垃圾渗滤液中COD去除方法综述

刘之毅，孙向卫，邓小红

如今，国内外的生活垃圾处理方法主要有卫生填埋、堆肥、焚烧等［1］，其中卫生填埋技术成熟，费用相对较低［2–3］，所以中国的生活垃圾主要以填埋为主.但在填埋过程中会产生大量的垃圾渗滤液，其成分复杂，尤其是其中的有机物成分.通过研究，渗滤液中主要的有机物组分分子量可粗略区分为:低分子量(主要组分分子量＜500)的挥发性脂肪酸(VFA);中等分子量的富里酸类物质(主要组分分子量在500～10 000之间);高分子量的胡敏酸类(主要组分分子量在10 000～100 000之间).后两类合称为腐殖酸［4］.按照分子直径可分为溶解态(0.001～0.001 3 μm)、胶体态(0.001 3 ～0.45 μm)、颗粒态(0.45～10 μm)3种.其中，挥发性脂肪酸是有机物降解的中间产物，属于溶解态，容易进一步完全无机化，而腐殖酸为由大分子有机物分解的小分子有机酸和氨基酸再合成的大分子产物属于胶体态，很难生物降解，而且随着填埋时间的增加，腐殖酸的含量将增加.因此，渗滤液中COD去除成为一个难题.本文主要对目前COD的去除方法——生物法、物化法、土地法进行总结，同时也阐述了各个方法的优缺点，并展望未来COD去除的发展方向.

1 COD的主要处理方法

1.1 生物法

生物法是利用微生物(即细菌、霉菌以及原生动物)的新陈代谢以及微生物对污染物的吸附作用来处理垃圾渗透液中有机污染物的一种方法.去除的有机物大部分为溶解态的挥发性脂肪酸.其主要可分为上流式厌氧污泥床 (UASB)、生物滤池、序批式活性污泥(SBR)法等.

1.1.1 上流式厌氧污泥床

UASB是一种高效污水厌氧处理技术，其优势主要体现在颗粒污泥的形成使反应器内水停留时间缩短，从而提高运行效率［5］.近几年UASB工艺不断地发展，许多人在UASB的基础上进行研究，将多种处理方法联合UASB工艺处理渗滤液，取得了很好的处理效果.方程冉等［6］利用UASB工艺处理垃圾渗滤液，将不同浓度的渗滤液作为进水，对启动 UASB反应器进行试验.结果表明，启动成功时，COD去除率达到85﹪.王淑莹等［7］采用两级 UASB-SBR 组和工艺处理实际垃圾渗滤液进行试验研究.通过对原渗滤液不同比例的稀释，分4个阶段逐步提高进水浓度.实现生物脱氮及降解有机物的双重目的，使COD的去除率稳定在了95﹪以上.图1为两级UASB-SBR系统流程图.

图1 两级UASB-SBR系统流程图

UASB法结构紧凑、处理能力大、运行方便，且对COD的去除率较高.但容易受水质水量波动和有害物质的影响而造成效率降低，甚至使其功能失效;且仅能适应初期、中期的填埋场渗滤液处理，晚期的渗滤液处理效果差，而且单一的UASB工艺对于COD的去除远不如多种工艺联合的去除效率，比如王淑莹等研究的两级 UASB-SBR工艺对COD的去除率都达到了95﹪以上.因此，在以后的研究中多种方法联合处理将是重点方向.

1.1.2 生物滤池

生物滤池是利用需氧微生物对污水进行生物氧化处理的方法.以淬石、焦炭、矿渣或人工滤衬等作为填层，然后将污水以点滴状喷洒在上面，并充分供给氧气和营养，此时在滤材表面生成一层凝胶状生物膜(细菌类、原生动物、藻类等)，当污水沿此膜流下时，污水中的可溶性、胶性和悬浮性物质吸附在生物膜上而被微生物氮化分解［8–10］.陈玥等［11］应用曝气生物滤池处理北京市某垃圾填埋场经二级处理后的渗滤液，在滤池中填充比表面积较大、孔隙率高、吸附能力强、高截污能力的陶粒滤料，取得了较好的效果，使COD的去除率到了70﹪以上.图1为其实验装置图.陈刚等［12］将MBR/DTRO/沸石生物滤池工艺实践于青岛市小涧西垃圾综合处理厂渗滤液处理，出水水质可以达标排放.汪晓军等［13］将混凝/化学氧化/曝气生物滤池用于广东省江门市大推车山垃圾卫生填埋场经过氨吹脱/SBR/氧化塘工艺处理的渗滤液，在 COD浓度600～800 mg/L时，去除率达到85﹪以上.

图2 曝气生物滤池实验装置

生物滤池运行耗能低，运行成本较低，耐冲击负荷的能力强，不产生二次污染，生物种群有层次地分布在滤池内，硝化、反硝化效率高，对COD的去除率也高，因此在国内外受到了广泛的关注，在中国的许多渗滤液处理中已得到了较为广泛的应用.

1.1.3 序批式活性污泥(SBR)法

SBR是较广泛应用的好氧处理方法，通过抑制物质的稀释和缓慢的累积，以及曝气池中高浓度的微生物含量，使得序批式进料特别适用于难降解有毒污染物的处理.许多人将多种处理方法联合SBR工艺处理渗滤液，取得了很好的处理效果.Ahmet Uygur、Fikret Karg 等［14］采用混凝沉淀—吹脱—SBR工艺，用石灰絮凝—氨吹脱作为预处理，降低进水的有机负荷，在处理21 h以后，COD的去除率达到 86﹪.Evelyne Gonze等［15］运用超声—SBR法对老龄垃圾填埋场的渗滤液进行深度处理研究.在超声波热能为63 GJ·m-2时，BOD5/COD 值可达最高 0.014，其COD去除率可达70﹪.吴方同等［16］只应用SBR处理垃圾渗滤液，取得了较好的氨氮、COD去除效果.

表1 SBR组合工艺联合处理垃圾渗滤液应用实例

可见，SBR法对COD有较好的去除率，所以SBR工艺不仅在实验室试验中，在实际工程中也有很多SBR与其他工艺联合处理垃圾渗滤液成功的实例(表1).采用 SBR的联合工艺处理的垃圾渗滤液出水，均达到了排放标准.但由于不设初沉池，易产生浮渣问题，而且随着COD负荷增大其去除率会降低，所以SBR法对于高浓度的渗滤液处理效果一般.在处理高浓度的渗滤液时需进行预处理来降低进水的负荷和去除浮渣.

1.2 物化法

物化法同生化法相比较，一般不受垃圾渗滤液水质水量变动的影响，出水水质比较稳定.去除主要针对胶体态的腐殖酸和颗粒态无机物，所以对BOD5/COD比值较低(0.07～0.20)难以生物降解的垃圾渗滤液有较好的处理效果，常用于COD去除工艺中的预处理或深度处理.主要可分为:混凝沉淀法、化学氧化法、化学沉淀法等.1.2.1 混凝沉淀法

混凝法是向废水中投放化学混凝剂，使废水中的一些污染物由溶解状态或胶体状态变为凝胶状态，集结为絮体，絮体吸附、捕集悬浮物并集结沉淀下来.混凝剂一般有铁系和铝系的盐类.还有石灰、碳酸镁、高岭土和膨润土等.另外，还有机高分子絮凝剂，如聚丙烯酰胺(PAM)和聚苯乙烯磺酸钠(PSS)等.在垃圾渗滤液处理技术与方法中，混凝的方法是最常用、最经济、最重要的方法，常用于预处理，使渗滤液中的有机大分子物质混凝沉淀，进而降低有机负荷，有利于下一步处理.李亚峰等［23］采用混凝—MAP法预处理垃圾渗滤液，并在此条件下确定混凝—MAP法处理垃圾渗滤液的最佳试验条件，使COD的去除率达到62.3﹪.商平等［24］利用PAC与 PFS复合混凝 /沉淀法预处理垃圾渗滤液，研究探讨了混凝剂投加比例、pH值、PAM用量、温度、化学药剂投加比等因素对混凝沉淀法的影响.结果表明，COD的去除率达59.29﹪以上.

混凝沉淀法渗滤液中COD有一定去除效果.但混凝剂投入过多也会造成污染，而且无论是采用何种混凝剂处理垃圾渗滤液，COD的去除率一般都在30﹪～60﹪.所以在实际的应用中常采用混凝沉淀法预处理，再用另外的方法进行处理，以达到对COD最好的去除效果.

1.2.2 化学氧化法

化学氧化法是利用强氧化剂氧化分解废水中的污染物质，以达到净化废水目的的一种方法，是最终去除废水中污染物质的有效方法之一.通过化学氧化，可以使废水中的无机物以及有机物氧化分解，从而降低了废水的COD，或者使废水中含有的有毒有害物质无害化.常用于降低COD含量的深度.主要有Fenton法、臭氧氧化法等［25-26］.李军等［27］利用 Fenton 法对六里屯垃圾填埋场渗滤液进行深度处理取得了良好的效果.杨运平等［28］研究 Fenton的 UV/TiO2/光催化氧化垃圾渗滤液试验，采用UV/TiO2与Fenton法的联合工艺处理垃圾渗滤液，考察了反应温度、pH值、TiO2投加量、H2O2用量等对COD去除率的影响，并比较了单一的 Fenton法、UV/TiO2法和UV/TiO2/Fenton法处理垃圾渗滤液的效果，结果表明UV/TiO2/Fenton光催化氧化具有较好的COD去除效果，达到了90.80﹪.张烨等［29］研究的硅藻土酸洗液—H2O2(Fenton)去除垃圾渗滤液色度及 COD，实验结果表明在有紫外光照和搅拌的条件下，COD的去除效率达到了74.14﹪，且产生的污泥量(干重)最少.

化学氧化法能氧化渗滤液中的难降解物质，提高渗滤液的可生化性，从而实现对污染物的完全处理和无害化，且不会产生絮凝沉淀工艺中形成的污染物被浓缩的化学污泥.但其主要的问题是大规模处理费用太高，可是对于垃圾填埋场封场后所产生的小水量、低含量的难降解渗滤液处理还是有一定意义的.另外，目前化学氧化法处理渗滤液的研究还处在实验室阶段，主要研究的是Fenton试剂联合处理COD，其机理为是Fenton试剂通过催化分解产生羟基自由基(HO·)进攻有机物分子，并使其氧化为CO2、H20等无机物质，从而降低水体中的有机物含量.大规模的应用与渗滤液的处理还有待试验.化学氧化法未来主要的研究方向是新的具有无害化、价格低廉、处理效果好的氧化试剂.

1.2.3 化学沉淀法

化学沉淀法是向垃圾渗滤液中投加某种化学物质，通过化学反应生成沉淀，再加以分离从而达到处理目的.可去除垃圾渗滤液中90﹪～99﹪的重金属，同时去除20﹪～40﹪的 COD.在化学沉淀法中鸟粪石沉淀法应用最为广泛，就是向垃圾渗滤液中投加Mg2+、及碱性药剂，使之与某些物质反应生成沉淀［30］.李亚峰等［31］研究的混凝和化学沉淀法联合处理垃圾渗滤液，通过投加混凝剂预处理，再加入一定量的硫酸镁和磷酸氢二钠反应，经测定COD的去除率达到了52.5﹪，而且其沉淀还可以作为堆肥、花圃的土壤等［32-34］.

化学沉淀法操作简单，而且可以用来处理高浓度的渗滤液，但其对COD的去除率较低，通常用来对渗滤液进行预处理.另外，因成本原因投加的一些价格低廉的化学药剂如氧化钙而形成沉淀物，目前尚无较好的处理方法，容易造成二次污染，所以对其在工程上的应用和以后的可持续发展都存在巨大的负面作用.

1.3 土地处理法

土地处理法主要通过土壤颗粒的过滤，离子交换吸附和沉淀等作用去除滤液中悬浮固体和溶解成分.通过土壤中的微生物作用使渗滤液中的有机物发生转化，通过蒸发作用减少渗滤液中的蒸发量［25］.目前土地处理法主要分为回灌法和人工湿地法.

1.3.1 回灌法

渗滤液回灌，就是用合适的方法将在填埋场收集到的渗滤液从其覆盖层表面或覆盖层下部重新灌入填埋场.回灌法利于垃圾场内水分和营养物质的均衡分布，促进垃圾中有机物的降解，使渗滤液中挥发性脂肪酸下降较快［35］，从而缩短垃圾的稳定时间，主要可以分为表面灌溉、竖式井、水平井、喷灌和针注等5种方法，各种方法的操作方式及优缺点见表2.据估计，英国50﹪的填埋场进行了渗滤液回灌.曾晓岚等［36］研究回灌法全循环处理的准好氧填埋场垃圾渗滤液.对COD的去除率稳定在80﹪～88﹪之间.褚衍洋等［37］利用回灌 +铁促电化学氧化工艺处理垃圾渗滤液进行了初步试验.试验结果表明，该工艺可以有效地去除渗滤液中的COD.

回灌法与物化和生物法相比，能较好地适应渗滤液水量和水质的变化，对COD的去除较为理想，也是一种投资省、运行费用低的方法.可是，回灌法存在抑制填埋场产甲烷细菌的生长、填埋气体甲烷含量不高和污染空气等问题，所以不能彻底处理渗滤液中的COD.但填埋场渗滤液回灌处理技术的研究，也将对今后在国内渗滤液中的COD和氨氮的去除应用具有重要的实践意义.

1.3.2 人工湿地法

人工湿地系统是人为创造的一个适宜水生生物和湿生植物生长的环境.由于其具有建设和运行成本低、设备简单、易于维护等优点，挪威、加拿大、英国、斯罗文尼亚和波兰等许多国家都成功应用了人工湿地系统工艺处理垃圾渗滤液［42］.如挪威的 Esval［43］填埋场采用氧化塘 + 人工湿地系统处理渗滤液，并获得了比较好的效果.其处理工艺是:垃圾渗滤液先通过一个体积为400 m2的厌氧池，然后进入一个4 000 m3的氧化塘，最后流入2个平行的水平潜流的人工湿地.每一块湿地占地面积400 m2，流量为120 m3/d.处理COD去除率达到88﹪.欧洲斯洛文尼亚的Dragonja［44］填埋场用潜流式人工湿地处理垃圾渗滤液，其工艺流程如下:进水→人工湿地1→人工湿地2→出水.其出水COD去除率达到68﹪.

表2 滤液回灌分类及其优缺点［38-41］

2 结语

生物处理法费用相对较低，处理效率高，不会造成二次污染，但对渗滤液的水质变化比较敏感，通常出水水质COD不能达标，物化处理法受水质变动影响小，出水水质较稳定，但处理效果单一，并且处理成本较高、能耗高，一般用作COD的预处理和深度处理.土地处理法、简便经济，缓冲容量大，但只适合于土地广阔的地区，而且受气候和填埋工艺影响较大.所以，采用单纯的生物法、物化法及土地法等无法实现COD达标排放的目标.因此，笔者认为应根据渗滤液具体的水质选择组合工艺，即先用物化法预处理，再用生化法处理，最后经过深度处理;而且在选择处理工艺时，在有条件的情况下，要先测定渗滤液的成分，并根据填埋场的垃圾填埋期及所处的地理位置和经济状况，因地制宜地选择渗滤液处理方案.比如，在同一填埋场不同的时期处理工艺的选择是不同的，年轻期和中年期的渗滤液由于可生化性较好，COD的去除主要用生物法进行处理，而老年期的渗滤液由于生化性很差，COD在生物法处理后往往不能达标，因此还需采用物化法进行深度处理.另外，处理工艺的选择也应该因地制宜，比如在土地广阔的地方可以优先考虑用土地法来处理.

［1］Renoua S，Givaudan J G，Poulain A S.Landfill leachate treatment：review and opportunity［J］.Journal of Hazardous Materials ，2008，150：468 – 493.

［2］张懿.城市垃圾填埋场渗滤液的处理技术综述［J］.重庆环境科学，2000，22(5)：63-65.

［3］Ahmed F N ，Lan C Q.Treatment of landfill leachate using membrane bioreactors：a review［J］.Desalination，2012，287：41-54.

［4］陈现明，王成伟，董云峰.垃圾填埋场渗滤液的组成和处理方法［J］.舰船防化，2008(3)：27-33.

［5］柳娴，李小明，申婷婷.生物工艺处理垃圾渗滤液的研究进展［J］.广州化工，2012，40(18)：5-7.

［6］方程冉，吴征宇，龙於洋，等.UASB反应器处理垃圾渗滤液的启动研究［J］.浙江科技学院学报，2007，19(2)：125-128.

［7］王淑莹，时晓宁，王希明，等.两级 UASB-SBR工艺处理垃圾渗滤液启动研究［J］.北京工业大学学报，2010，36(7)：971-976.

［8］林培真，王薇.垃圾渗滤液的生物处理方法［J］.科技资讯，2009(21)：124.

［9］陈玥，齐春对，闫立娟，等.应用曝气生物滤池深度处理垃圾渗沥液［J］.污染防治技术，2006，19(1)：3-5.

［10］贺锋，曹湛清，夏世斌，等.生物膜-人工湿地组合工艺处理城镇生活污水的研究［J］.农业环境科学学报，2009，28(8)：1655-1660.

［11］陈刚，蔡辉，熊向阳，等.MBR/DTRO/沸石生物滤池用于垃圾渗滤液处理工程［J］.中国给水排水，2011，27(16)：52-55.

［12］汪晓军，简磊，李景达.混凝/化学氧化/曝气生物滤池深度处理垃圾渗滤液［J］.中国给水排水，2008，24(6)：72-74.

［13］Uygur A，Karg F.Biological nutrient removal frompre-treated landfill leachate in a sequencing batch reactor［J］.Journal of Environmental Management，2004，71：9-14.

［14］Gonze E，Commenges N，Gonthier Y，et al.High frequency ultrasound as a pre-or a post-oxidation for paper mill wastewaters and landfill leachate treatment［J］.Chemical Engineering Journal，2003，92(1-3)：215-225.

［15］吴方同，苏秋霞，王云波，等.SBR工艺处理垃圾渗滤液的试验研究［J］.长沙电力学院学报，2006，21(4)：120-125.

［16］时晓宁，王淑莹，孙洪伟.SBR工艺处理垃圾渗滤液研究及应用现状［J］.水处理技术，2009，35(2)：19-24.

［17］钱伯兔，郦建校.混凝沉淀SBR活性炭过滤处理垃圾渗滤液［J］.新疆环境保护，2003，25(4)：33-35.

［18］鲁玉龙.垃圾卫生填埋场渗滤液处理工程实例及技术探讨［J］.给水排水，2004，30(11)：37-38.

［19］赵剑锋，张宏伟.垃圾渗滤液脱氮处理工艺的工程实例［J］.有色冶金设计与研究，2006，27(4)：54-56.

［20］郭敦纯，杨仁斌，钟陶陶.长沙县城市生活垃圾卫生填埋场工程实例［J］.市政技术，2008，26(2)：114-116.

［21］郑金伟，武剑，马国伟.UASBFSBR工艺处理垃圾渗滤液［J］.中国给水排水，2003，19(4)：59-60.

［22］李定龙.垃圾渗滤液处理工艺改进的研究［J］.环境工程，2004，22(5)：19-21.

［23］商平，刘涛利，孔祥军，等.PAC与 PFS复合混凝 /沉淀法预处理垃圾渗滤液［J］.中国给水排水，2011，27(1)：65-71.

［24］孙友，张超，李本高.物化法处理垃圾渗滤液的研究进展［J］.工业水处理，2013，33(1)：1-5.

［25］李军，王磊，彭锋，等.Fenton法深度处理垃圾渗滤液的试验［J］.北京工业大学学报，2008，34(3)：304-308.

［26］Yang Deng，James D，Engelhard.Treatment of landfill leachate by the Fenton process［J］.Water Research，2006，40：3683-3694.

［27］杨运平，唐金晶，方芳，等.UV/TiO2/Fenton光催化氧化垃圾渗滤液的研究［J］.中国给水排水，2006，22(7)：94-41.

［28］颜杰，李国生.微波强化Fenton氧化法处理垃圾渗滤液研究进展［J］.广州化工，2010，38(8)：70-72.

［29］王里奥，石秀，杨威.Fenton-eMBR工艺处理垃圾渗滤液的试验研究［J］.水处理技术，2013，39(2)：94-97.

［30］孙友，张超，李本高.物化法处理垃圾渗滤液的研究进展［J］.工业水处理，2013，33(1)：1-5.

［31］Hirasawa N，Kaneko S，Kanai Y，et al.Crystallization phenomena ofmagnesium ammonium phosphate(MAP)in a fluidized-bed-type crystallizer［J］.Crystal Growth，2002(237)：2183-2187.

［32］Tunay O.Ammonia removal by magnesium ammonium phosphate precipitation industrial wastewaters［J］.Wat Sci Tech，1997(36)：225-228.

［33］魏云梅，赵由才.垃圾渗滤液处理技术研究进展［J］.有色冶金设计与研究，2007，28(2)：171-181.

［34］Lawson T A.Leachate recirculation：a landfill management tool［J］.Proceedings of the Institute of Waste Management，1997(3)：9-13.

［35］Fredereck G P.Leachate recycle as landfill management option［J］.Journal of the Environmental Engineering Division，1980，106(EE6) ：1057-1069.

［36］汪太明，孟凡生，王业耀，等.回灌法去除垃圾渗滤液中氨氮的研究［J］.工业水处理，2007，27(3)：13-15.

［37］曾晓岚，丁文川，龙腾锐，等.准好氧填埋场垃圾渗滤液全循环回灌处理研究［J］.中国给水排水，2007，23(15)：79-85.

［38］褚衍洋，徐迪民.回灌 +铁促电化学氧化工艺处理垃圾渗滤液研究［J］.环境科学与技术，2007，30(5)：86-88.

［39］鲁巍.垃圾填埋场渗滤液回灌处理的研究［D］.武汉：武汉理工大学，2002.

［40］Lawson T A.Leachate recirculation ：a landfill management tool［J］.Proceedings of the Institute of Waste Management，1997(3)：9-13.

［41］Jokela J P Y，Kettunen R H，Sormunen K M，et al.Biologicalnitrogen removalfrom municipallandfill leachate：low-cost nitrification in biofilters and laboratory scale in-situdenitrification［J］.Water Research，2002，36：4079-4087.

［42］Phaneuf R J.Landfill bioreaetor design and operation：a new york state regulatory perspeetive in seminar publication：landfill bioreactor design and operation［M］.Mashingion：US EnvironmentalProtection Ageney，1995：185-193.

［43］Robinson H D.Leachate collection，treatment and disposal［J］.Water and Environmental Management，1992，6(3)：321-332.

［44］Kuenen J G，Robertson L A.Combined nitrification denitrification process［J］.EMS Microbiol Rev，1994，15(2)：109-117.