垃圾填埋场渗滤液的处理方法

邓贤山，周恭明，高廷耀
（同济大学 污染控制与资源化国家重点实验室，上海200092）

　　　近十几年来国外学者就垃圾渗滤液的处理进行了大量的探索和研究，取得了一些成功经验，有的已用于工程实践。我国在垃圾渗滤液的处理研究方面起步较晚、起点较低，有不少失败的教训，但也获得了一些宝贵的经验。由于渗滤液水质水量的复杂多变住，目前尚无十分完善的处理工艺，大多根据不同填埋场的具体情况及其它经济技术要求采取有针对性的处理工艺。纵观国内外垃圾渗滤液处理的现状，目前渗滤液的处理方案主要有场外综合处理和场内单独处理两大类。主要处理工艺有生物处理法、物化法、土地法以及上述方法的综合[1]。

l 生物法处理渗滤液

　　生物法是渗滤液处理中最常用的一种方法，由于其运行费用相对较低、处理效率高，不会出现化学污泥等造成二次污染，因而被世界各国广泛采用。具体的工艺形式有传统活性污泥法、稳定塘、生物转盘、厌氧固定膜生物反应器等。
1.1 活性污泥法
　　美国和德国几个垃圾填埋场采用活性污泥法处理渗滤液，其实际运行结果表明，通过提高污泥浓度来降低污泥的有机负荷，可以获得令人满意的处理效果。如美国宾州的Fall Township污水处理厂，其垃圾渗滤液进水的ρ（CODcr）为6000～21000 mg／L，ρ（BOD5）为 3000～13000 mg／L，ρ（氨氮）为 200～2000 mg／L，曝气池的 p（污泥）为 6000～12000 mg／L，是一般污泥的质量浓度的3～6倍。在体积有机负荷为 1.87 kg［BOD5]/（m3·d），F／M 为 0.15－0.31 kg［BOD5］／kg［MLSS·d）时，BOD5的去除率为97％；在体积有机负荷为0.3kg[BOD5]/（m3·d），F／M为0.03－0·05 ks［BOD5］／（kg［MLSS］·d）时，BOD5的去除率为92％。该厂的数据说明，只要适当提高活性污泥的质量浓度，使F／M为0.03－0.31＜kg[BOD5]/（kg[MLSS]·d）之间采用活性污泥法能够有效地处理垃圾渗滤液[2]。
1.2 稳定塘
　　国外早在80年代就有成功运用稳定塘技术处理渗滤液的生产性处理厂（Howard Robison，1992），英国在 1983年建成的 Bryn Postey填埋场渗滤液处理厂，运用曝气氧化塘技术处理渗滤液。该氧化塘有效库容 1000 m3，由高密度聚乙烯材料（HDPE膜）作防渗衬底，采用两台高效表面曝气机进行曝气，渗滤液最小水力停留时间 10d，渗滤液处理量D－150 m3／d。此系统自 1983年开始运行，渗滤液ρ（CODcr）ρ（BOD5）最大分别达 24000 mg/L和10 000 mg／L，F／M为 0.05～0.3 kg［BOD5］／kg［MLSS］·d）时，CODcr去除率达 97％[3]。
　　上海市废弃物老港处置场，在三期工程改扩建时建成了以稳定塘和芦苇湿地地表漫流处理系统相结合的渗滤液处理系统，设计规模为2000m3／d，实际运行流量1500 m3／d，其在冬季两个月的典型数据见表1上海老港填埋场渗滤液水处理的运行效果：

表1 老港填埋场渗滤液水处理的运行效果 mg·L-1 检测日期 氧化塘出口 芦苇湿地出口 ρ（CODcr） ρ（NH3-N） ρ（CODcr） ρ（NH3-N） 2000.10.24 1177 160 589 29 2000.11.02 1264 145 1095 35 2000.11.13 1297 133 745 48 2000.11.21 1912 189 1326 69 2000.12.05 640 91 905 150 平均 1413 144 932 66

1.3 生物转盘
　　生物转盘是所谓固定生长系统生物膜法中的一种，运用于常规的污水处理中可有效地解决活性污泥法的污泥膨胀问题，并且由于膜上生物量大，生物相丰富，既有表层的好氧微生物，又有内层的厌氧微生物，因而具有抗水量、水质冲击负荷的优点，同时生物膜上还能生长世代时间较长的硝化菌等。
　　Pitea渗滤液处理厂即采用生物转盘处理垃圾渗滤液，设计规模500 m3／d，设计转盘表面积3 000 m2，平均设计负荷 4.8 g［NH3－N／（m2·d）。该厂利用填埋场气体加热使进人生物转盘的渗滤液温度保持在20℃左右，取得了良好的处理效果。
上面介绍的Pitea填埋场生物转盘是好氧生物反应器，英国Britannia填埋场则是运用厌氧固定膜生物反应器处理垃圾渗滤液，也取得了良好的处理效果[4]。
1.4 厌氧氧化处理
　　厌氧生物处理B前采用厌氧生物滤池，厌氧接触法，上流式厌氧污泥床反应器及分段厌氧消化等，实践证明厌氧处理时高质量浓度ρ（BOD5）＞2000mg／L）有机废水的处理是有效的，但单独采用厌氧生物处理渗滤液的情况很少见。北京市政设计院1988年进行了这方面的研究，得出的结论是建议采用厌氧一好氧法处理工艺[5]。
1.5 各种生物法比较
　　生物法中，好氧工艺的活性污泥法和生物转盘的处理效果最好，停留时间较短（6～24 h）、运行经验丰富，但工程投资大。运行管理费用高；相对来说稳定塘工艺比较简单，投资省，管理方便，但停留时间长（10～30 d）、占地面积大且净化能力随季节变化较大。厌氧处理工艺近年来发展很快，特别适合于高浓度的有机废水，它的缺点是停留时间长，污染物的去除率相对较低，对温度的变化比较敏感，但通过研究表明厌氧系统产生的气体可以满足系统的能量需要，若将这部分能量加以合理利用，将能够保证厌氧工艺有稳定的处理效果，还能降低处理费用。因而对于高浓度有机物的垃圾渗滤液，采用厌氧和好氧I艺的组合处理，无论是对于提高处理效率，还是就降低运行费用都是有意义的。

2 物化法

　　物化法过去只用在处理填埋时间较长的单元中排出的渗滤液，而今随着渗滤液控制排放标准的日益严格，物化法也用来处理新鲜的渗滤液，且是渗滤液后处理工艺中最常用的方法之一。物化法包括絮凝沉淀、活性炭吸附、膜分离和化学氧化法等。由于物化法处理成本较高，不适于大量的渗滤液的处理。
2.1 絮凝沉淀
　　实验证明；生物处理后的渗滤液进行絮凝沉淀时（利用铁盐或铝盐作絮凝剂），即使在ρ（BOD5）很低（＜25 mg／L）的情况下，CODcr的去除率仍可以达到50％，反应过程中最佳的pH值对于铁盐和铝盐分别为4.5～4.8和5.0～5.5，最小的加药量在250－500 g／m3之间[6]。
　　絮凝沉淀工艺的不足之处是会产生大量的化学污泥；出水的pH值较低，含盐量高；氨氮的去除率较低等。所以絮凝沉淀工艺即使有可观的处理效率，在选用时还是要慎重考虑。
2.2 反渗透
　　反渗透经常用于渗滤液的后处理中，因其能够去除中等分子量的溶解性有机物，国内早期利用醋酸纤维膜进行的试验表明，CODcr的去除率可以超过80％，虽然在运行过程中有膜污染的问题，但反渗透工艺作为后处理工艺设在生物预处理后或物化法之后，负责去除低分子量的有机物、胶体和悬浮物，可以提高处理效率和膜的使用寿命^［5］。根据Ehrig在1989年的研究，一级反渗透工艺可使CODcr、BOD5和有机卤代物（AOX）的去除率达到80qc，但是氨氮和氯离子的去除率要达到较高水平则至少需要二级反渗透工艺。
　　总之，反渗透工艺因其高效性、模块化和易于自动控制等优点，应用得越来越多，但其用于渗滤液处理还存在以下问题：小分子量的物质的截留效率还不尽人意（例如氨、小分子的有机卤代物（AOX）等）。高浓度的有机物或无机可沉降物容易造成膜污染或在膜表面结垢等问题。由于操作压力很高（3～50 ba）造成能耗很高。反渗透浓液的处理是最大的困难，将其回灌到填埋场中已经不可取了，因为浓液的污染物浓度很高，是非常危险的废物。目前多采用蒸发和干燥的方法，但费用很高。
　　在英国垃圾渗滤液处理厂使用Rochem’s专利圆盘管反渗透系统对初级渗滤液处理，这种处理技术是由南亨伯塞德郡稳特顿填埋场所设计和生产的 Rochem’s离析膜系统。Rochem’s离析膜系统能够去除重金属、SS、氨氮、有害难降解的有机物，处理后的水质满足严格的排放标准。
2.3 活性炭吸附
　　活性炭吸附工艺适用于处理填埋时间长的或经过生物预处理后的渗滤液，它能去除中等分子量的有机物质。20世纪70年代在欧洲的实验室研究表明，CODcr的去除率为50％－60％，若用石灰石作预处理，去除率可高达80％，而活性炭处理了140床后去除效率将明显下降[7]。在生产性试验中，由于渗滤液水质水量多变等原因，出现了去除效率下降和活性炭被大量污染的现象。活性炭的投加量与去除的CODcr量的线性关系当活性炭的投加量为800～1200 g／m3时，每克活性炭吸附3.0－3.2mgCODcr。活性炭吸附工艺的主要问题是高额的费用。尽管如此，首先进行生物预处理，再将该工艺与絮凝沉淀工艺相结合时、能保证出水较低水平的CODCr和AOX。
2.4 化学氧化
　　化学氧化工艺可以彻底消除污染物，而不会产生絮凝沉淀工艺中形成的污染物被浓缩的化学污泥。该工艺常用于废水的消毒处理，而很少用于有机物的氧化，主要是由于投加药剂量很高而带来的经济问题。对于渗滤液中一些难控制的有机污染物，化学氧化工艺可以考虑使用。
　　常用的化学氧化剂有氯气、次氯酸钙、高锰酸钾和臭氧等。用次氯酸钙作氧化剂时CODcr的去除率不超过50％；用臭氧作氧化剂时，没有剩余污泥的问题，CODcr的去除率也不超过50％且对于含有大量的有机酸的酸性渗滤液使用臭氧作氧化剂不是很有效的，因为有机酸是耐臭氧的，相应就需要很高的投加剂量和较长的接触时间。过氧化氢作氧化剂时因为可以去除硫化氢而主要用来除臭气，加药量一般每一份溶解性的硫要投加1.5～3.0份的过氧化氢。目前用化学氧化法处理渗滤液的研究还处在实验室阶段，其上要的问题是处理费用太高，但对于垃圾填埋场封场后所）一生的小水量、低含量的难降解渗滤液处理还是有一定意义的。

3 土地法

　　用土地法处理渗滤液的主要形式是渗滤液回灌和土壤植物处理系统。
　　在英国进行的渗滤液回灌生产性试验中发现，渗滤液回灌不仅因为蒸发的作用而可以减少渗滤液的水量，而且还能大幅度降低渗滤液中有机物的含量。
　　土壤植物处理系统（S－P系统）不仅利用土壤或陈垃圾的物化及生化作用，而且还利用了植物根系对微生物的强化和植物修复技术。1985－1986年在瑞典建立了大规模现场S－P系统进行试验，该系统占用了总面积为22公顷的填埋场中的4公顷，其中1.2公顷种植了柳树，另外2.8公顷种植了各种草本植物。试验区域为填埋场边缘的3个坡地，种植了 30 000棵柳树。在试验的最初3年中，灌入试验区域的渗滤液共计3 290 mm，测得年平均的蒸发量为340mm，为降水量的引％，而在试验前相应区域的年平均蒸发量为 140 mm，为年降水量的 19％，蒸发量增加了二到三倍。该系统不光有减量的功能，还能够降低渗滤液的浓度，例如氮的浓度平均下降了 60％，从6.93 mmol／L下降到了 2.96 mmol／L，可以肯定随着柳树的生长和根系的发展，处理效果还可能进一步地提高。

4 结论与思考

　　垃圾渗滤液由于成分极其复杂，如果用一种方法很难把它处理达标。所以，一般需要不同类型工艺方法组合处理，才能做到达标排放的要求。不同类型方法的组合一般是用生物法或土地法作为预处理，然后用物化法作为后处理。要达到日益严格的渗滤液处理排放标准，这种工艺的组合将是一种趋势，关键是各种工艺的搭配和协调的问题。
　　垃圾渗滤液处理中存在的问题有：
　　①渗滤液水量变化较大，尤其是季节性变化量很大，在雨季里水量比较大。针对这个问题，一般填埋场采用管道把多余的渗滤液排到一个预留的池子里，等晴天渗滤液少的时候再进行处理。
　　②渗滤液水质特性变化大。不同填埋场，由于诸多因素不同，其水质存在很大差异，所以适用于某填埋场渗滤液的处理方法不一定也适用于另一填埋场渗滤液的处理。
　　③渗滤液中氨氮浓度高，尤其是在填埋后期其浓度更高。高浓度的氨氮对微生物的活性有抑制作用，而现有的氨氮吹脱又造成空气的二次污染和吹脱塔结垢问题；有人提出超声波吹脱法，这种方法比传统吹脱法氨氮的去除率提高了门％－164％，CODcr去除率为24.90％－34.76％，比传统的吹脱法提高了21%。超声波的最佳工艺参数：PH为 11，时间为41min，气水比 1000：1[8]。渗滤液处理费用高且难以达到排放标准。填埋场在封闭前，一般渗滤液浓度高且较难处理，即使采用厌氧一好氧生物处理工艺也难以达到排放标准；而高标准的渗滤液处理厂投资大，运行管理费用高，许多填埋场因为资金不足受限。

参考文献：

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[8]王有乐，翟钧，谢刚 超声波吹脱技术处理高浓度氨氮废水实验研究[J] 重庆环境科学，2001，2（2）：57－63.

作者简介：邓贤山（1975－），男，安徽和县人，同济大学环境学院硕士研究生，研究水污染防治