[科普中國(guó)]-垃圾滲濾液處理工藝

城市垃圾填埋場(chǎng)滲濾液的處理一直是填埋場(chǎng)設(shè)計(jì)、運(yùn)行和管理中非常棘手的問(wèn)題。滲濾液是液體在填埋場(chǎng)重力流動(dòng)的產(chǎn)物，主要來(lái)源于降水和垃圾本身的內(nèi)含水。由于液體在流動(dòng)過(guò)程中有許多因素可能影響到滲濾液的性質(zhì)，包括物理因素、化學(xué)因素以及生物因素等，所以滲濾液的性質(zhì)在一個(gè)相當(dāng)大的范圍內(nèi)變動(dòng)。一般來(lái)說(shuō)，其pH值在4～9之間，COD在2000～62000mg/L的范圍內(nèi)，BOD5從60～45000mg/L，重金屬濃度和市政污水中重金屬的濃度基本一致。城市垃圾填埋場(chǎng)滲濾液是一種成分復(fù)雜的高濃度有機(jī)廢水，若不加處理而直接排入環(huán)境，會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。以保護(hù)環(huán)境為目的，對(duì)滲濾液進(jìn)行處理是必不可少的。1

垃圾滲濾液水質(zhì)特點(diǎn)垃圾滲濾液是一種黑色或者黃褐色的帶有惡臭氣味的液體，滲濾液含有大量的有機(jī)物和無(wú)機(jī)物，包括各種難降解有機(jī)物(如各種芳香族化合物和腐殖質(zhì)等)、無(wú)機(jī)鹽(如銨根、碳酸根和硫酸根等)和金屬離子(如鉻、鉛和銅等)。由于垃圾中的成分復(fù)雜，垃圾滲濾液水質(zhì)的特點(diǎn)之一就是污染物含量很高，而且往往含有生物毒性，其中COD的質(zhì)量濃度最高可高達(dá)20000mg/L以上，包含苯及其多種衍生物，氨氮的質(zhì)量濃度可達(dá)2000mg/L，這種含有有毒有機(jī)物和高氨氮的廢水給其處理，尤其是生物處理帶來(lái)了極大的困難，除了有毒的芳香族化合物外，滲濾液還含有大量的腐殖質(zhì)和腐殖酸等大分子有機(jī)物，這些有機(jī)物雖然沒有生物毒性，但由于分子量大，具有很好的化學(xué)穩(wěn)定性，微生物無(wú)法實(shí)現(xiàn)有效的降解，因此，只采用活性污泥法不能實(shí)現(xiàn)對(duì)滲濾液COD的有效去除，必須增加深度處理工藝，垃圾滲濾液的另一個(gè)特點(diǎn)是水質(zhì)水量變化大，地域?qū)B濾液的水質(zhì)有很大的影響，相對(duì)來(lái)說(shuō)，歐美國(guó)家的滲濾液污染物濃度尤其是氨氮要低于亞洲國(guó)家，歐美國(guó)家滲濾液中的氨氮的質(zhì)量濃度一般在1000mg/L以內(nèi)甚至更低，而亞洲國(guó)家的滲濾液氨氮的質(zhì)量濃度一般都在1000mg/L，甚至可以達(dá)到5000mg/L，這可能與不同地區(qū)不同的文化和生活習(xí)慣有關(guān)，同一地點(diǎn)不同時(shí)間產(chǎn)生的滲濾液水質(zhì)差別也很大，根據(jù)垃圾填場(chǎng)的場(chǎng)齡不同，垃圾滲濾液可以分為早期垃圾滲濾液(填埋場(chǎng)場(chǎng)齡5a以內(nèi))、中期垃圾滲濾液(填埋場(chǎng)場(chǎng)齡5～10a)和晚期垃圾滲濾液(填埋場(chǎng)場(chǎng)齡10a以上)。2

處理方法垃圾滲濾液的處理方法主要有4種方法：

1、排往城市污水廠合并處理，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是無(wú)需再另建處理廠，缺點(diǎn)主要有2個(gè)：一個(gè)是管網(wǎng)的投資費(fèi)用大，填埋場(chǎng)一般遠(yuǎn)離市區(qū)，因此需要鋪設(shè)較長(zhǎng)的輸送管網(wǎng)；另一個(gè)是增加了城市污水廠的不穩(wěn)定因素，由于滲濾液水質(zhì)復(fù)雜且不穩(wěn)定，城市污水廠長(zhǎng)期接受滲濾液會(huì)給其穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)極大的隱患，很容易使活性污泥出現(xiàn)中毒等不良癥狀。

2、向填埋場(chǎng)的循環(huán)噴灑處理，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)便，處理成本最低，這種方法的缺點(diǎn)是并沒有解決滲濾液的污染問(wèn)題，滲濾液的產(chǎn)量會(huì)越來(lái)越大，處理會(huì)越來(lái)越困難。

3、預(yù)處理后匯入城市污水處理廠合并處理．這種方法的優(yōu)點(diǎn)是處理工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，同時(shí)降低了城市污水廠的風(fēng)險(xiǎn)，但缺點(diǎn)是投資較大，且城市污水廠的安全隱患依然存在。

4、單獨(dú)建設(shè)污水站，滲濾液經(jīng)污水站處理達(dá)標(biāo)后排放，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是出水水質(zhì)有保證，真正實(shí)現(xiàn)了滲濾液的有效處理，對(duì)環(huán)境的危害最小，缺點(diǎn)是對(duì)工藝的要求較高，運(yùn)行和管理費(fèi)用較高。

綜合以上因素，垃圾填埋場(chǎng)主要采用單獨(dú)建設(shè)污水站的方法進(jìn)行處理，這些滲濾液處理廠一般采用物化(預(yù)處理)+生化(包括厭氧和好氧)+物化(深度處理)的組合工藝實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。3

處理工藝與城市污水合并處理當(dāng)填埋場(chǎng)與污水廠相距近，滲濾液運(yùn)輸?shù)慕?jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)較小，可將滲濾液集中排入專用管線，連接至污水廠，與其它污水共同處理，以大幅降低滲濾液中高污染物濃度，最后由污水廠做無(wú)害化處理，這種方式成本低，易實(shí)施。要使污水廠穩(wěn)定、可靠的運(yùn)作，滲濾液的輸入必須有限度，為的是控制污水廠全廠的污染物濃度。而含有高濃度有害物的滲濾液，通常要求其輸入的量控制在污水廠能力范圍的2%，才能保證污水廠的穩(wěn)定運(yùn)行。3

生物處理法垃圾填埋場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜，其中不乏各類高污染有害物，威脅著周邊的水生生態(tài)系統(tǒng)，尤其是地下水。為了解決安全排放問(wèn)題，各地區(qū)制定的排污標(biāo)準(zhǔn)不斷提高。在對(duì)垃圾滲濾液進(jìn)行處理時(shí)，要想達(dá)到如此苛刻的標(biāo)準(zhǔn)，那么就要保證處理工藝的合理、穩(wěn)定和科學(xué)。對(duì)生物處理法而言，它具有經(jīng)濟(jì)性、可靠性、簡(jiǎn)易性等特點(diǎn)，為此，生物處理法常作為滲濾液處理過(guò)程中的主體工藝。在衡量水質(zhì)的可生化性時(shí)，可通過(guò)對(duì)BOD/COD值的變化來(lái)判斷，如果該值小于0.3，需要配合適宜的預(yù)處理法，待其大于0.3后才能使用生物法進(jìn)行處理；當(dāng)BOD/COD大于0.3，可以直接使用生物處理法，此法包括厭氧、好氧生物處理，或兩種處理法相結(jié)合。3

厭氧生化處理

厭氧生物處理的有目的運(yùn)用已有近百年的歷史。但直到近20年來(lái)，隨著微生物學(xué)、生物化學(xué)等學(xué)科發(fā)展和工程實(shí)踐的積累，不斷開發(fā)出新的厭氧處理工藝，克服了傳統(tǒng)工藝的水力停留時(shí)間長(zhǎng)，有機(jī)負(fù)荷低等特點(diǎn)，使它在理論和實(shí)踐上有了很大進(jìn)步，在處理高濃度(BOD5 ≥2000mg/L)有機(jī)廢水方面取得了良好效果。

厭氧生物處理有許多優(yōu)點(diǎn)，最主要的是能耗少，操作簡(jiǎn)單，因此投資及運(yùn)行費(fèi)用低廉，而且由于產(chǎn)生的剩余污泥量少，所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)也少，如其BOD5/P只需為4000∶1，雖然滲濾液中P的含量通常少于1mg/L，但仍能滿足微生物對(duì)P的要求。用普通的厭氧硝化，35℃ 、負(fù)荷為1kgCOD/(m3·d)，停留時(shí)間10d，滲濾液中COD去除率可達(dá)90%。

利用此法處理的滲濾液有機(jī)污染物濃度較高時(shí)，能夠獲得較好的效果，具有成本低、能耗低和運(yùn)營(yíng)簡(jiǎn)單的優(yōu)勢(shì)。主要的厭氧處理法主要有厭氧消化池、上流式厭氧污泥床(UASB)，以及厭氧生物濾池(AF)。

（1）厭氧生物濾池(AF)由下而上進(jìn)水，剩余污泥量得到降低，能夠抵擋一定的沖擊。加拿大學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，在去除滲濾液時(shí)，使用AF的方法可使COD的去除效率達(dá)到91%；但是隨著負(fù)荷的增加，COD的去除率會(huì)驟減。

（2）上流式厭氧污泥床(UASB)具有較小的能耗和HRT。研究實(shí)驗(yàn)測(cè)得，在23℃的條件下，HRT=9.5h，此時(shí)有高于70%的COD去除率；隨著水利停留時(shí)間的增加，COD的去除率降低。

（3）厭氧消化池投資小，其結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，出水效果不理想。針對(duì)HRT=13d、BOD=8000mg/L和COD=11000mg/L的滲濾液，波利測(cè)得，出水BOD和COD的去除率均達(dá)到了95%。

通常情況下，在好氧處理之前會(huì)設(shè)置厭氧處理方式，厭氧處理的工藝效率會(huì)受到環(huán)境等諸多因素的干涉和影響，如果填埋場(chǎng)場(chǎng)齡超過(guò)5年，適合使用厭氧處理法處理高污染的滲濾液；只是，該方法不適合早期填埋場(chǎng)。3

好氧生化處理

利用該方法可以實(shí)現(xiàn)銨態(tài)氮的硝化作用，去除滲濾液中的可降解有機(jī)污染物及部分金屬離子，并有效降低BOD5、COD、NH3-N濃度，十分適宜于早期的填埋場(chǎng)，廣為使用的生物處理法有曝氣塘、傳統(tǒng)活性污泥法，以及膜生物處理法。

（1）曝氣塘工藝具有廣占地、低成本的特點(diǎn)。處理過(guò)程對(duì)溫度的依賴性很強(qiáng)，溫度影響了微生物活性，可能間接降低處理液的可生化性，最終的處理效率也隨之降低，此法多用在經(jīng)濟(jì)較落后的地區(qū)。在低溫環(huán)境下，研究測(cè)得此工藝對(duì)N、P的去除率達(dá)到65%。

（2）活性污泥法成本低廉，得以廣泛使用。為了減少污泥的有機(jī)負(fù)荷，普遍運(yùn)用增加污泥的量的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，處理效果較好。美國(guó)賓州污水處理廠用活性污泥法處理COD=6000～20000mg/L、BOD5=3000～12000mg/L、NH3-N=200～2000mg/L的滲濾液，得到高于95%的BOD5去除率?；钚晕勰嗤ㄟ^(guò)階段性、周期進(jìn)行運(yùn)作，這就是序批式活性污泥法（SBR），它合并了出水、污泥分離和進(jìn)水工序，具有較低的成本，泥水的分離效果也較為理想。使用SBR處理滲濾液后，國(guó)內(nèi)學(xué)者發(fā)現(xiàn)，COD的去除率高達(dá)91%。

（3）生物膜法，它具有抵抗沖擊負(fù)荷的能力，如果處理的滲濾液中NH3-N濃度較低，那么就能獲得較好的效果。3

厭氧-好氧組合工藝

雖然實(shí)踐已經(jīng)證明厭氧生物法對(duì)高濃度有機(jī)廢水處理的有效性，但單獨(dú)采用厭氧法處理滲濾液也很少見。厭氧、好氧處理法單獨(dú)使用是無(wú)法達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)的，如果兩者進(jìn)行結(jié)合，那么獲得的除污率較為理想，同時(shí)大幅降低投資成本。對(duì)高濃度的垃圾滲濾液采用厭氧好氧處理工藝既經(jīng)濟(jì)合理，處理效率又高。COD和BOD的去除率分別達(dá)86.8%和97.2%。

（1）厭氧好氧生物氧化工藝(厭氧硝化和生物氧化塘)

西南師大生物系對(duì)pH為8.0～8.6，COD為16124mg/L，BOD5為214～406mg/L、NH3－ N為475mg/L的滲濾液采用厭氧好氧生物化學(xué)法處理，取得出水pH為7.1～7.9，COD為170.33～314.8mg/L，BOD5為91.4mg/L、NH3－N為29.1mg/L的良好效果。

（2）厭氧氧化溝-兼性塘工藝

該套工藝，當(dāng)進(jìn)水的COD較高時(shí)，出水水質(zhì)良好；一旦COD 降低，特別是冬季低溫少雨，COD降低到不利于生化處理時(shí)，出水各水質(zhì)成分均偏高難以達(dá)標(biāo)，出水呈棕褐色，盡管啟用絮凝沉淀系統(tǒng)，效果仍不理想。由此可見，對(duì)于滲濾液的色度和NH3－N的有效去除，對(duì)生化處理將產(chǎn)生有利影響。

（3）厭氧-氣浮-好氧工藝

（4）UASB-氧化溝-穩(wěn)定塘

設(shè)計(jì)采用上流式厭氧污泥床奧貝爾氧化溝穩(wěn)定塘工藝流程。垃圾填埋場(chǎng)的垃圾滲濾液集中到貯存庫(kù)，依靠庫(kù)址的較高地形，自流到集水池、格柵，經(jīng)巴式計(jì)量槽計(jì)量后，靠勢(shì)能流至配水池，再依靠靜水頭壓至上流式厭氧污泥床。經(jīng)厭氧處理后的污水流至一沉池進(jìn)行固液分離，上清液自流到奧貝爾氧化溝，沉淀污泥靠重力排至污泥池，污泥定期用罐車送到垃圾填埋場(chǎng)或堆肥利用。

污水在奧貝爾氧化溝進(jìn)行好氧生化處理，奧貝爾氧化溝采用三溝式A/O工藝，具有先進(jìn)的污水脫氮處理效果。該工藝突出的優(yōu)點(diǎn)是在第一溝中既能對(duì)氨氮進(jìn)行硝化，又能以BOD為碳源對(duì)硝酸鹽進(jìn)行反硝化，總氮去除率可達(dá)80%，由于利用了污水中BOD作碳源，導(dǎo)致污水中的 BOD5被去除，減少了污水中的需氧量。為了提高氧化溝脫氮效果，把第三溝的出水用潛水泵再抽至第一溝進(jìn)行內(nèi)回流，在第一溝中進(jìn)行反硝化。

經(jīng)氧化溝處理的污水流入二沉池進(jìn)行固液分離，澄清水自流至穩(wěn)定塘進(jìn)行生物處理。二沉池的剩余污泥靠重力排至濃縮池。濃縮池中的上清液回流至氧化溝處理，其濃縮后的污泥用潛水泵抽至罐車輸送到垃圾填埋場(chǎng)填埋，或進(jìn)行堆肥處理。34

物化處理法針對(duì)大顆粒雜質(zhì)，在對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理過(guò)濾時(shí)，可以使用物化處理法，同時(shí)也可以深度過(guò)濾微米級(jí)，甚至納米級(jí)的微小粒子。為了保證主體工藝系統(tǒng)能夠穩(wěn)定的運(yùn)行，物化處理要對(duì)滲濾液中的NH3-N和重金屬離子進(jìn)行過(guò)濾。主要的物化處理法包括膜處理、化學(xué)氧化法、吸附法，以及化學(xué)沉淀和混凝法等。5

對(duì)滲濾液中存在的膠質(zhì)物，通過(guò)絮凝狀形態(tài)對(duì)其進(jìn)行分離，此處理法稱為混凝法，在該過(guò)程中需要借助化學(xué)藥劑，即混凝劑。有研究顯示，在利用混凝法處理后，在出水中，COD的去除率超過(guò)70%；分別把Fe3+和Al3+當(dāng)作混凝劑，在混凝產(chǎn)物的產(chǎn)量方面，前者的產(chǎn)量要高于后者。而化學(xué)沉淀法是利用沉淀劑將NH3-N變成沉淀物，進(jìn)而將其除去。在弱堿環(huán)境下，卡達(dá)斯等用Mg2+、PO43-沉淀劑在弱堿性環(huán)境中滲濾液NH3-N去除率高達(dá)98%。通過(guò)吸附法，可以將水中的腐殖質(zhì)進(jìn)行去除，最常用的吸附劑是活性炭。為了除去滲濾液中存在的難溶有機(jī)物，賓德等用活性炭吸附法將滲濾液中的難溶有機(jī)物除去率、出水色度指標(biāo)等都比較理想?；瘜W(xué)氧化法產(chǎn)泥率極低，是一種高效的、終極的除污方法。氨吹脫法的脫氮率較明顯，但僅僅是以NH3的形式脫氮，對(duì)大氣有污染隱患。膜處理法主要有反滲透、超濾、納濾和微濾等，是利用膜所具有的篩選作用，對(duì)大分子的顆粒物進(jìn)行分離，在進(jìn)行深度處理時(shí)常使用此方法。在對(duì)比MF、UF對(duì)滲濾液的COD去除率進(jìn)行研究后，皮昂克利茲獲得的數(shù)據(jù)分別是25%和20%；皮特發(fā)現(xiàn)NF去除NH3-N、COD的能力分別是58%、96%；RO膜孔徑最小，所以它有最好的處理效果。

物化處理法需要的投資較大，如果對(duì)超大水量的工程使用此種處理方法，經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)巨大。3

土地處理法為了利用土壤具有的自凈能力，人為的栽種植被，以此去除滲濾液中有害和有毒的物質(zhì)，這就是土地處理法。土地處理法亦即土壤灌溉法，是人類最早采用的污水處理法，但是土地處理系統(tǒng)的應(yīng)用多見于城市污水處理。對(duì)于滲濾液的處理方法，將滲濾液收集起來(lái)，通過(guò)噴灌使之回流到填埋場(chǎng)。循環(huán)填埋場(chǎng)的滲濾液由于增加垃圾濕度，從而提高了生物活性，加速甲烷生產(chǎn)和廢物分解。其次由于噴灌中的蒸發(fā)作用，使?jié)B濾液體積減小，有利于廢水處理系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)，且可節(jié)約能源費(fèi)用。北英格蘭的Seamer Carr垃圾填埋場(chǎng)，有一部分采用滲濾液再循環(huán)，20個(gè)月后再循環(huán)區(qū)滲濾液的COD值降低較多，金屬濃度有較大幅度下降，而NH3 －N、Cl－濃度變化較小。說(shuō)明金屬濃度的下降不僅是由于稀釋作用引起的，也可能是垃圾中無(wú)機(jī)成分對(duì)其吸附造成的。

該處理法具有較好的負(fù)載性，土壤的穩(wěn)定化進(jìn)程得到加速，不用在其運(yùn)營(yíng)過(guò)程中投入過(guò)多的資金，修繕成本也很低廉。倘若土地資源不夠豐富，那么無(wú)法推廣使用這種處理方法，該處理法顯效漫長(zhǎng)，很容易出現(xiàn)重金屬的富集，對(duì)土壤的安全造成威脅?；毓喾ê腿斯竦胤ㄊ峭恋靥幚矸椒ㄖ凶钪饕姆椒ā?/p>

在對(duì)人工濕地進(jìn)行研究后，嘉薩等人測(cè)得滲濾液的COD和BOD的去除率分別達(dá)到了70%和50%左右。歐美等地的研究者在人工濕地開發(fā)研究的過(guò)程中，即使時(shí)間長(zhǎng)、氣候惡劣，對(duì)滲濾液的處理都取得了不錯(cuò)的效果。國(guó)內(nèi)的研究顯示將pH值調(diào)整，回灌法的處理效果略有不同，堿性越強(qiáng)，對(duì)NH3-N有更高的去除率，堿性越弱，對(duì)COD有更高的去除率。

盡管土地處理法的穩(wěn)定性好、運(yùn)行簡(jiǎn)單、成本低，但是要用長(zhǎng)遠(yuǎn)的眼光看待環(huán)境問(wèn)題，倘若重金屬出現(xiàn)極為嚴(yán)重的沉淀，那么植被、土壤環(huán)境和地下水會(huì)就會(huì)受到較大影響。相比種植植被的初期，如果土壤的滲透力降低，那么表示土壤具有的自凈能力已經(jīng)發(fā)生退化，處理水質(zhì)時(shí)無(wú)法得到理想的效果。土地資源極其有限，為此，土地處理法并不值得推廣應(yīng)用。3

蒸發(fā)處理蒸發(fā)處理法常作為純水的制作及對(duì)化學(xué)工業(yè)產(chǎn)生的廢水進(jìn)行深度濃縮，因?yàn)闈B濾液的高污染、高危害的性質(zhì)，近年來(lái)，許多國(guó)家開始使用蒸發(fā)系統(tǒng)處置滲濾液。

蒸發(fā)是一種易操作、但成本昂貴、對(duì)能源需求很高的處理方式。它運(yùn)用加熱、提供系統(tǒng)負(fù)壓的途徑，將滲濾液的水份蒸發(fā)，水汽通過(guò)冷卻系統(tǒng)收集至儲(chǔ)池，而濃液繼續(xù)濃縮，到濃漿狀態(tài)時(shí)，再利用脫水系統(tǒng)，使其失水近似干渣態(tài)。要把蒸發(fā)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)利用到最佳，同時(shí)阻截可揮發(fā)物質(zhì)及NH3-N的流失，通常在滲濾液的酸堿度方面做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。

蒸發(fā)步驟及運(yùn)行較簡(jiǎn)單，且能達(dá)到理想的效果。蒸發(fā)系統(tǒng)的設(shè)備精密，要消耗大量的能源。通常，當(dāng)滲濾液NH3-N的濃度超標(biāo)嚴(yán)重時(shí)，可考慮加入去NH3-N、去揮發(fā)物的工序。滲濾液通過(guò)蒸發(fā)處理的排水幾乎達(dá)到理想要求，如果出水的揮發(fā)物質(zhì)中COD濃度較高或NH3-N濃度較高，則要考慮更進(jìn)一步的處理，以滿足排放標(biāo)準(zhǔn)。

蒸發(fā)系統(tǒng)還能對(duì)深度處理后的濃液進(jìn)行進(jìn)一步干漿化的處理，由此降低濃液回灌導(dǎo)致的鹽富集、結(jié)垢等一系列隱患。3

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

劉勇 - 副教授 - 西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院