唐鳳喜，曹國憑，劉景良，司軍

(1.河北聯(lián)合大學建筑工程學院，河北唐山 063009;2.唐山市市政工程環(huán)境衛(wèi)生管理處，河北唐山 063000)

0 引言

目前，我國約有2/3的城市陷入垃圾圍城的困境，2009年，城市生活垃圾清運量達1.56億噸，在生活垃圾無害化處理廠僅有562座的情況下，無害化處理能力34.7萬噸/日，年無害化處理量1.12億噸，無害化處理率為僅71.6%［1］。

衛(wèi)生填埋法由于其具有成本低、技術成熟、管理方便等優(yōu)勢而在垃圾處理中得到了廣泛應用，處理量占到垃圾處理總量的82%以上，但垃圾填埋過程中產(chǎn)生污染性極強的垃圾滲濾液，從而對環(huán)境造成危害。以日處理量為基準，衛(wèi)生填埋場滲濾液產(chǎn)量為日填埋量的30%，目前我國城市生活垃圾填埋處理設施中產(chǎn)生滲濾液大約6.4萬噸/日，一噸滲濾液所含污染物相當于100噸城市污水的濃度，毒性比常規(guī)的城市污水大得多。國家有關部門一直未監(jiān)測生活垃圾處理設施所產(chǎn)生的包括滲濾液在內的二次污染狀況，更沒有相關統(tǒng)計數(shù)據(jù)。這些垃圾滲濾液如不妥善處理，會污染水體、土壤、大氣等，使地表水體缺氧、水質惡化，威脅飲用水和工農(nóng)業(yè)用水水源，使地下水污染、喪失利用價值，直接威脅生態(tài)環(huán)境和人類健康。

1 滲濾液的來源、性質

1.1 垃圾滲濾液的來源

垃圾滲濾液是指垃圾在填埋和堆放過程中通過淋溶作用形成的污水［2］。垃圾滲濾液的主要來源:①降水滲入;②外部地表水滲入;③地下水滲入;④垃圾自身所含的水分;⑤垃圾在衛(wèi)生填埋后由于微生物的厭氧分解產(chǎn)生的水。

1.2 我國垃圾滲濾液的成分及性質

經(jīng)過分類的垃圾產(chǎn)生的滲濾液COD含量一般為幾百mg/L，有害物質含量少，與城市生活污水性質相差不多，危害性低。我國的生活垃圾均未經(jīng)分類，所以滲濾液水質成分復雜，處理難度大，危害性高。張?zhí)m英等［3］采用GC-MS-DS聯(lián)用技術測定出垃圾滲濾液中含有93種有機化合物，其中22種被列為我國和美國EPA環(huán)境優(yōu)先控制污染物的黑名單。我國垃圾填埋場垃圾滲濾液具有以下六個特點:①COD和BOD5濃度高;②氮含量和鹽類含量較高;③金屬種類多，滲濾液中含有十幾種金屬離子，其含量隨填埋場pH的變化而變化;④滲濾液中微生物營養(yǎng)比例失調，主要是C、N、P的比例失調;⑤水質變化大;⑥色度深且有惡臭。

2 我國垃圾滲濾液處理現(xiàn)狀

不同生活垃圾處理設施，其滲濾液處理情況差異較大。堆肥廠滲濾液處理的問題不大，大多可通過好氧堆肥的蒸發(fā)、生物吸收等過程消納掉。焚燒廠滲濾液卻存在許多問題，由于焚燒廠滲濾液中污染物濃度極高，且呈酸性，要達到原三級滲濾液排放標準或下水道標準，難度很大。目前的焚燒廠中，能夠達到下水道標準的不足20%，某些焚燒廠采用反滲透技術處理滲濾液，雖然出水水質達到一級排放標，但出水率僅為70～80%，所形成的濃縮液更難處理。問題最大的仍然是生活垃圾填埋場滲濾液，在城市生活垃圾衛(wèi)生填埋場所產(chǎn)生的6.4萬噸/日中，能夠達到一級排放標準的僅占5～10%，由于地方環(huán)保局要求出水達到一級排放標準，一些填埋場采用反滲透技術處理滲濾液，但存在著投資極大、運行費用極高、出水率較低(70%)、濃縮液無法有效處理等嚴重問題，在生活垃圾處理設施中至少有2000萬噸/年的滲濾液未得到有效處理，加上未處理堆場所產(chǎn)生的2209萬噸/年滲濾液，目前在我國至少有4200萬噸/年滲濾液直接進入周邊環(huán)境，這相當于22億噸城市污水的污染物總量。由此可見，滲濾液的任意排放及遷移轉化過程，嚴重影響了周圍生態(tài)環(huán)境及地下水的安全，已危及到公共衛(wèi)生安全，成為公共衛(wèi)生突發(fā)群體事件和蔓延的重要源頭和渠道之一。

3 垃圾滲濾液處理技術

我國的滲濾液是一種高濃度有機廢水，由于其水質水量的不穩(wěn)定性，以及滲濾液中含有大量難降解的萘、菲等非氯化芳香族化合物和氨氮等有毒物質，處理非常困難。在處理方法中，將滲濾液與城市污水合并進行處理是最經(jīng)濟、簡單的方法，盡管有時將滲濾液與污水合并處理技術上可行，但通常填埋場遠離城區(qū)，其滲濾液與城市污水合并處理有很大困難，往往對滲濾液進行單獨的處理?，F(xiàn)有的處理方法大概可分為物理化學法、生物處理法和回灌法等，這些方法在一定程度上解決了滲濾液污染的問題，但仍不能達到排放標準，需要研發(fā)一些組合工藝，以提高其處理效果。

3.1 物化法

和生物處理法相比，物化法受水質水量變動的影響較小，出水水質比較穩(wěn)定，尤其是對難以生物處理的垃圾滲濾液，有較好地處理效果;但物化法處理成本較高，能耗也比較高。另外，如用混凝劑處理滲濾液時會產(chǎn)生大量的化學污泥;用含氯氧化劑氧化滲濾液會生成新的具有“三致”效應的副產(chǎn)物;而膜處理法容易堵塞。在實際應用中，物化處理方法一般作為預處理或與其它工藝聯(lián)用。目前處理滲濾液的物化法主要有混凝沉淀法、化學沉淀法、吸附法、化學氧化法、吹脫法、電化學技術、光催化氧化及膜處理法等。

(1)混凝沉淀法

混凝沉淀法可降低廢水濁度和色度，去除大分子物質、有機物、金屬離子以及導致水體富營養(yǎng)化物質氮、磷等可溶性無機鹽。李英華等［4］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(yōu)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。

(2)化學氧化法

化學氧化法是利用強氧化劑氧化廢水中的污染物，從而降低廢水中的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［5］采用Fenton法氧化處理中年垃圾滲濾液生化出水，結果表明，F(xiàn)enton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(jīng)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%。

(3)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［6］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(yōu)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(xiàn)穩(wěn)定降解的趨勢。

(4)光催化氧化技術

光催化氧化技術是半導體材料(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(fā)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，從而起到降解污染物的作用。潘留明等［7］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，該工藝不僅可以提高處理能力，還有效地改善出水的可生化性。

(5)吸附法

在滲濾液處理中，吸附劑主要用于脫除水中難降解的有機物、金屬離子和色度等。張?zhí)m英等［3］用鋁土礦吸附滲濾液，有48.93%的有機物被去除。Ying等人［8］將粉末狀活性炭投入間歇式活性污泥反應器中，由于降解和吸附同時進行，出水水質明顯比兩者的單獨作用要好，并且費用比傳統(tǒng)的粒狀活性炭吸附的費用要低。

(6)膜處理法

膜技術是利用隔膜使溶劑同溶質和微粒分離的一種水處理方法，利用新型的膜分離技術處理垃圾滲濾液在歐美等發(fā)達國家和地區(qū)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(fā)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。

在德國的Damsdorf垃圾填埋場，用反滲透裝置來繼續(xù)生化水得到成功的運行。荷蘭和瑞士的幾個垃圾滲濾液處理廠也先后使用了該項技術。何紅根［9］利用組合膜工藝即“垃圾滲濾液-混凝沉淀-超濾膜-RO膜”處理工藝對垃圾滲濾液污染物有良好的去除效能。經(jīng)該工藝處理后，垃圾滲濾液由渾濁的褐黃色變?yōu)榍宄和该?，由腐臭味變?yōu)闊o異味，COD、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工藝，否則膜很容易被污染而導致處理效率迅速下降。

3.2 生物法

生物處理法具有處理效果好、運行成本低等優(yōu)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。

(1)好氧生物處理工藝

好氧生物處理包括活性污泥法、曝氣氧化塘、生物膜法等工藝，滲濾液好氧生物處理能夠有效降低中的BOD、COD和氨氮，還可去除鐵、錳等金屬。Azevedo等［10］進行了單一污泥缺氧一好氧活性污泥法(A/O)處理高氨氮產(chǎn)甲烷階段填埋滲濾液的試驗研究。試驗結果指出:進水氨氮高達1500 mg/L時，出水中氨氮的濃度小于1 mg/L，硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮的濃度約為170 mg/L;隨著氨氮負荷的增加，好氧出水亞硝酸鹽和自由氨的濃度也增加。當進水氨氮高于600 mg/L時，須向曝氣池中投加堿(NaHCO3)，將溶液pH控制在7.5。當進水氨氮濃度增加到2000 mg/L時，好氧硝化失敗;保持進水氨氮1500 mg/L，當溫度從20℃開始下降時，在14℃時出現(xiàn)亞硝酸鹽積累和出水BOD5上升;當溫度下降到10℃時，好氧硝化失敗。

好氧生物處理垃圾滲濾液有諸多的不利因素:a.好氧處理在有毒金屬存在時工作性能不好(如Cu，Ni，Zn將抑制硝化作用);b.一般滲濾液中BOD:P的值遠遠大于100:1，需要另外添加磷酸鹽以實現(xiàn)有效的好氧處理;c.當外界溫度迅速降低時，難以保持較高的去除率;d.如果氨氮濃度太高，硝化作用將可能被抑制;e.如果氨氮濃度太高，硝化反應的進行會使曝氣池混合液pH下降，需要向曝氣池中投加堿，保持一定的pH;f.能耗很大。

(2)厭氧處理方法

厭氧生物處理方法是垃圾滲濾液處理的重要方法之一。在厭氧生物處理裝置中，復雜分子依次被產(chǎn)酸菌轉化為有機酸、甲烷細菌轉化成甲烷和二氧化碳，產(chǎn)生少量污泥。

英國水研究中心的Blakey等［11］人采用UASB反應器進行小試試驗，該試驗表明:當進水COD濃度為11 450～33 440 mg/L，平均COD負荷為11 kg/(m3.d)，平均水力停留時間大約為1.8天;COD、BOD、TOC和SS的平均去除率分別為82.5%、84.7%、83.80%和90.4%。

對于滲濾液的處理，與好氧生物處理相比，厭氧生物處理工藝的優(yōu)勢在于甲烷作為副產(chǎn)品可以回收作為熱源、生物固體量減少很多、不需要曝氣、能耗低等。但厭氧生物處理工藝的主要缺點在于微生物(特別是產(chǎn)甲烷細菌)活性容易受到抑制，必須在堿性環(huán)境中才能正常運行，而且它們對某些金屬的存在非常敏感，可能導致污染物去除效率的急劇下降。

3.3 回灌法(滲濾液循環(huán))和土地法

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(fā)減少濾液量，并經(jīng)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?；毓嗵幚矸绞街饕刑盥衿陂g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。通過控制回灌次數(shù)、水力負荷、有機負荷等參數(shù)，達到凈化滲濾液的目的。采用滲濾液回灌技術不僅能降低滲濾液中的COD濃度，加快垃圾中有機質的降解，提高垃圾的溶解速度，而且有利于減少垃圾中有機質的含量，不影響滲濾液中COD濃度的穩(wěn)定。滲濾液回灌并不能取代滲濾液處理，這是由于雖然滲濾液的有機物質量分數(shù)有所降低，但剩余的COD、氨氮、氯化物、重金屬離子的質量分數(shù)仍然很高，排出的滲濾液還是要進一步處理。此外滲濾液回灌的缺點還包括管道堵塞、結冰，惡臭氣味等。

將滲濾液置于具有植被的土地上可以通過蒸發(fā)蒸騰作用大大地降低滲濾液的體積;通過土壤的過濾截留懸浮物，通過吸附、離子交換、沉淀截留溶解性有機物;微生物使有機物轉化、穩(wěn)定;植被吸收利用土壤留截的營養(yǎng)物質，并保持土壤過濾能力。地表漫流和噴灌是這種土地處理方法的兩種主要形式。美國和德國曾對這種方法進行過研究考察，英國、芬蘭有實際的應用。應用的場地一般是封場后種有植被的填埋場區(qū)、填埋場附近林地、草地，或是特別準備的處理區(qū)。然而，這種處理方法的缺點是對土壤和地下水的長期污染，這大大限制了它的應用。

3.4 典型的組合工藝

微波輻射-Fenton氧化-混凝(PASS)［12］特別適合于處理成分復雜的難處理垃圾滲濾液廢水。該法對水溶性有機物、膠粒和疏水性物質的同時去除較為有效。試驗結果表明，H2O2的質量濃度為4.0g/L，F(xiàn)e2+質量濃度為0.25g/L，pH值為3.0，固定微波輻射功率為500W，輻照1min，質量濃度為25mg/L的最佳條件下，出水色度僅15倍左右，脫色率和COD去除率分別達到96.86%和94.46%。由此可見微波輻射、Fenton氧化和PASS混凝沉淀組合工藝處理垃圾滲濾液廢水時具有較好的協(xié)同效應。MAP+生物+混凝組合工藝［13］處理垃圾滲濾液也表現(xiàn)了很好的效果。除NH3-N外，經(jīng)過該組合工藝處理，垃圾滲濾液可以達到生活垃圾填埋污染控制標準中的二級排放標準。系統(tǒng)穩(wěn)定運行半個月的出水為COD 256 mg/L、BOD 528 mg/L、NH3-N 96 mg/L，出水澄清透明。采用UV/Fe3+/H2O2-混凝聯(lián)合工藝處理垃圾滲濾液同樣有效［14］，在溫度40℃、pH為8、H2O2和Fe3+初始濃度分別為0.12 mL/L和4×10－4mol/L以及反應時間90 min、混凝液pH為8、混凝劑質量濃度為500 mg/L的條件下，COD去除率92.33%，處理水完全達到了國家一級排放標準。Ahn等［15］運用MBR-RO工藝成功取代了生物轉盤(RBC)-GAC吸附工藝，避免了因垃圾填埋廠老齡化引起的可生化性降低和氮含量增加，造成生物膜脫落和GAC的頻繁更換，以及COD和TN去除率低下的現(xiàn)象。經(jīng)改進后，MBR提高了BOD5的去除率和硝化速率，MBR處理后的出水BOD5平均約9mg/L，去除率約97%，COD去除率只有38%，氮沒有被去除，但是硝化速率的提高促進了RO對氮的去除。因此MBR的出水再經(jīng)RO處理后，整個系統(tǒng)對COD的去除率達到97%，對TN去除率達到91%。

4 我國垃圾滲濾液處理存在的問題

目前，由于我國的城市生活垃圾未分類，垃圾滲濾液成分復雜、濃度高，滲濾液處理廠存在的問題主要表現(xiàn)在:

(1)常規(guī)滲濾液處理工藝運行效果不佳

主要原因為:①抗沖擊負荷能力差。生物法處理污水一般要求相對穩(wěn)定的污水水量及水質，而在垃圾處理設施中，在雨季豐水期，調節(jié)池的容量相對不足，勢必造成對生物處理系統(tǒng)負荷的沖擊，影響處理效果;在枯水期，滲濾液量極少，而氨氮等污染物濃度高，抑制了微生物生長。②處理工藝重啟較為困難。冬季后滲濾液量很少，單元反應器再啟動相對困難。③工藝適應性差。隨填埋時間的延長，營養(yǎng)元素嚴重失調，滲濾液碳氮比下降，可生化性降低。④脫鹽率偏低。我國垃圾中由于含有大量餐廚垃圾，使得滲濾液中含鹽量偏大，但生物法脫鹽相當困難。⑤生物法脫色相當困難。滲濾液中含有大量難降解發(fā)色物質，生物法對于后期尾水的脫色效果基本為零。

(2)水質指標處理難達標

如前所述，我國垃圾滲濾液存在COD、BOD、NH3-N、懸浮物含量高，成份復雜，可生化性差，水質和水量波動性大等特點，因此采用常規(guī)的工藝處理很難達標，而用先進的膜技術深度處理的投資大、運行成本高，無法長期穩(wěn)定運行，造成投資效率低、浪費嚴重等問題。高濃度氨氮的問題尤其突出。高濃度的氨氮是滲濾液的水質特征之一，根據(jù)填埋場的填埋方式和垃圾成分的不同，滲濾液氨氮濃度一般從幾十至幾千mg/L不等。隨著填埋時間的延長，垃圾中的有機氮轉化為無機氮，滲濾液的氨氮濃度有升高的趨勢。與城市污水相比，垃圾滲濾液的氨氮濃度高出數(shù)十至數(shù)百倍。一方面，由于高濃度的氨氮對生物處理系統(tǒng)有一定的抑制作用;另一方面，由于高濃度的氨氮造成滲濾液中的C/N比失調，生物脫氮難以進行，導致最終出水難以達標排放。因此，在高氨氮濃度滲濾液處理工藝流程中，一般采用先氨吹脫，再進行生物處理的工藝流程。目前氨吹脫的主要形式有曝氣池、吹脫塔和精餾塔。國內用得最多的是前兩種形式，曝氣池吹脫法由于氣液接觸面積小，吹脫效率低，不適用于高氨氮滲濾液的處理，吹脫塔的吹脫法雖然具有較高的去除效率，但具有投資運行成本高、脫氨尾氣難以治理的缺點。以深圳下坪為例，氨吹脫部分的建設投資占總投資的30%左右，運行成本占總處理成本的70%以上。這主要是由于在運行過程中，吹脫前必須將滲濾液pH調至11左右，吹脫后為了滿足生化的需要，需將pH重新調至中性，因此在運行過程中需加大量的酸堿用以調整pH，為了提供一定的氣液接觸面積，還需要風機提供足夠的風量以滿足一定的氣液比，造成了滲濾液處理成本偏高。另外，空氣吹脫法對于年平均氣溫較低的地區(qū)，存在低溫條件下吹脫無法正常運行和冬季吹脫塔結冰的問題，在我國北方地區(qū)，其應用受到一定的限制。

5 結束語

要根本解決我國垃圾滲濾液處理的問題首先要從源頭做起，即從垃圾的分類開始，加大宣傳力度和相應法律制度的完善，垃圾分類不僅可以將垃圾中有用的物質加以回收利用，不可利用部分也可以選擇不同的、有效的處理方法，減少有毒有害的物質的填埋，同時可以大大延長垃圾填埋場的服務時間，大大降低垃圾滲濾液的處理量和處理難度，從而降低垃圾滲濾液處理費用。

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