垃圾滲濾液處理技術現狀及展望
摘要:介紹了目前國內外垃圾滲濾液處理技術應用現狀，處理方法主要包括物理化學法、土地處理法和生物處理法，并在此基礎上提出了垃圾滲濾液處理的發展趨勢。
關鍵詞:垃圾滲濾液；處理技術；現狀；展望
在城市垃圾填埋過程中，由于壓實，降雨和微生物的分解作用，會從垃圾層中滲出一定量的高濃度有機廢水，這種有機廢水叫做垃圾滲濾液。其對周圍地下水和地表水、土壤、大氣、生物等多方面均會造成嚴重的二次環境污染，并會通過食物鏈直接或間接地進入人體，危害人類的健康。由于垃圾滲濾液水質復雜，處理難度大，尤其是對于具有老齡特征的垃圾滲濾液，對其高氮和難降解有機物的去除成為難點。因此，研究和探索適合我國國情的高效、低能耗、投資省的垃圾滲濾液處理技術具有重要的意義。到目前為止，垃圾滲濾液的處理技術主要有物化處理、土地處理和生物處理技術。
1 物理化學法
物化法主要包括混凝沉淀法、化學沉淀法、吸附法、化學氧化法、吹脫法、電化學技術、光催化氧化及膜技術等。
1.1混凝沉淀法
常用的混凝劑種類很多，可歸納為兩類。一類為無機鹽類混凝劑，應用最廣的是鋁鹽，其中有硫酸鋁、硫酸鉀鋁、聚合氯化鋁和偏鋁酸鈉等；其次是鐵鹽如三氯化鐵、硫酸亞鐵、聚合硫酸鐵、硫酸鐵等；另一類為有機類混凝劑，其中聚丙烯酰胺(PAM)使用普遍。在廢水中投加某些化學混凝劑，它與廢水中可溶性物質反應，產生難溶于水的沉淀物，或混凝吸附水中的細微懸浮物及膠體雜物而下沉。這種凈化方法可降低廢水濁度和色度，可去除多種高分子物質、有機物、某些金屬毒物以及導致富營養化物質氮、磷等可溶性無機物。
李英華等[3]采用混凝-氣浮工藝對垃圾滲濾液進行預處理，結果表明采用PAC及PAM作為混凝劑，在優化工藝條件下，當進水COD為5600 mg/L時，COD去除率可達到81.9%，BOD5的去除率可達73.3%，BOD5/COD從0.26提高到了0.40，有效提高了滲濾液的可生化性，達到了較好的預處理效果。楊健等[4]研究表明以化學混凝法進行前期處理，可在短時間內將滲濾液中有機物大幅去除，COD及色度去除率皆可達到50%，且經過化學混凝前處理的滲濾液，其性質較穩定，不會對后續的生物處理造成影響。
1.2化學沉淀法
化學沉淀法主要是通過向氨氮廢水中添加 Mg2+和 PO43-，使之與NH4+反應生成難溶復鹽 MgNH4PO4·6H2O，簡稱(MAP)，通過重力沉淀使MAP從廢水中分離以去除廢水中的NH4+。這樣可以避免往廢水中帶入其它有害離子，而且 MgO還起到了一定程度的中和H+的作用。
張道斌等[6]采用MgCl2·6H2O和Na2HPO4·12H2O或MgSO4和Na2HPO4·12H2O使NH3-N生成磷酸銨鎂的化學沉淀法，結果表明：在pH值為9.0，反應時間為25min，采用分步沉淀工藝，當藥劑配比為:n(N)∶n(Mg)∶n(P) =1.5：1：1.5時，垃圾滲濾液中NH3-N，沉淀降低到28.54 mg/L，去除率達98.10%。劉文輝等[7]在原垃圾滲濾液的氨氮和COD質量濃度高達5714mg/L和50028 mg/L，采用氧化鎂和磷酸對滲濾液進行化學沉淀預處理，實驗表明：在pH為9.5，藥物投加比n(NH4+)：n(Mg2+)：n(PO43-)=1：1.3：1時，NH3-N的去除率達到76.7%，COD去除率為40.7%。
1.3吸附法
吸附法主要是利用多孔性固體物質，使廢水中的一種或多種物質被吸附在固體表面而去除的方法。常用的吸附劑有活性炭、沸石、焦炭、膨潤土、焚燒爐底灰、粉煤灰等，其中應用較廣泛的是顆粒狀和粉末狀的活性炭。
活性炭具有500～1700m2/g的比表面積，有很強的吸附能力，處理程度高，對水中的絕大多數有機物都有效，可適應水量和有機物負荷的變化，粒狀炭可再生后重復使用，設備緊湊，管理方便，但是活性炭吸附易受pH值、水溫及接觸時間等因素的影響。
燃煤發電的主要廢棄物為粉煤灰，目前其利用率約為30%。由于粉煤灰具有優良的吸附性能和過濾性能，因此能吸附污水中懸浮物、脫除有色物質、降低色度、吸附并能除去污水中的耗氧物質。利用粉煤灰對滲濾液進行吸附凈化，成本較低，工藝簡單，并且有較好的處理效果，可取得顯著的環境效益、經濟效益和社會效益。朱啟紅[9]的研究表明活化粉煤灰對垃圾滲濾液COD具有較高的去除率，在最佳條件下，對COD的去除率達95.8%，同時對鉻離子的去除率達88.8%。
1.4化學氧化法
化學氧化法是利用強氧化劑氧化分解廢水中的污染物質，以達到凈化廢水目的的一種方法。化學氧化是最終去除廢水中污染物質的有效方法之一。通過化學氧化，可以使廢水中的無機物以及有機物氧化分解，從而降低了廢水的BOD5和COD，或者使廢水中含有的有毒有害物質無害化。
王喜全等[12]采用Fenton法氧化處理中年垃圾滲濾液生化出水，結果表明，Fenton法氧化處理中年垃圾滲濾液生化出水的最佳條件是：初始pH值為7，H2O2/Fe2+比率為4∶1，雙氧水的經濟投加量為0.05 mol/L，反應時間為3.5 h。此時，混合催化劑可提高雙氧水的利用率，雙氧水利用率為153.9%，COD去除率可達80.5%。
1.5吹脫法
吹脫法是指空氣吹脫法，將空氣通入廢水中，使之相互充分接觸，使廢水中的溶解氣體和易揮發的溶質穿過氣液界面，向氣相轉移，從而達到脫除污染物的目的。垃圾填埋場尤其是中老年填埋場的滲濾液中營養比例嚴重失調，為調整C/N可對其進行氨吹脫預處理。脫氨方法主要有曝氣吹脫和吹脫塔吹脫兩類。氨氮在滲濾液中存在如下平衡：NH4++OH-→NH3+H2O，當pH調節至堿性時，NH3-N主要以游離氨的形式存在。然后經曝氣吹脫或送入吹脫塔以噴淋和鼓風吹脫去除游離氨。曝氣吹脫即直接或間接調整pH值后在調節池或吹脫池中曝氣，滲濾液中NH3通過表面更新和向氣泡的傳質而脫除，從而改善滲濾液營養比例。
王文斌等[15]對吹脫法去除垃圾滲濾液中的氨氮進行了研究。在水溫大于25℃，氣液比控制在3500左右，滲濾液pH值控制在10.5左右，對于氨氮濃度高達2000～4000mg/L的垃圾滲濾液，去除率可達到90%以上。氨吹脫效果明顯，處理效率較高，但由于需要調節pH，必須投加大量的堿，而且為了曝氣，還需要提供一定的風量，造成了處理費用偏高。同時氨吹脫只是將廢水中的銨離子轉化為游離氨，最后將之排放到大氣中，實質上氨的污染問題并未得到解決。
1.6電解氧化技術
電解法氧化處理廢水的實質就是通過·OH直接氧化或[Cl]間接氧化作用，破壞有機物結構，使有機物降解。姚小麗等[17]采用電解氧化法對垃圾滲濾液進行了預處理和深度處理研究。實驗結果表明，電解氧化過程中，NH3-N優先于COD被氧化去除。當電流密度較小時，用電解法對垃圾滲濾液進行預處理，垃圾滲濾液中COD、NH3-N的去除效率很低，增大電流密度有助于增強電解效果，當電流密度為50.0mA/cm2時，電解5小時COD去除50%，氨氮去除100%。用電解法對垃圾滲濾液進行深度處理，電流密度較小時，滲濾液中COD、NH3-N即可呈現穩定降解的趨勢。
1.7光催化氧化技術
光催化氧化技術機理是半導體材料（如TiO2）或催化氧化劑受到能量大于帶隙能量的光照射時，處于價帶（VB）上的電子就被激發到導帶（CB）上，使導帶上生成高活性電子（e-），價帶上生成帶正電的空穴（h+），形成氧化-還原體系，從而起到了降解污染物的作用。光催化氧化采用的半導體游二氧化鈦、氧化鋅、三氧化二鐵等。潘留明等[21]用臭氧強化光催化工藝對垃圾滲濾液進行了深度處理，結果表明，該工藝工藝不僅可以提高處理能力，還有效地改善出水的可生化性。
1.8膜分離處理技術
利用新型的膜分離技術處理垃圾滲濾液在歐美等發達國家和地區正逐漸采用。目前膜技術包括反滲透、超濾、微孔過濾等幾種，其中以反滲透(RO)分離技術的應用最為廣泛，并取得了一定的效果；而超濾和微濾常作為反滲透的預處理。膜分離法的特點是分離過程不發生相變化，能量的轉化率高，一般不需要投加其它物質，且可在常溫下進行。
何紅根[23]利用組合膜工藝即“垃圾滲濾液-混凝沉淀-超濾膜-DTRO膜”處理工藝對垃圾滲濾液污染物有良好的去除效能。經該工藝處理后，垃圾滲濾液由渾濁的褐黃色變為清澈透明，由腐臭味變為無異味，CODcr、氨氮和電導率分別由3200mg/L、1685mg/L和8500µs/cm下降為65mg/L、140mg/L和23µs/cm，SS、色度和濁度的去除率均為100%。處理后的水可回用于洗車及景觀綠化。膜技術對滲濾液的水質處理雖然有很好的效果，但是其處理費用很高，而且膜處理前一般都要有良好的預處理，否則膜很容易被污染而導致處理效率迅速下降。
2 土地處理法
用于滲濾液處理的土地法主要是回灌和人工濕地。
滲濾液回灌實質是把填埋場作為一個以垃圾為填料的巨大生物濾床，將滲濾液收集后，再返回到填埋場中，通過自然蒸發減少濾液量，并經過垃圾層和埋土層生物、物理、化學等作用達到處理滲濾液的目的。回灌處理方式主要有填埋期間滲濾液直接回灌至垃圾層、表面噴灌或澆灌至填埋場表面、地表下回灌和內層回灌。據估計，英國50％的填埋場采用了回灌技術。
人工濕地是近幾年出現的一種新處理工藝，對于垃圾滲濾液的處理，國外應用較多。挪威、加拿大、英國、斯羅文尼亞和波蘭等許多國家都成功地應用了人工濕地系統工藝處理垃圾滲濾液。美國利用人工濕地處理垃圾滲濾液較廣泛，如Alabama州Mobile市的Chunchula填埋場將一般污水和滲濾液混合進水內，采用表面流人工濕地，經過沉淀池沉淀后達到排放標準[26]，其COD去除率達90%、TSS去除率達97%、重金屬Cu去除率達52%、Pb去除率達到94%。在實際運用中，人工濕地多與其它處理工藝相結合，能穩定處理后的水質。
3 生物處理法
生物處理法具有處理效果好、運行成本低等優點，適合于處理生化性較好的滲濾液，是目前用得最多，也最為有效的處理方法，包括好氧處理、厭氧處理及好氧-厭氧結合的方法。好氧法主要包括活性污泥法、曝氣穩定塘、生物膜法、生物濾池和生物流化床等工藝；用于垃圾滲濾液處理的厭氧法有：厭氧生物濾池、厭氧接觸池、上流式厭氧污泥床及厭氧塘等。
史一欣等[31]采用固定化微生物曝氣生物濾池(I-BAF)對晚期垃圾滲濾液進行了短程脫氮試驗研究。經過微生物固定化和硝化菌培養后，通過控制溶解氧等條件可使反應器(I-BAF1)實現穩定的亞硝化，亞硝化速率平均值是硝化速率的21. 5倍，對氨氮的去除率達到90%左右，且氮主要是由同步硝化反硝化作用去除的；當將兩級I-BAF(I-BAF2充分曝氣)與Fenton工藝聯用時，對COD、氨氮和總氮的去除率分別為95.1%、99.1%和73.8%。
Calli[33]對升流式厭氧污泥床(UASB)，升流式厭氧濾池(UAF)和復合式厭氧反應器(UBF)處理含高濃度氨氮(2500 mg/L)的垃圾滲濾液進行了試驗研究，有機負荷在2.9～23.5 kg[COD]/(m3·d)，HRT為2d，在游離氨達到抑制濃度之前，各反應器均具有相近的COD去除率(75%～95%)。為了降低游離氨的抑制作用，第181天調節進水pH值至4.5后，反應器內pH值和游離氨的質量濃度分別從8.3和330 mg/L降至7.5和30 mg/L，COD的去除率恢復至85%。各反應器COD去除率一般均高于80%，而UASB去除率總是最低；UAF和UBF均有較高的耐氨氮毒性，而UASB系統在氨氮的質量濃度超過1500 mg/L時惡化。除了傳統的厭氧控制參數，他們還采用了變性梯度凝膠電泳(DGGE)，克隆和熒光原位雜交(FISH)技術比較最終的微生物組成，研究表明，反應器的結構并沒有對微生物的組成帶來顯著影響。
陳石等[36]采用氨吹脫-厭氧生物濾池-SBR工藝對深圳某填埋場的滲濾液進行了中試研究，結果COD、BOD5、NH3-N和TN的去除率分別達到95%、99%、99.5%和97%。
4 結語
垃圾滲濾液含有高濃度的有機物和有毒物質，水質水量變化大，成分復雜，是難處理污水，在處理過程中，物理化學法是目前應用較成熟的方法，但由于經濟成本高，易造成二次污染，更多的是用于預處理和深度處理。生物處理工藝具有成本低，處理效率高和對環境的二次污染小等優點, 是目前的熱點研究。而單獨采用一種方法處理是難以滿足要求的，必須采用多種方法的組合工藝。
參考文獻
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