邵永富，包尤思

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

1 垃圾滲濾液概述

作為廢棄物處置場(chǎng)所，垃圾填埋場(chǎng)通常包含各種殘余廢料和焚燒殘?jiān)?，而垃圾填埋?chǎng)最嚴(yán)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(qū)域，或地下水滲入垃圾填埋場(chǎng)而產(chǎn)生的成分復(fù)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(huán)境中持久存在，所以對(duì)環(huán)境產(chǎn)生了嚴(yán)重的負(fù)面影響。

垃圾滲濾液污染是一系列物理、化學(xué)和生物過程的結(jié)果。而滲濾液中污染物的種類和性質(zhì)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(chǎn)甲烷階段和穩(wěn)定階段）、填埋場(chǎng)的降解速率和年齡、填埋場(chǎng)區(qū)域的水文地質(zhì)和氣候條件。通常，隨著填埋場(chǎng)的老化，在各種因素的影響下，一些污染物會(huì)發(fā)生顯著變化。例如，COD和BOD可能會(huì)降低十倍，而NH4+-N濃度可能會(huì)在十年內(nèi)增加三倍以上。經(jīng)研究，垃圾滲濾液中含有多種有毒污染物，包括重金屬、多環(huán)芳烴（PAHs）、酚類化合物、農(nóng)藥、病原生物、微塑料和藥物等。當(dāng)未經(jīng)處理或處理不當(dāng)?shù)睦鴿B濾液進(jìn)入接收水體時(shí)，這些有毒污染物會(huì)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)和人類健康構(gòu)成嚴(yán)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(duì)環(huán)境影響的方法，但這些方法的有效性會(huì)因滲濾液特性、填埋場(chǎng)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(shù)和新興材料在垃圾滲濾液處理領(lǐng)域受到了越來越多的關(guān)注。

2 垃圾滲濾液的處理技術(shù)

垃圾滲濾液的常規(guī)處理方法包括物理化學(xué)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(huì)實(shí)施不同組合的滲濾液處理技術(shù)，其工業(yè)規(guī)模實(shí)施示意圖如圖1所示。根據(jù)相關(guān)報(bào)道，生物方法對(duì)處理年限較短的滲濾液（<5年）非常有效；物理化學(xué)方法在年限較長(zhǎng)的垃圾填埋場(chǎng)（>10年）的處理效果更好，而納濾和反滲透等技術(shù)在處理以上兩類垃圾填埋場(chǎng)滲濾液方面均表現(xiàn)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(shù)方面所取得的一系列進(jìn)展，并對(duì)其未來的發(fā)展進(jìn)行了展望。

圖1 大型工廠中實(shí)施的滲濾液處理技術(shù)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(tuán)與溶液中具有化學(xué)活性物質(zhì)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(shí)，吸附劑的表面性質(zhì)起著關(guān)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(jié)合也時(shí)有報(bào)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(zhì)（UVQS）[1]。而?e?en等證明了在活性污泥系統(tǒng)中，添加粉末狀活性炭（PAC）對(duì)于去除滲濾液與生活污水共同處理過程中的基質(zhì)和污泥脫水性產(chǎn)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(jié)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(jié)構(gòu)中的可轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化的吸附劑或強(qiáng)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(jié)果表明，使用150 ℃下加熱的活化沸石，可以較低的成本實(shí)現(xiàn)最佳的去除效率，因此，適用于更大規(guī)模的廢水處理。

而粘土礦物因其相對(duì)較低的成本和環(huán)境友好型而備受關(guān)注。該物質(zhì)除了具有高比表面積、化學(xué)和機(jī)械穩(wěn)定性、層狀結(jié)構(gòu)和高離子交換容量等優(yōu)良特性外，還可以顯著吸附不同類型的污染物，被視為“超級(jí)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(zhì)在環(huán)境中的自然污染物凈化過程中發(fā)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(yù)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(xué)方法（如高級(jí)氧化）相結(jié)合，可有效處理年限較長(zhǎng)的垃圾滲濾液。而傳統(tǒng)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(chǎn)生的金屬氫氧化物作為活性混凝劑前體，以減少污泥的產(chǎn)生量和對(duì)化學(xué)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(yǎng)物質(zhì)（如N和P）、濁度和顏色方面均表現(xiàn)良好，但也發(fā)現(xiàn)了一些缺點(diǎn)，如硝酸鹽經(jīng)電化學(xué)還原后會(huì)轉(zhuǎn)化為氨[5]。所以，EC處理效果高度依賴于pH值、電流強(qiáng)度、溫度和水力停留時(shí)間。而另外的重要參數(shù)是資本和運(yùn)營支出，因此，有必要探究更優(yōu)化的方案來降低化學(xué)品、電力和加熱的成本，以提高經(jīng)濟(jì)效益。

在實(shí)際應(yīng)用中，EC與高級(jí)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(jī)污染物的一種非常有前景的替代方法。而此法需要優(yōu)化工藝變量，以確定哪些條件可以使EC產(chǎn)生最佳結(jié)果，并表征EC流出物以評(píng)估其是否適合使用特定的AOP（如芬頓反應(yīng)）進(jìn)行處理。例如，在EC處理過程中，由于陰極析氫，酸性介質(zhì)中的pH值會(huì)逐漸增加，這不利于耦合Fenton反應(yīng)，因?yàn)镕enton反應(yīng)適合在低pH值（如pH<3.0）下進(jìn)行，若不考慮這點(diǎn)，將嚴(yán)重影響偶聯(lián)過程的效率。

據(jù)報(bào)道，其他同步進(jìn)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(chǎn)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(chǎn)生的電子驅(qū)動(dòng)，能夠還原溶液中的氧化物質(zhì)。已有相關(guān)研究表明，EF在消除一些懸浮固體方面與EC互補(bǔ)，而ER適用于將硝酸鹽轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽，并最終轉(zhuǎn)化為氮?dú)狻?/p>

2.3 膜分離技術(shù)

膜過濾技術(shù)（如微濾、超濾、納濾和反滲透）已被廣泛應(yīng)用于垃圾滲濾液的處理中，其對(duì)于懸浮膠體材料（如0.5～10 μm）的預(yù)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(shù)的運(yùn)行成本較高，尤其是電力消耗。另一個(gè)顯著的缺點(diǎn)是會(huì)產(chǎn)生膜滯留物，所以，將膜技術(shù)應(yīng)用于垃圾滲濾液處理時(shí)，其產(chǎn)生的濃縮物會(huì)含有高濃度的劇毒和致癌污染物，若不實(shí)施適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施，這些污染物可能會(huì)轉(zhuǎn)移到環(huán)境中。此外，重金屬被濃縮后可以與溶解的有機(jī)物相互作用，而產(chǎn)生絡(luò)合產(chǎn)物，從而放大它們的生物積累和流動(dòng)性或產(chǎn)生致癌副產(chǎn)物。在實(shí)際應(yīng)用中，為了緩解此問題，已研究使用連續(xù)耦合工藝，如混凝、臭氧化或高級(jí)氧化工藝等，與膜技術(shù)相結(jié)合來降解濃縮物中的難降解的有機(jī)污染物。

2.4 AOPs技術(shù)

該技術(shù)與傳統(tǒng)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(shù)中，不同工藝具有不同的自由基產(chǎn)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(chǎn)生有關(guān)，這是AOP的主要特征。

Elleuch等研究了將開菲爾粒（KGs）生物預(yù)處理與Ag摻雜的TiO2納米粒子（NPs）的光催化工藝相結(jié)合，以此去除垃圾滲濾液中的有毒污染物的性能[6]。結(jié)果表明，生物/光催化過程對(duì)TOC、COD、NH4+-N和PO43-的整體去除效率，可分別達(dá)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(xiàn)出優(yōu)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(shè)計(jì)并合成了一種納米結(jié)構(gòu)的碳材料BDD/BCNW作為陽極材料，以提高電化學(xué)氧化過程中陽極對(duì)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(jià)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(yīng)用ZVINFs/rULGO-PS系統(tǒng)，去除來自伊朗德黑蘭Aradkouh垃圾填埋場(chǎng)的實(shí)際滲濾液中的COD和NH3[8]。結(jié)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(shù)

處理垃圾滲濾液的另一項(xiàng)新興技術(shù)是生物造粒。在生物反應(yīng)器中的顆粒污泥是一種由不同的微生物層組成的外形規(guī)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(qiáng)的微生物結(jié)構(gòu)。因此，其具有相對(duì)較高的沉降速度，這允許將高水力負(fù)荷施加到反應(yīng)器而不會(huì)沖刷生物質(zhì)。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(chǎn)甲烷菌、同養(yǎng)菌、乙酸菌和不同的水解發(fā)酵菌組成。厭氧造粒的主要缺點(diǎn)是啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)、需要相對(duì)較高的溫度以及缺乏脫氮能力。而好氧造粒的主要缺點(diǎn)是反應(yīng)器排出的流出物中的懸浮固體含量高、穩(wěn)定性差、與曝氣相關(guān)的成本相對(duì)較高。Wang等開發(fā)了一個(gè)與外循環(huán)系統(tǒng)相結(jié)合的全尺寸內(nèi)循環(huán)（IC）反應(yīng)器，來處理城市生活垃圾焚燒廠的高濃度滲濾液，并對(duì)厭氧污泥造粒進(jìn)行了深入研究[9]。結(jié)果表明，IC反應(yīng)器在21.06～25.16 kgCOD/（m3·d）的高有機(jī)負(fù)載率（OLR）下，COD的去除率和沼氣產(chǎn)量分別達(dá)到89.4%～93.4%和0.42～0.50 m3/kg COD。

3 結(jié)論

近年來，越來越多的科研人員著眼于開發(fā)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(guī)處理方法包括吸附、絮凝、膜分離、AOPs、生物處理等，但這些技術(shù)各有優(yōu)勢(shì)和弊端，且各自的處理效率也會(huì)隨滲濾液特性、填埋場(chǎng)年齡、污染物類型和操作條件的變化而變化。在未來，應(yīng)聚焦于開發(fā)更多的新材料和新技術(shù)，并在現(xiàn)有基礎(chǔ)上將多種技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，揚(yáng)長(zhǎng)避短，以此有效降低滲濾液的處理成本，提升處理效率，同時(shí)減少二次污染。