理想的处理效果。
2.2.3厌氧好氧相结合生物处理
虽然实践已经证明厌氧生物法对高浓度有机废水处理的有效性，但单独采用厌氧法处理渗滤液也很少见。
对高浓度的垃圾渗滤液采用厌氧-好氧处理工艺，既经济合理，处理效率又高。
主要工艺有：
厌氧-好氧生物氧化工艺（厌氧硝化和生物氧化塘）、厌氧-氧化沟-兼性塘工艺、厌氧-气浮-好氧工艺、UASB-氧化沟-稳定塘工艺。
UASB-好氧生物法：
由于垃圾渗滤液有机物浓度一般较高，为节省运行费用，渗滤液常先用厌氧生物法处理，上向流厌氧污泥床（UASB）则是其中常用的一种。
由于该法的处理出水中有机物浓度较高，一般采用好氧生物处理系统，以确保出水有机物浓度进一步降低[19]。
2.3土地处理法
渗滤液的土地处理主要是通过土壤颗粒的过滤、离子交换吸附和沉淀去除滤液中悬浮固体和溶解成分。
土地处理包括：
慢速渗流系统（SR）、快速渗流系统（RI）、表而漫流（OF）、湿度系统（WL），地下渗滤土地处理系统（UG）以及人工快滤处理系统（ARI）等多种土地处理系统。
目前用于渗滤液处理的土地法主要是人工湿地法。
土地处理具有投资少，操作简单，运行费用低等优点，但对土壤和地下水有长期污染作用，且易受土地条件限制[20]。
2.3.1人工湿地法
Christopher等[21]用地下流动式的畦畔莎草人工湿地处理渗滤液，典型物质去除效果显著。
Variga等[22]研究用人工湿地处理含氮和细菌很高的渗滤液。
结果表明:
在温度30℃和水力停留时间为8d的条件下，BOD5,TN、大肠杆菌和Cd的去除率分别为91%,46%,99%和99.7%。
刘倩等[23]研究了陈垃圾反应床与芦苇人工湿地串联处理垃圾渗滤液的效果，结果表明：
在进水负荷为0.1m3.（m2.d）-1的条件下，经过3个月的运行，陈垃圾反应床与芦苇人工湿地对陈年渗滤液中COD、氨氮、总氮及总磷的最大去除率分别达到90.3%,95.0%，79.3%和99.8%。
2.4减量处理法
减量处理法是通过适宜的手段减少垃圾渗滤液的数量从而改善水质的处理方法，是一种源头治理技术。
减量处理法的途径主要有3种：
传统上采取覆盖阻止水分下渗；将填埋场设计为一个反应器，使渗滤液在填埋场得以自身消化；将生成的渗滤液采取蒸馏、蒸发、回灌等方法，从而实现减量化处理。
（1）传统方法
传统上采取覆盖阻止水分下渗实现减量处理，要求垃圾填埋场实行单层填埋，每日覆盖，封场时再用自然土和粘土甚至土工膜组成最终覆盖层。
造成填埋场内部温度减小，微生物活动减弱甚至停比，封场后很长一段时间（数十年）内垃圾保持不变或变化很小。
虽然有的填埋因防水措施不当，而使水进入场内使填埋垃圾发生降解，但水量分布不均而使填埋场历经数十年才能达到稳定，同时还伴随着长期的渗滤液处理和填埋场监管问题。
因此，传统的减量处理法不宜采用。
（2）生物反应器
生物反应器填埋场技术是减量处理法的一种新动向，新方法。
它是通过有目的的控制手段强化微生物过程从而加速垃圾中易降解和中等易降解有机组分转化和稳定的一种垃圾卫生填埋运行方式。
控制手段包括液体（水、渗滤液）注入备选覆盖层设计、营养添加、pH调节、温度调节和供氧等。
其具有降低渗滤液污染强度，增加填埋场有效容积，提高产气量，加速填埋场稳定，降低垃圾处理成本等优势。
（3）垃圾滤液的减量化处理还可以通过滤液蒸发、蒸馏、回灌来处理。
2.5新型处理技术
2.5.1ABR-接触氧化-化学氧化组合工艺
以垃圾渗滤液为研究对象，应用ABR-接触氧化-化学氧化组合工艺进行处理。
通过分阶段污泥培养驯化以及变容积负荷进行试验研究，试验结果表明：
进水有机负荷小于l0kgCOD/（m3.d），好氧出水COD稳定在1000-1500mg/L，去除率可以稳定在80%-85%；好氧池出水经过Fenton氧化处理，出水COD小于100m/L。
该组合工艺对垃圾渗滤液能够进行有效处理，运行效果较好，技术上可行[24]。
2.5.2废水浸没燃烧蒸发技术
浸没燃烧蒸发（（submergedcombustionevaporation,SCE）技术是一种无固定传热而的蒸发方式，高温烟气与待蒸发液体直接接触进而发生传热传质，与间壁式传热器相比，具有传热速率快、热利用率高和结构简单等优点，尤其适合于易结垢液体的蒸发浓缩、分离，在冶炼、化工、核工业和环保等领域有着广泛的应用。
对于填埋场而言，填埋气体是与渗滤液伴生的二次污染源，其中的CH4含量一般在40%-60%,可回收利用为燃料，利用SCE工艺将二者综合治理是填埋场污染控制的最佳途经之一[25]。
3垃圾渗滤液处理前景展望
垃圾渗滤液作为一种高浓度、成分复杂和水质变化大的有机废水，采用单纯的生化法、物化法及土地法等无法实现渗滤液的最终无害化处理，应根据渗滤液具体的水质选择组合工艺，即先用物化法预处理，再用生化法处理，最后经过深度处理。
在选择处理工艺时，先要测定渗滤液的成分，在有条件的情况下，根据垃圾填埋场所处的地理位置和经济状况因地制宜的选择渗滤液处理方案。
氨氮浓度过高是渗滤液处理技术上的难题之一。
中老期的渗滤液可生化性差，氨氮含量高是处理的重点也是难点，目前，国内对新型脱氮技术应用于渗滤液处理方面的研究还很少，对处理效果、最佳运行条件和反应机理等方面都有待深人研究，因此要开发高效的脱氮技术是当务之急。
因此在处理垃圾渗滤液时，要根据不同填埋场的具体情况及其它经济技术要求提出有针对性的处理方案和工艺，并不断的加强水质管理.进行技术改造.开发高效新颖的处理方法。
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