第25卷第l1期 工业水处理 V01.25 No.11 2005年11月 Industrial Water Treatment Nov.,2005 垃圾渗滤液处理技术的最新研究进展 齐旭东.赵庆良 (哈尔滨X-业大学市政环境X-程学院,黑龙江哈尔滨 150090) [摘要]有关垃圾渗滤液的研究已成为国内外环保领域研究的热点。根据国内外最新研究进展,简要分析了渗滤液 的水质特点,介绍了最新的处理工艺,包括生化法、化学法、物化法、物理法及土地处理法,并对这些处理工艺的处理效 果进行了分析。最后提出了目前渗滤液处理存在的一些问题,并进行了前景展望。 [关键词]渗滤液;生化法;化学法 [中图分类号]X703.1 [文献标识码]A[文章编号]1005—829X(2005)11—0012—04 Newest research advance in IandfilIleachate treatment process Qi Xudong,Zhao Qingliang (School ofMunicipal and Environment Engineering,Harbin Institute ofTechnology,Harbin 150090,China) Abstract:Research on landfillleachate has been becoming a fascinating area in the ifeld of environmental protection. On the basis ofthe newest research advance.a briefdiscussion on the quality oflandfill leachate is provided.卟e newest treatment process,including biological process,chemical treatment process,physico-chemical process,physical treatment process,land treatment process,and analysis of the efifciency of the treatment process are introduced.At the end,some problems of leachate treatment are pointed out,and the prospect is predicted. Key words:leachate;biological process;chemical treatment process 随着我国城市的迅速发展。垃圾产量不断增加。 具有处理效果好、成本低等优点,它是目前应用最广 目前垃圾处理方法主要有焚烧、堆肥和填埋等。其中 泛的处理方法。 卫生填埋由于处理量大、成本低廉、技术成熟等优点 Won—Young Ahn等 报道韩国采用膜生物反应 而被国内外广泛应用。但填埋场产生的渗滤液危害 器(MBR)和反渗透(RO)工艺对Chung—Nam省的垃 极大.它主要来源于降水和垃圾内部的内含水。若处 圾渗滤液处理厂进行了改造。工艺流程见图1。 理不当。会严重危害周边环境和污染地下水。因而渗 滤液的收集和处理已成为急待解决的问题。成为国 渗滤液— 歪至 垂 至 卜.[: ]一排放 内外研究的热点之一。 图1 工艺流程 目前。关于渗滤液水质成分研究的报道较多[ ], MBR工艺可提高可降解有机物的去除率和硝 渗滤液是一种高浓度有机废水。由于其水质水量的 化率。RO工艺可去除无机离子和难降解的物质。经 不稳定性。以及渗滤液中含有大量难降解的萘、菲等 过MBR工艺处理后,出水的BOD 平均为9 mg/L,去 非氯化芳香族化合物和氨氮等毒性物质。所以渗滤 除率为97%左右。硝化率为68%左右,MBR工艺作 液的处理非常困难。现有的处理方法大概可分为生 为RO工艺的前处理可有效去除SS。这可以防止反 化法、化学法、物化法、物理法和回灌法等。笔者重点 渗透膜孔道阻塞。MBR工艺中硝化产生的NO。一一N 介绍了最新出现的工艺和新的运行工况。 和NO2-一N被后续的RO工艺去除。进水COD平均 1 生化法 为1 017 mg/L。出水COD为32 mg/L,平均去除率 当渗滤液的BODJCOD值大于0.3时.表明渗 为97%。其中MBR工艺去除率仅为38%,RO工艺 滤液的可生化性较好。可采用生化法处理。生化处理 的去除率则为59%。 [基金项目]黑龙江省重点科技攻关项目(GB03C204—02) 一12一 泊星石 http://rockstar.xicp.net
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工业水处理2005—11,25(11) Chiu.yue Lin等 对UASB反应器中渗滤液和化 粪池污水共消化进行了大量的研究.当水力停留时 间(HRT)为1.5 d,COD有机负荷为6.73 kg/(m ・d), 渗滤液与化粪池污水混合比为1:1时,COD、NH4+一N, PO43一一P去除率分别可达到42.2%、47.8%、44.3%, 若提高化粪池污水比例.处理效果会进一步提高。 A.I.Zouboulis等 采用酶处理垃圾渗滤液取得 较好的效果.当向SBR反应器中投加酶TK一100, 在第26天和第51天分别投加5 g,第65天和第72 天分别投加2 g(总共14 g),COD平均去除率可达 75%,BOD 平均去除率可达95%,NH4 ̄一N平均去除 率达到70%。可见酶处理工艺是传统活性污泥法的 有效替代工艺,但美中不足是成本较高,另外,酶的 前处理麻烦。 2化学法 和生化法相比.化学法不受水质水量变化的影 响,出水水质稳定.尤其是对BODy/COD值比较低 (0.02—0.20),难以生物处理的渗滤液的处理效果较 好。但成本较高,所以通常只作为预处理或后续处 理。 2.1 Fenton处理技术 Fenton试剂由氧化剂H2O2和催化剂Fe +组成, 其具有极强的氧化能力.特别适用于处理难生物降解 的有机废水。Yun Whan Kang等n0 采用Fenton法处 理垃圾渗滤液,研究发现,COD去除率受pH影响很 大,在pH<4.0时处理效果最佳,但是最佳混凝pH为 3—6。当硫酸亚铁剂量超过500mg/L时.不会再提高 COD去除率.最佳的硫酸亚铁投加量应由人力和运 行成本决定。过氧化氢的氧化去除效率大约为45%。 Antonio Lopez等… 采用Fenton法作为老龄化垃圾渗 滤液的前处理取得较好的效果,当Fenton试剂H O 为10000mg/L.Fe 为830mg/L时.COD去除率达到 最高(60%);出水的可生化性大大提高,BODy/COD 从0.2提高到0.5。 2.2光氧化技术 光氧化技术是指利用在可见光或紫外光照射下 发生的一系列复杂化学反应处理废水的技术。光氧 化技术在降解难生物降解有机物和避免引入新的污 染物方面具有强大的优势,因而在环境治理尤其是 水处理领域有着一定的应用。 Zong.ping Wang等 对混凝一光氧化技术处理 垃圾渗滤液进行了研究。实验发现,处理效果受pH 影响,pH在3 8时,pH越低处理效果越好。单独 齐旭东.等:垃圾渗滤液处理技术的最新研究进展 UV/vIS照射(A>313 nm)工艺可达到31%的COD 去除率和70%的色度去除率。In.Ock Koh等n 采用 光氧化技术和生物处理工艺相结合处理垃圾渗滤 液.分别用功率为84 kW/m 的低压汞灯、功率为 100 kW/m3的中压汞灯、功率为30 kW/1TI 的真空汞 灯进行照射,COD/BOD 在低压汞灯和真空汞灯作 用下从230降到3—4.在中压汞灯作用下从230降 到6,而后,再用活性污泥法进行处理,COD、BOD 、 AOX都能达标排放。 2.3臭氧氧化技术 臭氧虽然可以氧化水中许多难降解有机物,但 它与有机物的反应选择性差,且不易将有机物彻底 矿化.其产物常常是羧酸类易于生物降解的有机物, 因此处理垃圾渗滤液时一般是采用臭氧和其他处理 方法联合的工艺去除难生物降解的有机物。 Jerry J.Wu等… 采用臭氧高级氧化技术处理垃 圾渗滤液,共有三种处理方案:O ,OVH O ,ovuv。 实验发现.ovuv方法在提高可生化性和降低色度 方面最有效。投加1.2 g/L臭氧,三种方案都可以将 BODy/COD从0.06提高到0.5,这可以大大提高后 续生化处理的效率。该方法的脱色效果可达90%, 但TOC去除率较低,所以该法只能作为生物处理的 前处理。 2.4电解处理技术 垃圾渗滤液经生物处理后,其残留的COD仍较 高,有的高达600—800mg/L,且很难再处理。李小 明等[15 探讨了采用电解氧化处理垃圾渗滤液,得到 了适宜的电解氧化条件:pH为4,Cl一质量浓度为 5 000 mg/L.电流密度为10 A/dm2.SPR三元电极为 阳极,电解时间为4 h。COD和NH,一N去除率分别 为90.6%和100%。 3物理化学处理法 3.1 反渗透与超滤技术 反渗透是将溶液中的溶剂,在压力下用一种对 溶剂有选择透过性的半透膜使其进入膜的低压侧, 而溶液中的其他成分被截留在膜的高压侧得到浓缩 的过程。超滤是以压力为驱动力,利用超滤膜的高精 度截留性能进行固液分离或者使不同相对分子质量 物质分级的膜分离技术。这两种膜分离技术在处理 难降解废水和去除无机离子方面效果较好,但用于 处理渗滤液的最大问题是膜污染问题,处理过程中 杂质会堵塞膜孑L,严重影响出水水质。因而,膜处理 技术通常作为其他工艺的后续工艺,这可以大大降 泊星石 http://rockstar.xicp.net13— 维普资讯 http://www.cqvip.com
专论与综述 低膜污染的可能性。 Kenichi Ushikoshi等‘ 对反渗透系统处理垃圾 渗滤液进行了研究,填埋场装填焚烧残余物,二氧芑 去除率达到99.9%,COD去除率98.1% 99.9%, NH4+一N去除率90.2%一98.4%。Izzet Ozturk等( ]进 行了在生物预处理(如UASB)后加设膜过滤(UF+ RO)的实验研究,发现此工艺对COD、色度、电导率 的去除率分别为99%、99%、95%。Jolanta BohdzieWCZ 等(培 研究了有压力驱动膜技术(UF+RO)作为生物 处理的后续工艺的处理效果,并且与其他两种组合 进行了对比,即活性污泥法+化学氧化(I)、活性污 泥法+UF+化学氧化(Ⅱ)、活性污泥法+UF+RO(Ⅲ)。 进水COD为l 780 mg/dm3,第1种工艺出水COD 为546mg/dm ,第Ⅱ种工艺出水COD为482 mg/dm , 第Ⅲ种工艺出水COD为56 mg/dm3。第Ⅲ种的处理 效果最好。在第Ⅲ种工艺中,活性污泥法去除COD 仅有6.7%,超滤(UF)和反渗透(aO)去除绝大部分 COD。 3.2混凝和吸附 在水处理领域,混凝和吸附属常见工艺。但为了 降低成本或提高处理效率,国内外研究者开发了一些 新型混凝剂和吸附剂来处理渗滤液。I.Anastasios等( ] 采用生物絮凝剂混凝去除渗滤液中的腐殖酸。效 果良好。该实验处理的是上海某垃圾填埋场的渗 滤液,采用生物絮凝剂和硫酸铝都可以达到45% 的去除率,但使用生物絮凝剂处理垃圾渗滤液不 需要调节pH,而使用硫酸铝则需要调节pH,同时, 生物絮凝剂需要的投加剂量少。M.Heavey c]发现 一种低成本处理垃圾渗滤液的方法。即用泥炭处 理垃圾渗滤液,研究开发的自然风干泥炭处理效 率可达BOD 36 g/(m ・d)和NH4+一N l1 g/(m2・d)。 4物理处理法 4.1 蒸发法 蒸发的目的是使污染物在固相浓缩,并同时在 冷凝后获得一个可以排放的液相流。目前蒸发法还 存在许多问题,如高浓度有机物引起的泡沫问题、结 垢和腐蚀问题、蒸发表面分层问题、氨和有机氯化物 需进一步去除的问题、渗滤液蒸发处理的高能消耗 问题r21]。 Luca Di Pa1ma等 采用蒸发和反渗透处理工 业垃圾渗滤液,可以去除绝大部分污染物。蒸发在 40 cc和6 kPa压力下进行,馏出物中含有质量分数 1%的有机物和20%的氨,金属含量可以忽略。而后 一14一 工业水处理2005—11,25(11) 进行反渗透处理,有机物去除率达90%,在pH 6.4 时,氨去除率达97%。 4.2超声波技术 超声波技术具有简便、高效、无污染或少污染的 特点,已受到国内外研究者的关注,并开始用于处理 垃圾渗滤液。 Evelyne Gonze等 对高频超声波处理垃圾渗滤 液进行了研究,实验表明超声波可以降低毒性和提 高可生化性。随着超声波特定能量的增加,毒性物质 增加,当特定能量达到20GJ/m 时,毒性物质的含量 达到最大,而后随着能量的增加,毒性物质开始下 降,当能量超过80GJ/m 时,毒性物质基本消失。在 能量达到80 GJ/m 时,TOC去除率可达70%。当能 量达到63 GJ!m 时,BOD 从0提高到29 mg/L。 5 回灌法 回灌法也称作循环处理,是指将未经任何处理 的渗滤液直接喷洒到填埋场表面。利用覆盖土层和 垃圾层的净化作用来处理渗滤液。回灌法的优势在 于渗滤液在8个月内即可降低其有机物浓度。这种 渗滤液更像晚期(5年期)渗滤液,同时渗滤液量也 会通过喷洒蒸发而减少。此外,渗滤液回灌投资省, 运行费用低,操作简单,并能克服重金属等污染物的 扩散。 Irem San等 对回灌法进行了比较全面的研究, 总结出以下几点:渗滤液回灌可以提高填埋场的稳 定性,这可以通过气体产量、气体组分(甲烷浓度增 加)和其他渗滤液指示参数来表征;渗滤液回灌可以 降解COD,COD的去除率取决于运行条件,当回灌 频率改变时会影响渗滤液处理效率;回灌时pH 可以提高垃圾稳定性和渗滤液处理效率。 回灌法存在几点急待解决的问题,一是渗滤液 不能完全消失,仍有部分COD需外排处理;二是渗 滤液在垃圾层中的循环导致重金属、氨氮和其他毒 性物质不断积累;三是渗滤液在回灌过程中带来的 环境卫生问题需要解决。 6存在的问题和前景展望 垃圾渗滤液是一种高浓度有机废水,毒性大,水 质水量随着季节和年份而变化。目前还没有一种完 美的处理工艺,现存的工艺都有其优点和缺点。总体 来说,填埋初期,渗滤液可生化性较好,优先考虑生 化法,因为生化法成本低、处理量大,但渗滤液中含 有大量难降解物质和毒性物质,生化处理出水仍不 能达标,需要其他工艺(如物化工艺)对其进一步处 泊星石 http://rockstar.xicp.net
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工业水处理2005—11,25(11) 理。当填埋超过5年后,渗滤液的可生化性变差,应 考虑物化法.因为物化法不受水质水量变化,且出水 稳定.但物化法成本较高.所以一般作为前处理或后 处理工艺.配合生化法处理,前处理工艺可提高渗滤 液的可生化性.后处理工艺可去除渗滤液中难降解 物质和毒性物质。可见,针对渗滤液的特殊水质.生 化法和物化法联合处理垃圾渗滤液的效果较好。所 以建议物化法和生化法的研究应该并重,将大量新 型的物化工艺应用到渗滤液的处理上,同时,适当调 整生化法的运行工况,使其适合渗滤液的处理 回灌法是我国学者首先提出的渗滤液处理方 法,它是将渗滤液喷洒到填埋场表面,利用垃圾层内 大量的微生物降解渗滤液中部分COD.同时通过表 面蒸发可降低渗滤液的产生量.这样产生的渗滤液 水质比较稳定,且水量较小.可降低后续处理工艺的 负荷,所以,回灌法应该得到研究者的重视。 膜生物反应器(MBR)由于膜组件的高效截流 性,使反应器内的污泥浓度可达到较高的水平.这样 可大大降低污泥负荷,所以MBR适合处理渗滤液 这种高浓度有机废水;同时,由于膜组件的分离作 用,使得生物反应器的水力停留时间和污泥停留时 间是完全分开的.这样可使生长缓慢、世代时间长的 硝化细菌能在反应器中生存下来,保证了MBR具 有高效的硝化作用.所以.MBR处理具有高浓度氨 氮的渗滤液具有较好的效果。可见,MBR在处理垃 圾渗滤液方面具有较大的优势,但膜组件的造价较 高,以及膜污染的问题困扰了MBR的大范围推广. 所以,这两个方面应该成为研究的重点。 [参考文献] [1]E1一Fade1 M,et o1.Temporal variation of leachate quality from pre— sorted and baled municipal solid waste with high organic and mois- ture content[J].Waste Management,2002,22:269—282 [2]曹京哲.城市垃圾渗滤液特性及处理对策[J].市政技术,2003, 3(2):183—185 [3]喻晓,张甲耀,刘楚良.垃圾渗滤液污染特性及其处理技术和应 用趋势[J].环境科学与技术,2002,25(5):43—46 [4]Zhao Youcai,et o1.A comparison of re ̄use attenuation in laboratory and field scale lysimeters[J].Waste Management,2002,22:29—35 [5]Tatsi A A,Zouboulis A I.A field investigation of the quantity and quality of leachate from a municipal solid waste lnadfill in a mediterranean climate(Thessaloniki,Greece)[J].Advances in En— vimnmental Research,2oo2,(6):207—219 [6]Irene M C LO.Characteristics and treatment of leachate from domes tic landfills[J].Environment International,1996,22(4):433—442 齐旭东,等:垃圾渗滤液处理技术的最新研究进展 [7]Ahn Won-Young,et o1.Advanced landfill leachate treatment using an integrated membrane process[J].Desalination,2002,149:109- 114 [8]Lin Chiu-Yue,et o1.Co-digestion of leachate with septage using a UASB reactor[J].Bioresource Technology.2O0o.73:175—178 [9]Zouboulis A I,et o1.Enzymatic treatment of sanitary landfill leach- ate[J].Chemosphere,2001,44:1 103—1 108 [10]Kang Yun wharI,et o1.Effects of reaction conditions on the oxi- dation efifciency in the Fenton process[J].Water Research,2000, 34(10):2 789—2 790 [11]Lopez Antonio,et o1.Fenton’s pretreatment of mature lnadfill leachate[J].Chemosphere。2004,54:1 005—1 010 [12]Wang Zong-ping,et o1.Landfill leachate treatment by a coagula- tion—photooxidation process[J].Journal Of Hazardous Materi- las,2002,B95:153—159 [13]Koh In-Ock,et o1.Leachate treatment by the combination of pho- tochemical oxidation with biological process[J].Journal of Photo- chemistry and Photobiology A:Chemistry,2004,162:261—271 [14]wu Jerry J,et o1.Treatment of landfill leachate by ozone-based advanced oxidation pmcesses[J].Chemosphem,2004,54:997— 1 003 [15]李小明,等.电解氧化处理垃圾渗滤液研究[J].中国给水排水, 2oo1,17(8):14—17 [16]Ushikoshi Kenichi,et o1.Kanji Matsumoto[J].Desalination,2002, 150:121—129 [17]Ozturk Izzet,et o1.Advanced physico-chemical treatment experi— ences on young municipal lnadfill leachates[J].Waste Management, 2003,23:441—446 [18]Bohdziewicz Jolanta,et o1.Application of pressure—driven mem- brane techniques to biological treatment of landfill leachate[J]. Process Biochemistyr,2001,36:641—646 [19]Anastasios I,et o1.The application of bioflcoculant for the removal of humic acids from stabilized 1andrill leachate[J].Journal of En— vimnmental Management,2004,70:35-41 [20]Heavey M.Low cost treatment of lnadfill leachate using peat[J]. Waste Management,2003,23:447—454 [21]赵宗升,等.垃圾填埋场渗滤液污染的控制技术[J].中国给水 排水,2oo0,16(6):20—23 [22]Palam Luca Di,et Treatment of industrial landfill leachate by means of evaporation and reverse osmosis[J].Waste Management, 2oo2。22:951—955 [23]Gonze Evelyne,et o1.High frequency ultrasound as a pre-or post-ox— idation for paper mill wastewaters and landfill leachate treatment[J]. Chemical Engineering Journal,2003,92:215—225 [24]San Irem,et o1.Impact of various leachate mcirculation regimes on municipal solid waste degradation[J].Journal of Hazardous Mater- ials,2001,B87:259—27l [作者简介]齐旭东(1981一),在读硕士研究生,E—mail:qiby2000@ sina.com.cn。 [收稿日期]20o5—06—16(修改稿) 泊星石 http://rockstar.xicp.net
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