垃圾滲濾液處理技術研究進展

邵永富，包尤思

（1.浙江川寧環保科技有限公司，浙江 寧波 305042；2.浙江仁欣環科院有限責任公司，浙江 寧波 315016）

1 垃圾滲濾液概述

作為廢棄物處置場所，垃圾填埋場通常包含各種殘余廢料和焚燒殘渣，而垃圾填埋場最嚴重的問題之一就是滲濾液。垃圾滲濾液通常是由于雨水滲入垃圾頂部覆蓋面以及暴露區域，或地下水滲入垃圾填埋場而產生的成分復雜的含高濃度污染物的液體。由于滲濾液中的污染物大部分可能有劇毒且能在環境中持久存在，所以對環境產生了嚴重的負面影響。

垃圾滲濾液污染是一系列物理、化學和生物過程的結果。而滲濾液中污染物的種類和性質取決于所沉積的生活垃圾的種類和成分、廢物降解階段（即好氧階段、厭氧階段、產甲烷階段和穩定階段）、填埋場的降解速率和年齡、填埋場區域的水文地質和氣候條件。通常，隨著填埋場的老化，在各種因素的影響下，一些污染物會發生顯著變化。例如，COD和BOD可能會降低十倍，而NH4+-N濃度可能會在十年內增加三倍以上。經研究，垃圾滲濾液中含有多種有毒污染物，包括重金屬、多環芳烴（PAHs）、酚類化合物、農藥、病原生物、微塑料和藥物等。當未經處理或處理不當的垃圾滲濾液進入接收水體時，這些有毒污染物會對生態系統和人類健康構成嚴重威脅。

近年來，研究人員探索了多種可用于處理垃圾滲濾液，并能減輕其對環境影響的方法，但這些方法的有效性會因滲濾液特性、填埋場年齡、污染物類型和操作條件而大相徑庭。此外，單一方法已無法滿足垃圾滲濾液處理的所有要求。因此，組合技術和新興材料在垃圾滲濾液處理領域受到了越來越多的關注。

2 垃圾滲濾液的處理技術

垃圾滲濾液的常規處理方法包括物理化學方法和生物方法以及這兩種方法的組合。在一些大型工廠中，會實施不同組合的滲濾液處理技術，其工業規模實施示意圖如圖1所示。根據相關報道，生物方法對處理年限較短的滲濾液（<5年）非常有效；物理化學方法在年限較長的垃圾填埋場（>10年）的處理效果更好，而納濾和反滲透等技術在處理以上兩類垃圾填埋場滲濾液方面均表現出很好的性能。本文主要回顧了近年來在研究垃圾滲濾液處理技術方面所取得的一系列進展，并對其未來的發展進行了展望。

圖1 大型工廠中實施的滲濾液處理技術組合

2.1 吸附法

吸附法是通過利用吸附劑顆粒表面官能團與溶液中具有化學活性物質之間的相互作用，去除垃圾滲濾液中溶解的或懸浮形式的分子和離子毒物。而在選擇吸附劑時，吸附劑的表面性質起著關鍵作用。一般情況下，顆粒狀和粉末狀活性炭是垃圾滲濾液處理中使用最廣泛的吸附劑，且活性炭（AC）與生物法和混凝-絮凝法的結合也時有報道。Deng等利用AC吸附顯著減少了市政垃圾滲濾液中存在的紫外線淬滅物質（UVQS）[1]。而?e?en等證明了在活性污泥系統中，添加粉末狀活性炭（PAC）對于去除滲濾液與生活污水共同處理過程中的基質和污泥脫水性產生了積極影響[2]。

其他材料（如沸石、粘土等）也可作為垃圾滲濾液處理的吸附劑。其中，天然沸石是一種資源豐富且成本低廉的結晶水合鋁硅酸鹽，由于其具有高吸附和離子交換能力、易于操作、成本低廉，常被用作吸附劑。研究表明，沸石物理結構中的可轉移陽離子（Ca2+、K+、Mg2+）易被水相中的銨離子所取代，因而可作為氨氮（NH3-N）轉化的吸附劑或強化劑，以此去除垃圾滲濾液中的氨氮。Aziz等考察了原料沸石和加熱活化沸石在降低滲濾液中的COD、NH3-N和色度方面的潛在用途[3]。結果表明，使用150 ℃下加熱的活化沸石，可以較低的成本實現最佳的去除效率，因此，適用于更大規模的廢水處理。

而粘土礦物因其相對較低的成本和環境友好型而備受關注。該物質除了具有高比表面積、化學和機械穩定性、層狀結構和高離子交換容量等優良特性外，還可以顯著吸附不同類型的污染物，被視為“超級吸附劑”。而且，粘土還可以通過離子交換或吸附或兩者兼有，有效去除陽離子和陰離子，因此，該物質在環境中的自然污染物凈化過程中發揮著重要作用。Foo等采用天然粘土制備的低成本吸附劑作為一種預處理方案，可用于吸附去除垃圾滲濾液中的COD和氨氮[4]。

2.2 絮凝法

混凝-絮凝（C/F）與其他化學方法（如高級氧化）相結合，可有效處理年限較長的垃圾滲濾液。而傳統C/F工藝可用電凝（EC）來替代，其利用可溶性金屬陽極在電解過程中產生的金屬氫氧化物作為活性混凝劑前體，以減少污泥的產生量和對化學試劑的需求。Dia等研究表明，使用EC處理垃圾滲濾液，在去除COD、營養物質（如N和P）、濁度和顏色方面均表現良好，但也發現了一些缺點，如硝酸鹽經電化學還原后會轉化為氨[5]。所以，EC處理效果高度依賴于pH值、電流強度、溫度和水力停留時間。而另外的重要參數是資本和運營支出，因此，有必要探究更優化的方案來降低化學品、電力和加熱的成本，以提高經濟效益。

在實際應用中，EC與高級氧化工藝（AOP）的耦合可以降低成本和提高效率，是處理滲濾液中持久性有機污染物的一種非常有前景的替代方法。而此法需要優化工藝變量，以確定哪些條件可以使EC產生最佳結果，并表征EC流出物以評估其是否適合使用特定的AOP（如芬頓反應）進行處理。例如，在EC處理過程中，由于陰極析氫，酸性介質中的pH值會逐漸增加，這不利于耦合Fenton反應，因為Fenton反應適合在低pH值（如pH<3.0）下進行，若不考慮這點，將嚴重影響偶聯過程的效率。

據報道，其他同步進行的工藝也適合與EC耦合，如電浮選（EF）和電還原（ER）。其中，電浮選（EF）是使用陰極產生的氫氣泡，迫使一些絮凝的污染物漂浮，而電還原（ER）是由陰極表面產生的電子驅動，能夠還原溶液中的氧化物質。已有相關研究表明，EF在消除一些懸浮固體方面與EC互補，而ER適用于將硝酸鹽轉化為亞硝酸鹽，并最終轉化為氮氣。

2.3 膜分離技術

膜過濾技術（如微濾、超濾、納濾和反滲透）已被廣泛應用于垃圾滲濾液的處理中，其對于懸浮膠體材料（如0.5～10 μm）的預處理、大分子和顆粒、COD、NH4+-N、Cl-和Pb的去除十分高效。但膜分離技術的運行成本較高，尤其是電力消耗。另一個顯著的缺點是會產生膜滯留物，所以，將膜技術應用于垃圾滲濾液處理時，其產生的濃縮物會含有高濃度的劇毒和致癌污染物，若不實施適當的保護措施，這些污染物可能會轉移到環境中。此外，重金屬被濃縮后可以與溶解的有機物相互作用，而產生絡合產物，從而放大它們的生物積累和流動性或產生致癌副產物。在實際應用中，為了緩解此問題，已研究使用連續耦合工藝，如混凝、臭氧化或高級氧化工藝等，與膜技術相結合來降解濃縮物中的難降解的有機污染物。

2.4 AOPs技術

該技術與傳統滲濾液處理工藝相比，AOP（如光催化、電氧化、類芬頓過程等）在去除污染物方面具有非常高的效率，因此，近年來被廣泛用于降解滲濾液中的不同污染物。在AOP類技術中，不同工藝具有不同的自由基產生途徑和特定的工作條件，并且可能涉及不同的材料。如高去除率與羥基自由基（氧化電位2.8 V）和硫酸根自由基（氧化電位2.60 V）的產生有關，這是AOP的主要特征。

Elleuch等研究了將開菲爾粒（KGs）生物預處理與Ag摻雜的TiO2納米粒子（NPs）的光催化工藝相結合，以此去除垃圾滲濾液中的有毒污染物的性能[6]。結果表明，生物/光催化過程對TOC、COD、NH4+-N和PO43-的整體去除效率，可分別達到98%、96%、85%和93%，且有毒重金屬的去除效率也在逐步提高。此外，KGs和Ag摻雜的TiO2表現出優異的可回收性，彰顯了生物/光催化過程處理有害垃圾滲濾液的潛力。例如，Pierpaoli等設計并合成了一種納米結構的碳材料BDD/BCNW作為陽極材料，以提高電化學氧化過程中陽極對垃圾滲濾液中COD和NH4+的吸附和分解能力[7]。而Soubh等研究了零價鐵納米纖維/還原超大氧化石墨烯（ZVINFs/rULGO）作為過硫酸鹽活化劑處理垃圾滲濾液的性能，并應用ZVINFs/rULGO-PS系統，去除來自伊朗德黑蘭Aradkouh垃圾填埋場的實際滲濾液中的COD和NH3[8]。結果表明，新鮮滲濾液的COD和NH3去除效率分別為80.87%和72.38%，生物降解性（BOD5/COD）從0.25提高到了0.52。

2.5 生物處理技術

處理垃圾滲濾液的另一項新興技術是生物造粒。在生物反應器中的顆粒污泥是一種由不同的微生物層組成的外形規則、密度高的微生物聚生體。其與絮狀物相比，顆粒致密并且具有很強的微生物結構。因此，其具有相對較高的沉降速度，這允許將高水力負荷施加到反應器而不會沖刷生物質。而顆粒污泥可以分為厭氧型和好氧型。其中，厭氧顆粒污泥主要由產甲烷菌、同養菌、乙酸菌和不同的水解發酵菌組成。厭氧造粒的主要缺點是啟動時間長、需要相對較高的溫度以及缺乏脫氮能力。而好氧造粒的主要缺點是反應器排出的流出物中的懸浮固體含量高、穩定性差、與曝氣相關的成本相對較高。Wang等開發了一個與外循環系統相結合的全尺寸內循環（IC）反應器，來處理城市生活垃圾焚燒廠的高濃度滲濾液，并對厭氧污泥造粒進行了深入研究[9]。結果表明，IC反應器在21.06～25.16 kgCOD/（m3·d）的高有機負載率（OLR）下，COD的去除率和沼氣產量分別達到89.4%～93.4%和0.42～0.50 m3/kg COD。

3 結論

近年來，越來越多的科研人員著眼于開發可用于處理垃圾滲濾液的材料和方法，并取得了一系列研究成果，但目前仍存在很多問題需要解決和突破。雖然垃圾滲濾液的常規處理方法包括吸附、絮凝、膜分離、AOPs、生物處理等，但這些技術各有優勢和弊端，且各自的處理效率也會隨滲濾液特性、填埋場年齡、污染物類型和操作條件的變化而變化。在未來，應聚焦于開發更多的新材料和新技術，并在現有基礎上將多種技術進行結合，揚長避短，以此有效降低滲濾液的處理成本，提升處理效率，同時減少二次污染。