生活垃圾填埋渗滤液处理工艺对比及发展

生活垃圾填埋渗滤液处理工艺对比及发展

刘鑫宇

常德市城市管理事务中心 415000

摘要：当前生活垃圾填埋渗滤液处理的发展趋势，是朝向深度处理、全量化处理以及零排放的方向发展。为实现这个目标，需要针对生活垃圾填埋场所产生的渗滤液水质、水量特点进行深入分析，并不断对各种处理工艺进行改进。目前采用的渗滤液处理工艺有多种，本文对几种常用的处理工艺进行对比论述。

关键词：垃圾渗滤液；对比；膜处理；高级氧化

引言：

我国社会经济快速发展的过程中，生活垃圾的产生量也迅速增长，每年的清运量都在上升。垃圾渗滤液是一种有高浓度机废水，具有水质复杂、有机物浓度高、NH₃-N含量高、毒性大等特点。随着环保标准的不断提高，环境监管日益严格，渗滤液处理工艺不断革新，越来越多的新工艺与新方法获得了应用，促使垃圾渗滤液处理，朝向深度处理、全量化处理、零排放的方向发展。

1、垃圾渗滤液的水质特点

生活垃圾填埋后，在微生物的作用下降解以及外部水分的渗入，会产生垃圾渗滤液，垃圾渗滤液有以下几个方面特点：①成分相当复杂。有机无机污染物多达上百种，其中不少属于有毒有害物质。②污染物浓度高。生活垃圾填埋场早期渗滤液COD浓度高达50000mg/L，后期渗滤液NH₃-N浓度高达5000mg/L。③含有多种重金属。生活垃圾填埋场渗滤液中的重金属含量较低，不会超过排放标准，但当工业垃圾与生活垃圾混合填埋时，重金属溶出量增加，重金属可能超标。④磷含量不足。渗滤液中磷含量往往较低，处理过程中需要补充磷元素，通常补充磷酸、磷酸盐。⑤水质随着填埋场的使用年限发生变化。生活垃圾填埋场早期渗滤液B／C值（即BOD₅与COD比值）高达0.45，具有良好可生物降解性，填埋数年后渗滤液B／C值下降，可生物降解性随之降低，而晚期的渗滤液B／C值进一步降低，甚至接近0.1，难以生物降解，处理难度大大增加。⑥色度深。呈淡茶色或暗褐色，有浓烈的腐化臭味。

2、垃圾渗滤液处理的主要工艺

2.1回灌法处理渗滤液工艺

回灌法是指将生活垃圾填埋场产生的渗滤液，再回灌至生活垃圾填埋堆体，利用生活垃圾填埋堆体的物理、化学以及微生物作用，降低渗滤液中污染物浓度的处理方法。

回灌法可提高垃圾层的含水率，增加垃圾的湿度，提高微生物的活性，加速产甲烷的速率、垃圾中污染物的溶出及有机物的分解。通过渗滤液回灌，不仅可降低渗滤液的污染物浓度，还可因回灌过程中水分挥发等作用而减少渗滤液的产生量，对水量和水质起稳定化的作用，有利于渗滤液处理系统的运行，节省成本。

回灌法虽然有一些优点，也存在以下一些问题：①不能完全消除渗滤液。回灌法可以一定程度降低渗滤液中污染物浓度，但不能消除渗滤液，仍需要建设渗滤液处理设施。②不能实现渗滤液达标排放。回灌法是一种不彻底的渗滤液处理方法，相当于一种预处理方法，渗滤液中的污染物浓度仍然较高，特别是一些盐分和NH₃-N在循环过程中不断升高，浓度高于非循环垃圾渗滤液中的浓度，导致后续处理难度增加。

2.2生物法处理垃圾渗滤液工艺

生物法处理垃圾渗滤液工艺是利用经过驯化的微生物种群，对垃圾渗滤液中的有机物进行降解，微生物将渗滤液中的碳元素、氮元素作为生长繁殖过程中的基质，使渗滤液中的污染物中的COD、BOD₅、NH₃-N、TN大大降低。生物法处理成本较低，特别是渗滤液的B/C值大于0.3状态时，其可生化性能良好，生物处理具有较好的效果。生物法处理垃圾渗滤液工艺主要包括三种工艺，分别为厌氧生物处理工艺、好氧生物处理工艺以及厌氧-好氧组合的处理工艺。厌氧与好氧这两种工艺对比如表1所示。

表1.厌氧工艺与好氧工艺的对比

厌氧生物处理工艺与好氧生物处理工艺曾在渗滤液处理行业中均有一定应用，比如UASB、SBR、ASBR、AF、BAF等，但由于工艺本身的局限，单独使用效果并不佳。当前在垃圾渗滤液处理工程实例中，常见的工艺就是厌氧-好氧组合的处理工艺，组可工艺可以实现厌氧与好氧优缺点形成互补，实现较高的去除效率。生活垃圾填埋场早期产生的渗滤液，由于B/C值较高，NH

₃-N浓度较低，可生化性良好且营养比例适中，采用厌氧-好氧工艺效果良好且成本较低。而生活垃圾填埋场后期渗滤液，于B/C值较低、NH₃-N浓度较高，可生化性较差且营养比例失调，生物处理效果下降，应该先对渗滤液进行水解、酸化等工艺过程，将一些难以降解的大分子有机物分解成小分子有机物，一定程度上提高渗滤液的可生化性能，为后续的好氧处理创造条件。

渗滤液有脱氮是一系列复杂的过程，由氨化作用、硝化作用、反硝化作用构成，任何一个环节出现问题，都会导致脱氮效果的下降。生活垃圾填埋场后期产生的渗滤液，由于B/C值较低、NH₃-N浓度高，生物处理过程中要特别注意两个问题：(1)由于渗滤液NH₃-N浓度高，硝化作用的进行会消耗大量碱度，导致渗滤液pH值严重下降，甚至影响反应器中各种微生物的活性，导致处理效果急剧下降甚至引起整个生化处理系统的崩溃，因此运营过程中要密切监测渗滤液pH值，发现pH值下降时要及时补充碱度，通常采用烧碱溶液补充渗滤液碱度。(2)硝化作用完成后，产生大量的亚硝酸盐、硝酸盐离子，此时的渗滤液中NH₃-N浓度低，而TN浓度仍然较高，需要反硝化作用的进行才能实现TN的降低，而反硝化脱氮菌需要依靠分子结构简单的有机物提供碳源，才能进行反硝化作用，而渗滤液中的BOD浓度低，有机碳源不足，这就导致反硝化作用受到抑制，亚硝酸盐离子、硝酸盐离子居高不下，浓度过高时还对其他微生物产生抑制作用。因此，要确保反硝化作用的顺利进行，要对渗滤液补充碳源，通常采用淀粉、葡萄糖、甲醇作用补充碳源。

2.3物化方法处理垃圾渗滤液工艺

目前渗滤液处理物理化学方法有多种，常用的有混凝沉淀法、化学沉淀、吹脱法、膜法等、高级氧化法。

⑴混凝沉淀法。混凝沉淀处理是利用混凝剂，通过压缩胶体双电层、电性中和、吸附桥联或网捕等作用使污水中胶体和悬浮物脱稳、凝聚、絮凝，并沉淀去除，对污水中的有机物、固体悬浮物和重金属离子都有去除效果。混凝通常作为一种预处理措施，降低后续处理工序的负荷，也有作为生化处理之后的深度处理的。目前对垃圾渗滤液处理使用较多的混凝剂有硫酸铝、 硫酸亚铁以及聚铁、 聚铝等，研究结果表明混凝处理能对污染物有效去除，同时药剂成本较低。

(2)化学沉淀。化学沉淀法是向水中投加镁盐和磷酸盐，生成的Mg²⁺和PO₄³⁺会与污水中的氨氮生成难溶于水的MgNH₄PO₄·6H₂O（MAP）沉淀，从而达到去除污水中氨氮的目的。化学沉淀法优点是去除氨氮效率高、可控性好、适用范围广、工艺较简单、反应时间短以及能够回收氮磷元素；但也存在着加药量大，运行成本高等问题，在渗滤液处理中也有可能使有毒物质混入沉淀中，不利于沉淀物的回收利用。

(3)吹脱法。这种方法是主要调节pH值至碱性，进而使NH₄⁺转化使其成为NH₃，鼓入空气将NH₃吹脱，应用酸溶液对吹脱尾气中的NH₃进行吸收，防止产生二次污染。有相关专家的研究表明，吹脱法在对渗滤液当中的NH₃-N进行处理的时候，其去除率能够达到96％，工程实例也证明吹脱法对于高浓度的NH₃-N有良好的效果。氨吹脱具有工艺流程简单、处理效果稳定的优点，并能在去除氨氮的同时，一并去除苯酚、氰化物、硫化物及其他难生化的、对生化处理毒性大的挥发物质等，有利于后续生化处理。氨吹脱缺点包括：需要加大量酸碱，鼓风能耗大导致运行成本高，受温度影响大，会有吹脱塔堵塞、硬质水垢难以消除等设备运行问题。当渗滤液中NH₃-N浓度高于3000mg/L时，氨吹脱法具有一定的经济优势。

(4)膜分离法：膜分离方法主要是利用半透膜，来料液进行选择的一种选择性分离的方法，用于渗滤液处理的常用膜法包括超滤（UF）、纳滤（NF）、反渗透（RO）以及叠管式反渗透（DTRO）等工序，各种膜法的特点如表2所示。

表2.膜法工艺的特点

工程实例表明，UF膜与生物反应器进行组合成膜生物反应器（MBR）使用，可以大大提活性污泥浓度，大大增加泥龄，一些难以降解的大分子有机物在长时间停留在反应器中，逐步被降解，生物处理效果明显提高，BOD₅的去除率能够达到90%、COD的去除率能够达到75-90%、NH₃-N的去除率能够达到97%。NF的出水水质优于UF，常用作UF的后续处理单元，有些工艺将NF作为最末端的处理单元。RO的出水水质优于NF，特别是对于一价离子的截留效率远高于NF，出水水质良好，RO常作为最末端处理单元。值得一提的是，DTRO作为一种新兴的反渗透处理工艺，与常规的RO有明显的区别，该工艺采用碟片式膜片，方便膜片的更换，该膜具有很强的抗污染能力，渗滤液经过过滤等预处理措施后，即可进入膜处理工序。

膜处理工艺在渗滤液处理行业得到了广泛的应用，但该工艺的不足是产生浓缩液，产水率不高，单级膜处理的产水率可达80%，组合膜处理的产水率更低。膜处理产生的浓缩液具有几下特点：①含盐量高。含盐量高是反渗透浓缩液最显著的特点，以反渗透为例，因其对盐分的截留率几乎达到 100%，所导致浓缩液电导率可达到 70000-80000μs/cm，或者更高。②不可生化降解。因膜处理系统进水是经过生物处理后的出水，因此剩余的 COD 等有机物大部分为难生物降解物质。③成分复杂。浓缩液中含有各种一价盐和二价盐， 及各种难降解的有机物。浓缩液的处理难度大，目前常采用回灌、焚烧、蒸发、高级氧化等措施进行处理，生活垃圾填埋场通常采用回灌处理，浓缩液的长期回灌导致盐分不断累积，渗滤液的盐分浓度不断增加，影响膜处理工序的产水率。

(5)高级氧化法。近年来，芬顿（Fenton）试剂高级化技术在渗滤液处理行业得到了大量应用。Fenton试剂是亚铁离子和过氧化氢的组合，该试剂是一种高级氧化剂，可去除渗滤液中的大部分有机物，同时破坏污水中难生物降解有机物的结构及发色基团，使其转换为易于生物降解的物质，从而在提高污水可生化性的同时显著降低渗滤液中的色度。该工艺的优点是不产生浓缩液，产水率高达95%，Fenton+BAF 组合工艺得到了广泛应用，已成为典型的垃圾渗滤液非膜法深度处理工艺技术。

2.4渗滤液处理组合工艺

由于渗滤液成分复杂、处理难度大，单一的生化法或物理化学法难以取得好的处理效果，工程实例往往采用各种不同方法组成的组合工艺，目前常用的组合工艺有几下同种。

工艺一：生物处理+超滤+纳滤/反渗透。该工艺中的生物处理采用厌氧好氧组合工艺，比如两级A/O。

工艺二：生物处理+混凝沉淀+Fenton高级氧化+曝气生物滤池工艺。该工艺中的生物处理采用厌氧好氧组合工艺，比如两级A/O，Fenton高级氧化分两级和一级，两级氧化效果更好。
工艺三：预处理+两级DTRO。该工艺主要是依靠DTRO膜强大功能，预处理措施主要为过滤，通常采用保安过滤器。三种工艺的特点见表3，生活垃圾填埋场可以根据实际情况制定合适的渗滤液处理工艺。

表2.膜法工艺的特点

结束语：

总而言之，我国社会经济得到快速发展的同时，垃圾渗滤液处理工艺也在不断升级、优化，如何实现浓缩液的有效处置、降低渗滤液及浓缩液处理成本，将是今后的研究重点，我们期待在不久的将来，出现工艺简单、效果良好、无二次污染的渗滤液处理工艺的出现，实现渗滤液全量化处理、零排放的目标。

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