垃圾渗滤液物化法处理技术

卫生填埋法具有工艺简单、成本较低、处理量大的优点，成为目前广泛采用的垃圾处理方法。但是填埋产生的垃圾渗滤液是一种成分复杂的高浓度有机废水，若不加处理直接排放，将会对周边环境和地下水资源造成严重的危害。因此，对垃圾渗滤液进行有效处理迫在眉睫。

1 垃圾渗滤液的特性
 
垃圾渗滤液是指垃圾在堆放和填埋过程中因发酵作用、降水淋溶、地表水和地下水渗透而产生的污水。垃圾渗滤液的成分受垃圾组成、垃圾填埋时间、填埋技术、气候条件等因素影响，其中垃圾填埋时间是最主要的影响因素。若按填埋场场龄划分，一般填埋时间在1 a 以下的为年轻渗滤液，1~5 a 的为中龄渗滤液，5 a 以上的为老龄渗滤液〔1〕。表 1 为不同类型垃圾渗滤液的特性〔2〕。

垃圾渗滤液的水质一般具有以下特点：（1）组成复杂，含有多种有机污染物、金属和植物营养素；（2）有机污染物浓度高，COD 和BOD 最高可达几万 mg/L；（3）金属种类多，含10 多种金属离子；（4）氨氮高，变化范围大；（5）组成和浓度会发生季节性变化〔2〕。国内外部分垃圾渗滤液的水质特性见表 2〔2, 3〕。

目前垃圾渗滤液的处理手段主要以生物法为主，其中年轻渗滤液中易生物降解的有机物含量较高，B/C 比较高，氨氮较低，适宜采用生物法处理。但是随着填埋场场龄的增加，垃圾渗滤液的可生化性会降低，氨氮大幅增加，这些都会抑制生物法的处理效果，因此中老龄垃圾渗滤液不宜直接采用生物法处理。且生物法对温度、水质和水量的变化比较敏感，无法处理难生物降解的有机物。而物化法对可生化性差、氨氮含量高的垃圾渗滤液有较好的去除效果，且不受水质水量变化的影响，出水水质相对稳定，被广泛用于预处理和深度处理垃圾渗滤液。笔者在现有物化处理技术基础上，对吸附法、吹脱法、混凝沉淀法、化学沉淀法、化学氧化法、电化学法、光催化氧化法、反渗透和纳滤法的研究进展进行了综述，以期为实际工作提供一点借鉴。

2 物化处理技术
 
2.1 吸附法
 
吸附法就是利用多孔性固体物质的吸附作用去除垃圾渗滤液中的有机物、金属离子等有毒有害物质。目前以活性炭吸附的研究最为广泛。J. Rodríguez 等〔4〕利用活性炭、树脂XAD -8、树脂 XAD-4 对厌氧处理后的垃圾渗滤液进行吸附研究，结果表明活性炭的吸附能力最强，可使进水的COD 由1 500 mg/L 降到191 mg/L。N. Aghamohammadi 等〔5〕在采用活性污泥法处理垃圾渗滤液时加入粉末活性炭，结果发现加入活性炭后，COD 和色度的去除率几乎是未加入活性炭的2 倍，氨氮去除率也有所提高。张富韬等〔6〕研究了活性炭对垃圾渗滤液中甲醛、苯酚和苯胺的吸附规律，结果表明活性炭的吸附等温式符合Freundlich 经验公式。此外，活性炭之外的吸附剂也得到了一定的研究。M. Heavey 等〔7〕 用爱尔兰Kyletalesha 填埋场的垃圾渗滤液进行煤渣吸附实验，结果发现：COD 平均为625 mg/L、BOD 平均为190 mg/L、氨氮平均为218 mg/L 的渗滤液经过煤渣吸附处理后，COD 去除率为69%、BOD 去除率为96.6%、氨氮去除率为95.5%。由于煤渣资源丰富且可再生，没有二次污染，有较好的发展前景。活性炭吸附处理面临的主要问题是活性炭价格较贵，而且缺乏简单有效的再生方法，故其推广应用受到限制。目前吸附法处理垃圾渗滤液大多为实验室规模，还需进一步研究后才能用于实际。

2.2 吹脱法
 
吹脱法是将气体（载气）通入水中，充分接触后，使水中的挥发性溶解性物质穿过气液界面向气相转移，从而达到脱除污染物的目的，常用空气作为载气。中老龄垃圾渗滤液中氨氮含量较高，采用吹脱法可以有效去除其中的氨氮。S. K. Marttinen 等〔8〕利用吹脱法处理垃圾渗滤液中的氨氮，在pH=11、20 °C、水力停留时间24 h 的条件下，氨氮由150 mg/L 降至 16 mg/L。廖琳琳等〔9〕对垃圾渗滤液氨吹脱效率的影响因素进行了研究，结果发现pH、水温、气液比对吹脱效率有较大影响，pH 在10.5~11 之间脱氮效果最佳；水温越高，脱氮效果越好；气液比为3 000~3 500 m3/m3 时脱氮效果最佳；而氨氮浓度的高低对吹脱效率影响不大。王宗平等〔10〕用射流曝气、鼓风曝气、表面曝气3 种方式对垃圾渗滤液进行氨吹脱预处理，结果表明在相同功率下射流曝气效果最佳。国外有资料显示，气提法结合其他方法处理垃圾渗滤液后，氨氮去除率最高可达99.5%。但是该法运行成本较高，而且产生的NH3 需要在吹脱塔中加酸去除，否则会造成大气污染，另外吹脱塔内还会产生碳酸盐结垢问题。

2.3 混凝沉淀法
 
混凝沉淀法是向垃圾渗滤液中投加混凝剂，使渗滤液中的悬浮物和胶体聚集形成絮凝体，再加以分离的方法。硫酸铝、硫酸亚铁、氯化铁等是最常用的无机絮凝剂，有研究表明单独采用铁系絮凝剂对垃圾渗滤液进行处理，COD 去除率可达到50%，比单独使用铝系絮凝剂的处理效果好。A. A. Tatsi 等〔11〕 用硫酸铝和氯化铁对垃圾渗滤液进行预处理，对于年轻垃圾渗滤液，进水COD 为70 900 mg/L 时COD 去除率最高为38%； 对于中老龄的垃圾渗滤液，进水COD 为5 350 mg/L 时COD 去除率可达75%，当 pH 为10、混凝剂达到2 g/L 时，COD 去除率最高可达80%。近年来，生物絮凝剂成为一个新的研究方向。A. I. Zouboulis 等〔12〕研究了生物絮凝剂对垃圾渗滤液的处理效果，研究发现：只需投入20 mg/L 的生物絮凝剂就可去除垃圾渗滤液中85%的腐殖酸。混凝沉淀法是垃圾渗滤液处理关键技术，既可作为前处理技术，减轻后处理工艺的负担，又可作为深度处理技术，成为整个处理工艺的保障〔3〕。但其最主要的问题是氨氮去除率不高，同时产生大量化学污泥，而且投加的金属盐类混凝剂可能会造成新的污染。因此开发安全、高效、低廉的混凝剂是提高混凝沉淀法处理效果的基础。

2.4 化学沉淀法
 
化学沉淀法是向垃圾渗滤液中投加某种化学物质，通过化学反应生成沉淀，再加以分离从而达到处理目的。有资料显示，氢氧化钙等碱性物质的氢氧根能够与金属离子生成沉淀，可去除垃圾渗滤液中 90%~99%的重金属，同时去除20%~40%的COD。在化学沉淀法中鸟粪石沉淀法应用最为广泛。鸟粪石沉淀法即磷酸铵镁沉淀法，向垃圾渗滤液中投加 Mg2+、PO43-及碱性药剂，使之与某些物质反应生成沉淀。X. Z. Li 等〔13〕向垃圾渗滤液中投加了MgCl2·6H2O 和Na2HPO4·12H2O，在n（Mg2+）∶n（NH4+）∶n（PO43-）为 1∶1∶1、pH 为8.45~9 时，15 min 内原垃圾渗滤液中的氨氮可从5 600 mg/L 降低到110 mg/L。I. Ozturk 等〔14〕利用该法处理厌氧消化后垃圾渗滤液，进水 COD 为4 024 mg/L，氨氮为2 240 mg/L 时，出水去除率分别达到50%、85%。B. Calli 等〔15〕采用该法也取得了98%的氨氮去除率。化学沉淀法操作简单，生成的沉淀中含有N、P、Mg 和有机质等肥料组分，但沉淀物可能含有有毒有害物质，对环境有潜在危害。

2.5 化学氧化法
 
化学氧化法可以有效分解垃圾渗滤液中的难降解有机物，并提高垃圾渗滤液的可生化性，有利于后期的生物处理，因而被广泛用于处理生化性较差的中老龄垃圾渗滤液。其中高级氧化技术可以产生强氧化性的·OH，能够更有效地处理垃圾渗滤液，主要包括Fenton 法、臭氧氧化法等。A. Lopez 等〔16〕利用 Fenton 法处理垃圾渗滤液，研究结果表明：在Fe2+用量为275 mg/L、H2O2 用量为3 300 mg/L、pH 为3、反应时间2 h 的条件下，B/C 从0.2 升至0.5； 在Fe2+用量为830 mg/L、H2O2 用量为10 000 mg/L 的条件下， COD 去除率最高可达60%，从10 540 mg/L 降至 4 216 mg/L。叶少帆等〔17〕采用Fenton 氧化—活性炭吸附协同深度处理垃圾渗滤液，采用先投加活性炭吸附30 min 后投加Fenton 试剂反应150 min 的方式能够获得最好的COD 去除效果。S. Cortez 等〔18〕以O3/H2O2 法处理老龄垃圾渗滤液，当O3 进气量为5.6 g/h、H2O2 用量为400 mg/L、pH 为7、反应时间1 h 时，出水COD 平均为340 mg/L，去除率达到72%， B/C 由0.01 升至0.24，氨氮由714 mg/L 降至318 mg/L。Fenton 法费用低廉、操作简便，但该法要求在 pH 较低条件下进行，而且处理后的废水需进行离子分离。臭氧氧化法的成本较高，且反应过程中生成的中间产物可能会增加垃圾渗滤液的毒性，需进一步研究以适应日益苛刻的环保要求。

2.6 电化学法
 
电化学法是在电场作用下使垃圾渗滤液中的污染物直接在电极上发生电化学反应，或利用电极表面产生的·OH、ClO-发生氧化还原反应，目前常见的是电解氧化。P. B. Moraes 等〔19〕用连续式电解反应器处理垃圾渗滤液，当进水量为2 000 L/h、电流密度为0.116 A/cm2、反应时间为180 min，进水COD 为 1 855 mg/L、TOC 为1 270 mg/L、氨氮为1 060 mg/L 时，出水去除率分别达到73%、57%、49%。N. N. Rao 等〔20〕利用三维碳电极反应器处理高COD（17 100~ 18 400 mg/L）、高氨氮（1 200~1 320 mg/L）的垃圾渗滤液，反应6 h 后COD 去除率为76%~80%，氨氮去除率最高可达97%。E. Turro 等〔21〕对影响垃圾渗滤液电解氧化处理的因素进行了研究，以Ti/IrO2-RuO2为电极，HClO4 为电解质，结果表明： 反应时间、反应温度、电流密度和pH 是影响处理效果的主要因素，在温度为80 ℃、电流密度为0.032 A/cm2、pH= 3 的条件下反应4 h，COD 由2 960 mg/L 降至294 mg/L，TOC 由1 150 mg/L 降至402 mg/L，色度去除率可达100%。电化学法流程简单、可控性强、占地面积小，处理过程中不产生二次污染，缺点是消耗电能，处理成本较高，目前大多处于实验室研究规模。

2.7 光催化氧化
 
光催化氧化是一种新型的水处理技术，对一些特殊污染物的处理比其他方法要好，因而在垃圾渗滤液的深度处理方面有着不错的应用前景。该法的原理是在废水中加入一定数量的催化剂，在光的照射下产生自由基，利用自由基的强氧化性达到处理目的。光催化氧化采用的催化剂主要有二氧化钛、氧化锌、三氧化二铁等，其中二氧化钛使用最广泛。D. E. Meeroff 等〔22〕用TiO2 作催化剂进行光催化氧化垃圾渗滤液实验，垃圾渗滤液经过4 h 的紫外光催化氧化后，COD 去除率达到86%，B/C 从0.09 提高到0.14，氨氮去除率为71%，色度去除率为90%；反应完成后85%的TiO2 可被回收。R. Poblete 等〔23〕利用钛白工业的副产品（主要成分是TiO2 和Fe）作催化剂，并以商业TiO2 作对比，从催化剂类型、难降解有机物的去除率、催化剂装量和反应时间等方面比较了两种催化剂的优劣，结果显示该副产品的活性更高、处理效果更好，可用作光催化氧化的催化剂。有研究发现无机盐含量会影响光催化氧化法处理垃圾渗滤液的效果。J. Wiszniowski 等〔24〕以悬浮态TiO2 作催化剂，研究了无机盐对渗滤液中腐殖酸光催化氧化效果的影响。当垃圾渗滤液中只存在Cl- （4 500 mg/L）和SO42- （7 750 mg/L）时并不影响腐殖酸的光催化氧化效果，但HCO3-存在时就大大降低了光催化氧化效率。光催化氧化操作简单、能耗低、耐负荷、无污染，但要投入实际运行还需要研究反应器的类型和设计、催化剂的效率和寿命、光能的利用率等问题。

2.8 反渗透（RO）
 
RO 膜对溶剂具有选择性，以膜两侧压力差为动力克服溶剂的渗透压，从而分离垃圾渗滤液中的多种物质。Fangyue Li 等〔25〕采用一种螺旋状的RO 膜处理德国Kolenfeld 填埋场的垃圾渗滤液，COD 从 3 100 mg/L 降至15 mg/L，氯化物由2 850 mg/L 降至 23.2 mg/L，氨氮从1 000 mg/L 降至11.3 mg/L；Al3+、 Fe2+、Pb2+、Zn2+、Cu2+等金属离子的去除率均超过 99.5%。研究表明，pH 对氨氮的去除效果有影响。L. D. Palma 等〔26〕先将垃圾渗滤液进行蒸馏后再用RO 膜处理，进水COD 从19 000 mg/L 降至30.5 mg/L； pH=6.4 时氨氮去除率最高，从217.6 mg/L 降至0.71 mg/L。M. 譒ír 等〔27〕采用两段连续的RO 膜进行净化垃圾渗滤液的中试实验，发现pH 达到5 时，氨氮去除率最高，从142 mg/L 降至8.54 mg/L。反渗透法效率高、管理成熟，易于自动控制，在垃圾渗滤液处理中得到越来越多的应用。但膜成本较高，且使用之前需要对垃圾渗滤液进行预处理以减少膜的负荷，否则膜容易被污染和堵塞，导致处理效率急剧下降。

2.9 纳滤（NF）
 
NF 膜具有2 个显著特征： 具有1 nm 左右的微孔结构，可以截留分子质量为200~2 000 u 的分子； NF 膜本体带电，对无机电解质具有一定的截留率。 H. K. Jakopovic 等〔28〕比较了NF、UF、臭氧3 种技术对垃圾渗滤液中有机物的去除情况，结果表明：在实验室条件下处理老龄垃圾渗滤液，不同UF 膜可达到的最佳COD 去除率为23%； 臭氧对COD 的去除率可达到56%； 而NF 对COD 的最佳去除率可达 91%。NF 对渗滤液中离子的去除效果也比较理想。 L. B. Chaudhari 等〔29〕用NF-300 处理印度Gujarat 填埋场老龄渗滤液中的电解质，2 种实验水中的硫酸盐分别为932、886 mg/L，氯离子分别为2 268、5 426 mg/L。实验结果表明，硫酸盐的去除率分别为83%、 85%，氯离子去除率分别是62%、65%。研究还发现 NF 膜对Cr3+、Ni2+、Cu2+、Cd2+的去除率分别达到99%、 97%、97%、96%。NF 结合其他工艺后处理效果更好。T. Robinson〔30〕用MBR+NF 组合工艺处理英国 Beacon Hill 的垃圾渗滤液，COD 由5 000 mg/L 降至 100 mg/L 以下，氨氮从2 000 mg/L 降至1 mg/L 以下，SS 从250 mg/L 降至25 mg/L 以下。NF 技术能耗低、回收率高，潜力较大。但最大的问题是长期使用后膜会结垢，进而影响膜通量和截留率等性能，将其应用于工程实践还需进一步研究。

3 结语
 
上述物化处理技术均能取得一定效果，但也存在许多问题，如吸附剂的再生、光催化氧化催化剂的回收、电化学法的高能耗、膜的堵塞污染等。因此，垃圾渗滤液只经过单一的物化处理很难达到国家规定的排放标准，其处理工艺应是多种处理技术的结合。一般垃圾渗滤液的完整处理工艺应包括3 个部分：预处理、主处理和深度处理。预处理常采用吹脱、混凝沉淀、化学沉淀等方法，主要去除垃圾渗滤液中的重金属离子、氨氮、色度或改善其可生化性。主处理应采用成本低、效率高的工艺，如生物法、化学氧化等联合工艺，目的是去除大部分有机物，并进一步降低氨氮等污染物含量。经过前2 个阶段的处理后，某些污染物仍可能存在，所以深度处理是必须的，深度处理可采取光催化氧化、吸附、膜分离等方法。

由于垃圾渗滤液成分复杂，并且会随着时间、地点而变化，在实际工程中对垃圾渗滤液进行处理之前，首先需要详细测定垃圾渗滤液的成分并分析其特点，选择合适的处理技术。现阶段垃圾渗滤液的处理技术各有优缺点，因此，升级改造现有技术，开发新型高效的处理技术，加强不同技术之间的集成研究与开发（如光催化氧化技术和生化处理技术的集成，沉淀法和膜处理的集成），从整体上提高垃圾渗滤液的处理效率，降低投资及运行成本是今后垃圾渗滤液研究工作的重点。