垃圾渗滤液处理技术现状及研究进展

垃圾渗滤液处理技术现状及研究进展
发布时间:2022-11-03来源：中国给水排水
近十几年来，随着我国城市化速度的加快和居民生活消费水平的不断提高，城市垃圾的增长非常迅速，垃圾的排放量迅速增加，每年新增垃圾约1亿吨，增长率高达10%左右。全国历年城市生活垃圾的堆存量达到60多亿吨，占地5万公顷，致使我国200多个城市陷入垃圾的包围中。城市生活垃圾的大量增加和堆存已成为我国城市可持续发展的严峻挑战。目前我国解决垃圾问题的方法主要有填埋、堆肥及焚烧处理三种处理方法，垃圾填埋因具有技术成熟、处理和管理费用低，运输方便等优点，在我国得到了广泛应用。在垃圾填埋和堆放过程中，产生的大量废水，统称为垃圾渗滤液，未经处理的垃圾渗滤液流经地表或渗入地下水后，会对环境造成严重的二次污染，因此，垃圾渗滤液安全且无害化处理是一直是一个世界性的环保难题。

01 垃圾渗滤液来源

垃圾渗滤液是由垃圾本身所含的游离水、自然降水和有机物分解产生的水以及渗入填埋场中的地表水和地下水通过淋浴作用产生的大量废水所形成，垃圾渗滤液的水量、水质受垃圾组成、填埋时间、填埋工艺、降雨渗透量等因素影响。尤其受降雨量影响较大，降雨量少时，垃圾渗滤液主要为垃圾本身所含游离水，大部分被蒸发，而降雨量大时，雨水流进垃圾堆体，产生大量渗滤液，渗滤液产生量与降雨量成正比。垃圾渗滤液具有污染物质成分复杂，有机污染物浓度高，水质变化大等特点，因此渗滤液处理起来较为困难。

02 垃圾渗滤液的水质特征

(1)色度与嗅味

渗滤液通常有很高的色度，其颜色多呈黑色和深褐色，色度可达2000-4000倍(稀释倍数)，与此同时，渗滤液有很浓重的垃圾腐化臭味。

(2)pH值

在垃圾场服务周期内，渗滤液pH值在6-7之间呈弱酸性，随着垃圾场服务年限的增长，填埋场也趋向稳定，pH值可提高到7-8，呈弱碱性。

(3)有机物

垃圾渗滤液中的有机物可分为三大类，分别为相对分子质量低的脂肪酸类；腐殖质类、高分子的碳水化合物；相对分子质量中等的灰黄霉酸类物质。

(4)氨氮

由于垃圾在堆体中的厌氧发酵和水解，导致垃圾渗滤液中的氨氮浓度高。渗滤液中的氨氮主要是以NH3-N的形式存在。中老年填埋场渗滤液中重要的水质特点之一是NH3-N很高。

(5)磷元素

垃圾渗滤液的含磷量通常较低，尤其是溶解性的磷酸盐浓度更低。渗滤液中的溶解性磷酸盐含量受到Ca离子浓度和碱度的影响，导致渗滤液生物处理的缺磷严重。

(6)重金属

生活垃圾中的微量重金属溶出率很低。由于垃圾本身对重金属有较强的吸附能力，故若将工业垃圾与生活垃圾混合填埋，渗滤液中重金属离子的溶出量将会明显增加。垃圾渗滤液中含有的常见重金属为Cu、Pb、Cr、Cd、Zn、As、Mn等。

(7)微生物

垃圾渗滤液中含有大量微生物，其中许多微生物对渗滤液的降解起着重要作用，主要有亚硝化细菌、硝化细菌、反硝化细菌、脱硫杆菌、脱氮硫杆菌、铁细菌、硫酸盐还原菌以及产甲烷菌8类细菌。此外，渗滤液中还有大量的病原菌和致病微生物。

(8)溶解性固体

垃圾渗滤液中含有较高浓度的总溶解性固体。这些溶解性固体在渗滤液中的浓度通常随填埋场时间的增加而变化，一般在填埋0.5~2.5年间达到高峰，此后，随填埋时间的增加，这些无机性盐类的浓度将逐渐下降，直至达到最终稳定。

03 垃圾渗滤液的处理技术

由于垃圾渗滤液的严重危害性，因此必须对其进行有效对处理，使其达标排放，同时由于垃圾渗滤液对水质特点，其处理难度和处理成本远超一般生活污水和工业废水，迄今为止还没有发展出完善的适合垃圾渗滤液处理的经济有效的工艺。

现今常用的垃圾渗滤液处理技术可分为生物处理技术和物理化学处理技术，其中生物处理技术由于处理成本低，二次污染小，可作为垃圾渗滤液处理的核心工艺，但经此法处理后的垃圾渗滤液出水一般无法直接达到国家的相关排放标准，需要进行后续的深度处理。现有的深度处理技术主要有膜处理技术和高级氧化技术（Advanced Oxidation Process，简称AOPs）

3.1 垃圾渗滤液的生物处理技术

生物法处理渗滤液是利用微生物降解渗滤液中的有机污染物净化废水的方法。垃圾渗滤液的生物处理是目前垃圾渗滤液的主要处理方式之一。根据生物处理过程中，其主要作用的微生物的呼吸类型，渗滤液的生物处理可分为好氧处理、厌氧处理、厌氧－好氧联合处理。

3.1.1 好氧生物处理

好氧生物处理好氧生物处理是利用微生物的好氧反应来降解渗滤液中的有机物，主要有活性污泥法、膜生物法等工艺。

活性污泥法是一种好氧生物处理技术，主要通过向污水通入氧气来强化污水中微生物的生理活动，利用微生物降解污水中的污染物质。目前用于垃圾渗滤液处理的活性污泥法的运行方式有传统活性污泥法、序批式活性污泥法（Sequencing Batch Reactor，简称SBR）、膜生物法（Membrane Bioreactor，简称MBR）。

胡勤海等采用吹脱-SBR-吸附混凝法对杭州市天子岭垃圾填埋场渗滤液进行了处理试验研究。结果表明，该复合处理系统对渗滤液中高浓度对cod、氨氮及色度均有较好对处理效果，平均去除率分别达91%、81%、和95%，除氨氮外，其余指标均达到《生活垃圾填埋场污染控制标准》（GB 16889-1997）中渗滤液二级排放标注限值。

由此可见活性污泥法可以对垃圾渗滤液有较好的处理效果，但活性污泥法处理渗滤液的出水效果受温度影响很大，在温度较低时对渗滤液的COD去除率较低，而且对中老龄垃圾场渗滤液中的污染物质去除效果不理想，因而采用活性污泥法处理垃圾渗滤液会受到一定的限制。

膜生物法污水处理技术是通过向污水中加入表面适于微生物生长的填料，经过一段时间后，在填料上就会附着一层由各种微生物构成的生物膜，污水流经填料时，填料上的微生物以污水中的有机物为养料，对其进行降解，从而达到净化污水的目的。膜生物法具有代表性的处理形式有生物滤池、生物转盘、生物接触氧化等。

王庭等采用UASB-AO-MBR工艺对低碳氮比垃圾渗滤液进行短程硝化反硝化脱氮的实验研究。结果表明：在溶解氧浓度为0.5～1.0mg/L条件下，好氧池微氧区可实现稳定的短程硝化反应，亚硝态氮累积率可达 90%以上；当碳源(甲醇)投加量4gCOD/L时，UASB 反应器可实现稳定高效的短程反硝化，出水COD低于500mg/L，氨氮低于5mg/L，总氮低于70mg/L，满足《污水排入城镇下水道水质标准》(GB/T 31962-2015)的要求。

膜生物法处理垃圾渗滤液具有抗水量水质冲击负荷、有利于水中需要较长停留时间才能去除的氨氮的去除优点；而且由于微生物生长在填料上，因而不需要污泥回流；同时由于生物链长，产生的剩余污泥量较少，有助于减少污水处理设施的基础建设资金。但维持生物膜运行需要较高但条件。

3.1.2 厌氧生物处理法

厌氧生物处理是在厌氧条件下，形成厌氧微生物所需要的营养条件和环境条件，通过厌氧菌和兼性菌代谢作用，对有机物进行生化降解过程。垃圾渗滤液对厌氧生物处理形式上主要有上流式厌氧过滤器（Anaerobic Up-flow Filter，简称AF）、上流式厌氧污泥床反应器（Up-flow Anaerobic Sludge Blanket，简称UASB）、厌氧复合床反应器（Up-flow Blanket Filter，简称UBF）、厌氧折流板反应器（Anaerobic Baffled Reactor简称ABR）等。

(1)上流式厌氧过滤器

上流式厌氧过滤器是一种厌氧生物滤池，该反应器具有启动周期短、耐冲击性好等特点。徐竺等对AF处理垃圾填埋场渗滤液进行了动态连续试验，结果表明：AF处理垃圾渗滤液的效果良好。在中温（35～40℃）消化时高浓度（3000～8000mg/L）进水的COD的去除率达95%左右，常温消化的COD去除率也可达90%左右；反应器的容积负荷可达5kgCOD·m-3d-1以上。

(2)上流式厌氧污泥床反应器

上流式厌氧污泥床反应器是一种厌氧污水生物处理装置。在该反应器中，污水以一定流速从下部进入反应器，通过污泥层向上流动，在料液与污泥的接触中进行生物降解，并产生甲烷等气体，然后通过三相分离器进行泥-水-气分离，从而实现去除污水中污染物的目的，上流式厌氧污泥床的负荷要比上流式厌氧滤器大得多。

(3)厌氧复合床反应器

厌氧复合床反应器是上流式厌氧污泥床反应器和上流式厌氧过滤器复合而成的上流式厌氧污泥床过滤器，复合床的上部为厌氧滤池。下部为上流式厌氧污泥床，这种设计可以集厌氧过滤器和厌氧污泥床反应器的优点于一体。

潘骏等在(38±2)℃条件下分别采用UASB和UBF厌氧反应器技术对生活垃圾渗滤液进行处理。结果表明：在厌氧运行过程中，有机负荷提升至15kg COD( m3·d)，HRT为5 d，UASB 厌氧反应器原料产气率为 25.4 ～ 29.6m3/t，COD去除率高于94%，容积产气率为 5.77～6.02m3/m3，CH4 含量70%以上，pH值为7.21～8.25；UBF厌氧反应器原料产气率为22.7～25.4m3/t，COD去除率高于90%，容积产气率为4.99～5.60 m3/m3，CH4含量66%左右，pH值为7.29～8.01，UASB厌氧反应器处理生活垃圾渗滤液效果优于UBF厌氧反应器。

(4)厌氧折流板反应器

厌氧折流板反应器是一个由多隔室组成的高效新型厌氧反应器。运行中的厌氧折流板反应器是一个整体为推流，而各隔室为全混合的反应器，因而可获得稳定的处理效果。研究结果发现，ABR可有效地改善混合废水的可生化性。

沈耀良等用ABR处理苏州七子山生活垃圾填埋场渗滤液和城市污水混合液，结果表明，进水BOD5/COD为0.2～0.3时、出水BOD5/COD可提高至0.4～0.6；当容积负荷为4.71kg COD/(m3•d)时，可形成沉降性能良好、粒径为1～5mm的棒状颗粒污泥。

厌氧生物处理技术适合处理溶解性有机物，而且在提高渗滤液可生化性方面表现出明显的优势，但经厌氧生物处理后的渗滤液出水COD和氨氮浓度仍比较高，溶解氧很低，很难达到国家规定的排放标准。因此目前而言，渗滤液的厌氧生物处理一般不作为单独使用的处理方式。

3.1.3 厌氧－好氧结合处理法

为了充分发挥垃圾渗滤液好氧处理和厌氧处理技术各自的优势，弥补这两种处理技术各自的不足，高浓度渗滤液的生物处理一般都采用厌氧－好氧两者结合处理工艺。实践证明，该工艺对渗滤液的处理效果远好于单纯的好氧工艺或厌氧工艺。

孙廷岳等在处理泉州某生活垃圾焚烧厂渗滤液时，采用UASB+MBR+RO工艺，系统稳定运行的数据显示，当进水COD、BOD5为21410±2838mg/L、10527±1262mg/L时，出水COD、BOD5为76.6±19mg/L、28.3±8.6mg/L；进水NH3-N与SS质量浓度分别为1295±192mg/L和3336±210mg/L时，出水分别为2.95±1.14mg/L和1.59±0.45mg/L，满足水质排放标准。通过污染物降解过程分析可知，UASB与MBR可去除97.7%的COD，MBR可去除89.5%的NH3-N与87.1%的TN。

高艳娇等采用厌氧复合床／生物接触氧化反应器（UBF/BCOR）处理垃圾渗滤液。试验结果表明：经60d微生物培养，UBF/BCOR顺利完成启动；通过负荷试验，确定UBF／BCOR的COD 容积负荷最大为9.54kg／（m3·d）；UBF／BCOR稳定运行后期，COD总去除率平均为87.8%，BOD5总去除率平均为93.5%，NH3-N总去除率平均为72.4%去除效果较好。

3.2 垃圾渗滤液的物理化学处理技术

垃圾渗滤液的物理化学处理技术是指利用物理化学原理设计的垃圾渗滤液处理工艺，通过工艺的运行去除垃圾渗滤液中的污染物质，从而达到净化垃圾渗滤液的渗滤液处理技术。垃圾渗滤液的物理化学处理方法主要有混凝－化学沉淀、吸附、膜处理等。

3.2.1 混凝－化学沉淀处理技术

垃圾渗滤液的混凝处理是通过外加混凝剂使渗滤液中不能直接通过重力去除的微小物质和混凝剂一起聚结成较大的颗粒，这些颗粒可以在重力的作用下迅速沉降，分离出渗滤液，从而减少渗滤液中的污染物质。混凝沉淀的机理主要包括压缩双电层、电中和、吸附架桥和网捕沉淀。化学沉淀法是向渗滤液中加入某种化学药剂，使渗滤液中的污染物质和化学药剂发生反应生成沉淀物，从而去除渗滤液中污染物质的处理方法。

3.2.2 吸附处理技术

在相界面上，物质的浓度自动发生累积或浓集的现象称为吸附。利用固体物质表面对水中污染物质的吸附作用去除水中污染物质的方法是水处理技术中一种常用的方法。具有吸附能力的多孔性固体物质称为吸附剂，水处理中常用的吸附剂有活性炭、沸石、木炭等。近年来，采用吸附方法处理垃圾渗滤液的研究日益增多，尤其是活性炭吸附法在垃圾渗滤液处理中得到了广泛应用，

沈耀良等采用PAC作混凝剂、焦炭作吸附剂处理杭州天子岭垃圾填埋场渗滤液，研究表明，采用PAC做混凝剂、焦炭做吸附剂可有效去除渗滤液中COD和各部分重金属离子。PAC和焦炭投入量分别为400mg/L和8～10g/L时，COD去除率达58.9%，重金属离子等去除率达60%左右，其中对Cu的去除率近100%；混凝和吸附对各污染物的去除具有互补性，因此工艺具有良好的运行灵活性和稳定性。

3.2.3 膜处理技术

膜处理技术是水处理技术中的一种常用技术，该技术主要是使污水在一定的压力下流过隔膜，在此过程中，由于水分子量较小，可以通过隔膜，而水中的污染物质分子量大于隔膜孔径，被隔膜所截留，从而分离出水中的污染物质，达到净化污水的目的。根据膜的孔径大小可以分为：微滤膜、超滤膜、纳滤膜、反渗透膜等。

（1）微滤膜

微滤(Microfiltration，简称MF)是一种精密过滤技术，利用孔径为0.1～1.5μm的滤膜对水进行过滤。微滤是一种低压膜滤，进水压力一般小于0.2MPa，过滤精度介于常规过滤和超滤之间，可分离水中直径为0.03~15μm的组分，能去除水中的颗粒物、浊度、细菌、病毒、藻类等。

（2）超滤膜

超滤(Ultrafiltration，简称UF)是以压力为推动力，利用孔径为 0.01～0.lμm的滤膜对水进行过滤的方法。操作压力在0.5MPa以下，过滤精度介于纳滤和超滤之间，可分离水中直径为0.005～10μm、分子量大于500的大分子化合物和胶体，能有效去除水中的悬浮物、胶体、细菌、病毒和部分有机物。

（3）纳滤膜

纳滤(Nanofiltration，简称 NF)过滤精度介于反渗透和超滤之间，早期又称松散反渗透(Loose RO)，操作压力为3MPa以下。纳滤膜早期又称软化膜，对钙、镁离子具有很高的去除率，能有效去除水中分子量在200以上、分子大小约1nm的可溶性组分。

（4）反渗透膜

反渗透(Reverse Osmosis，简称RO)是目前最微细的过滤技术。反渗透膜可阻挡所有溶解的无机分子以及任何相对分子质量大于100的有机物，而水分子可通过薄膜成为纯水。其对水中二价离子的脱除率最高可达99.5%，对一价离子的脱除率也在95%以上。

当前应用于垃圾渗滤液处理的膜主要为反渗透膜和超滤膜，这是因为反渗透分离技术相比其他污水处理技术具有这几处优点：反渗透技术的主动力是分离过程中施加的压力，不需要经过能量的密集交换，减少了处理过程中的能源消耗；反渗透技术的应用过程中不需要使用过多的吸附剂以及沉淀剂，降低了废水回用成本；反渗透技术的分离过程操作相对简单，不需要长时间的工程设计就能够实现，缩短了处理周期；反渗透技术对废水的净化效率较高，具有良好的运行环境。

膜处理技术具有适应垃圾渗滤液水质水量变化大的特点，而且操作及维护方便，占地面积小，易于实现自动化控制。垃圾渗滤液经膜处理后，出水能够达到国家相应的排放标准，不会对环境造成任何危害。但是，一般情况下，垃圾渗滤液在进行膜处理之前要先预处理，去除渗滤液的浊度和悬浮固体，以防止膜堵塞。常用的预处理方法有：絮凝过滤、多介质过滤、活性炭吸附、精密过滤器（保安过滤）、氧化处理、杀菌消毒软化、阻垢剂加药等。

现在比较成熟的膜处理工艺有MBR+NF、MBR+单级DTRO、两级DTRO，基本能够持续地保证达标排放。其中MBR+NF工艺更依赖于前级膜生物反应器生化处理的效果，即当生化处理效果不好时，NF不能完全保证出水达标（COD、氨氮）。相比较而言 MBR+单级DTRO能持续保证出水达标，即使在生化效果出现偏差时，碟管式反渗透（Disc Tube Reverse Osmosis，简称 DTRO）也能做到较强的后续保障。

而用膜法处理污水，必然存在浓缩液的问题。而工程中追求更高的清水产出率（浓缩比更高），则使产生的浓缩液更难处理。碟管式反渗透技术由于可直接应用于垃圾渗滤液，进行两级处理后，排放即可持续达到标准要求。虽然解决了生化法工程构筑物多周期长的缺点，但由于其比其他反渗透膜装置有更高的浓缩比，从而使其浓缩液问题更为突出。为使膜法处理在垃圾渗滤液处理中更为有效和合理，有必要对后续浓缩液的处理展开工程化研究。

04 总结

当前我国的垃圾渗滤液处理以生物处理技术为主，这类处理技术的主要特点是：技术成熟、工艺相对简单，但对处理的污水水质要求较高。特别对于垃圾渗滤液这种高浓度、成分复杂的废水来说，仅靠生物技术无法将其处理达标排放，需要结合其他工艺共同处理，在实际运行过程中存在着诸多亟待解决的问题。

好氧处理工艺中的活性污泥法具有投资大、运行管理费用高、处理效果受温度影响较大的缺点；膜生物反应系统需氧量大、能耗高，难生物降解物质的积累容易造成微生物的毒害和膜污染，并且膜组件价格目前比较昂贵，处理费用昂贵。

厌氧处理工艺适合高浓度有机废水，但缺点是停留时间长，污染物的去除率相对较低，对温度的变化比较敏感。普通厌氧消化池体积较大，需要有足够的搅拌，所以能耗较高；升流式厌氧污泥床工艺最大的缺点在于其对有毒物质较为敏感，从而影响处理性能；厌氧生物滤池则是布水不均匀、填料昂贵且易堵。

厌氧－好氧组合工艺在处理早期渗滤液方面优势较为明显，但在晚期渗滤液处理上，存在COD去除率不高、脱氮流程复杂、TN去除率低等不足。另外还有投资大、运行管理费用高的缺点。

为了弥补生物组合工艺的不足，国内外学者提出了更多新型生物组合工艺，它们既保留了传统生物组合工艺的优点又耦合了短程硝化反硝化、同时硝化反硝化、厌氧氨氧化等新型脱氮技术，在处理中晚期渗滤液上具有很大的潜力。然而目前这些组合工艺大多数处于实验室研究阶段，这些生物组合工艺能否顺利应用于实际工程，还需在提高处理效果、获得最佳运行条件、控制运行成本、高效管理等方面进行深入研究。