生活垃圾填埋场渗滤液处理综述.

某城镇生活垃圾填埋场渗滤液处理工艺设计综述郑世超（四川理工学院材料与化学工程学院，四川自贡643000）摘要本文分析了填埋场渗滤液的现状，介绍了渗滤液处理的几种主要工艺，对比了好氧法、厌氧法、好氧－厌氧法、物理化学法、土地处理法及回灌技术处理渗滤液的特点，分析了综合工艺处理渗滤液的优势，描述了国内外填埋场渗滤液处理技术及其运用的现状及趋势。关键词生活垃圾填埋场渗滤液ABRSBR1生活垃圾填埋场渗滤液现状1.1渗滤液产生背景随着我国城市化进程的加快，城镇数目不断增加，城市规模日益扩大(我国现有建制市668座，包括县城在内的中小城镇则达3万多座)，人口也急剧增长，直接导致城镇生活垃圾大幅度增长，而垃圾处理设施、处理资金却面临很大的缺口，呈现垃圾包围城市的局面。垃圾问题已成为制约我国城镇发展的重要因素。作为垃圾处理过程的副产品，渗滤液问题已严重影响我国垃圾处理事业的健康发展。现有的垃圾处理设施中，包括填埋场、焚烧场、垃圾中转站、堆场以及堆肥场都将产生大量的渗滤液。目前我国城市生活垃圾的新鲜渗滤液年产量约2900万吨，可控点源排放的渗滤液为1515万吨，如果加上填埋场/堆场历年垃圾产生的渗滤液，则其年产量估计为新鲜渗滤液的数倍，而lt渗滤液约相当于100t城市污水所含污染物的浓度。生活垃圾填埋场渗滤液一方面通过填埋场地向下渗透，随着时间延长，当填埋场底下的土壤对大部分有机污染物吸附达到饱和时，污染物会沿着地下水流向作扇形扩散，造成了对地下水的污染。另一方面经垃圾填埋场导流管引流出来的渗滤液，往往没有经过完全的处理就直接用于农田灌溉或排入江河湖泊。随渗滤液进入河流或农田的各种有机污染物、无机污染物，会使水生生物和农作物受到污染，并通过食物链和生态环境对人体健康产生危害。但到目前为止，适合我国国情、符合“高效、低耗”处理标准的渗滤液处理工艺仍处于研发阶段，渗滤液问题已成为垃圾产业化进程的“瓶颈”，严重威胁了垃圾处理设施周围环境的安全及居民的健康生活[1]。1.2渗滤液水质分析垃圾渗滤液是指从垃圾填埋场中渗出的黑棕红色水溶液，当垃圾含水47%时，每吨垃圾可产生0.0722t渗滤液[2]。填埋场渗滤液的来源有直接降水、地表径流、地表灌溉、地下水、废物中的水分、覆盖材料中的水分、有机物分解生成的水，当填埋场处于初期阶段是，滤液的pH值较低，而COD、BOD5、TOC、SS、硬度、挥发性脂肪酸和金属的含量很高；当填埋场处于后期时，滤液的pH值升高，而COD、BOD5、硬度、挥发性脂肪酸和金属的含量明显下降。但随着堆放年限的增加，垃圾滤液中氨氮浓度会逐渐升高[3]。1.3滤液水质特点（1）污染物种类繁多：滤液的污染成分包括有机物、无机离子和营养物质。其中主要是氨、氮和各种溶解态的阳离子、重金属、酚类、丹类、可溶性脂肪酸及其它有机污染物。（2）污染物浓度高，变化范围大：在垃圾滤液的产生过程中，由于垃圾中原有的、以及垃圾降解后产生的污染物经过溶解、洗淋等作用进入垃圾滤液中，以致垃圾滤液污染物浓度特别高，而且成分复杂。垃圾滤液的这一特性是其它污水无法比拟的，造成了处理和处理工艺选择的难度大。（3）水质变化大：垃圾成分对滤液的水质影响大。不同的地区，生活垃圾的组成可能相差很大。相应的滤液水质也会有很大差异。垃圾滤液水质因水量变化而变化，同时随着填埋年限的增加，垃圾滤液污染物的组成及浓度也发生相应的变化。（4）营养元素比例失衡：对于生化处理，污水中适宜的营养元素比例是BOD5：N：P=100：5：1，而一般的垃圾滤液中的BOD5/P大都大于300，与微生物所需的磷元素比例相差较大。1.4滤液水量特点（1）水量变化大：垃圾填埋场产生的滤液量的大小受降雨量、蒸发量、地表径流量、地下水入量、垃圾自身特性及填埋结构等多种因素的影响。其中，最主要的是降水量。由于垃圾填埋场是一个敞开的作业系统，因此滤液的产量受气候、季节的影响非常大。（2）水量难以预测：滤液的产生量受到多种因素的影响，要准确预测滤液的产生量受到多种因素的影响，要准确预测滤液的产生量是非常困难的。2滤液处理方法2.1滤液主要处理方法生活垃圾填埋场滤液是一种高浓度的有机废水，色度深，随着填埋时间和降雨量等的变化其中的化学组成会发生很大变化，而且其含有致病菌群、重金属等组分一旦渗出就会污染地下水，因此填埋场渗滤液的处理是填埋场设计、运行、封场、环境监测和后期管理时应考虑的重要问题之一。针对国家标准要求，选择工艺技术可靠、经济合理的方案显得尤为重要，其重要性甚至要超过某一单项技术的选择。常用的垃圾渗滤液处理方式有以下四种：（1）将渗滤液输送至城市污水处理厂进行合并处理；（2）经预处理后输送至城市污水处理厂合并处理；（3）渗滤液回灌至填埋场的循环喷洒处理；（4）在填埋场建设污水处理厂进行单独处理[4]。其中，将垃圾渗滤液与适当规模的城市污水处理厂合并处理是最为简单的处理方式。处理填埋场渗滤液的工艺包括生物法和物理化学法。2.2.1生物法常用的方法主要有好氧生物处理、厌氧生物处理、好氧和厌氧结合处理及土地处理[5]。1.好氧生物处理好氧生物处理技术利用微生物在好氧条件下旺盛代谢的作用，以废水中的有机物作为原料进行新城代谢合成生命物质，同时将污染物讲解。好氧生物处理技术有活性污泥法、生物膜法、间歇式活性污泥法、稳定塘法等。(1)活性污泥法是以活性污泥为主体的污水生物处理技术，由Arden和Locdett[6]等于1914年开发并得到了广泛的应用，它主要利用悬浮生长的微生物絮体来降解废水中有机物；利用含微生物的絮状污泥去除废水中的溶解性及颗粒态有机物；利用静置沉淀去除工艺流程中的MLSS，产生含悬浮固体物低的出水；部分浓缩污泥由沉淀池重新回流至生物反应池；利用剩余污泥控制污泥停留时间，使其达到所需值。活性污泥法对渗滤液中易降解有机物具有较高的去除率，但是活性污泥法处理垃圾渗滤液的出水效果受温度影响较大，同时对中老期渗滤液的去除效果不理想。（2）生物膜生物膜法又称固定膜法，是与活性污泥法并列的一类废水好氧生物处理技术；是土壤自净过程的人工化和强化；与活性污泥法一样，生物膜法主要去除废水中溶解性的和胶体状的有机污染物，同时对废水中的氨氮还具有一定的硝化能力。在生物膜法中，生物膜主要是由细菌(好氧菌、厌氧菌和兼性菌)菌胶团和大量真菌菌丝组成，由于生物膜是生长在载体上，微生物停留时间长，诸如硝化茵等生长世代期较长的微生物也能生长。同时生物膜上还可以生长一些微型动物、藻类以及昆虫等，使得生物膜上生长繁育的生物类型极为丰富，种类繁多，食物链长而复杂。因此生物膜法具有抗水量、水质等负荷冲击，同时也有利于水中需较长停留时间的氨氮等的去除。（3）SBR法SBR也称间歇曝气活性污泥法或序批式活性污泥法(SequencingBatchReactor)，是一种间歇运行的污水处理方法。与传统的活性污泥法相比，SBR去除污染物的机理相似，只是运行方式不同。SBR工艺采用间歇运行方式，污水间歇进入处理系统并间歇排出。系统内只设一个处理单元，该单元在不同时间发挥不同的作用，污水进入该单元后按顺序进行不同的处理，最后完成总的处理被排出。一般说来，SBR的一个运行周期包括进水期、反应期、沉淀期、排水期、闲置期五个阶段。排泥可在排水器或闲置期进行。SBR方法可通过时间控制，在一个单池内完成进水、厌氧搅拌、充氧曝气、沉淀、排水等过程，具有较强抗冲击负荷能力，同时可根据渗滤液水质复杂多变的特点，灵活地调整工艺参数，并且厌氧与好氧的交替进行，可以达到较好的脱氮除磷效果。（4）稳定塘法稳定塘又名氧化塘，是一种利用天然或人工池塘作为处理设施，在自然或半自然条件下，充分利用塘中微生物的新陈代谢活动来降解有机物，塘系统是一个没有二沉池和相应的污泥回流设施的悬浮生长式生物处理过程。稳定塘处理系统由于无需污泥回流，动力设备少，能耗低，工程简单，投资省等优点，在许多地方得到了广泛应用。但塘系统的不足之处主要是体积较大，有机负荷低，降解速度侵，处理周期长等。2.厌氧生物处理厌氧生物处理工艺是指各种没有氧气和硝态氮参与的废水生物处理系统，主要是利用厌氧微生物将基质中结构复杂的难降解有机物先分解为低级、结构较为简单的有机物，在毋需提供外源能量的条件下，以被还原有机物作为受氢体，再由甲烷菌将有机物分解为甲烷、二氧化碳和水等终产物。厌氧生物处理技术包括上流式厌氧污泥床(UASB)、厌氧间歇性序批式反应器(ASBR)、厌氧折流板反应器(ABR)和厌氧生物滤池等。（1）高效厌氧反应器UASB作为一种高效厌氧反应器，采用悬浮生长微生物模式，独特的气液固三相分离系统与生物反应器集成于一空间，使得反应器内部能够形成大的、密实的、易沉降颗粒污泥，从而在反应器内的悬浮固体可达到23~30g/L[7]。UASB生物反应器的大小受工艺负荷、最大升流速度、废水类型和颗粒污泥沉降性能等的影响，一般通过排放剩余污泥来控制絮体污泥和颗粒污泥的相对比例，反应器的HRT一般在0.2~2d范围内，其容积负荷为2~25kgCOD/(m3·d)。此技术启动期短，耐冲击性好，对于不同含固量污水具有较强的适应能力。(2)厌氧SBR序批式厌氧反应器（ASBR）通过一个反应器实现去除废水中有机物和截留固体颗粒物的双重功效，由于其工艺灵活性较大、可在同一反应器实现多工况运行，无需额外的澄清池、无短流，接近理想化的沉淀条件，使得其非常适合填埋场渗滤液本身量、质变化较大的特点。（3）厌氧折流板反应器ABR被称为第三代厌氧反应器，其不仅生物固体截留能力强，而且水力混合条件好。ABR反应器中使用一系列垂直安装的折流板使被处理的废水在反应器内沿折流板作上下流动，借助于处理过程中反应器内产生的沼气反应器内的微生物固体在折流板所形成的各个隔室内作上下膨胀和沉淀运动，而整个反应器内的水流则以较慢的速度作水平流动。由于污水在折流板的作用下，水流绕折流板流动而使水流在反应器内的流径的总长度增加，再加之折流板的阻挡及污泥的沉降作用，微生物固体被有效地截留在反应器内。（4）厌氧生物滤池厌氧生物滤池(anaerobicbiologicalfiltrationprocess，AF)是一种内部装微生物载体的厌氧反应器，由于微生物生长在填料上，不随水流失，所以AF有较高的污泥浓度和较长的泥龄。厌氧滤器中一个重要介质就是滤料，滤料可以使微生物附着生长，但主要的作用是截留悬浮生长污泥。AF反应器具有良好的运行稳定性，能适应废水浓度和水力负荷的变化而不致引起长时间的性能破坏，可在低pH值和含毒物条件下稳定运行，而且再启动迅速，其缺点是布水不均匀、填料昂贵且易堵塞。3.厌氧与好氧结合处理与厌氧法相比，好氧处理消耗大量的动力能量，且废水COD浓度越高，好氧法耗能越多；好氧处理时有机物转化成污泥的比例远大于厌氧法，因此污泥处理和处置的费用也高于厌氧法；好氧处理时污泥的生长量大，所以对无机营养元素的要求也高于厌氧法，对于含磷浓度较低的垃圾渗滤液需投加必要的磷。而厌氧工艺处理时间长、占地面积大，单纯厌氧工艺处理效果不佳，鉴于以上原因，对高浓度的渗滤液一般都采用厌氧—好氧两者结合处理工艺。我国曾采用的组合工艺有厌氧+气浮+好氧工艺，便于管理，节省能耗，但处理效果不稳定；有UASB+氧化沟+稳定塘工艺，利用有利地形处理渗滤液；有普通活性污泥法+纳滤膜过滤工艺，处理效果好，但投资和运行费用高，占地面积大。2.2.2物理化学法渗滤液在经过一系列生化处理后的B/C出水比更低，难降解成分，一般有HO2必要采用物化处理技术，作为一种预处理或者后处理的手段，来处理渗滤液。渗滤液的物化处理过程包含了混凝吸附、蒸发、高级氧化、浮选和膜处理技术等。这些技术基本都能提高渗滤液的生物降解性或者直接使出水达到排放标准，彻底实现渗滤液的无害化。1.混凝处理技术混凝处理目的是通过外加混凝剂使水体中不能直接通过重力去除的微小杂质聚结成较大的颗粒，迅速得到沉降，从而使水澄清。一般来说，单纯依靠混凝来去除渗滤液中的COD到一定的排放标准是不大现实的，因为混凝处理一般对于大分子有机物(大于3000D