垃圾渗滤液处理及资源回收技术研究进展

吴 迪

（芜湖市生态环境保护综合行政执法支队，安徽 芜湖 241000）

垃圾填埋是较常用的固体废物处理方法之一，渗滤液是垃圾填埋的主要副产品之一[1]。居民生活垃圾渗滤液的成分较复杂，含有大量有机物和营养盐，对地表水和地下水水质可能带来不利影响，故有效的处理技术是垃圾渗滤液处理与资源回收利用的关键。目前，垃圾渗滤液常用的处理方法包括物理吸附、生物降解、化学氧化以及膜法处理等。近年来，垃圾渗滤液的研究从单纯去除污染物转向同时回收可利用资源。本文对垃圾渗滤液处理领域的研究进展进行了总结，分析了目前垃圾渗滤液处理面临的挑战，对垃圾渗滤液的不同处理技术、工艺路线进行了归纳总结。同时从单纯去除污染物向资源利用转变的角度，分析了垃圾渗滤液处理过程中可以回收利用的资源，为采用新技术或联合工艺路线有效且低成本处理垃圾渗滤液提供参考。

1 垃圾渗滤液处理现状分析

垃圾渗滤液中含有有机化合物（如脂肪酸、有机碳等）、无机化合物（如硝酸盐、氯化物和磷酸盐等）及重金属离子（如铜、铅、汞和锌等）等，较普通废水成分更为复杂[2]。随着分析技术的进步，在垃圾渗滤液中发现了许多新的污染物，这些污染物不易被生物处理，对现有的处理方法提出了挑战。比如，含氮污染物中，难溶性有机氮（rDON）很难进行生物处理，而且会干扰消毒处理效果[3]。紫外猝灭物质（UVQS）主要由腐殖酸（HA）、黄腐酸（FA）和亲水性有机物（HPI）组成，其紫外线猝灭特性降低了废水的紫外线透射率，进而影响处理效果[4]。垃圾渗滤液中某些无法被有效去除的污染物会进入自然水体，最终影响饮水安全。因此，亟须探索更多有关垃圾渗滤液的预处理技术与联合协同处理技术。

2 垃圾渗滤液处理技术研究进展分析

2.1 物理吸附工艺

吸附是一个传质过程，工业上常利用沸石、活性炭和活性氧化铝等进行吸附处理。艾晓艳等[5]以黏土作为吸附剂，使用单因素优化法，探讨了用土量、pH和反应时间等因素对垃圾渗滤液中氨氮（NH3-N去除率的影响，结果表明，在用土量50 g/L，pH值8.0条件下，静置24 h 后，黏土对垃圾渗滤液中NH3-N的去除率达到23.97%，单位黏土的NH3-N 吸附率为7.14 mg/g。吴海霞等[6]以黏土和粉煤灰吸附垃圾渗滤液，研究吸附剂投加量、初始pH 值和反应时间等因素对试验效果的影响，综合考虑吸附效果、经济成本及现实可操作性，选择吸附剂投加量50 g/L、反应时间180 min且渗滤液初始pH值7.5～8.0作为实际运行条件，黏土对生活垃圾渗滤液中化学需氧量（COD）、氨氮（NH3-N）、总氮（TN）和总磷（TP）的去除率分别为25.58%、14.87%、41.63%和62.25%。王文泰[7]采用粉末活性炭对垃圾渗滤液进行深度处理，并通过过硫酸盐（PDS）高级氧化法实现活性炭的再生，并在最佳吸附效果条件下研究了不同因素对活性炭再生效率的影响，结果表明，活性炭的最佳投加量为0.34 g/L，吸附过程需持续48 h 以上，投加的PDS 与吸附的COD 质量之比为5，pH 值为10 时，可获得最佳再生效果，投加药剂费用低至2.17元/m3。

2.2 生物处理工艺

生物处理是垃圾渗滤液综合处理系统的重要组成部分。其中，好氧处理和厌氧处理是处理废水中高浓度有机污染物的首选方法。垃圾渗滤液中富含难降解的有机物和无机物，单一处理方法存在一定的局限性。生物处理可以去除可生物降解的有机物，主要作用是脱氮，其可以作为其他处理方式的预处理或后处理技术以减少处理负荷。刘宁等[8]以垃圾渗滤液膜浓缩液为研究对象，通过优化调控碳源种类、水力停留时间（HRT）和碳氮比（C/N）等运行条件，探究了微生物处理机理，结果表明，碳源种类对微生物群落结构影响较大，稳定运行期间主要优势反硝化脱氮菌为弧菌属、海杆菌属、盐单胞菌属、副球菌属和红环菌科等。张小寒等[9]采用提高氮浓度和缩短水力停留时间的方式实现厌氧氨氧化菌的快速富集，并通过逐步提高垃圾渗滤液含量的方式，实现厌氧氨氧化菌对垃圾渗滤液的适应，在无外加有机碳源的情况下，实现高效自养脱氮，脱氮负荷稳定在0.67 kgN/（m3·d），脱氮效率在80%以上。Song等[10]制作了由1 个反硝化反应器和4 个曝气池组成的新型复合生物系统来处理垃圾渗滤液，采用梯度曝气方式，可以去除85.65% COD和84.00% TN。马壮等[11]采用AO4微氧曝气生物反应器处理垃圾渗滤液，探究反应器的脱氮原理，结果表明，微氧曝气单元溶解氧浓度控制在0～0.60 mg/L，亚硝化率可达到90%，COD、铵态氮（NH+4-N）和TN 的平均去除率分别为85%、99%和87%。

2.3 化学处理工艺

在垃圾渗滤液高级氧化法处理中，芬顿氧化法较为有效，然而，由于其试剂购买和污泥处理成本较高，目前该方法大规模用于垃圾渗滤液处理尚不够成熟。Li 等[12]成功地突破了芬顿氧化法的局限性，可去除垃圾渗滤液中99% NH3-N。近年来，垃圾渗滤液电化学处理研究取得了较大进展。直接氧化和间接氧化对垃圾渗滤液中有机物的去除效果较好。由于垃圾渗滤液中氯含量较高，电氧化过程中产生的氯离子有助于污染物的间接氧化。王小铎等[13]采用电芬顿工艺处理垃圾渗滤液，系统考察了电流密度、n（H2O2）：n（Fe2+）及pH等工艺参数对垃圾渗滤液中COD 的去除性能，运用响应曲面法推算最优工艺条件，电芬顿处理渗滤液纳滤浓缩液的最优工艺参数：反应时间2 h，电流密度6.471 mA/cm2，n（H2O2）：n（Fe2+）=12，pH值3.78，COD去除率可达到80.7%。电氧化处理技术与其他处理技术相结合，作为生物或者高级氧化处理的后续处理技术，在中试规模上显示出良好的应用前景。电化学反应器的一系列改进，提高了其反应性能。Deng等[14]采用组合电化学系统处理预处理过的垃圾渗滤液，处理成本较低，可去除90.9%～94.6% COD 和90.2%～98.3% TN。通过利用氧化过程中产生的副产品，与其他处理方式协同，可以有效降低处理成本。Li等[15]研究了垃圾渗滤液电解过程中氯和氢的回收情况，以及氯在染料废水脱色中的应用。

2.4 膜法处理工艺

膜法处理垃圾渗滤液具有较大潜力。其中，反渗透技术（RO）由于在新型和常规污染物去除方面性能优越，在垃圾渗滤液处理工艺中越来越受到重视。反渗透和其他膜技术应用于处理垃圾渗滤液，需要减少膜污染和维持合理的水通量。涂乐乐[16]研究了“MBR+纳滤系统+反渗透系统”工艺处理生活垃圾卫生填埋场垃圾渗滤液，浓缩液由均质池进入MBR系统与渗滤液进行生物化学协同处理，COD的平均去除率为96.77%，NH3-N 的平均去除率为96.93%，TN 的平均去除率为99.23%，协同处理后月运营费用仅增加5.2%。Cingolani等[17]在一项中试规模研究中通过三级反渗透装置处理垃圾渗滤液，主要污染物处理效率达到93.4%，垃圾渗滤液处理成本为3.06 美元/m3。孙建义等[18]以生活垃圾填埋场渗滤液处理站为例，介绍了该处理站根据垃圾填埋场渗滤液中污染物浓度高、水质水量多变的特点，建设了防渗工程和导排系统，以阻止垃圾渗滤液对周围环境造成污染，并选择MBR+膜法（NF/RO）组合工艺对垃圾渗滤液进行处理，最终实现出水达标排放。

3 垃圾渗滤液处理过程中的资源回收探析

3.1 垃圾渗滤液中的主要营养元素

在垃圾渗滤液回收方面受到广泛重视的主要营养物质是六水合磷酸镁铵（MgNH4PO4·6H2O），其由镁、铵和磷酸盐组成，可以作为肥料，具有良好的应用前景，是当前研究的热点之一。陶琼等[19]通过向不同钾钠浓度的模拟和实际垃圾渗滤液RO 浓缩液中投加镁盐、磷酸盐促使其形成磷酸镁铵结晶，测定结晶前后溶液中氨氮、磷酸盐及钾钠离子浓度。结果表明，随着钾离子浓度增加，氨氮回收率由96.5%降至83.0%，结晶产物中钾离子质量分数由2.4%升至6.4%；考虑到钾离子的竞争，镁盐、氨氮与磷酸盐的投加比例为1.8∶1.0∶1.5 时即可保证氨氮的回收率，同时还能回收钾离子作为肥料组分。商平等[20]研究了磷酸镁铵结晶法对经混凝预处理后的垃圾渗滤液中NH+4-N 的去除效果，研究了不同因素对去除效果的影响，生成的沉淀符合典型磷酸镁铵晶体结构，且没有氰化物、酚类等有害物质检出，技术上存在可行性。

3.2 垃圾渗滤液中的电能和沼气资源

自生物电化学系统（BES）研发以来，研究人员就一直在探究利用生物电化学系统从垃圾渗滤液中回收电能。该应用的理论基础是垃圾渗滤液的高导电性有助于促进电子传递，但垃圾渗滤液成分的不稳定性会对高灵敏度的生物电化学系统产生较大影响。使用生物电化学系统处理垃圾渗滤液，发电量很小。相反，简单的厌氧处理可以作为有机物去除的预处理方法。垃圾渗滤液厌氧处理可以产生沼气，渗滤液中可利用资源的回收效率在很大程度上取决于渗滤液的可生物降解性。Oz 等[21]研究表明，经低频超声预处理的渗滤液在厌氧消化过程中，超声处理后可溶性COD 增加，其产生的沼气量比未处理的渗滤液多40%。董建新等[22]研究了厌氧序批式反应器（ASBR）处理垃圾渗滤液的效能与机制，依次研究了不同进水浓度下ASBR运行过程中有机物的去除效率、甲烷转化率和污泥特性。当进水COD 为13 000 mg/L，运行周期为12 h时，COD 去除率稳定在90%以上，甲烷转化率达0.352 L/g COD。

3.3 垃圾渗滤液中的挥发性脂肪酸

目前，研究人员正致力于从厌氧消化处理过程中回收除沼气之外的增值产品。垃圾渗滤液还含有乙酸、丁酸和己酸等挥发性脂肪酸（VFA）。VFA可以生产各种醇类、酯类和生物塑料等。从垃圾渗滤液中回收VFA 的主要挑战是经济成本过高。吸附和萃取是目前从垃圾渗滤液中回收VFA 的主要途径。然而，考虑到垃圾渗滤液中VFA 浓度较高，一个合理的回收方法可以使这一过程具有可行性。研究表明，使用活性炭吸附法可从垃圾渗滤液中回收87.4%的乙酸和94.1%的丁酸，而使用石油醚的液液萃取法只能提取到28.1%的乙酸和88.8%的丁酸[23]。

4 结语

实践中，每种垃圾渗滤液处理方案和技术均有其独特的优势和局限性。其中物理吸附一般可以用在预处理过程。低成本的生物处理可以有效去除垃圾渗滤液中可生物降解的有机物。高级氧化方法由于成本较高，大规模运用尚存在困难。膜法处理垃圾渗滤液具有很大潜力，是多种工艺协同处理过程中的重要环节。除了污染物外，垃圾渗滤液还含有氨、磷和挥发性脂肪酸等有价值的资源。以资源回收为目的的处理方法促进了现有处理技术的创新和与多种技术的整合协同，但资源回收的技术经济可行性和环境影响问题尚待进一步解决。因此，开发能够全面应用并且可以回收可利用资源，具有成本效益的协同处理技术至关重要。本文对垃圾渗滤液的不同处理技术、工艺路线进行了归纳总结，分析了垃圾渗滤液处理过程中可以回收利用的资源，为采用新技术或联合工艺路线有效且低成本处理垃圾渗滤液提供参考。