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某城镇生活垃圾填埋场渗滤液处理工艺设计综述
郑世超
（四川理工学院材料与化学工程学院，四川自贡 643000）
摘要 本文分析了填埋场渗滤液的现状，介绍了渗滤液处理的几种主要工艺，对比了好氧法、厌氧法、好氧－厌氧法、物理化学法、土地处理法及回灌技术处理渗滤液的特点，分析了综合工艺处理渗滤液的优势，描述了国内外填埋场渗滤液处理技术及其运用的现状及趋势。
关键词 生活垃圾填埋场渗滤液
ABR
SBR
1
生活垃圾填埋场渗滤液现状
1.1
渗滤液产生背景
随着我国城市化进程的加快，城镇数目不断增加，城市规模日益扩大(我国现有建制市668座，包括县城在内的中小城镇则达3万多座)，人口也急剧增长，直接导致城镇生活垃圾大幅度增长，而垃圾处理设施、处理资金却面临很大的缺口，呈现垃圾包围城市的局面。垃圾问题已成为制约我国城镇发展的重要因素。
作为垃圾处理过程的副产品，渗滤液问题已严重影响我国垃圾处理事业的健康发展。现有的垃圾处理设施中，包括填埋场、焚烧场、垃圾中转站、堆场以及堆肥场都将产生大量的渗滤液。目前我国城市生活垃圾的新鲜渗滤液年产量约2900万吨，可控点源排放的渗滤液为1515万吨，如果加上填埋场/堆场历年垃圾产生的渗滤液，则其年产量估计为新鲜渗滤液的数倍，而lt渗滤液约相当于100t城市污水所含污染物的浓度。生活垃圾填埋场渗滤液一方面通过填埋场地向下渗透，随着时间延长，当填埋场底下的土壤对大部分有机污染物吸附达到饱和时，污染物会沿着地下水流向作扇形扩散，造成了对地下水的污染。另一方面经垃圾填埋场导流管引流出来的渗滤液，往往没有经过完全的处理就直接用于农田灌溉或排入江河湖泊。随渗滤液进入河流或农田的各种有机污染物、无机污染物，会使水生生物和农作物受到污染，并通过食物链和生态环境对人体健康产生危害。但到目前为止，适合我国国情、符合“高效、低耗”处理标准的渗滤液处理工艺仍处于研发阶段，渗滤液问题已成为垃圾产业化进程的“瓶颈”，严重威胁了垃圾处理设施周围环境的安全及居民的健康生活[1]。
1.2渗滤液水质分析
垃圾渗滤液是指从垃圾填埋场中渗出的黑棕红色水溶液，当垃圾含水47%时，每吨垃圾可产生0.0722t渗滤液[2]。填埋场渗滤液的来源有直接降水、地表径流、地表灌溉、地下水、废物中的水分、覆盖材料中的水分、有机物分解生成的水，当填埋场处于初期阶段是，渗滤液的pH值较低，而COD、BOD5、TOC、SS、硬度、挥发性脂肪酸和金属的含量很高；当填埋场处于后期时，渗滤液的pH值升高，而COD、BOD5、硬度、挥发性脂肪酸和金属的含量明显下降。但随着堆放年限的增加，垃圾渗滤液中氨氮浓度会逐渐升高[3]。
1.3渗滤液水质特点
（1）污染物种类繁多：渗滤液的污染成分包括有机物、无机离子和营养物质。其中主要是氨、氮和各种溶解态的阳离子、重金属、酚类、丹类、可溶性脂肪酸及其它有机污染物。
（2）污染物浓度高，变化范围大：在垃圾渗滤液的产生过程中，由于垃圾中原有的、以及垃圾降解后产生的污染物经过溶解、洗淋等作用进入垃圾渗滤液中，以致垃圾渗滤液污染物浓度特别高，而且成分复杂。垃圾渗滤液的这一特性是其它污水无法比拟的，造成了处理和处理工艺选择的难度大。
（3）水质变化大：垃圾成分对渗滤液的水质影响大。不同的地区，生活垃圾的组成可能相差很大。相应的渗滤液水质也会有很大差异。垃圾渗滤液水质因水量变化而变化，同时随着填埋年限的增加，垃圾渗滤液污染物的组成及浓度也发生相应的变化。
（4） 营养元素比例失衡：对于生化处理，污水中适宜的营养元素比例是BOD5：N：P=100：5：1，而一般的垃圾渗滤液中的BOD5/P大都大于300，与微生物所需的磷元素比例相差较大。
1.4渗滤液水量特点
（1）水量变化大：垃圾填埋场产生的渗滤液量的大小受降雨量、蒸发量、地表径流量、地下水入渗量、垃圾自身特性及填埋结构等多种因素的影响。其中，最主要的是降水量。由于垃圾填埋场是一个敞开的作业系统，因此渗滤液的产量受气候、季节的影响非常大。
（2）水量难以预测：渗滤液的产生量受到多种因素的影响，要准确预测渗滤
液的产生量受到多种因素的影响，要准确预测渗滤液的产生量是非常困难的。
2
渗滤液处理方法
2.1渗滤液主要处理方法
生活垃圾填埋场渗滤液是一种高浓度的有机废水，色度深，随着填埋时间和降雨量等的变化其中的化学组成会发生很大变化，而且其含有致病菌群、重金属等组分一旦渗出就会污染地下水，因此填埋场渗滤液的处理是填埋场设计、运行、封场、环境监测和后期管理时应考虑的重要问题之一。针对国家标准要求，选择工艺技术可靠、经济合理的方案显得尤为重要，其重要性甚至要超过某一单项技术的选择。常用的垃圾渗滤液处理方式有以下四种：
（1）
将渗滤液输送至城市污水处理厂进行合并处理；
（2）
经预处理后输送至城市污水处理厂合并处理；
（3）
渗滤液回灌至填埋场的循环喷洒处理；
（4）
在填埋场建设污水处理厂进行单独处理[4]。
其中，将垃圾渗滤液与适当规模的城市污水处理厂合并处理是最为简单的处理方式。处理填埋场渗滤液的工艺包括生物法和物理化学法。
2.2.1生物法
常用的方法主要有好氧生物处理、厌氧生物处理、好氧和厌氧结合处理及土地处理[5]。
1．好氧生物处理
好氧生物处理技术利用微生物在好氧条件下旺盛代谢的作用，以废水中的有机物作为原料进行新城代谢合成生命物质，同时将污染物讲解。好氧生物处理技术有活性污泥法、生物膜法、间歇式活性污泥法、稳定塘法等。
(1)活性污泥法是以活性污泥为主体的污水生物处理技术，由Arden和Locdett[6]等于1914年开发并得到了广泛的应用，它主要利用悬浮生长的微生物絮体来降解废水中有机物；利用含微生物的絮状污泥去除废水中的溶解性及颗粒态有机物；利用静置沉淀去除工艺流程中的MLSS，产生含悬浮固体物低的出水；部分浓缩污泥由沉淀池重新回流至生物反应池；利用剩余污泥控制污泥停留时间，使其达到所需值。活性污泥法对渗滤液中易降解有机物具有较高的去除率，但是活性污泥法处理垃圾渗滤液的出水效果受温度影响较大，同时对中老期渗滤液的去除效果不理想。
（2）生物膜
生物膜法又称固定膜法，是与活性污泥法并列的一类废水好氧生物处理技术；是土壤自净过程的人工化和强化；与活性污泥法一样，生物膜法主要去除废水中溶解性的和胶体状的有机污染物，同时对废水中的氨氮还具有一定的硝化能力。在生物膜法中，生物膜主要是由细菌(好氧菌、厌氧菌和兼性菌)菌胶团和大量真菌菌丝组成，由于生物膜是生长在载体上，微生物停留时间长，诸如硝化茵等生长世代期较长的微生物也能生长。同时生物膜上还可以生长一些微型动物、藻类以及昆虫等，使得生物膜上生长繁育的生物类型极为丰富，种类繁多，食物链长而复杂。因此生物膜法具有抗水量、水质等负荷冲击，同时也有利于水中需较长停留时间的氨氮等的去除。
（3）SBR法
SBR也称间歇曝气活性污泥法或序批式活性污泥法(Sequencing Batch Reactor)，是一种间歇运行的污水处理方法。与传统的活性污泥法相比，SBR去除污染物的机理相似，只是运行方式不同。SBR工艺采用间歇运行方式，污水间歇进入处理系统并间歇排出。系统内只设一个处理单元，该单元在不同时间发挥不同的作用，污水进入该单元后按顺序进行不同的处理，最后完成总的处理被排出。一般说来，SBR的一个运行周期包括进水期、反应期、沉淀期、排水期、闲置期五个阶段。排泥可在排水器或闲置期进行。
SBR方法可通过时间控制，在一个单池内完成进水、厌氧搅拌、充氧曝气、沉淀、排水等过程，具有较强抗冲击负荷能力，同时可根据渗滤液水质复杂多变的特点，灵活地调整工艺参数，并且厌氧与好氧的交替进行，可以达到较好的脱氮除磷效果。
（4）稳定塘法
稳定塘又名氧化塘，是一种利用天然或人工池塘作为处理设施，在自然或半自然条件下，充分利用塘中微生物的新陈代谢活动来降解有机物，塘系统是一个没有二沉池和相应的污泥回流设施的悬浮生长式生物处理过程。稳定塘处理系统由于无需污泥回流，动力设备少，能耗低，工程简单，投资省等优点，在许多地方得到了广泛应用。但塘系统的不足之处主要是体积较大，有机负荷低，降解速度侵，处理周期长等。
2．厌氧生物处理
厌氧生物处理工艺是指各种没有氧气和硝态氮参与的废水生物处理系统，主要是利用厌氧微生物将基质中结构复杂的难降解有机物先分解为低级、结构较为简单的有机物，在毋需提供外源能量的条件下，以被还原有机物作为受氢体，再由甲烷菌将有机物分解为甲烷、二氧化碳和水等终产物。厌氧生物处理技术包括
上流式厌氧污泥床(UASB)、厌氧间歇性序批式反应器(ASBR)、厌氧折流板反应器(ABR)和厌氧生物滤池等。
（1）高效厌氧反应器
UASB作为一种高效厌氧反应器，采用悬浮生长微生物模式，独特的气液固三相分离系统与生物反应器集成于一空间，使得反应器内部能够形成大的、密实的、易沉降颗粒污泥，从而在反应器内的悬浮固体可达到23~30g/L[7]。UASB生物反应器的大小受工艺负荷、最大升流速度、废水类型和颗粒污泥沉降性能等的影响，一般通过排放剩余污泥来控制絮体污泥和颗粒污泥的相对比例，反应器的HRT一般在0.2~2d范围内，其容积负荷为2~25kgCOD/(m3·d)。此技术启动期短，耐冲击性好，对于不同含固量污水具有较强的适应能力。
(2)厌氧SBR
序批式厌氧反应器（ASBR）通过一个反应器实现去除废水中有机物和截留固体颗粒物的双重功效，由于其工艺灵活性较大、可在同一反应器实现多工况运行，无需额外的澄清池、无短流，接近理想化的沉淀条件，使得其非常适合填埋场渗滤液本身量、质变化较大的特点。
（3）厌氧折流板反应器
ABR被称为第三代厌氧反应器，其不仅生物固体截留能力强，而且水力混合条件好。ABR反应器中使用一系列垂直安装的折流板使被处理的废水在反应器内沿折流板作上下流动，借助于处理过程中反应器内产生的沼气反应器内的微生物固体在折流板所形成的各个隔室内作上下膨胀和沉淀运动，而整个反应器内的水流则以较慢的速度作水平流动。由于污水在折流板的作用下，水流绕折流板流动而使水流在反应器内的流径的总长度增加，再加之折流板的阻挡及污泥的沉降作用，微生物固体被有效地截留在反应器内。
（4）厌氧生物滤池
厌氧生物滤池(anaerobic biological filtration process，AF)是一种内部装微生物载体的厌氧反应器，由于微生物生长在填料上，不随水流失，所以AF有较高的污泥浓度和较长的泥龄。厌氧滤器中一个重要介质就是滤料，滤料可以使微生物附着生长，但主要的作用是截留悬浮生长污泥。AF反应器具有良好的运行稳定性，能适应废水浓度和水力负荷的变化而不致引起长时间的性能破坏，可在低pH值和含毒物条件下稳定运行，而且再启动迅速，其缺点是布水不均匀、填料昂贵且易堵塞。
3．厌氧与好氧结合处理
与厌氧法相比，好氧处理消耗大量的动力能量，且废水COD浓度越高，好氧法耗能越多；好氧处理时有机物转化成污泥的比例远大于厌氧法，因此污泥处理和处置的费用也高于厌氧法；好氧处理时污泥的生长量大，所以对无机营养元素的要求也高于厌氧法，对于含磷浓度较低的垃圾渗滤液需投加必要的磷。而厌氧工艺处理时间长、占地面积大，单纯厌氧工艺处理效果不佳，鉴于以上原因，对高浓度的渗滤液一般都采用厌氧—好氧两者结合处理工艺。我国曾采用的组合工艺有厌氧+气浮+好氧工艺，便于管理，节省能耗，但处理效果不稳定；有UASB+氧化沟+稳定塘工艺，利用有利地形处理渗滤液；有普通活性污泥法+纳滤膜过滤工艺，处理效果好，但投资和运行费用高，占地面积大。
2.2.2物理化学法
渗滤液在经过一系列生化处理后的B /C出水比更低，难降解成分，一般有必要采用物化处理技术，作为一种预处理或者后处理的手段，来处理渗滤液。渗滤液的物化处理过程包含了混凝吸附、蒸发、高级氧化、浮选和膜处理技术等。这些技术基本都能提高渗滤液的生物降解性或者直接使出水达到排放标准，彻底实现渗滤液的无害化。
1．混凝处理技术
混凝处理目的是通过外加混凝剂使水体中不能直接通过重力去除的微小杂质聚结成较大的颗粒，迅速得到沉降，从而使水澄清。一般来说，单纯依靠混凝来去除渗滤液中的COD到一定的排放标准是不大现实的，因为混凝处理一般对于大分子有机物(大于3000Da)具有良好的效应，而渗滤液除了大分子物质外，还有很大一部分物质是由小分子物质组成，新鲜渗滤液中小于1000Da分子量的物质占将近80%。因此，混凝处理一般可用作渗滤液的预处理或者是深度处理。
2．高级氧化技术
高级氧化技术由于具有氧化能力高、二次污染小、外界环境影响因素小、具有一定的非选择性，应用广泛。高级氧化技术包括蒸发处理、化学氧化法、光催化氧化法和电解处理等。
（1）蒸发处理
蒸发法主要利用外加能量来蒸发废水中的水分，从而大大缩小废水体积，达到处理目的。目前在染料、医药、农药等工业废水以及放射性废水处理领域中应用较广泛。近年来，在渗滤液处理中也得到了相应的应用。Ehrig[8]认为，通过蒸发作用，渗滤液可以分离成洁净的液相和含有污染物的固相，但是当固相或浓缩液中含有挥发性有机物、含氯有机物或高浓度氨氮时，由于易形成二次污染，而使得蒸发操作较为困难。
（2）化学氧化法
化学氧化法是利用强氧化剂将废水中的有机物氧化成小分子的碳氢化合物或完全矿化成CO2和H2O，其中H2O2和O3是最常用的两种氧化剂。
（3）光催化氧化法
光催化氧化反应是利用光催化半导体TiO2在紫外光照下，使得TiO2产生电子-空穴，在吸附H2O后，形成吸附态的·OH，·OH基团是一种具有强氧化活性的自由基，它与有机物结合后，能够很快发生氧化-还原反应，达到降解有机物的目的。
（4）电解技术
电催化氧化反应的基本原理也与光催化氧化反应类似，不同之处就是电解反应能量的来源是电能，并且能量的大小可以通过电流密度的调节来实现。电解过程中，渗滤液中的COD、NH3-N的去除，通常是由于阳极的直接氧化作用和溶液中的间接氧化作用。阳极直接氧化是由于水分子在阳极表面上放电产生被吸附的·OH，·OH对被吸附在阳极上的有机物的亲电进攻而发生氧化作用；间接氧化时在电解过程中铜鼓电化学反应产生了强氧化剂。
3．膜分离技术
随着经济水平的提高和人们环境意识的增加，膜处理工艺在渗滤液尾水和老龄渗滤液处理中的应用越来越广。反渗透是一种离子/分子水平的物理分离技术，在压力作用下使渗滤液中的水分子通过半透膜，可以有效地除去其中的细菌、悬浮物、有机污染物、重金属离子、氨氯等污染物质，从而确保出水水质完全符合国家一级排放标准[9]。和其它方法相比，反渗透法具有出水水质稳定、操作简便、占地面积小等优点，因此越来越多地被用来处理生活垃圾渗滤液，日益成为垃圾渗滤液处理的主流技术。
2.2.3土地处理
土地处理是由常规的污水灌溉发展起来的，对以有机物为主的废水可以起到水肥合一、综合利用的效果。土地处理系统主要是利用土壤的物理、化学与生物化学作用，借助于土壤—微生物—植物等陆地生态系统的自我调控机制和对污染物的综合净化功能，将污水中污染物去除，使之转化为新的水资源，达到重新回收利用的一种较为新颖的污水处理方法[10]。
用于渗滤液处理的土地处理系统主要包括人工湿地和回灌处理(污水灌溉或地下灌溉等)。
（1）人工湿地
人工湿地是利用人为手段建立起来的，具有湿地性质的污水处理系统，是人为创造的一个适宜水生植物或湿地植物生长的“环境”。它是浮水或潜水植物及处于水饱和状态的基质层和微生物组成的复合体。它具有较高的植物产率，在水生植物浸水部分的茎、叶和根系上有较大的吸附表面积，并逐渐形成生物膜，从表层到内部存在着DO梯度，相应形成好氧、缺氧和厌氧层，其中还存有大量的活性微生物，这些微生物通过生化作用将水中可溶性的有机物、固体和胶体不溶性有机质(即COD、BOD5、N、P、重金属等污染物)转变成植物所需要的营养物质，并使微生物生长繁殖，从而降解污染物。
（2）回灌处理
渗滤液回灌处理技术是指采用适当措施，将从填埋场底部收集到的渗滤液，经一定方式预处理或直接利用动力设施重新打到填埋场覆盖层表面或覆盖层下部，利用填埋场覆土层及各年龄段垃圾的物化以及生物降解作用对渗滤液进行处理的一种方法。
渗滤液回灌技术是把填埋场作为一个以各年龄段垃圾为填料的生物滤床。当渗滤液流过覆土层和垃圾层时，发生一系列生物、化学和物理作用，使渗滤液中的有机物、重金属、无机胶体等物质，通过机械拦截吸附络合、菌合和离子交换等作用被截留，并通过覆土层及各年龄段垃圾表面所富集的各种菌胶团和土著细菌等微生物的作用，降解成为稳定和半稳定物质，同时由于蒸发作用，回灌过程也间接达到了渗滤液减量的效果。
3
渗滤液处理现状与趋势
国内外现在对垃圾渗滤液的处理多以生物-混凝沉淀法、生物-活性炭吸附等组合工艺为主。我国目前真正能满足卫生填埋标准的填埋场并不多，许多填埋场因为投资所限无法按设计要求建造能达到环境保护要求的渗滤液收集系统。因此，宜发展投资省，效果好的渗滤液处理技术。垃圾填埋场渗滤液向填埋场回灌，利用土地吸附，土壤生物降解及垃圾填埋层的厌氧滤床作用使渗滤液降解，具有投资省、效果好，无需专门处理设施投资等特点。而且渗滤液的回灌可使垃圾保持湿润，加速填埋场的稳定。回灌法目前采用较少，可作深入研究，以明确回灌法的使用条件，处理效率及回灌处理的工程设计参数。对垃圾渗滤液的处理，我国尚处于研究探索阶段，为了建设标准化的城市垃圾卫生填埋场，对其渗滤液的处理应作更深入的研究[11]。
参考文献
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