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垃圾渗滤液处理工艺
来源：广州超禹膜分离技术有限公司
发布时间：2024-10-14 10:31
随着经济的发展和人民生活水平的提高，我国垃圾产生量逐年增加。目前，我国有70%以上的生活垃圾使用填埋法处理。垃圾渗滤液是垃圾在堆放过程中由于垃圾自身含水，并结合地表降水(雨、雪等)以及覆土层中持水量、地下水涌入等因素形成的一种特殊的废水(液)。垃圾渗滤液中的成分复杂，所含污染物种类多，有机物浓度含量较高，能在环境中长期存在，且不易处理。
随着垃圾填埋时间的增加，垃圾渗滤液的性质出现老龄化特征，其性质为成分复杂、含盐量高、色度大、氨氮含量高，所含有机物浓度逐渐降低，但生化性极差，这使得老龄垃圾渗滤液的处理难度较大。根据填埋时间的不同，可将垃圾渗滤液分为初期垃圾渗滤液(小于5a)、中期垃圾渗滤液(5~10a)以及老龄垃圾渗滤液(大于10a)。垃圾渗滤液如果处置不当，会对周围的环境造成严重危害，不仅会引起环境污染，而且也会给人类的生活带来严重影响。因此，垃圾渗滤液的有效处理对保护环境具有十分重要的意义。目前，垃圾渗滤液的处理方法可分为生物法、物理法、高级氧化法及其他组合工艺。结合相关研究成果，笔者深入分析了不同垃圾渗滤液处理方法的优缺点，并从实际出发提出了处理垃圾渗滤液的一些建议，以期为相关从业人员提供一定的参考。
一、生物法：
生物法处理垃圾渗滤液是通过微生物的分解作用来实现的，其包括3种处理工艺:好氧处理、厌氧处理和好氧-厌氧结合处理。在好氧条件下，垃圾渗滤液中的有机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属含量，具有效率高、运转费用低等优点。艾石基在研究好氧颗粒污泥处理垃圾渗滤液的试验中，驯化29d后，化学需氧量(COD)的平均去除率为91.05%；控制pH=7.5、溶解氧(DO)为4mg/L、循环时间为8h、温度为(25±1)℃，出水时氨氮的去除率达到96.4%。然而，这种方法也存在一定的缺点，即垃圾渗滤液中的化学物质随着时间的推移而变得不稳定。
在厌氧条件下，其中的有机物被微生物分解成沼气(CO2和CH4的混合气)。该方法具有成本低、产余泥少、所需营养物质少等优点，同时，厌氧生物处理能克服因水质停留时间过长的问题。Wang等采用UASB法处理某垃圾渗滤液，当温度为37℃、水力停留时间为6.6d时，COD的去除率为89%~91%。对比这两种方法的优缺点，在处理垃圾渗滤液的过程中，最广泛应用的是好氧-厌氧结合处理法，好氧与厌氧具有良好的互补性，更加经济合理。
通过分析可知，生物法在处理垃圾渗滤液时操作简单，对于初期垃圾渗滤液，含有较多的易降解有机物，并具有较高的BOD5/COD值，可采用生物法处理。而在实际操作过程中，老龄垃圾渗滤液中含有较多的腐殖酸、富里酸等，难以被生物分解，经生物处理后的出水中还存在难降解的有机物，很难达到排放标准，还须进一步深度处理。
二、物理法：
目前，处置垃圾渗滤液的物理法主要包括混凝法、吸附法和膜分离法，这3种物理方法的对比情况见表2。在实际应用中，黄小琴对北京某垃圾填埋场渗滤液MBR出水进行处理，选取聚合硫酸铁(PFS)、聚合氯化铝(PAC)和三氯化铁(FC)3种混凝剂对垃圾渗滤液进行混凝处理，结果表明，聚合硫酸铁(PFS)对渗滤液的混凝效果最佳，优于聚合氯化铝(PAC)和三氯化铁(FC)，且在投加量为1400mg/L、初始pH值为6.0、聚丙烯酰胺(PAM)投加量为4mg/L时，获得最佳处理效果。王晨”利用不同改性剂制备改性芦苇生物炭和改性水稻生物炭，研究2种生物炭对污染物的吸附性能及2种生物炭的再生吸附效果，结果表明，芦苇和水稻秸秆均可通过吸附作用降低垃圾渗滤液中的COD，两者经改性处理后，改性芦苇生物炭和改性水稻生物炭都具有吸附垃圾渗滤液中COD的能力，吸附性能均得到改善。
三、高级氧化技术(AOPs)：
高级氧化技术(Advanced Oxidation Process，AOPs)在反应过程中会产生羟基自由基(·OH)，·OH的氧化能力较强，仅次于F2。·OH几乎能够氧化所有的有机物，如烯类、脂类、芳香族和脂肪族有机物，同时也能氧化无机物，包括阴离子和阳离子。高级氧化技术在处理垃圾渗滤液的过程中，·OH可将其中的难降解有机物氧化成易生化的小分子，甚至可以将其氧化成CO2和H2O从而提高垃圾渗滤液的可生化性。根据产生自由基的方式及反应条件的不同，常用处理渗滤液的AOPs包括Fenton氧化、湿式催化氧化、臭氧氧化法及催化臭氧化技术。
① Fenton氧化法：Fenton法是以Fe2+为催化剂，将H2O2，分解成·OH的氧化技术，分解过程中产生的强氧化性的·OH可将有机物氧化。在垃圾渗滤液的处理中，Fenton氧化法已被广泛应用。利用Fenton氧化法处理垃圾渗滤液，可以提高其可生化性，且对COD有一定的去除效果。
等利用Fenton试剂一活性白土联合吸附法处理垃圾渗滤液，当pH=4.5，H2O2投加量为260mmol/L，Fe2+投加量为20mmol/L，反应时间为50min时，TOC的降解率为64.25%。林雨阳等利用絮凝一Fenton联合工艺处理垃圾渗滤液生化废水，结果表明，COD的去除率在95%以上，色度降至10度以下。然而，尽管Fenton氧化法具有对环境友善、操作弹性大、氧化能力强等优点，但是其也存在产生污泥量大，COD去除率有限的缺点，需要持续改良。
② 臭氧氧化法：O3的氧化能力强，可将难降解的物质转化成易分解的物质，如能将复杂的长链腐殖酸分解为短链有机酸。同时，臭氧能对渗滤液脱色，且脱色较快，主要是因为垃圾渗滤液中显色有机物大部分都含有乙烯基、氧化偶氮基、偶氮基、羰基、硫酮基等发色基团，键能较弱，能迅速被O3或·OH破坏。尽管臭氧氧化法对垃圾渗滤液中COD的去除率较低，但对BOD5有很大的提高，进而能提高垃圾渗滤液的可生化性。利用臭氧氧化法处理垃圾渗滤液，结果表明，臭氧氧化法能有效去除芳香族有机物，这说明臭氧可有效降低渗滤液的腐殖化程度，便于后续生物处理。魏敦庆等研究了臭氧氧化对垃圾渗滤液生化出水中COD的去除效果，结果表明，在臭氧投加量为8.33mg/(L·min)，氧化2h时，COD的去除率为50%~60%，氧化4h时，可使COD达到出水标准，但处理成本较高。
尽管臭氧氧化对有机物降解能力较强，且对色度有很好的去除效果，但是对于成分复杂的垃圾渗滤液，单独臭氧处理会存在一些问题，如臭氧利用率低、难以将有机物彻底降解、反应速率慢且具有一定的选择性等，这会导致处理成本增加。因此，利用单独臭氧化处理垃圾渗滤液在实际应用中受到限制，为了提高O3的利用率及其氧化能力，催化臭氧化技术目前是处理垃圾渗滤液的研究方向之一。
③ 催化臭氧化技术：催化臭氧化技术是利用O3的强氧化性与催化剂的催化特征、吸附作用对废水中的有机物进行处理的方法。与单独臭氧化相比，催化臭氧化可在较低pH值下利用催化剂促使O3分解成·OH，反应速度快且无选择性，可显著提高TOC和COD的去除率及垃圾渗滤液的可生化性。因此，催化臭氧化技术已成为处理垃圾渗滤液的重要手段之一。根据催化剂形态的不同，一般将催化臭氧化技术分为均相催化臭氧化和多相催化臭氧化。
④ 均相催化臭氧化技术：均相催化臭氧化采用一些过渡金属离子作催化剂，包括Cu、Zn2+、Mn2+、Fe2+和Fe3+等，这些金属离子能引发臭氧产生·OH，从而促使有机物分解。过渡金属离子不但会影响臭氧化的速率，而且也会影响反应选择性和臭氧消耗量。等问以Cu2+、Mn2+为催化剂，采用催化臭氧化技术处理垃圾渗滤液中的腐殖质，结果表明，与单独臭氧化相比，明显提高了TOC和COD的去除率，但对UV2和色度的去除率影响不大。黄报远等以Fe2+为催化剂对垃圾渗滤液进行催化臭氧化处理，有效去除了渗滤液的色度、浊度、腐殖质和悬浮物，BOD5/COD值由0.17提高到0.35，可生化性得到明显改善。尽管均相催化臭氧化对垃圾渗滤液中的有机物有较好的去除率且可显著提高其可生化性能，但是金属离子会有一定程度的流失且不易回收，造成处理成本增加，且对水质易造成二次污染。为了避免对水质造成污染，可用多相催化臭氧化来处理垃圾渗滤液。
⑤ 多相催化臭氧化技术：多相催化臭氧化技术在常温常压下能将难降解有机物氧化，是一种新型的臭氧氧化技术，其催化剂易分离，不会引起二次污染。多相催化臭氧化技术中所用的催化剂包括金属氧化物、活性炭及载体负载金属氧化物，利用这些催化剂可以提高臭氧利用率及有机物的去除率。
多相催化臭氧化过程中所用到的催化剂的活性组分一般是金属和金属氧化物，其中金属主要有Cu、Pt、Pb、Pd和Ag等。目前，金属氧化物催化剂在垃圾渗滤液臭氧氧化处理领域应用较为广泛，常用的金属氧化物催化剂有MnO3、TiO2、Al2O3，和Co3O4等，其具有较高的催化活性，目前已有众多研究。沈晓星对老龄垃圾渗滤液进行混凝一催化臭氧化工艺处理，结果表明，以Fe/ACF作为催化剂，渗滤液中分子量小于1000Da的有机物占COD的百分比从35%提高到81%，由此可见，催化臭氧化后大分子有机物被氧化成小分子，BOD5/COD值由0.15提高到0.53。白亚林制备以y-Al2O3为载体、铁和锰为活性组分的负载型催化剂，并设计了催化臭氧化反应器，对垃圾渗滤液进行处理，结果表明，在催化剂投加量为12.5g/L，氧气流量为0.8L/min，初始pH=11，水力停留时间为4h时，此时工艺最佳，COD的去除率达到83.7%。催化臭氧化技术可以有效降低水中反应物组分的活化能，甚至改变氧化有机物的作用机理，使水中的有机污染物被高效去除。
四、组合工艺技术：
近年来，国内外关于垃圾渗滤液的处理应用较多，处理效果较好的技术工艺多为组合工艺。尤其对于老龄渗滤液，或C/N比失衡的垃圾渗滤液来说，应用单一的处理工艺难以使垃圾渗滤液达到排放标准，因此，需要考虑将化学、物理和生物等处理工艺联合起来。利用MBR+NF+RO组合工艺对生活垃圾渗滤液展开研究，全面维护生活垃圾渗滤液的处理效益和质量。吴启龙等"采用“混凝一沉淀一厌氧一好氧一MBR一臭氧一活性炭”组合工艺，对经长时间回灌的垃圾渗滤液进行处理，结果表明，混凝对垃圾渗滤液原液中COD的去除率为30%~53%，对氨氮的去除率为20%~23%，同时总氮随着氨氮的去除呈对应下降趋势；对原液进行1:2稀释，并利用“生化+臭氧活性炭”工艺进行处理，可达到排放要求。卓雄提出一种动力波吹脱一Fenton-SBR组合工艺，即采用物理化学和生物工艺结合的方法处理老龄垃圾渗滤液，利用动力波吹脱法去除氨氮，利用Fenton氧化法去除生物难降解的化合物，利用A/O型SBR法去除生物可降解成分，结果表明，其出水中COD和氨氮的去除率分别最高可达96.67%和97.98%，同时处理成本更低。
五、未来研究方向：
未来应综合考虑工艺节能、水质排放标准、经济合理性等因素，对处理工艺的各个环节进行有效控制，确保垃圾渗滤液处理工艺的严谨性和科学性，从预处理工艺和深度处理工艺两方面进行考虑。① 预处理工艺。未来垃圾渗滤液处理工艺的发展，对各类技术进行提质增效是必要的。由于垃圾渗滤液受地域、季节、场龄影响，水质、水量差异较大，客观上要求垃圾渗滤液预处理工艺多样化。② 深度处理工艺。研究应将重心放在以高级氧化为代表的非膜法全量化处理工艺上，不仅可以解决浓缩液问题，还能彻底去除痕量有机物，降低痕量高危及未知风险物带来的环境及健康风险。
六、结语：
目前，垃圾渗滤液的处理技术虽然得到了一定程度的发展，但是在处理过程中仍存在一些难点，还需要进一步探究。不同地区、不同年限的垃圾渗滤液的水质情况不同，应根据渗滤液的特点选择不同的处理工艺，因地制宜地选取最佳的处理方式。若渗滤液中的污染物浓度高，仅使用一种技术处理垃圾渗滤液，很难达到理想效果，可结合其他技术处理，或者继续深入研究该处理技术，使之达到预期。同时，在处理时需要考虑投资费用和运行成本。采用组合工艺处理垃圾渗滤液可有效降低运行成本，提高处理效果，减少二次污染，具有显著的环境效益、经济效益和社会效益。目前，组合工艺已经成为垃圾渗滤液处理的研究方向。
在严格生态保护环境条件下，垃圾渗滤液排放标准势必会越来越严格，垃圾渗滤液作为一种有机、有害废液，其处理工艺必会迎来快速发展。目前来看，提高垃圾渗滤液的可生化性是重点也是难点，有效的组合处理、深度处理等技术研发是未来行业研究的热点。
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