垃圾滲濾液物化與生化處理工藝技術現狀
垃圾滲濾液由于含有大量有機物和氨氮,一直是我國污水處理領域的重點及難點。總結了滲濾液的水質特點,然后結合國內外垃圾滲濾液處理方面的研究,探討了不同垃圾滲濾液處理工藝的優缺點。目前滲濾液處理技術主要有物化法和生化法,利用生化法實現垃圾滲濾液的深度脫氮進而降低垃圾滲濾液的處理成本,是未來垃圾滲濾液處理技術的發展方向。
隨著我國城市化進程不斷發展，城市生活垃圾日產量急劇增長，2013年，我國的生活垃圾總產量已達1.73×105t，其中采用填埋方式處理的垃圾占總量的80%以上。
填埋場產生的垃圾滲濾液是一種有機污染物含量高、性質復雜、難以處理的高濃度廢水，滲濾液中含有大量難降解有機物、重金屬離子、高氨氮和多種有毒有害的污染物，會對環境、動植物和人類存在長期潛在危害。GB16889—2008《生活垃圾填埋場控制標準》對垃圾滲濾液的排放標準更加嚴格，尋求、研發一種滲濾液的收集及高效處理工藝已成為我國急待解決的水處理難題。
1垃圾滲濾液來源與特性
1.1垃圾滲濾液來源
垃圾滲濾液是指城市生活垃圾在堆放和填埋過程中由于發酵和雨水的淋溶、沖刷以及地表水和地下水的浸泡而產生的二次污染。
滲濾液來源于填埋場內的自然降雨、降雪、徑流(主要來源)、垃圾自身含水、地下水滲入和微生物的厭氧分解產水。
1.2垃圾滲濾液的特性
垃圾滲濾液水質特性:1)水質變化大，填埋廠年限不同滲濾液成分也不同(如表1);2)有機物濃度高且組分眾多，多呈淡色、深褐色或黑色，有極重的垃圾腐敗臭味;3)重金屬含量高;4)氨氮濃度最高可達3000mg/L以上;5)營養因素比例調，且P缺乏;6)生化處理會產生大量泡沫。
由表1可知:早期滲濾液的水質特點是有機物含量很高，可生化性強，但氨氮濃度相對較低;晚期滲濾液的水質特點是氨氮含量高，可生化性變差且C/N大幅度降低，中期滲濾液的水質介于早期和晚期滲濾液之間。
表1不同填埋時間的滲濾液的特征
2化處理技術
物化處理主要有吸附法、混凝沉淀法、高級氧化法、膜分離技術、氨吹脫法等。
2.1吸附法
1995年德國首次使用顆粒活性炭處理晚期垃圾滲濾液，COD去除率達到了91%;Modin研究了顆粒活性炭、骨粉和鐵粉對垃圾滲濾液中重金屬的去除效率對比，發現活性炭對Co、Cr等重金屬的去除率在90%以上。吸附法操作簡單方便，處理效果穩定，但處理成本高，吸附劑再生難度大。
2.2混凝沉淀法
Amokrane等利用混凝法處理ρ(COD)和ρ(NH3-N)分別為4100，5690mg/L的滲濾液，發現Fe鹽比Al鹽有更高的有機物除率。沉淀法可根據去除氨氮和重金屬離子的不同，對應選擇不同的混凝劑。葉標等用磷酸銨鎂法處理進水ρ(NH3-N)為800～1100mg/L的滲濾液，NH3-N的最佳去除率可達90%。
混凝沉淀法廣泛用作生物法或反滲透工藝之前的預處理或作為去除難生物降解有機物的深度處理，但此工藝具有以下缺點:污泥產量大、液相中可能存在鋁或鐵、沉淀劑消耗量大、pH值較敏感、污泥需進一步處理等。
2.3高級氧化技術
2.3.1高級氧化單級技術
根據產生自由基的方式和反應條件的不同，高級氧化技術可分為Fenton技術、臭氧氧化技術、電化學氧化法等。
表2高級氧化技術工藝簡介
由表2可知:Fenton法、臭氧氧化法和電化學氧化法對COD的去除率均高于50%。Fenton法處理效果較其他方法穩定性高，但實際處理過程中需要多種構筑物，并產生二次污染;臭氧氧化法和電化學氧化法無二次污染，但設備費用高、耗大、維護工作復雜。
2.3.2高級氧化組合技術
Asaithambi等人采用“臭氧+超聲波+Fenton”工藝處理滲濾液，COD去除率可達95%。晏飛來等[17]采用超聲波強化TiO2光催化技術處理進水(COD)和ρ(NH3-N)分別為2646，1330mg/L的滲濾液，COD和NH3-N最佳去除率分別為50.1%和75%。
高級氧化技術具有反應速度快、降解有機物徹底、無公害、水質適用范圍廣等優點，可以大大提高濾液出水的可生化性，降低滲濾液毒性。但是高級氧化技術不僅投資成本大，且電能需求很高，因此處理成本較高。
2.4膜分離技術
2.4.1膜分離技術法處理垃圾滲濾液
Chaudhari等用納濾膜去除Cr3+、Ni2+等金屬離子，去除率在90%以上。Trebouet等采用納濾膜處理滲濾液，COD的去除率可達74%以上。RO膜對滲濾液中重金屬、懸浮膠體物質和溶解固體有較好的去除效果。Linde等采用RO膜處理滲濾液，去除率達98%以上。
反滲透和生物處理組合處理滲濾液可保證最優的處理效果。Ahn等采用RO膜深度處理生物工藝出水，COD去除率約97%。膜分離技術的最大優點是出水水質穩定，但缺點是膜污染、投資運行成本高和濃縮液處理問題。目前膜工藝通常用于深度處理，去除滲濾液中的大分子難降解有機物和總氮，保證出水水質。
2.4.2膜技術濃縮液的處理
NF以及RO處理滲濾液會產生污染物濃度極高的濃縮液。目前主要采用高級氧化法處理濃縮液。鄭可等利用臭氧處理進水ρ(COD)為4114mg/L的濃縮液，去除率達到67.6%。楊振寧比較了UV-Fenton、Fenton和臭氧3種方法對進水ρ(COD)為4114mg/L的濃縮液的處理效果，在合適條件下，UV-Fenton法、Fenton法和O3工藝對濃縮液的COD去除率分別為72%、60%、和68%。
2.5氨吹脫技術
吳方同等采用填料塔吹脫去除氨氮含量為1500～2500mg/L的滲濾液，氨氮最佳吹脫率達95%以上。作為預處理工藝，氨吹脫可降低氨氮對生物處理過程的抑制，提高滲濾液的可生化性，但缺點是高pH值、尾氣處理、吹脫塔結垢和泡沫問題。
3生物處理技術
3.1厭氧生物處理技術
厭氧生物處理技術主要有UASB、ASBR等。UASB具有較高的處理效率和較短的水力停留時間，達到高體積有機負載速率值時可表現出更好的性能。Agdag等采用UASB處理滲濾液，HRT為1.25d，進水ρ(COD)從5400mg/L增加到20000mg/L，COD的去除率可達到96%～98%。
ASBR除了具備SBR典型的特點外，還具有受溫度影響小、適應范圍廣、污泥沉降性能好、活性高等優點，更適合滲濾液的水質水量變化。高峰等將ASBR用作厭氧消化反應器，進水ρ(COD)為6000～8000mg/L，ASBR的出水COD去除率保持在41.2%左右。
Wang等用ASBR處理早期滲濾液，COD的去除率可達80%以上。厭氧生物技術具有能耗少、操作簡單、投資及運行費用低廉，產泥量和所需營養物質較少等優點，但它最大缺點是不能去除氨氮且出水COD較高，出水無法實現達標排放，因此一般作為好氧生物處理的預處理工藝。
3.2好氧生物處理法
好氧生物技術是目前滲濾液處理主體，有SBR、MBR等技術。魏桃員等研究交替間歇曝氣攪拌SBR與傳統連續曝氣攪拌SBR對滲濾液有機物去除效果的差異，兩種運行模式下COD去除率都在80%以上。Zaloum等采用SBR工藝對厭氧反應后的滲濾液的COD去除率可達91%。
牛瑞勝等利用MBR反應作為核心工藝處理滲濾液，當MBR進水ρ(COD)、ρ(NH3-N)分別為4700，600mg/L時，其出水ρ(COD)、ρ(NH3-N)分別為380，28mg/L。好氧生物法是目前滲濾液處理的核心工藝，具有能耗低、二次污染小、可循環利用的特點，雖然該法對滲濾液COD和氨氮有約80%和90%的去除率，但出水仍需要進一步深度處理。
3.3厭氧-好氧生物處理
Chen等研究厭氧/好氧MBBR工藝處理滲濾液，最終出水ρ(NH+4-N)在10mg/L以下，系統COD、NH+4-N的去除率分別為>97%和92%～95%。王淑瑩等用ASBR與SBR工藝處理滲濾液，ASBR進水ρ(COD)為7338～10445mg/L時，去除率在83%以上;SBR進水ρ(NH+4-N)為912.0mg/L左右時，總氮去除率在90%以上，出水總氮小于40mg/L。
厭氧生物法對高濃度有機廢水處理是有效的，但出水COD和去除率由滲濾液的水質決定。一般情況下，僅采用厭氧生物法出水COD無法實現達標排放，還需要進一步處理。好氧生物法可去除滲濾液中的氨氮，但耗能高于厭氧生物法，因此厭氧-好氧處理組合工藝既可以同時降低滲濾液中有機物和含氮物質，又能節約能耗成本。
3.4新型垃圾滲濾液生物脫氮技術
3.4.1短程硝化反硝化
短程硝化反硝化是將硝化作用控制在亞硝態氮生成階段，可減少能耗和節省碳源，是提高滲濾液生物處理效率的有效途徑。Peng[等采用兩級UASB-A/O處理晚期滲濾液，當系統NH+4-N負荷低于0.45kg/(m3˙d)時，NH+4-N去除率大于98%，可獲得90%～99%的短程硝化率，出水ρ(NH+4-N)<15mg/L，TN去除率為70%～80%，實現了穩定的短程硝化反硝化。
吳莉娜等分析了A/O實現并維持穩定短程硝化的影響因素，硝化結束時，A/O反應器出水ρ(NO-3-N)穩定在57mg/L左右，ρ(NO-2-N)在162mg/L左右，亞硝態氮累積率為74%，實現了較為明顯的短程硝化反應。
3.4.2內源反硝化
內源反硝化是反硝化細菌將滲濾液中的有機物轉化為PHA等儲存性內碳源，并在厭氧條件下利用儲存性內碳源進行反硝化的反應。內源反硝化技術可提高工藝的脫氮效果、減少能耗和實現污泥減排。
王凱[等采用改進SBR處理滲濾液，在不添加任何有機碳源的條件下，系統出水ρ(TN)<40mg/L，脫氮率達到95%以上，并探索了儲存性內碳源對內源反硝化速率的影響，發現有機物吸附時間、曝氣量和曝氣時間可決定內源反硝化速率。
3.4.3厭氧氨氧化
厭氧氨氧化是荷蘭代爾夫特大學發現的新型脫氮技術，它的主要特點是能耗低且無需外加碳源。張方齋等采用CANON工藝處理進水ρ(NH+4-N)、ρ(TN)分別為1625±75，2005±352mg/L的晚期滲濾液，TN去除率達到了98.76%。Miao等采用除碳、短程硝化和厭氧氨氧化三級SBR工藝處理進水ρ(氨氮)為2000mg/L的晚期滲濾液，TN去除率可達90%以上。
短程硝化反硝化、內源反硝化和厭氧氨氧化都是研究者對垃圾滲濾液處理的探索，合理利用該工藝勢必會大大提高滲濾液總氮去除效率。
4結論
垃圾滲濾液處理是水處理領域的重點，目前垃圾滲濾液處理的三大關鍵難題為成本、效率和質量。膜技術可以有效保障出水水質，但投資和運行成本高，且膜分離技術產生的濃縮液需要進一步處理;生化法是目前垃圾滲濾液的主體，但目前由于工藝的限制，對滲濾液總氮的去除率并不高。
通過新型脫氮技術提高生化法的脫氮效率，減輕后續膜工藝的等級以降低滲濾液的處理成本，是下一步滲濾液處理的發展方向。
