1　垃圾滲濾液的成分和性質(zhì)

    填埋作為一種城市固體廢棄物（垃圾）處理方式已被國(guó)內(nèi)外廣泛應(yīng)用，在我國(guó)目前有90%左右的城市固體廢棄物是用填埋法處理的^[1]。由于壓實(shí)和微生物的分解作用，垃圾中所含的污染物將隨水分溶出，并與降雨、徑流等一起形成垃圾滲濾液。

1.1　垃圾滲濾液的來(lái)源和產(chǎn)生量

    垃圾滲濾液的產(chǎn)生受諸多因素影響，不僅水量變化大，而且變化無(wú)規(guī)律性。其主要來(lái)自以下五個(gè)方面：①降水的滲入②外部地表水的流入③地下水的滲入④垃圾本身含有的水份⑤微生物厭氧分解產(chǎn)生的水。

　　所以降水量、蒸發(fā)量、地面流失、地下水流入、垃圾的特性、地下層結(jié)構(gòu)、表面覆土和下層面排水設(shè)施情況對(duì)滲濾液的產(chǎn)生量都有影響。雖然滲濾液產(chǎn)生量波動(dòng)較大，但對(duì)與同一地區(qū)填埋場(chǎng)，其單位面積的年平均產(chǎn)生量是在一定范圍內(nèi)變化的^[2]。

1.2　垃圾滲濾液的成分和特性

    通常，垃圾滲濾液中的有機(jī)物可分為3種：①低分子量的脂肪酸②中等分子量的灰黃霉酸類物質(zhì)③高分子量的碳水化合物類物質(zhì)、腐殖質(zhì)類。 滲濾液中的有機(jī)成分隨填埋時(shí)間而變化。填埋初期，滲濾液中的有機(jī)物的可溶性有機(jī)碳約90%是短鏈的可揮發(fā)性脂肪酸，其中以乙酸、丙酸和丁酸濃度最大。其次的成分是帶有相對(duì)高密度的羥基和芳香族羥基的灰黃霉酸。隨著填埋時(shí)間的增加，填埋場(chǎng)逐步趨于相對(duì)穩(wěn)定，此時(shí)，滲濾液中揮發(fā)性脂肪酸含量減少，而灰黃霉酸和腐殖質(zhì)類成分則增加。

   垃圾滲濾液的特性如下：

　?、?有機(jī)污染物種類繁多，水質(zhì)復(fù)雜。

　?、?污染物濃度高，變化范圍大。

　　滲濾液中污染物濃度及其變化范圍見表１所示。

表１　滲濾液中污染物濃度及其變化范圍^[4]

     Tab. 1　The Pollutant Density of Landfill Leachate

　?、?水質(zhì)水量變化大。產(chǎn)量隨季節(jié)變化大，雨季明顯大于旱季。
　?、?金屬含量高。

    垃圾滲濾液中含有10多種金屬離子，由于國(guó)內(nèi)垃圾不像國(guó)外某些城市那樣經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的分類和篩選，所以國(guó)內(nèi)外垃圾滲濾液中金屬離子濃度有差異。其中鐵濃度可高達(dá)2050mg/L,鉛的濃度可達(dá)12.3 mg/L，鋅的濃度可達(dá)130mg/L，鈣的濃度可達(dá)4300 mg/L^[3]。

　?、?nbsp;氨氮含量高。

    高氨氮濃度是城市垃圾滲濾液的重要水質(zhì)特征之一，隨著垃圾填埋年數(shù)而增加，可以高達(dá)1700mg/L,滲濾液中的氮多以氨氮形式存在，約占TN的70%～80%。

　?、逘I(yíng)養(yǎng)元素比例失調(diào)。

    對(duì)于生化處理，污水中適宜的營(yíng)養(yǎng)元素比例是BOD₅:N:P=100:5:1,而一般的垃圾滲濾液中的BOD₅:P大都大于300,與微生物所需的磷元素相差較大。

　　1.3　垃圾滲濾液的特性與埋齡的關(guān)系

    垃圾填埋后，隨著填埋年齡的增長(zhǎng)，垃圾中有機(jī)物的降解速率、垃圾的持水能力和水的透過(guò)性能均發(fā)生變化。所產(chǎn)生的滲濾液性質(zhì)在填埋場(chǎng)的不同年齡中也會(huì)有不同的性質(zhì)。隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，垃圾中難降解的高分子有機(jī)物逐漸取代了可生物降解的有機(jī)物。如表２所示。

    表２　滲濾液特性與填埋場(chǎng)年齡關(guān)系^[５]

Tab. 2　The Relationship Between Characteristic and age of landfill leachate

　　1.4　我國(guó)不同城市垃圾填埋場(chǎng)滲濾液成分

    滲濾液中的有機(jī)污染負(fù)荷主要由于城市垃圾中剩余廢棄物的含量決定，因人們的生活水平、生活習(xí)慣及環(huán)保意識(shí)不同而異。表３總結(jié)了國(guó)內(nèi)不同城市部分垃圾滲濾液中主要污染物的成分和含量，供科研人員參考。

表３　國(guó)內(nèi)不同城市垃圾滲濾液主要成分對(duì)比

Tab. 3　the Contrasting Among Diffirent Cities Landfill Leachate

2 垃圾滲濾液的處理技術(shù)

    垃圾滲濾液作為一種高濃度有機(jī)廢水，如不及時(shí)對(duì)其進(jìn)行收集、處理，將造成對(duì)地下水，地表水及垃圾填埋場(chǎng)周圍環(huán)境的污染和影響。目前國(guó)內(nèi)外主要的垃圾滲濾液處理技術(shù)有以下幾種。

   就地循環(huán)處理技術(shù)

    滲濾液循環(huán)處理就是在有防滲襯層的垃圾填埋場(chǎng)中，設(shè)置垃圾滲濾液的收集系統(tǒng)，將產(chǎn)生滲濾液回流至垃圾填埋場(chǎng)進(jìn)行循環(huán)。對(duì)垃圾降解影響主要的環(huán)境因素包括pH、營(yíng)養(yǎng)成分、毒素含量、水分含量、顆粒大小以及氧化還原電位等，而其中最關(guān)鍵的參數(shù)是水分含量。一般垃圾含水率平均為28%,使微生物最活躍需要維持55％的含水率，所以通過(guò)噴灌器向垃圾堆頂層或通過(guò)專有管道打回流，使?jié)B濾液回到垃圾堆層，使有機(jī)物在微生物的分解下盡快形成生物膜，使濾液中的水得到凈化；同時(shí)也加速了垃圾中有機(jī)物成分的快速降解。

   垃圾滲濾液循環(huán)處理技術(shù)有如下的優(yōu)點(diǎn)：

　?、?促進(jìn)垃圾加速降解

　?、?減少滲濾液流量

　　③ 有效固結(jié)重金屬

　　④ 有利于垃圾中有機(jī)物的氣化

　?、?促進(jìn)垃圾填埋場(chǎng)的穩(wěn)定化

    但是受到填埋場(chǎng)特性的限制，回灌并不能完全消除滲濾液，而且回灌后的滲濾液氨氮含量高，仍需要進(jìn)一步處理后才能排放。故該方法不能獨(dú)立作為滲濾液的處理后排放工藝，還需其他后續(xù)處理設(shè)施配合。

    生物處理技術(shù)

    目前國(guó)內(nèi)外滲濾液的處理工藝，總體上采用以生物處理為主體工藝。針對(duì)我國(guó)國(guó)內(nèi)滲濾液高氨氮、高有機(jī)物的特點(diǎn)，厭氧＋好氧組合的滲濾液處理工藝一直是國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。

    厭氧－好氧處理工藝與單獨(dú)的厭氧或好氧工藝相比，具有以下特點(diǎn)：

　　① 由于在厭氧階段可大幅度去除水中的懸浮物和有機(jī)物，其后續(xù)好氧處理工藝的污泥量可得到有效的減少，從而設(shè)備容積也可縮小，有報(bào)道，在實(shí)踐中厭氧－好氧處理工藝的總?cè)莘e不到單獨(dú)好氧工藝的一半。

　?、?厭氧工藝可對(duì)進(jìn)水負(fù)荷的變化起緩沖作用，從而為好氧處理創(chuàng)造較為穩(wěn)定的進(jìn)水條件。

　?、?厭氧處理能耗低和費(fèi)用地，且其對(duì)廢水中有機(jī)物的去除亦可節(jié)省好氧段的需氧量和相應(yīng)的能耗，從而節(jié)省整體工藝的運(yùn)行費(fèi)用。

　?、?單獨(dú)用厭氧系統(tǒng)其出水往往不能達(dá)到處理要求和排放標(biāo)準(zhǔn)；單獨(dú)用好氧工藝對(duì)高濃度且水質(zhì)水量不穩(wěn)定的廢水的抗沖擊能力不如厭氧法。

    對(duì)于高氨氮垃圾滲濾液而言，2000～3000mg/L的NH₃-N含量對(duì)生化反應(yīng)有很大的沖擊力。一般在進(jìn)行生化處理前，需要進(jìn)行氨氮的吹脫和氣提。根據(jù)后續(xù)采用的生化處理工藝，NH₃-N含量預(yù)處理后需降至200～800mg/L。

2.2.1 國(guó)內(nèi)外應(yīng)用實(shí)例

   紹興市大塢岱垃圾填埋場(chǎng)^[５]采用兩級(jí)厭氧（HRT分別為18.76d和20d）+兩級(jí)活性污泥法（HRT分別為0.17d和0.33d）+混凝沉淀+生物氧化塘（HRT分別為12d）工藝處理進(jìn)水COD、BOD5和NH3-N濃度分別為5800mg/L、3000mg/L、800mg/L的滲濾液后，出水COD、BOD5和NH3-N濃度分別低于150 mg/L、60mg/L、250mg/L。

   Hoilijoki^[６]對(duì)無(wú)填料活性污泥反應(yīng)器和投加塑料填料的反應(yīng)器對(duì)厭氧處理后城市垃圾滲濾液（出水COD、NH3-N濃度分別為270～1000mg/L、53～270 mg/L）的硝化效果。反應(yīng)器分別在10℃、7℃、５℃下運(yùn)行了149d、2d、16d。在0.027gNH₃-N/(gMLVSS.d)的負(fù)荷率、約3d的停留時(shí)間及10℃條件下運(yùn)行，兩個(gè)反應(yīng)器均實(shí)現(xiàn)了完全硝化。但在５℃，在0.010gNH₃-N/(gMLVSS.d)的負(fù)荷率下運(yùn)行，在投加塑料填料的反應(yīng)器實(shí)現(xiàn)了完全硝化，但在無(wú)填料活性污泥反應(yīng)器中的去除率不到61%。實(shí)驗(yàn)表明在低溫時(shí)和不同負(fù)荷條件下，有填料比沒填料的好氧反應(yīng)器硝化效果好。

    深圳填埋場(chǎng)的滲濾液COD、BOD5和NH3-N濃度(見表３所示)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于國(guó)內(nèi)其他城市填埋場(chǎng)。當(dāng)?shù)匚鬯幚硪筇盥駡?chǎng)滲濾液經(jīng)處理后必須達(dá)到COD<600 mg/L、 NH3-N<25 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)后才能外排城市市政污水處理廠。王寶貞^[７]采用厭氧復(fù)合式反應(yīng)器+氨吹脫+AO淹沒式生物膜曝氣池+化學(xué)沉淀工藝對(duì)其進(jìn)行處理。厭氧反應(yīng)器：MLSS=3389 mg/L;AO池缺氧段：MLSS=2828 mg/L;氨吹脫塔：MLSS=2157mg/L。UASB厭氧反應(yīng)器（HRT為2.0d，T=20～34℃,COD容積負(fù)荷率為9.5kgCOD /m³.d）,氨吹脫塔（pH為9.1，HRT為5h,水循環(huán)比為25:1,氣水比為280:1）,A/O淹沒式生物膜曝氣池（HRT為22.1h,缺氧池為6.5h,好氧池為15.6h;出水回流比R=3），后續(xù)混凝深度處理投加PAC 200～300 mg/L；出水COD低于600 mg/L，NH₃-N<25 mg/L,達(dá)到當(dāng)?shù)爻鞘邢滤艿赖呐欧艠?biāo)準(zhǔn)。

   反滲透處理技術(shù)

   對(duì)于老化的填埋場(chǎng)滲濾液，是極其難以生物降解的，其BOD₅/COD比值<0.1，有的甚至<0.01，此時(shí)采用生物處理方法處理收效甚微。因此，一些運(yùn)行了數(shù)十年的老填埋場(chǎng)，其原有的滲濾液生物處理設(shè)施大都棄置不用，而改用以膜分離法為主（尤其是反滲透膜法）的處理系統(tǒng)。

   反滲透的分離原理主要是使水溶液能夠順利地通過(guò)膜，而其他的化合物則或多或少被膜截留。反滲透的操作壓力一般為1.5～10.5MPa,截留組分為（1～10）x10^-10m的小分子。反滲透裝置有如下優(yōu)點(diǎn)：①自動(dòng)化程度高②場(chǎng)地利用率高③幾乎與進(jìn)水的種類和濃度無(wú)關(guān)④發(fā)生故障時(shí)，啟閉和關(guān)閉時(shí)間短⑤由于采用膜組件結(jié)構(gòu)，容易改建和擴(kuò)建。

   反滲透膜（RO）的滲透流量的主要是進(jìn)水溫度和凈推動(dòng)力（NDP）的函數(shù)。凈推壓（NDP）是作用于半透膜兩邊的施加壓和滲透壓的差值。在給定的溫度下，滲透流量與NDP成比例關(guān)系。當(dāng)溫度上升，水的黏度降低，推動(dòng)一定容量的水通過(guò)膜的NDP將減少。NDP方程可寫為：

　　NDP=P_feed+P_{osmotic(permeate)}-P_permeate-P_{osmotic(feed)}

　　P_feed:進(jìn)水側(cè)的施加壓；

　　P_{osmotic(permeate)：}：滲透?jìng)?cè)的滲透壓（很小可省略）；

　　P_permeate：滲透?jìng)?cè)的施加壓；

　　P_{osmotic(feed)}：進(jìn)水側(cè)的滲透壓。

　　注意：①如果存在結(jié)垢或者淤塞，需要更大的NDP以克服結(jié)垢和淤塞物質(zhì)的阻力。②如果膜被化學(xué)物質(zhì)攻擊或者機(jī)械撕破，需要更小的NDP來(lái)推動(dòng)一給定數(shù)量的滲透量通過(guò)膜。

2.3.1反滲透膜組件的類型

   膜組件的類型主要有管式膜組件、盤式膜組件、螺旋卷式膜組件以及其他改進(jìn)的膜組件形式（如盤管式，DT-RO式等），它們主要不同點(diǎn)是組件密度（膜面積／膜組件）不同。最近開發(fā)的螺旋卷式膜組件以大大改進(jìn)了反滲透處理技術(shù)，它具有較好的水力特性，而且因?yàn)橐后w進(jìn)入螺旋卷式膜組件時(shí)是徑直流入而不發(fā)生偏移，不像盤式膜組件那樣容易結(jié)垢。

   從膜污染概率上看，從管式膜組件到寬間隔膜組件再到盤式膜組件依次增加，因此廢水處理前后必須進(jìn)行深度處理。

   在后續(xù)的深度處理階段，由于進(jìn)水具有較高的純度，所以采用高密度的膜組件如螺旋卷式膜組件更經(jīng)濟(jì)一些。

2.3.２反滲透膜技術(shù)在垃圾滲濾液處理中應(yīng)用

   德國(guó)Ihlenberg填埋場(chǎng)采用DT-RO（盤管式反滲透膜件）二級(jí)反滲透處理垃圾滲濾液。進(jìn)水COD=4142 mg/L、 NH3-N=577 mg/L、電導(dǎo)率=19.07ms/cm;出水進(jìn)水COD<20 mg/L、 NH₃-N<8 mg/L、電導(dǎo)率<0.38ms/cm;運(yùn)行中滲透通量平均可達(dá)11L/(m².h);平均能耗約為10kw.h/m³。

   北京天地人科技公司采用DT-RO技術(shù)對(duì)北京阿蘇衛(wèi)、六里屯及北神村垃圾填埋場(chǎng)的滲濾液進(jìn)行了處理。結(jié)果如表４所示。從表中數(shù)據(jù)可以看出經(jīng)過(guò)二級(jí)DT-RO后，COD、NH₃-N的去除率均超過(guò)99%。而且該設(shè)備能夠適應(yīng)滲濾液水質(zhì)變化，出水相當(dāng)穩(wěn)定，可以達(dá)到國(guó)家垃圾填埋場(chǎng)污染物控制標(biāo)準(zhǔn)（GB16889-1997）中的一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)的限定值的要求。

表4　DT-RO技術(shù)對(duì)北京地區(qū)垃圾滲濾液處理效果

2.3.３反滲透膜濃縮液的處理

    滲濾液經(jīng)過(guò)膜過(guò)濾后的濃縮液是一種高濃度的有機(jī)廢液，其COD和電導(dǎo)率值往往是原液的３～4倍。目前濃縮液的處理主要有：

　?、?蒸發(fā)和烘干處理

    濃縮液的處理是僅有的一組不連續(xù)運(yùn)行的膜組件，同時(shí)也沒有液體的循環(huán)。其流量通過(guò)高壓泵進(jìn)行定量控制，約為實(shí)際運(yùn)行能力的幾倍。優(yōu)點(diǎn)是濃縮液在膜組件中的停留時(shí)間短，只要不超過(guò)溶解極限就可以避免膜阻塞的發(fā)生。

　?、?回灌處理

    與回灌法相比，其他方法都沒有考慮濃縮液對(duì)垃圾場(chǎng)穩(wěn)定化的促進(jìn)作用。一般認(rèn)為，濃縮液回灌到垃圾場(chǎng)中后，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期循環(huán)可能回導(dǎo)致無(wú)機(jī)鹽的積累從而使電導(dǎo)率升高，不利于RO系統(tǒng)的正常運(yùn)行。事實(shí)上在垃圾填埋場(chǎng)內(nèi)的堿性環(huán)境下，濃縮液中的重金屬離子會(huì)形成氫氧化物沉淀，而且垃圾降解過(guò)程中生成的大分子腐殖質(zhì)會(huì)與重金屬離子形成穩(wěn)定的螯合物。由于局部濃度很高，無(wú)機(jī)鹽回結(jié)晶析出，不會(huì)隨著滲濾液再排出垃圾場(chǎng)。

   目前，德國(guó)有15個(gè)RO法滲濾液處理廠使用控制回灌處理濃縮液，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的觀察和監(jiān)測(cè)，滲濾液中的污染物含量和電導(dǎo)率沒有明顯升高，而且氨氮濃度有所降低^[８]。

　　③ 其他處理方法。

    濃縮液處理的其他方法也有了重要進(jìn)展。這些新方法不但要在技術(shù)上可行，同時(shí)也應(yīng)考慮生態(tài)和經(jīng)濟(jì)上的要求，例如：①將濃縮液運(yùn)到可以焚燒有害廢液的焚燒廠焚燒。②用飛灰或污水處理產(chǎn)生的污泥固化濃縮液，然后將干化的剩余物回填到填埋場(chǎng)。

    高級(jí)氧化處理技術(shù)

    對(duì)于某些可生物降解性差的滲濾液，生物處理往往難于進(jìn)行。而采用物化工藝處理則運(yùn)行成本過(guò)高，并且有時(shí)會(huì)產(chǎn)生難于處理的殘余物。目前，高級(jí)氧化技術(shù)（AOP），如：臭氧、H₂O₂/UV、Cl₂/UV等對(duì)于那些難以生物降解或?qū)ι镉卸居泻ψ饔玫奈镔|(zhì)的處理，顯示出了它獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

   AOP通過(guò)化學(xué)氧化產(chǎn)生羥基自由基（.OH）,氧化垃圾滲濾液中的烴基、酮、醛官能團(tuán)，使芳香環(huán)裂開、雙鍵加成和礦化等。主要有以下幾種：

　　① 臭氧氧化技術(shù)^[9]②Fenton試劑氧化法^[10]③光催化氧化法^[11]④電子輻射處理法^{[12、13]}⑤活性炭- H₂O₂催化氧化法^[14]。

    J.JWu等^[15]通過(guò)對(duì)靠近臺(tái)南市的陳氏里城市垃圾填埋場(chǎng)滲濾液（pH>7.5; BOD₅/COD<0.1）采用以臭氧為主的高級(jí)氧化試驗(yàn)，得出：①O₃劑量達(dá)到1.2g/L時(shí)，BOD₅/COD的比值呈現(xiàn)顯著的提高；②臭氧氧化能使?jié)B濾液脫色達(dá)到90%；

    Fenton試劑具有反應(yīng)迅速，溫度、壓力等條件緩和且無(wú)二次污染，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛運(yùn)用。程潔紅，李爾煬等^[16]運(yùn)用Fenton混凝法對(duì)重慶市垃圾填埋場(chǎng)的滲濾液進(jìn)行預(yù)處理，COD去除率達(dá)到66.9%，可使原水COD從25733mg/L降至8518mg/L，為后續(xù)的厭氧-好氧生化處理提供準(zhǔn)備。運(yùn)行條件為：Ph=3.0;FeSO₄.7H₂O=0.4%; H₂O₂=4.3ml/L;反應(yīng)時(shí)間為1h。

    研究表明光催化氧化法中TiO₂投加量要根據(jù)不同的水質(zhì)、不同的光強(qiáng)等因素而定。處理廣州李坑垃圾填埋場(chǎng)中的滲濾液時(shí)，當(dāng)光強(qiáng)為1.522Mw/cm²時(shí)，TiO₂的最佳投加量為20g/L,當(dāng)光強(qiáng)為3.044Mw/cm²時(shí)，TiO₂的最佳投加量為10g/L;反應(yīng)時(shí)間易控制在1.5～2.5h。波長(zhǎng)為253.7nm的紫外線用來(lái)處理滲濾液效果好；TiO₂經(jīng)過(guò)450℃煅燒后，催化活性最好，COD、色度均提高20%左右。

   雖然高級(jí)氧化技術(shù)已展現(xiàn)了良好的處理效果，但由于各種實(shí)際操作的原因目前還停留在實(shí)驗(yàn)室階段，還有待廣大科研工作者進(jìn)一步研究。

　　3 垃圾滲濾液的排放標(biāo)準(zhǔn)

　　4 結(jié)語(yǔ)

    綜上所述，各種垃圾滲濾液的處理技術(shù)已經(jīng)得到廣泛的研究。但具體應(yīng)用時(shí)，還需因地制宜地通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，合理地選擇滲濾液處理方案。在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)且實(shí)際條件許可的情況下,可建設(shè)獨(dú)立的處理系統(tǒng);在經(jīng)濟(jì)尚不發(fā)達(dá)的地區(qū)則可采用預(yù)處理+合并處理的方案;在無(wú)力建設(shè)處理設(shè)施的情況下則可考慮回灌與合并處理的方案。

    國(guó)內(nèi)對(duì)垃圾的處理已經(jīng)日趨重視，目前已有近百家垃圾填埋處理廠，對(duì)其產(chǎn)生的垃圾滲濾液進(jìn)行有效、而又經(jīng)濟(jì)的處理將是我們面臨的主要問題，還有有待廣大科研工作者深入研究。

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作者簡(jiǎn)介

邢佶勇  經(jīng)理   北京大岳咨詢有限公司   主要從事市政基礎(chǔ)設(shè)施投融資顧問工作

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