垃圾滲濾液處理工藝
隨著經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高，我國垃圾產(chǎn)生量逐年增加。目前，我國有70%以上的生活垃圾使用填埋法處理。垃圾滲濾液是垃圾在堆放過程中由于垃圾自身含水，并結合地表降水(雨、雪等)以及覆土層中持水量、地下水涌入等因素形成的一種特殊的廢水(液)。垃圾滲濾液中的成分復雜，所含污染物種類多，有機物濃度含量較高，能在環(huán)境中長期存在，且不易處理。
隨著垃圾填埋時間的增加，垃圾滲濾液的性質(zhì)出現(xiàn)老齡化特征，其性質(zhì)為成分復雜、含鹽量高、色度大、氨氮含量高，所含有機物濃度逐漸降低，但生化性極差，這使得老齡垃圾滲濾液的處理難度較大。根據(jù)填埋時間的不同，可將垃圾滲濾液分為初期垃圾滲濾液(小于5a)、中期垃圾滲濾液(5~10a)以及老齡垃圾滲濾液(大于10a)，如表1所示。垃圾滲濾液如果處置不當，會對周圍的環(huán)境造成嚴重危害，不僅會引起環(huán)境污染，而且也會給人類的生活帶來嚴重影響。因此，垃圾滲濾液的有效處理對保護環(huán)境具有十分重要的意義。
目前，垃圾滲濾液的處理方法可分為生物法、物理法、高級氧化法及其他組合工藝。結合相關研究成果，筆者深入分析了不同垃圾滲濾液處理方法的優(yōu)缺點，并從實際出發(fā)提出了處理垃圾滲濾液的一些建議，以期為相關從業(yè)人員提供一定的參考。
1、生物法
生物法處理垃圾滲濾液是通過微生物的分解作用來實現(xiàn)的，其包括3種處理工藝:好氧處理、厭氧處理和好氧-厭氧結合處理。
在好氧條件下，垃圾滲濾液中的有機物被微生物分解成二氧化碳和污泥，可以有效降低其中的金屬含量，具有效率高、運轉費用低等優(yōu)點。艾石基在研究好氧顆粒污泥處理垃圾滲濾液的試驗中，馴化29d后，化學需氧量(COD)的平均去除率為91.05%；控制pH=7.5、溶解氧(DO)為4mg/L、循環(huán)時間為8h、溫度為(25±1)℃，出水時氨氮的去除率達到96.4%。然而，這種方法也存在一定的缺點，即垃圾滲濾液中的化學物質(zhì)隨著時間的推移而變得不穩(wěn)定。
在厭氧條件下，其中的有機物被微生物分解成沼氣(CO2和CH4的混合氣)。該方法具有成本低、產(chǎn)余泥少、所需營養(yǎng)物質(zhì)少等優(yōu)點，同時，厭氧生物處理能克服因水質(zhì)停留時間過長的問題。Wang等采用UASB法處理某垃圾滲濾液，當溫度為37℃、水力停留時間為6.6d時，COD的去除率為89%~91%。
對比這兩種方法的優(yōu)缺點，在處理垃圾滲濾液的過程中，最廣泛應用的是好氧-厭氧結合處理法，好氧與厭氧具有良好的互補性，更加經(jīng)濟合理。
通過分析可知，生物法在處理垃圾滲濾液時操作簡單，對于初期垃圾滲濾液，含有較多的易降解有機物，并具有較高的BOD5/COD值，可采用生物法處理。而在實際操作過程中，老齡垃圾滲濾液中含有較多的腐殖酸、富里酸等，難以被生物分解，經(jīng)生物處理后的出水中還存在難降解的有機物，很難達到排放標準，還須進一步深度處理。
2、物理法
目前，處置垃圾滲濾液的物理法主要包括混凝法、吸附法和膜分離法，這3種物理方法的對比情況見表2。在實際應用中，黃小琴對北京某垃圾填埋場滲濾液MBR出水進行處理，選取聚合硫酸鐵(PFS)、聚合氯化鋁(PAC)和三氯化鐵(FC)3種混凝劑對垃圾滲濾液進行混凝處理，結果表明，聚合硫酸鐵(PFS)對滲濾液的混凝效果最佳，優(yōu)于聚合氯化鋁(PAC)和三氯化鐵(FC)，且在投加量為1400mg/L、初始pH值為6.0、聚丙烯酰胺(PAM)投加量為4mg/L時，獲得最佳處理效果。王晨”利用不同改性劑制備改性蘆葦生物炭和改性水稻生物炭，研究2種生物炭對污染物的吸附性能及2種生物炭的再生吸附效果，結果表明，蘆葦和水稻秸稈均可通過吸附作用降低垃圾滲濾液中的COD，兩者經(jīng)改性處理后，改性蘆葦生物炭和改性水稻生物炭都具有吸附垃圾滲濾液中COD的能力，吸附性能均得到改善。
3、高級氧化技術(AOPs)
高級氧化技術(Advanced Oxidation Process，AOPs)在反應過程中會產(chǎn)生羥基自由基(?OH)，?OH的氧化能力較強，僅次于F2。?OH幾乎能夠氧化所有的有機物，如烯類、脂類、芳香族和脂肪族有機物，同時也能氧化無機物，包括陰離子和陽離子。高級氧化技術在處理垃圾滲濾液的過程中，?OH可將其中的難降解有機物氧化成易生化的小分子，甚至可以將其氧化成CO2和H2O從而提高垃圾滲濾液的可生化性。根據(jù)產(chǎn)生自由基的方式及反應條件的不同，常用處理滲濾液的AOPs包括Fenton氧化、濕式催化氧化、臭氧氧化法及催化臭氧化技術。
3.1 Fenton氧化法
Fenton法是以Fe2+為催化劑，將H2O2，分解成?OH的氧化技術，分解過程中產(chǎn)生的強氧化性的?OH可將有機物氧化。在垃圾滲濾液的處理中，Fenton氧化法已被廣泛應用。利用Fenton氧化法處理垃圾滲濾液，可以提高其可生化性，且對COD有一定的去除效果。
李中秋等利用Fenton試劑一活性白土聯(lián)合吸附法處理垃圾滲濾液，當pH=4.5，H2O2投加量為260mmol/L，Fe2+投加量為20mmol/L，反應時間為50min時，TOC的降解率為64.25%。林雨陽等利用絮凝一Fenton聯(lián)合工藝處理垃圾滲濾液生化廢水，結果表明，COD的去除率在95%以上，色度降至10度以下。
然而，盡管Fenton氧化法具有對環(huán)境友善、操作彈性大、氧化能力強等優(yōu)點，但是其也存在產(chǎn)生污泥量大，COD去除率有限的缺點，需要持續(xù)改良。
3.2 臭氧氧化法
O3的氧化能力強，可將難降解的物質(zhì)轉化成易分解的物質(zhì)，如能將復雜的長鏈腐殖酸分解為短鏈有機酸。同時，臭氧能對滲濾液脫色，且脫色較快，主要是因為垃圾滲濾液中顯色有機物大部分都含有乙烯基、氧化偶氮基、偶氮基、羰基、硫酮基等發(fā)色基團，鍵能較弱，能迅速被O3或?OH破壞。盡管臭氧氧化法對垃圾滲濾液中COD的去除率較低，但對BOD5有很大的提高，進而能提高垃圾滲濾液的可生化性。
李民等利用臭氧氧化法處理垃圾滲濾液，結果表明，臭氧氧化法能有效去除芳香族有機物，這說明臭氧可有效降低滲濾液的腐殖化程度，便于后續(xù)生物處理。魏敦慶等研究了臭氧氧化對垃圾滲濾液生化出水中COD的去除效果，結果表明，在臭氧投加量為8.33mg/(L?min)，氧化2h時，COD的去除率為50%~60%，氧化4h時，可使COD達到出水標準，但處理成本較高。
盡管臭氧氧化對有機物降解能力較強，且對色度有很好的去除效果，但是對于成分復雜的垃圾滲濾液，單獨臭氧處理會存在一些問題，如臭氧利用率低、難以將有機物徹底降解、反應速率慢且具有一定的選擇性等，這會導致處理成本增加。因此，利用單獨臭氧化處理垃圾滲濾液在實際應用中受到限制，為了提高O3的利用率及其氧化能力，催化臭氧化技術目前是處理垃圾滲濾液的研究方向之一。
3.3催化臭氧化技術
催化臭氧化技術是利用O3的強氧化性與催化劑的催化特征、吸附作用對廢水中的有機物進行處理的方法。與單獨臭氧化相比，催化臭氧化可在較低pH值下利用催化劑促使O3分解成?OH，反應速度快且無選擇性，可顯著提高TOC和COD的去除率及垃圾滲濾液的可生化性。因此，催化臭氧化技術已成為處理垃圾滲濾液的重要手段之一。根據(jù)催化劑形態(tài)的不同，一般將催化臭氧化技術分為均相催化臭氧化和多相催化臭氧化。
3.3.1均相催化臭氧化技術。
均相催化臭氧化采用一些過渡金屬離子作催化劑，包括Cu、Zn2+、Mn2+、Fe2+和Fe3+等，這些金屬離子能引發(fā)臭氧產(chǎn)生?OH，從而促使有機物分解。過渡金屬離子不但會影響臭氧化的速率，而且也會影響反應選擇性和臭氧消耗量。
劉衛(wèi)華等問以Cu2+、Mn2+為催化劑，采用催化臭氧化技術處理垃圾滲濾液中的腐殖質(zhì)，結果表明，與單獨臭氧化相比，明顯提高了TOC和COD的去除率，但對UV2和色度的去除率影響不大。黃報遠等以Fe2+為催化劑對垃圾滲濾液進行催化臭氧化處理，有效去除了滲濾液的色度、濁度、腐殖質(zhì)和懸浮物，BOD5/COD值由0.17提高到0.35，可生化性得到明顯改善。
盡管均相催化臭氧化對垃圾滲濾液中的有機物有較好的去除率且可顯著提高其可生化性能，但是金屬離子會有一定程度的流失且不易回收，造成處理成本增加，且對水質(zhì)易造成二次污染。為了避免對水質(zhì)造成污染，可用多相催化臭氧化來處理垃圾滲濾液。
3.3.2 多相催化臭氧化技術。
多相催化臭氧化技術在常溫常壓下能將難降解有機物氧化，是一種新型的臭氧氧化技術，其催化劑易分離，不會引起二次污染。多相催化臭氧化技術中所用的催化劑包括金屬氧化物、活性炭及載體負載金屬氧化物，利用這些催化劑可以提高臭氧利用率及有機物的去除率。
多相催化臭氧化過程中所用到的催化劑的活性組分一般是金屬和金屬氧化物，其中金屬主要有Cu、Pt、Pb、Pd和Ag等。目前，金屬氧化物催化劑在垃圾滲濾液臭氧氧化處理領域應用較為廣泛，常用的金屬氧化物催化劑有MnO3、TiO2、Al2O3，和Co3O4等，其具有較高的催化活性，目前已有眾多研究。沈曉星對老齡垃圾滲濾液進行混凝一催化臭氧化工藝處理，結果表明，以Fe/ACF作為催化劑，滲濾液中分子量小于1000Da的有機物占COD的百分比從35%提高到81%，由此可見，催化臭氧化后大分子有機物被氧化成小分子，BOD5/COD值由0.15提高到0.53。白亞林制備以y-Al2O3為載體、鐵和錳為活性組分的負載型催化劑，并設計了催化臭氧化反應器，對垃圾滲濾液進行處理，結果表明，在催化劑投加量為12.5g/L，氧氣流量為0.8L/min，初始pH=11，水力停留時間為4h時，此時工藝最佳，COD的去除率達到83.7%。
催化臭氧化技術可以有效降低水中反應物組分的活化能，甚至改變氧化有機物的作用機理，使水中的有機污染物被高效去除。
4、組合工藝技術
近年來，國內(nèi)外關于垃圾滲濾液的處理應用較多，處理效果較好的技術工藝多為組合工藝。尤其對于老齡滲濾液，或C/N比失衡的垃圾滲濾液來說，應用單一的處理工藝難以使垃圾滲濾液達到排放標準，因此，需要考慮將化學、物理和生物等處理工藝聯(lián)合起來。
郭桂楨利用MBR+NF+RO組合工藝對生活垃圾滲濾液展開研究，全面維護生活垃圾滲濾液的處理效益和質(zhì)量。吳啟龍等"采用“混凝一沉淀一厭氧一好氧一MBR一臭氧一活性炭”組合工藝，對經(jīng)長時間回灌的垃圾滲濾液進行處理，結果表明，混凝對垃圾滲濾液原液中COD的去除率為30%~53%，對氨氮的去除率為20%~23%，同時總氮隨著氨氮的去除呈對應下降趨勢；對原液進行1:2稀釋，并利用“生化+臭氧活性炭”工藝進行處理，可達到排放要求。卓雄提出一種動力波吹脫一Fenton-SBR組合工藝，即采用物理化學和生物工藝結合的方法處理老齡垃圾滲濾液，利用動力波吹脫法去除氨氮，利用Fenton氧化法去除生物難降解的化合物，利用A/O型SBR法去除生物可降解成分，結果表明，其出水中COD和氨氮的去除率分別最高可達96.67%和97.98%，同時處理成本更低。
5、未來研究方向
未來應綜合考慮工藝節(jié)能、水質(zhì)排放標準、經(jīng)濟合理性等因素，對處理工藝的各個環(huán)節(jié)進行有效控制，確保垃圾滲濾液處理工藝的嚴謹性和科學性，從預處理工藝和深度處理工藝兩方面進行考慮。
①預處理工藝。未來垃圾滲濾液處理工藝的發(fā)展，對各類技術進行提質(zhì)增效是必要的。由于垃圾滲濾液受地域、季節(jié)、場齡影響，水質(zhì)、水量差異較大，客觀上要求垃圾滲濾液預處理工藝多樣化。
②深度處理工藝。研究應將重心放在以高級氧化為代表的非膜法全量化處理工藝上，不僅可以解決濃縮液問題，還能徹底去除痕量有機物，降低痕量高危及未知風險物帶來的環(huán)境及健康風險。
6、結語
目前，垃圾滲濾液的處理技術雖然得到了一定程度的發(fā)展，但是在處理過程中仍存在一些難點，還需要進一步探究。
不同地區(qū)、不同年限的垃圾滲濾液的水質(zhì)情況不同，應根據(jù)滲濾液的特點選擇不同的處理工藝，因地制宜地選取最佳的處理方式。若滲濾液中的污染物濃度高，僅使用一種技術處理垃圾滲濾液，很難達到理想效果，可結合其他技術處理，或者繼續(xù)深入研究該處理技術，使之達到預期。同時，在處理時需要考慮投資費用和運行成本。采用組合工藝處理垃圾滲濾液可有效降低運行成本，提高處理效果，減少二次污染，具有顯著的環(huán)境效益、經(jīng)濟效益和社會效益。目前，組合工藝已經(jīng)成為垃圾滲濾液處理的研究方向。
在嚴格生態(tài)保護環(huán)境條件下，垃圾滲濾液排放標準勢必會越來越嚴格，垃圾滲濾液作為一種有機、有害廢液，其處理工藝必會迎來快速發(fā)展。目前來看，提高垃圾滲濾液的可生化性是重點也是難點，有效的組合處理、深度處理等技術研發(fā)是未來行業(yè)研究的熱點。（來源：河南《創(chuàng)新科技》雜志社）