垃圾滲濾液處理工藝

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，我國垃圾產(chǎn)生量逐年增加。目前，我國有70%以上的生活垃圾使用填埋法處理。垃圾滲濾液是垃圾在堆放過程中由于垃圾自身含水，并結(jié)合地表降水(雨、雪等)以及覆土層中持水量、地下水涌入等因素形成的一種特殊的廢水(液)。垃圾滲濾液中的成分復(fù)雜，所含污染物種類多，有機(jī)物濃度含量較高，能在環(huán)境中長期存在，且不易處理。

隨著垃圾填埋時(shí)間的增加，垃圾滲濾液的性質(zhì)出現(xiàn)老齡化特征，其性質(zhì)為成分復(fù)雜、含鹽量高、色度大、氨氮含量高，所含有機(jī)物濃度逐漸降低，但生化性極差，這使得老齡垃圾滲濾液的處理難度較大。根據(jù)填埋時(shí)間的不同，可將垃圾滲濾液分為初期垃圾滲濾液(小于5a)、中期垃圾滲濾液(5~10a)以及老齡垃圾滲濾液(大于10a)，如表1所示。垃圾滲濾液如果處置不當(dāng)，會(huì)對(duì)周圍的環(huán)境造成嚴(yán)重危害，不僅會(huì)引起環(huán)境污染，而且也會(huì)給人類的生活帶來嚴(yán)重影響。因此，垃圾滲濾液的有效處理對(duì)保護(hù)環(huán)境具有十分重要的意義。

目前，垃圾滲濾液的處理方法可分為生物法、物理法、高級(jí)氧化法及其他組合工藝。結(jié)合相關(guān)研究成果，筆者深入分析了不同垃圾滲濾液處理方法的優(yōu)缺點(diǎn)，并從實(shí)際出發(fā)提出了處理垃圾滲濾液的一些建議，以期為相關(guān)從業(yè)人員提供一定的參考。

1、生物法

生物法處理垃圾滲濾液是通過微生物的分解作用來實(shí)現(xiàn)的，其包括3種處理工藝:好氧處理、厭氧處理和好氧-厭氧結(jié)合處理。

在好氧條件下，垃圾滲濾液中的有機(jī)物被微生物分解成二氧化碳和污泥，可以有效降低其中的金屬含量，具有效率高、運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。艾石基在研究好氧顆粒污泥處理垃圾滲濾液的試驗(yàn)中，馴化29d后，化學(xué)需氧量(COD)的平均去除率為91.05%；控制pH=7.5、溶解氧(DO)為4mg/L、循環(huán)時(shí)間為8h、溫度為(25±1)℃，出水時(shí)氨氮的去除率達(dá)到96.4%。然而，這種方法也存在一定的缺點(diǎn)，即垃圾滲濾液中的化學(xué)物質(zhì)隨著時(shí)間的推移而變得不穩(wěn)定。

在厭氧條件下，其中的有機(jī)物被微生物分解成沼氣(CO2和CH4的混合氣)。該方法具有成本低、產(chǎn)余泥少、所需營養(yǎng)物質(zhì)少等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)，厭氧生物處理能克服因水質(zhì)停留時(shí)間過長的問題。Wang等采用UASB法處理某垃圾滲濾液，當(dāng)溫度為37℃、水力停留時(shí)間為6.6d時(shí)，COD的去除率為89%~91%。

對(duì)比這兩種方法的優(yōu)缺點(diǎn)，在處理垃圾滲濾液的過程中，最廣泛應(yīng)用的是好氧-厭氧結(jié)合處理法，好氧與厭氧具有良好的互補(bǔ)性，更加經(jīng)濟(jì)合理。

通過分析可知，生物法在處理垃圾滲濾液時(shí)操作簡單，對(duì)于初期垃圾滲濾液，含有較多的易降解有機(jī)物，并具有較高的BOD5/COD值，可采用生物法處理。而在實(shí)際操作過程中，老齡垃圾滲濾液中含有較多的腐殖酸、富里酸等，難以被生物分解，經(jīng)生物處理后的出水中還存在難降解的有機(jī)物，很難達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，還須進(jìn)一步深度處理。

2、物理法

目前，處置垃圾滲濾液的物理法主要包括混凝法、吸附法和膜分離法，這3種物理方法的對(duì)比情況見表2。在實(shí)際應(yīng)用中，黃小琴對(duì)北京某垃圾填埋場(chǎng)滲濾液MBR出水進(jìn)行處理，選取聚合硫酸鐵(PFS)、聚合氯化鋁(PAC)和三氯化鐵(FC)3種混凝劑對(duì)垃圾滲濾液進(jìn)行混凝處理，結(jié)果表明，聚合硫酸鐵(PFS)對(duì)滲濾液的混凝效果最佳，優(yōu)于聚合氯化鋁(PAC)和三氯化鐵(FC)，且在投加量為1400mg/L、初始pH值為6.0、聚丙烯酰胺(PAM)投加量為4mg/L時(shí)，獲得最佳處理效果。王晨”利用不同改性劑制備改性蘆葦生物炭和改性水稻生物炭，研究2種生物炭對(duì)污染物的吸附性能及2種生物炭的再生吸附效果，結(jié)果表明，蘆葦和水稻秸稈均可通過吸附作用降低垃圾滲濾液中的COD，兩者經(jīng)改性處理后，改性蘆葦生物炭和改性水稻生物炭都具有吸附垃圾滲濾液中COD的能力，吸附性能均得到改善。

3、高級(jí)氧化技術(shù)(AOPs)

高級(jí)氧化技術(shù)(Advanced Oxidation Process，AOPs)在反應(yīng)過程中會(huì)產(chǎn)生羥基自由基(?OH)，?OH的氧化能力較強(qiáng)，僅次于F2。?OH幾乎能夠氧化所有的有機(jī)物，如烯類、脂類、芳香族和脂肪族有機(jī)物，同時(shí)也能氧化無機(jī)物，包括陰離子和陽離子。高級(jí)氧化技術(shù)在處理垃圾滲濾液的過程中，?OH可將其中的難降解有機(jī)物氧化成易生化的小分子，甚至可以將其氧化成CO2和H2O從而提高垃圾滲濾液的可生化性。根據(jù)產(chǎn)生自由基的方式及反應(yīng)條件的不同，常用處理滲濾液的AOPs包括Fenton氧化、濕式催化氧化、臭氧氧化法及催化臭氧化技術(shù)。

3.1 Fenton氧化法

Fenton法是以Fe2+為催化劑，將H2O2，分解成?OH的氧化技術(shù)，分解過程中產(chǎn)生的強(qiáng)氧化性的?OH可將有機(jī)物氧化。在垃圾滲濾液的處理中，Fenton氧化法已被廣泛應(yīng)用。利用Fenton氧化法處理垃圾滲濾液，可以提高其可生化性，且對(duì)COD有一定的去除效果。

李中秋等利用Fenton試劑一活性白土聯(lián)合吸附法處理垃圾滲濾液，當(dāng)pH=4.5，H2O2投加量為260mmol/L，Fe2+投加量為20mmol/L，反應(yīng)時(shí)間為50min時(shí)，TOC的降解率為64.25%。林雨陽等利用絮凝一Fenton聯(lián)合工藝處理垃圾滲濾液生化廢水，結(jié)果表明，COD的去除率在95%以上，色度降至10度以下。

然而，盡管Fenton氧化法具有對(duì)環(huán)境友善、操作彈性大、氧化能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但是其也存在產(chǎn)生污泥量大，COD去除率有限的缺點(diǎn)，需要持續(xù)改良。

3.2 臭氧氧化法

O3的氧化能力強(qiáng)，可將難降解的物質(zhì)轉(zhuǎn)化成易分解的物質(zhì)，如能將復(fù)雜的長鏈腐殖酸分解為短鏈有機(jī)酸。同時(shí)，臭氧能對(duì)滲濾液脫色，且脫色較快，主要是因?yàn)槔鴿B濾液中顯色有機(jī)物大部分都含有乙烯基、氧化偶氮基、偶氮基、羰基、硫酮基等發(fā)色基團(tuán)，鍵能較弱，能迅速被O3或?OH破壞。盡管臭氧氧化法對(duì)垃圾滲濾液中COD的去除率較低，但對(duì)BOD5有很大的提高，進(jìn)而能提高垃圾滲濾液的可生化性。

李民等利用臭氧氧化法處理垃圾滲濾液，結(jié)果表明，臭氧氧化法能有效去除芳香族有機(jī)物，這說明臭氧可有效降低滲濾液的腐殖化程度，便于后續(xù)生物處理。魏敦慶等研究了臭氧氧化對(duì)垃圾滲濾液生化出水中COD的去除效果，結(jié)果表明，在臭氧投加量為8.33mg/(L?min)，氧化2h時(shí)，COD的去除率為50%~60%，氧化4h時(shí)，可使COD達(dá)到出水標(biāo)準(zhǔn)，但處理成本較高。

盡管臭氧氧化對(duì)有機(jī)物降解能力較強(qiáng)，且對(duì)色度有很好的去除效果，但是對(duì)于成分復(fù)雜的垃圾滲濾液，單獨(dú)臭氧處理會(huì)存在一些問題，如臭氧利用率低、難以將有機(jī)物徹底降解、反應(yīng)速率慢且具有一定的選擇性等，這會(huì)導(dǎo)致處理成本增加。因此，利用單獨(dú)臭氧化處理垃圾滲濾液在實(shí)際應(yīng)用中受到限制，為了提高O3的利用率及其氧化能力，催化臭氧化技術(shù)目前是處理垃圾滲濾液的研究方向之一。

3.3催化臭氧化技術(shù)

催化臭氧化技術(shù)是利用O3的強(qiáng)氧化性與催化劑的催化特征、吸附作用對(duì)廢水中的有機(jī)物進(jìn)行處理的方法。與單獨(dú)臭氧化相比，催化臭氧化可在較低pH值下利用催化劑促使O3分解成?OH，反應(yīng)速度快且無選擇性，可顯著提高TOC和COD的去除率及垃圾滲濾液的可生化性。因此，催化臭氧化技術(shù)已成為處理垃圾滲濾液的重要手段之一。根據(jù)催化劑形態(tài)的不同，一般將催化臭氧化技術(shù)分為均相催化臭氧化和多相催化臭氧化。

3.3.1均相催化臭氧化技術(shù)。

均相催化臭氧化采用一些過渡金屬離子作催化劑，包括Cu、Zn2+、Mn2+、Fe2+和Fe3+等，這些金屬離子能引發(fā)臭氧產(chǎn)生?OH，從而促使有機(jī)物分解。過渡金屬離子不但會(huì)影響臭氧化的速率，而且也會(huì)影響反應(yīng)選擇性和臭氧消耗量。

劉衛(wèi)華等問以Cu2+、Mn2+為催化劑，采用催化臭氧化技術(shù)處理垃圾滲濾液中的腐殖質(zhì)，結(jié)果表明，與單獨(dú)臭氧化相比，明顯提高了TOC和COD的去除率，但對(duì)UV2和色度的去除率影響不大。黃報(bào)遠(yuǎn)等以Fe2+為催化劑對(duì)垃圾滲濾液進(jìn)行催化臭氧化處理，有效去除了滲濾液的色度、濁度、腐殖質(zhì)和懸浮物，BOD5/COD值由0.17提高到0.35，可生化性得到明顯改善。

盡管均相催化臭氧化對(duì)垃圾滲濾液中的有機(jī)物有較好的去除率且可顯著提高其可生化性能，但是金屬離子會(huì)有一定程度的流失且不易回收，造成處理成本增加，且對(duì)水質(zhì)易造成二次污染。為了避免對(duì)水質(zhì)造成污染，可用多相催化臭氧化來處理垃圾滲濾液。

3.3.2 多相催化臭氧化技術(shù)。

多相催化臭氧化技術(shù)在常溫常壓下能將難降解有機(jī)物氧化，是一種新型的臭氧氧化技術(shù)，其催化劑易分離，不會(huì)引起二次污染。多相催化臭氧化技術(shù)中所用的催化劑包括金屬氧化物、活性炭及載體負(fù)載金屬氧化物，利用這些催化劑可以提高臭氧利用率及有機(jī)物的去除率。

多相催化臭氧化過程中所用到的催化劑的活性組分一般是金屬和金屬氧化物，其中金屬主要有Cu、Pt、Pb、Pd和Ag等。目前，金屬氧化物催化劑在垃圾滲濾液臭氧氧化處理領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛，常用的金屬氧化物催化劑有MnO3、TiO2、Al2O3，和Co3O4等，其具有較高的催化活性，目前已有眾多研究。沈曉星對(duì)老齡垃圾滲濾液進(jìn)行混凝一催化臭氧化工藝處理，結(jié)果表明，以Fe/ACF作為催化劑，滲濾液中分子量小于1000Da的有機(jī)物占COD的百分比從35%提高到81%，由此可見，催化臭氧化后大分子有機(jī)物被氧化成小分子，BOD5/COD值由0.15提高到0.53。白亞林制備以y-Al2O3為載體、鐵和錳為活性組分的負(fù)載型催化劑，并設(shè)計(jì)了催化臭氧化反應(yīng)器，對(duì)垃圾滲濾液進(jìn)行處理，結(jié)果表明，在催化劑投加量為12.5g/L，氧氣流量為0.8L/min，初始pH=11，水力停留時(shí)間為4h時(shí)，此時(shí)工藝最佳，COD的去除率達(dá)到83.7%。

催化臭氧化技術(shù)可以有效降低水中反應(yīng)物組分的活化能，甚至改變氧化有機(jī)物的作用機(jī)理，使水中的有機(jī)污染物被高效去除。

4、組合工藝技術(shù)

近年來，國內(nèi)外關(guān)于垃圾滲濾液的處理應(yīng)用較多，處理效果較好的技術(shù)工藝多為組合工藝。尤其對(duì)于老齡滲濾液，或C/N比失衡的垃圾滲濾液來說，應(yīng)用單一的處理工藝難以使垃圾滲濾液達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，因此，需要考慮將化學(xué)、物理和生物等處理工藝聯(lián)合起來。

郭桂楨利用MBR+NF+RO組合工藝對(duì)生活垃圾滲濾液展開研究，全面維護(hù)生活垃圾滲濾液的處理效益和質(zhì)量。吳啟龍等"采用“混凝一沉淀一厭氧一好氧一MBR一臭氧一活性炭”組合工藝，對(duì)經(jīng)長時(shí)間回灌的垃圾滲濾液進(jìn)行處理，結(jié)果表明，混凝對(duì)垃圾滲濾液原液中COD的去除率為30%~53%，對(duì)氨氮的去除率為20%~23%，同時(shí)總氮隨著氨氮的去除呈對(duì)應(yīng)下降趨勢(shì)；對(duì)原液進(jìn)行1:2稀釋，并利用“生化+臭氧活性炭”工藝進(jìn)行處理，可達(dá)到排放要求。卓雄提出一種動(dòng)力波吹脫一Fenton-SBR組合工藝，即采用物理化學(xué)和生物工藝結(jié)合的方法處理老齡垃圾滲濾液，利用動(dòng)力波吹脫法去除氨氮，利用Fenton氧化法去除生物難降解的化合物，利用A/O型SBR法去除生物可降解成分，結(jié)果表明，其出水中COD和氨氮的去除率分別最高可達(dá)96.67%和97.98%，同時(shí)處理成本更低。

5、未來研究方向

未來應(yīng)綜合考慮工藝節(jié)能、水質(zhì)排放標(biāo)準(zhǔn)、經(jīng)濟(jì)合理性等因素，對(duì)處理工藝的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行有效控制，確保垃圾滲濾液處理工藝的嚴(yán)謹(jǐn)性和科學(xué)性，從預(yù)處理工藝和深度處理工藝兩方面進(jìn)行考慮。

①預(yù)處理工藝。未來垃圾滲濾液處理工藝的發(fā)展，對(duì)各類技術(shù)進(jìn)行提質(zhì)增效是必要的。由于垃圾滲濾液受地域、季節(jié)、場(chǎng)齡影響，水質(zhì)、水量差異較大，客觀上要求垃圾滲濾液預(yù)處理工藝多樣化。

②深度處理工藝。研究應(yīng)將重心放在以高級(jí)氧化為代表的非膜法全量化處理工藝上，不僅可以解決濃縮液問題，還能徹底去除痕量有機(jī)物，降低痕量高危及未知風(fēng)險(xiǎn)物帶來的環(huán)境及健康風(fēng)險(xiǎn)。

6、結(jié)語

目前，垃圾滲濾液的處理技術(shù)雖然得到了一定程度的發(fā)展，但是在處理過程中仍存在一些難點(diǎn)，還需要進(jìn)一步探究。

不同地區(qū)、不同年限的垃圾滲濾液的水質(zhì)情況不同，應(yīng)根據(jù)滲濾液的特點(diǎn)選擇不同的處理工藝，因地制宜地選取最佳的處理方式。若滲濾液中的污染物濃度高，僅使用一種技術(shù)處理垃圾滲濾液，很難達(dá)到理想效果，可結(jié)合其他技術(shù)處理，或者繼續(xù)深入研究該處理技術(shù)，使之達(dá)到預(yù)期。同時(shí)，在處理時(shí)需要考慮投資費(fèi)用和運(yùn)行成本。采用組合工藝處理垃圾滲濾液可有效降低運(yùn)行成本，提高處理效果，減少二次污染，具有顯著的環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。目前，組合工藝已經(jīng)成為垃圾滲濾液處理的研究方向。

在嚴(yán)格生態(tài)保護(hù)環(huán)境條件下，垃圾滲濾液排放標(biāo)準(zhǔn)勢(shì)必會(huì)越來越嚴(yán)格，垃圾滲濾液作為一種有機(jī)、有害廢液，其處理工藝必會(huì)迎來快速發(fā)展。目前來看，提高垃圾滲濾液的可生化性是重點(diǎn)也是難點(diǎn)，有效的組合處理、深度處理等技術(shù)研發(fā)是未來行業(yè)研究的熱點(diǎn)。（來源：河南《創(chuàng)新科技》雜志社）