垃圾滲濾液物化與生化處理工藝技術(shù)現(xiàn)狀
垃圾滲濾液由于含有大量有機(jī)物和氨氮,一直是我國污水處理領(lǐng)域的重點(diǎn)及難點(diǎn)。總結(jié)了滲濾液的水質(zhì)特點(diǎn),然后結(jié)合國內(nèi)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(yōu)缺點(diǎn)。目前滲濾液處理技術(shù)主要有物化法和生化法,利用生化法實(shí)現(xiàn)垃圾滲濾液的深度脫氮進(jìn)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(shù)的發(fā)展方向。
隨著我國城市化進(jìn)程不斷發(fā)展，城市生活垃圾日產(chǎn)量急劇增長(zhǎng)，2013年，我國的生活垃圾總產(chǎn)量已達(dá)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(chǎng)產(chǎn)生的垃圾滲濾液是一種有機(jī)污染物含量高、性質(zhì)復(fù)雜、難以處理的高濃度廢水，滲濾液中含有大量難降解有機(jī)物、重金屬離子、高氨氮和多種有毒有害的污染物，會(huì)對(duì)環(huán)境、動(dòng)植物和人類存在長(zhǎng)期潛在危害。GB16889—2008《生活垃圾填埋場(chǎng)控制標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)垃圾滲濾液的排放標(biāo)準(zhǔn)更加嚴(yán)格，尋求、研發(fā)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(fā)酵和雨水的淋溶、沖刷以及地表水和地下水的浸泡而產(chǎn)生的二次污染。
滲濾液來源于填埋場(chǎng)內(nèi)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(chǎn)水。
1.2垃圾滲濾液的特性
垃圾滲濾液水質(zhì)特性:1)水質(zhì)變化大，填埋廠年限不同滲濾液成分也不同(如表1);2)有機(jī)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(dá)3000mg/L以上;5)營養(yǎng)因素比例調(diào)，且P缺乏;6)生化處理會(huì)產(chǎn)生大量泡沫。
由表1可知:早期滲濾液的水質(zhì)特點(diǎn)是有機(jī)物含量很高，可生化性強(qiáng)，但氨氮濃度相對(duì)較低;晚期滲濾液的水質(zhì)特點(diǎn)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(zhì)介于早期和晚期滲濾液之間。
表1不同填埋時(shí)間的滲濾液的特征
2化處理技術(shù)
物化處理主要有吸附法、混凝沉淀法、高級(jí)氧化法、膜分離技術(shù)、氨吹脫法等。
2.1吸附法
1995年德國首次使用顆�；钚蕴刻幚硗砥诶鴿B濾液，COD去除率達(dá)到了91%;Modin研究了顆粒活性炭、骨粉和鐵粉對(duì)垃圾滲濾液中重金屬的去除效率對(duì)比，發(fā)現(xiàn)活性炭對(duì)Co、Cr等重金屬的去除率在90%以上。吸附法操作簡(jiǎn)單方便，處理效果穩(wěn)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(fā)現(xiàn)Fe鹽比Al鹽有更高的有機(jī)物除率。沉淀法可根據(jù)去除氨氮和重金屬離子的不同，對(duì)應(yīng)選擇不同的混凝劑。葉標(biāo)等用磷酸銨鎂法處理進(jìn)水ρ(NH3-N)為800～1100mg/L的滲濾液，NH3-N的最佳去除率可達(dá)90%。
混凝沉淀法廣泛用作生物法或反滲透工藝之前的預(yù)處理或作為去除難生物降解有機(jī)物的深度處理，但此工藝具有以下缺點(diǎn):污泥產(chǎn)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(jìn)一步處理等。
2.3高級(jí)氧化技術(shù)
2.3.1高級(jí)氧化單級(jí)技術(shù)
根據(jù)產(chǎn)生自由基的方式和反應(yīng)條件的不同，高級(jí)氧化技術(shù)可分為Fenton技術(shù)、臭氧氧化技術(shù)、電化學(xué)氧化法等。
表2高級(jí)氧化技術(shù)工藝簡(jiǎn)介
由表2可知:Fenton法、臭氧氧化法和電化學(xué)氧化法對(duì)COD的去除率均高于50%。Fenton法處理效果較其他方法穩(wěn)定性高，但實(shí)際處理過程中需要多種構(gòu)筑物，并產(chǎn)生二次污染;臭氧氧化法和電化學(xué)氧化法無二次污染，但設(shè)備費(fèi)用高、耗大、維護(hù)工作復(fù)雜。
2.3.2高級(jí)氧化組合技術(shù)
Asaithambi等人采用“臭氧+超聲波+Fenton”工藝處理滲濾液，COD去除率可達(dá)95%。晏飛來等[17]采用超聲波強(qiáng)化TiO2光催化技術(shù)處理進(jìn)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(jí)氧化技術(shù)具有反應(yīng)速度快、降解有機(jī)物徹底、無公害、水質(zhì)適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，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(jí)氧化技術(shù)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(shù)
2.4.1膜分離技術(shù)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(dá)74%以上。RO膜對(duì)滲濾液中重金屬、懸浮膠體物質(zhì)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(dá)98%以上。
反滲透和生物處理組合處理滲濾液可保證最優(yōu)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(shù)的最大優(yōu)點(diǎn)是出水水質(zhì)穩(wěn)定，但缺點(diǎn)是膜污染、投資運(yùn)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(jī)物和總氮，保證出水水質(zhì)。
2.4.2膜技術(shù)濃縮液的處理
NF以及RO處理滲濾液會(huì)產(chǎn)生污染物濃度極高的濃縮液。目前主要采用高級(jí)氧化法處理濃縮液。鄭可等利用臭氧處理進(jìn)水ρ(COD)為4114mg/L的濃縮液，去除率達(dá)到67.6%。楊振寧比較了UV-Fenton、Fenton和臭氧3種方法對(duì)進(jìn)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(duì)濃縮液的COD去除率分別為72%、60%、和68%。
2.5氨吹脫技術(shù)
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(dá)95%以上。作為預(yù)處理工藝，氨吹脫可降低氨氮對(duì)生物處理過程的抑制，提高滲濾液的可生化性，但缺點(diǎn)是高pH值、尾氣處理、吹脫塔結(jié)垢和泡沫問題。
3生物處理技術(shù)
3.1厭氧生物處理技術(shù)
厭氧生物處理技術(shù)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(shí)間，達(dá)到高體積有機(jī)負(fù)載速率值時(shí)可表現(xiàn)出更好的性能。Agdag等采用UASB處理滲濾液，HRT為1.25d，進(jìn)水ρ(COD)從5400mg/L增加到20000mg/L，COD的去除率可達(dá)到96%～98%。
ASBR除了具備SBR典型的特點(diǎn)外，還具有受溫度影響小、適應(yīng)范圍廣、污泥沉降性能好、活性高等優(yōu)點(diǎn)，更適合滲濾液的水質(zhì)水量變化。高峰等將ASBR用作厭氧消化反應(yīng)器，進(jìn)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(dá)80%以上。厭氧生物技術(shù)具有能耗少、操作簡(jiǎn)單、投資及運(yùn)行費(fèi)用低廉，產(chǎn)泥量和所需營養(yǎng)物質(zhì)較少等優(yōu)點(diǎn)，但它最大缺點(diǎn)是不能去除氨氮且出水COD較高，出水無法實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放，因此一般作為好氧生物處理的預(yù)處理工藝。
3.2好氧生物處理法
好氧生物技術(shù)是目前滲濾液處理主體，有SBR、MBR等技術(shù)。魏桃員等研究交替間歇曝氣攪拌SBR與傳統(tǒng)連續(xù)曝氣攪拌SBR對(duì)滲濾液有機(jī)物去除效果的差異，兩種運(yùn)行模式下COD去除率都在80%以上。Zaloum等采用SBR工藝對(duì)厭氧反應(yīng)后的滲濾液的COD去除率可達(dá)91%。
牛瑞勝等利用MBR反應(yīng)作為核心工藝處理滲濾液，當(dāng)MBR進(jìn)水ρ(COD)、ρ(NH3-N)分別為4700，600mg/L時(shí)，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(huán)利用的特點(diǎn)，雖然該法對(duì)滲濾液COD和氨氮有約80%和90%的去除率，但出水仍需要進(jìn)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(tǒng)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(jìn)水ρ(COD)為7338～10445mg/L時(shí)，去除率在83%以上;SBR進(jìn)水ρ(NH+4-N)為912.0mg/L左右時(shí)，總氮去除率在90%以上，出水總氮小于40mg/L。
厭氧生物法對(duì)高濃度有機(jī)廢水處理是有效的，但出水COD和去除率由滲濾液的水質(zhì)決定。一般情況下，僅采用厭氧生物法出水COD無法實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放，還需要進(jìn)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(shí)降低滲濾液中有機(jī)物和含氮物質(zhì)，又能節(jié)約能耗成本。
3.4新型垃圾滲濾液生物脫氮技術(shù)
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(tài)氮生成階段，可減少能耗和節(jié)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(jí)UASB-A/O處理晚期滲濾液，當(dāng)系統(tǒng)NH+4-N負(fù)荷低于0.45kg/(m3˙d)時(shí)，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(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的短程硝化反硝化。
吳莉娜等分析了A/O實(shí)現(xiàn)并維持穩(wěn)定短程硝化的影響因素，硝化結(jié)束時(shí)，A/O反應(yīng)器出水ρ(NO-3-N)穩(wěn)定在57mg/L左右，ρ(NO-2-N)在162mg/L左右，亞硝態(tài)氮累積率為74%，實(shí)現(xiàn)了較為明顯的短程硝化反應(yīng)。
3.4.2內(nèi)源反硝化
內(nèi)源反硝化是反硝化細(xì)菌將滲濾液中的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為PHA等儲(chǔ)存性內(nèi)碳源，并在厭氧條件下利用儲(chǔ)存性內(nèi)碳源進(jìn)行反硝化的反應(yīng)。內(nèi)源反硝化技術(shù)可提高工藝的脫氮效果、減少能耗和實(shí)現(xiàn)污泥減排。
王凱[等采用改進(jìn)SBR處理滲濾液，在不添加任何有機(jī)碳源的條件下，系統(tǒng)出水ρ(TN)<40mg/L，脫氮率達(dá)到95%以上，并探索了儲(chǔ)存性內(nèi)碳源對(duì)內(nèi)源反硝化速率的影響，發(fā)現(xiàn)有機(jī)物吸附時(shí)間、曝氣量和曝氣時(shí)間可決定內(nèi)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(xué)發(fā)現(xiàn)的新型脫氮技術(shù)，它的主要特點(diǎn)是能耗低且無需外加碳源。張方齋等采用CANON工藝處理進(jìn)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(dá)到了98.76%。Miao等采用除碳、短程硝化和厭氧氨氧化三級(jí)SBR工藝處理進(jìn)水ρ(氨氮)為2000mg/L的晚期滲濾液，TN去除率可達(dá)90%以上。
短程硝化反硝化、內(nèi)源反硝化和厭氧氨氧化都是研究者對(duì)垃圾滲濾液處理的探索，合理利用該工藝勢(shì)必會(huì)大大提高滲濾液總氮去除效率。
4結(jié)論
垃圾滲濾液處理是水處理領(lǐng)域的重點(diǎn)，目前垃圾滲濾液處理的三大關(guān)鍵難題為成本、效率和質(zhì)量。膜技術(shù)可以有效保障出水水質(zhì)，但投資和運(yùn)行成本高，且膜分離技術(shù)產(chǎn)生的濃縮液需要進(jìn)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(duì)滲濾液總氮的去除率并不高。
通過新型脫氮技術(shù)提高生化法的脫氮效率，減輕后續(xù)膜工藝的等級(jí)以降低滲濾液的處理成本，是下一步滲濾液處理的發(fā)展方向。
