1、城市生活垃圾填埋场渗滤液水质特征及污染控制技术杨红艳 马溪平 李清华 （ 辽宁大学环境与生命科学学院）摘 要 本文对城市生活垃圾渗滤液水质特点和影响因素进行了分析，指出了垃圾渗滤液随填埋年限的变化规律。归纳总结了现阶段国内外在垃圾渗滤液污染控制处理中，应用较为广泛的工艺技术和最新进展，并对这些技术在实际运行中存在的问题进行了探讨。关键词 垃圾渗滤液 可生化性 生物处理 物化处理 超声空化一、前言随着经济的发展、人民生活水平的提高，城市产生大量的生活垃圾。卫生填埋是当前国内外广泛采用的一种垃圾处理方法。垃圾在填埋过程中会产生大量的高浓度有毒有害的垃圾渗滤液。若渗滤液处理不当，不仅会污染土壤和地表
2、水源，甚至会污染地下水。但渗滤液水质水量变化的复杂性使得现有技术对渗滤液的治理具有相当大的难度。当前国内外尚无技术与经济完美结合的渗滤液处理工艺，因此，总结当前填埋场渗滤液水质特征及污染控制技术现状，对推进垃圾无害化处理，彻底消除固体废弃物污染具有十分重要的指导意义。二、城市生活垃圾渗滤液的水质特征（一）垃圾渗滤液的产生垃圾渗滤液是指从垃圾填埋场中渗出的黑棕红色水溶液，每年垃圾渗滤液的产生量是十分惊人的。当垃圾含水 47%时，每吨垃圾可产生 0.0722t 渗滤液。其中含有大量的有机污染物、重金属和高浓度的植物性营养物，和大量有毒有害污染物。其主要来源于：垃圾本身所含水分及有害物质。垃圾发酵过
3、程中产生的水分及有害物质。地表水、地下水浸泡垃圾而产生的废水，浸泡过程中大量的重金属等有毒有害物质溶解到水体中。回灌水（垃圾渗滤液的一种处理方案，即把垃圾渗滤液在垃圾填埋场内循环喷洒，以减少渗滤液的产量和降低渗滤液的毒性） 。（二）影响垃圾渗滤液水质的因素渗滤液成分复杂，污染物浓度高且无变化规律。渗滤液的水质、水量随着垃圾组分、当地气候、水文地质、填埋时间和填埋方式等因素的影响而有显著不同。由于影响因素多，造成不同填埋场、不同填埋时期的渗滤液水质和水量的变化幅度很大。1. 垃圾成分对渗滤液水质的影响垃圾填埋场渗滤液水质受垃圾成分影响很大。渗滤液中 CODCr、BOD 5 主要由厨余有机物产生，
4、垃圾中厨余含量的高低直接影响渗滤液中 CODCr、BOD 5 浓度的高低。另外，垃圾中的灰渣、残土对渗滤液中有机物具有吸附和过滤作用，因此垃圾中灰渣、残土的含量也会影响渗滤液的浓度。2. 填埋场填埋时间对渗滤液水质的影响填埋场处理垃圾实际上是一个垃圾填充、覆盖和压实的多次循环过程，不同的填埋区处于不同的稳定阶段，或者说不同的填埋区填埋“年龄”是不同的。渗滤液通常可根据填埋场的填埋时间分为两大类：一类是“年轻”填埋场（35 年以下）的渗滤液；另一类是 “中年老”填埋场（5 年以上）的渗滤液。不同“年龄”的填埋场其渗滤液水质污染指标不同。3. 填埋工艺对渗滤液水质的影响填埋工艺不同，渗滤液水量及水
5、质也不同。如填埋场外设有排洪沟排除场外地表径流，场底铺设衬垫或黄粘土（渗透系数 10 年（老年）pHCOD/（mg.L -1）BOD5/CODCOD/TOCVFA（%TOC）10000 0.5 2.7 706.57.55000100000.10.52.02.7530 7.5 5000 0.1 2.0 54. 微生物营养元素比例失调，氨氮含量高在不同年龄的垃圾渗滤液中，碳、氮两种元素的比例(C/N 比)有较大的差异，常常出现比例失调的情况。随着堆放年限的增加，垃圾渗滤液中氨氮浓度会逐渐升高。一般来说，对于生物处理，垃圾渗滤液中的磷元素总是缺乏的，例如在北美的几个垃圾填埋场的BOD5/TP 都大于
6、 300，此值与微生物生长所需要的碳磷比（100：1）相去甚远。同时，BOD5 / CODcr 比值变化大，给生化处理带来一定的难度。5. 水质变化复杂垃圾渗滤液的成分和产量随季节、时间等变化情况较复杂。其变化特性为：产生量呈季节性变化，雨季明显大于旱季。污染物组成及其浓度呈季节性变化。平原地区填埋场干冷季节渗滤液中的污染物组成和浓度较低。污染物组成及其浓度随填埋年限的延长而变化。填埋层各部分物化和生物学特征及其活动方式都不同， “年轻”填埋场的渗滤液pH 值较低，BOD 5、COD Cr 、VFA、金属离子浓度和 BOD5/CODCr 较高， “中年老”填埋场的渗滤液 pH 值中性偏碱， B
7、OD5、COD Cr、VFA 浓度和 BOD5/CODCr 较低，金属离子浓度下降，但氨氮浓度较高，见表 1。三、垃圾填埋渗滤液的现行污染控制技术及其研究进展由于渗滤液水质、水量的复杂多变性，目前尚无十分完善的适合处理各种垃圾渗滤液的工艺，大多根据不同填埋场的具体情况及其他经济技术要求，并参照普通城市污水的处理方法，提出有针对性的处理方案和工艺。垃圾填埋场渗滤液的处理技术既有常规废水处理技术的共性，也有其极为显著的特殊性。目前对渗滤液的处理方案主要有两大类：一类是将渗滤液经一定的预处理后或直接排入城市污水处理厂进行合并处理；另一类是对渗滤液进行单独处理。虽然合并处理方案最为简单，工艺上也属可行
8、，但并非是普遍使用的方法。通常填埋场远离城区而位于偏远山谷地带，渗滤液远距离输送费用较高而不经济。由于渗滤液所特有的水质及其变化特点，易造成对城市污水处理厂的冲击，影响甚至破坏城市污水处理厂的正常运行，此时对渗滤液进行独立的处理是必要的。（一）垃圾渗滤液的生物处理生物处理是垃圾填埋渗滤液的一类主体处理方法。根据废水生物处理系统中起主要作用的微生物的呼吸类型，又可以分为好氧处理、厌氧处理和兼性处理(即厌氧好氧联合处理)系统等。1. 好氧生物处理好氧法是常用的废水生物处理方法之一。好氧生物处理中的活性污泥法、生物滤池、生物转盘、生物接触氧化法等都有用于垃圾填埋渗滤液处理的报道。好氧处理法也可有效地
9、降低 BOD、COD 和氨氮浓度，还可以去除些如铁、锰等金属。好氧处理中又以延时曝气法用得最多，还有曝气塘和氧化沟及生物转盘等。2. 厌氧生物处理厌氧处理方法包括上流式厌氧污泥床(UASB)，厌氧生物滤池（AF） ，厌氧接触法，混合反应器及厌氧塘等。厌氧处理有许多优点，最主要的是能耗少，操作简单。因此，投资及运行费用低廉，而且，由于产生的污泥量小，故所需的营养物质也少。英国 P.S Ball 等对垃圾填埋渗滤液的低耗处理进行了研究，在室温 2025时，厌氧处理表明，95%以上的可溶性 BOD 被去除，基本上去除了所有的铁，90%以上的氮被转化为游离态氨。但是，广州市大田山垃圾场渗出液采用该工艺
10、处理时，却几乎没什么效果。有报道，加拿大Haliflax Highway 101 填埋场浸出液平均 COD 为 12850mg/L，BOD 5/CODCr 为 0 .7，pH 为 5 .6。采用厌氧滤池，在 pH 值调至 7. 8，负荷为 4kgCOD/m3.时，COD 去除率可达 90%以上，并发现如果负荷增加，去除率急剧下降。3. 厌氧好氧联合处理由于垃圾填埋渗滤液是有毒、有害的高浓度有机废水，单独采用好氧处理或厌氧处理往往难以达到排放要求。在现行的渗滤液处理工艺中，大多采用厌氧好氧组合处理系统。实践证明，采用厌氧好氧处理工艺既经济合理，处理效率也高，不仅可以较有效地去除COD 和 BOD
11、，还可较好地去除氮和磷等。生物脱氮除磷常采用这一组合工艺。4. 氧化塘处理氧化塘(又称生物塘或稳定塘)多见于渗滤液的处理中。氧化塘处理具有投资小、运行费用低、操作方便等优点，因而被广泛用于废水处理，垃圾填埋渗滤液的处理中更常见。与活性污泥法相比，氧化塘体积大，有机负荷一般不高，故多用于渗滤液的最后处理工序，以保证出水水质达标。氧化塘可以是好氧塘，也可以是厌氧塘或兼性塘。（二）垃圾渗滤液的物化处理法物化处理主要是用于去除垃圾渗滤液中的氨氮、重金属离子和难生物降解的有机物质，以保证后续生物处理工艺的正常运行；用物化处理作为后处理则可以进一步提高出水水质，保证渗滤液处理的达标排放。垃圾渗滤液的物化处
12、理工艺主要包括混凝沉淀、化学沉淀、吸附、吹脱、膜分离等。1. 混凝沉淀可以大幅度去除渗滤液中的 SS 及色度等，常用的混凝剂包括 Al2（SO 4）3、Fe 3O4 和 FeCl3 等。对于垃圾渗滤液而言，铁盐的处理效果要比铝盐具有优越性。有研究表明，对于 BOD5COD 值较高的“年轻”填埋场的渗滤液而言，混凝对 COD 和 TOC的去除率较低，通常只有 10%25% ；而对于 BOD5COD 值较低的“老年”填埋场的或者经过生物处理的渗滤液而言，混凝对 COD 和 TOC 的去除率则可以达到 50%65%。2. 化学沉淀主要用于去除垃圾渗滤液的色度、重金属离子和浊度等，常用的化学药剂为 C
13、a(OH)2，对于垃圾渗滤液而言，其投加量通常控制在 1%15gL 之间，对 COD 可以去除 20%-40%，对重金属离子可去除 90%99% ，对色度、浊度及 SS 等可以去除20%40%。化学沉淀也可用于去除垃圾渗滤液中的氨氮，生成磷酸铵镁复合肥，但此项研究仍处于小试阶段。3. 吸附可以去除渗滤液中的 COD 和氨氮，常用的吸附剂有颗粒活性炭和粉末活性炭，此外还有粉煤灰、高岭土、泥炭、焦炭、膨润土、蛭石、伊利石和活性铝等。当采用活性炭用于渗滤液的处理时，对 COD 和氨氮的去除率可以达到 50%70%。4. 吹脱主要用于去除垃圾渗滤液中的高浓度的氨氮，以保证后续生物处理的正常运行。吹脱出
14、的 NH3 需经过回收处理，以防对空气造成污染。5. 膜分离主要用于渗滤液的深度处理，包括微孔膜、超滤膜和反渗透膜等，其对渗滤液中 COD 和 SS 的去除率均可以达到 95%左右。对于此类工艺来讲，由于费用昂贵，限制了它在实际工程中的推广使用。（三）垃圾渗滤液的土地处理法渗滤液的土地处理主要是通过土壤颗粒的过滤、离子交换、吸附和沉淀等作用去除渗滤液中的悬浮固体颗粒物和溶解成分。通过土壤的微生物作用使渗滤液中的有机物和氨发生转化，通过蒸发作用减少渗滤液的发生量。渗滤液的土地处理包括：慢速渗滤系统、快速渗滤系统、表面漫流、湿地系统、地下渗滤以及人工土地渗滤等多种土地处理系统。土地处理投资省、运行
15、费用低，但受气候条件和地域限制一般只应用于干旱地区。（四）垃圾渗滤液的其他新处理技术1. 回灌常规处理膜分离结合的处理技术这种处理技术将常规处理技术、高新膜分离技术和回灌技术有机地结合起来，优势互补，解决了处理出水水质达标的难题，加速了垃圾填埋的稳定化进程。2. 超声降解水体中有机污染物技术超声降解水体中有机污染物技术主要是利用频率在 15 kHz 以上的声波在溶液中以一种球面波的形式传递，超声波在辐照溶液过程中会引起许多化学变化，称为超声空化。超声空化是液体中的一种极其复杂的现象，液体中的微小水泡在超声波的作用下被激化，表现为泡核的振荡、生长、收缩及崩溃等一系列动力学过程，能够将废水中有毒的
16、有机物转变为 CO2、H 2O、无机离子或比原有机物毒性弱的有机分子；具有少污染或无污染、设备简单、操作方便和高效等优点，同时伴有杀菌消毒功效，是一种很有应用潜力的水处理新技术。3. 充氧气机的应用技术用于水体治理的新型环保产品美国爱尔充氧气机，在渗滤液处理中亦可以得到有效的应用。它大大地提高了污水中的曝气效果，使好氧微生物在充足的氧量下，分解其中的有机污染物，增强降解的效果，从而提高出水水质。综上所述，垃圾填埋渗滤液的处理工艺是多种多样的，但所用方法都是基于普通废水的处理方法或者是改进方法而演变出来的。由于垃圾填埋渗滤液水质水量的复杂多变性，在选择渗滤液的处理工艺时，在充分了解所处理渗滤液性
17、质的基础上；不仅要考虑该工艺对渗滤液的处理效果，还要考虑该工艺方法对水质水量变化的灵活性和适应性。一般应优先考虑耐冲击负荷能力和适应性强的工艺，再选择满足处理要求的方法，根据具体情况和经济技术要求提出有针对性的方案和工艺。参考文献1 赵庆良，李伟光. 特种废水处理技术. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社， 20042 沈东生. 生活垃圾填埋生物处理技术. 北京：化学工业出版社环境科学与工程出版中心， 20033 徐亚同等. 废水生物处理的运行管理与异常对策. 北京：化学工业出版社， 20034 郑曼英，李丽桃. 垃圾渗滤液中有机污染物初探J.重庆环境科学，1996，18（4）：41435 刘宏远等
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