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摘要：城市垃圾渗滤液是一种成分复杂的高浓度有机废水，若不加处理而直接排放，会造成严重的环境污染。以保护环境为目的，对渗滤液进行处理是必不可少的。本文分析了渗滤液处理工艺的现状，结合工程实例，介绍了多种处理渗滤液方法，并对各处理工艺进行了技术和经济方面的比较。
关键词：垃圾渗滤液物化法 膜综合处理
中图分类号：R124.3 文献标识码：A 文章编号：
一、绪论
城市垃圾填埋场渗滤液的处理一直是填埋场设计、运行和管理中非常棘手的问题。渗滤液是液体在填埋场重力流动的产物，主要来源于降水和垃圾自身分解。由于液体在流动过程中有许多因素可能影响到渗滤液的性质，包括物理因素、化学因素以及生物因素等，所以渗滤液的性质在一个相当大的范围内变动。一般来说，其pH值在4～9之间，COD在2000～60000mg/L的范围内，BOD5从60～45000mg/L，氨氮浓度是普通市政污水的几十倍甚至更高。城市垃圾填埋场渗滤液是一种成分复杂的高浓度有机废水，若不加处理而直接排入环境，会造成严重的环境污染。以保护环境为目的，对渗滤液进行处理是必不可少的。
二、 垃圾渗滤液简介
垃圾渗滤液是指垃圾在压实、腐败等过程中产生的污水。其主要来源分为三个部分,即生活垃圾本身含有的和压实、填埋等过程中发生厌氧生物反应生成的水份；垃圾场区内的雨水汇集和浅层地表渗流水。垃圾成分的多样性造成了垃圾渗滤液成份复杂，含有许多有毒有害的有机化合物和重金属。此外，垃圾渗滤液有机物浓度和氨氮浓度均很高,属于典型的难处理高浓度污水。
下图为某垃圾场渗滤液调节池中的垃圾渗滤液
总体来说，垃圾渗滤液的特点如下：
（1）渗滤液中污染物浓度高。
COD可达到几万mg/L；NH3-N浓度高，初期一般为几百mg/L，后期可达几千mg/L。C、N、P比例严重失调，难生物降解的有机物含量高。且成分复杂分为以下3种：①低分子量的脂肪酸；②中等分子量的灰黄霉酸类物质；③高分子量的碳水化合物质、腐殖质类。其中腐殖质具有抵抗微生物降解的能力。
（2）随着填埋时间的延长，渗滤液水质存在很大差异。
主要表现为可生化性逐渐变差，氨氮浓度明显增加，越来越难以处理。新建填埋场的BOD5/CODCr的比值高于0.4，可生化性较好。随着填埋时间的增加， BOD5浓度下降。7～8年后BOD5/CODCr的比值降至0.2左右，可生化性较差。同时氨氮浓度逐渐升高，严重抑制和降低了生物处理中微生物的活性。
（3）垃圾渗滤液中的营养元素比例失调：
由于氨氮含量高，C/N的比值经常出现失调的情况；渗滤液中磷含量很低，特别是溶解性磷酸盐浓度更低。对于生化处理，污水中适宜的营养元素比例是BOD5：N：P=100：5：1，而一般的垃圾渗滤液中BOD5/TP的比值大于300，比值与微生物所需要的碳磷比 （100：1）相差很远。因此在渗滤液处理中往往缺乏磷元素，有时需要加以补给；随着年份的推进,垃圾老龄化的现象日益明显,具体表现为氨氮的浓度增高，而BOD的值明显下降，造成了在生物脱氮的过程中碳源不足的问题，系统运行8年左右时候需要补充碳源。
（4）垃圾渗滤液水质复杂
渗滤液中除COD、BOD、NH3-N等污染物指标严重超标外，还有卤代芳烃、金属离子如钙、镁、铁、锌、六价铬等，其中重金属主要有：镉（Cd）、镍（Ni）、锌（Zn）、铜（Cu）、铬（Cr）、和铅（Pb）等由于国内垃圾不像国外某些城市那样经过严格的分类和筛选，所以国内城市垃圾渗滤液的金属离子浓度较高。其中铁浓度可高达2050mg/L,铅的浓度可达12.3mg/L,锌的浓度可达130mg/L,钙的浓度可达4300mg/L。而微生物对重金属的去除是有限的,必须采用其它物理、化学的方法才能有效的解决重金属含量高的问题。
（5）渗滤液水质、水量受季节性影响较大。
三、 垃圾渗滤液处理工艺选择的原则
选择合理的渗滤液处理工艺技术是十分重要的。只有选择得当，才能使渗滤液处理工程的处理效果好，运行管理方便，节省投资成本和运行费用。渗滤液处理工艺的选择，首先需要适应污水进水水质、出水水质要求以及当地温度、工程地质、环境等条件，然后综合考虑工艺的可靠性、成熟性、适用性、去除污染物的效率、投资省、操作管理简单、运行费用低等多因素，选择最优的工艺方案。选择合适的工艺需要遵循以下几点：
（1） 符合国家相关部门环境保护政策和相关法律法规、标准及规范；
（2）能够实现污染物减量化、无害化、资源化的工艺，真正的彻底的减小、消除污染物对环境的危害。
（3）工艺技术先进、高效节能，处理效率高，出水稳定达标；
（4）处理设施安全、成熟，并尽量减少工程投资成本，降低运行费用；
（5）充分考虑垃圾场地理偏远的特点，最大限度地降低操作管理和维修技术难度；
（6） 污水处理设施具有较强的抗水量、水质冲击负荷能力；
（7）污水处理设施运行时尽量减少臭气及噪声等二次污染；
（8）优先选择国内先进、可靠、高效、成熟的污水处理专用设备。
四、渗滤液处理工艺比选
4.1 渗滤液处理出水水质要求
根据中华人民共和国环境保护部2008年7月1日起实施的《生活垃圾填埋场污染控制标准》（GB16889-2008）规定：
现有和新建生活垃圾填埋场水污染物排放浓度限值
4.2 工艺初选
以前采用的自然降解净化法因对环境污染严重，已不允许再使用。目前主要采用人工降解净化法，它利用渗滤液的可生化性，通过人工设置的设施、设备，让渗滤液通过厌氧、好氧以及静置、沉淀等方法得到净化，达到有效地消除渗滤液对环境的污染的目的。垃圾渗滤液的处理是城市生活垃圾卫生填埋工程必不可少的部分，目前常用的渗滤液处理工艺主要分为几个方向：生物法，物理化学法，膜法，综合处理法。
垃圾渗滤液的生物处理
垃圾渗滤液的生物处理主要是指依靠处理系统中的微生物的新陈代谢作用以及微生物絮体对污染物的吸附作用来去除渗滤液中的有机污染物的废水处理方法，按照处理过程中氧气含量的多少，可分为厌氧处理和好氧处理两种。
目前，国内外处理垃圾渗滤液主要为生物处理方法，生物方法对于易生物降解的废水可以有很好的去除效果，而且工艺比较成熟，运行费用较为低廉。但对于浓度高、可生化性差的废水，常规方法存在一定局限性。
垃圾渗滤液的物化处理
物化处理方法主要是利用物理和化学手段去除污水中的污染物，其主要运用于渗滤液处理中的方法有：气浮、吹脱、活性炭吸附、化学沉淀、密度分离、氧化还原、汽提等多种方法。和生物法相比，物化法受水质、水量变化影响小，出水水质稳定，尤其对BOD/COD较低而难以生物处理的垃圾渗滤液有较好的处理效果。由于物化法处理费用较高，一般用于渗滤液预处理或深度处理。
垃圾滲滤液的膜处理
膜法包括：超滤膜（UF）、纳滤膜（NF）和反渗透（RO）等，主要优点是：一是过滤精度比较高，膜的孔径比较小，能去除细菌、微生物、溶解盐等。目前在海水淡化，纯净水、高纯水、物料分离、浓缩中广为应用。二是运行不容易受环境的影响。
但膜技术也有其不足之处：第一处理污染物浓度较高的废水时其运行压力高，能耗大。第二膜法是纯粹的物理分离 ，它只能把水和污染物分离，而不能降解污染物，其浓缩物更难以处理。
综合处理法
结合了生物处理法和膜处理法，是一种目前国内比较常用、比较成熟的处理工艺。工艺前端采用生物处理降解污水中可生化有机物，降低水中污染物浓度，同时减轻后续工艺中膜产品的负担；后段的组合膜处理工艺通过精细过滤达到排放水质要求。
根据垃圾渗滤液污染物浓度高的特点，综合处理法前端的生物处理段一般采用厌氧反应器和好氧池结合的方式，通过好氧池回流脱氮。
厌氧处理法以厌氧反应器的应用最为广泛，目前实际用于生产的主要有普通厌氧反应器、升流式厌氧污泥床(UASB)、内循环厌氧反应器（IC）、厌氧流化床反应器、厌氧固定床反应器(厌氧滤池AF)、厌氧旋转接触反应器以及上述反应器的组合型如厌氧复合反应器(UBF)等 。
好氧处理法主要有A/O-MBR生化反应池法、A/O法，MBR法、生物膜法等，目前常用的好氧法主要为具有延时曝气功能的A/O-MBR生化反应池与MBR法。
该工艺在充分利用生化处理能够比较彻底的降解有机物的特点，可以最大限度的降解污染物，使其减量化，特别是厌氧反应产生的生物气体是一种比较环保的能源，这样就是污染物资源化。同时，利用膜法可以有效的保证出水的水质，特别是对于垃圾渗滤液这种污染物含量较高的废水。
采用该工艺处理高浓度的垃圾渗滤液是较为可行的技术路线，CODCr、BOD5、氨氮和色度的去除率均很高，完全可以达到有关的排放标准。该工艺是目前不管在国外还是在国内应用最多的，工程经验比较丰富的渗滤液处理方法。
经上节初步分析，我们初步选择3种具体污水处理工艺方案进行进一步的技术经济指标比选，以确定在不同的环境下选择最佳的工艺方案。
（1）物理化学处理工艺
（2）膜处理工艺
（3）综合处理工艺
4.3 工艺方案介绍
4.3.1物理化学工艺
物化法过去只用在处理填埋时间较长的单元中排出的渗沥液 ，而今随着渗沥液控制排放标准的日益严格，物化法也用来处理新鲜的渗沥液。物化法包括絮凝沉淀、活性炭吸附、膜分离和化学氧化法等。
（1）化学氧化法
该工艺不适用于单独处理渗沥液，一般用在生物预处理之后，原理为采用强氧化剂对废水中的污染物进行强氧化，用来氧化去除那些被生物不能或难以降解的COD和部分的有毒物质。化学氧化过程一般不产生需再处置的剩余物。常用的化学氧化剂有氯气、次氯酸钠，双氧水和臭氧等。该工艺常用于废水的消毒处理，和有机物的氧化，由于投加药剂量很高而带来经济问题。
（2）絮凝、沉淀
该法用在生物处理后对经过生物处理的渗沥液 进行絮凝和沉降以去除那些难生物降解的COD、重金属和聚合物等。絮凝沉淀工艺的不足之处是会产生大量的化学污泥；含盐量高；氨氮的去除率较低等。所以絮凝沉淀工艺在选用时要慎重考虑。
（3）活性炭吸附
不做單独的处理手段，也可去除污水中的有机物。一般用于对於出水要求极高的后续处理，但会导致运行费用增加，如使用过的活性炭再生重复使用，就成为固体剩余物，造成二次污染，并且该工艺的费用较高。
（4）氨吹脱
氨吹脱法为传统的脱氮工艺。工作原理是利用氨氮在碱性高温条件下的不稳定性，是氨氮从污水中分离。氨氮属于碱性物质，在碱性条件下加热时，氨氮会分解成氨气和水。利用离心风机吹脱，可以使氨气从水中分离。吹脱后的氨气进入吸收塔，副产物如硫酸铵等可以带来一部分经济效益。氨吹脱工艺的脱氮率很高，运行稳定，这是该工艺最大的优点。但是该工艺在运行时，需要调节PH至10左右，碱消耗量极大，而且需要加热至70-80℃，能耗极高，运行费用过高。运行带来的经济问题值得考虑。对于市政项目来说可行性不高。
（5）磁分离
磁分离技术是利用细磁粉加入助凝剂，反应过程中通过磁力分离机，去除水中的悬浮物质，部分COD及总磷等污染物的一种较为新型的处理方法。实验证明，该技术对于悬浮物处理效果很好，同时絮凝剂、助凝剂中的生物、化学成分对于磷的去除率也比较高。该工艺可以作为垃圾渗滤液处理工艺的预处理，但不能单独使用。
物化处理工艺的优点
运行稳定，可靠性高
处理效果好
自动化程度高
物化处理工艺的缺点
建设投资较高
运行成本高
对于操作运行人员素质要求较高
不能单独作为垃圾渗滤液处理的主工艺使用
4.3.2膜处理工艺
单独的膜处理也是物理处理的一种。在垃圾渗滤液处理领域，比较常用的膜处理工艺是NF+RO或者DTRO工艺。
DTRO工艺介绍
DT膜技术即碟管式膜技术，分为DTRO（碟管式反渗透）和DTNF（碟管式纳滤）两大类，是一种专利型膜分离设备。该技术是专门针对渗沥液处理开发的，1988年在德国政府的支持下，由ROCHEM公司研制成功。
它的膜组件构造与传统的卷式膜着截然不同，原液流道：碟管式膜组件具有专利的流道设计形式，采用开放式流道，料液通过入口进入压力容器中，从导流盘与外壳之间的通道流到组件的另一端，在另一端法兰处，料液通过8个通道进入导流盘中（如图2所示），被处理的液体以最短的距离快速流经过滤膜，然后180o逆转到另一膜面，再从导流盘中心的槽口流入到下一个导流盘（如图3所示），从而在膜表面形成由导流盘圆周到圆中心，再到圆周，再到圆中心的双”S”形路线，浓缩液最后从进料端法兰处流出。DT组件两导流盘之间的距离为4mm，导流盘表面有一定方式排列的凸点。这种特殊的水力学设计使处理液在压力作用下流经滤膜表面遇凸点碰撞时形成湍流，增加透过速率和自清洗功能，从而有效地避免了膜堵塞和浓度极化现象，成功地延长了膜片的使用寿命；清洗时也容易将膜片上的积垢洗净，保证碟管式膜组适用于处理高浑浊度和高含砂系数的废水，适应更恶劣的进水条件。
透过液流道：过滤膜片由两张同心环状反渗透膜组成，膜中间夹着一层丝状支架（如图5），使通过膜片的净水可以快速流向出口。这三层环状材料的外环用超声波技术焊接，内环开口，为净水出口。渗透液在膜片中间沿丝状支架流到中心拉杆外围的透过液通道，导流盘上的O型密封圈防止原水进入透过液通道(如图3)。如图4所示透过液从膜片到中心的距离非常短，且对于组件内所的过滤膜片均相等。
碟管式膜柱流道示意图
DT膜片和导流盘
DTRO工艺的优点如下：
出水水质好
反渗透膜对各项污染物都具有极高的去除率，出水水质好，对于出水水质要求不高的情况，可以使用纳滤膜；
出水稳定，受外界因素影响小
由于影响膜系统截留率的因素较少，所以系统出水水质很稳定，不受可生化性、炭氮比等因素的影响，对于处理不宜采用生化处理的老垃圾场渗沥液有着很大的优势；
运行灵活
DT膜系统作为一套物理分离设备，操作十分灵活，可以连续运行，也可间歇运行，还可以调整系统的串并联方式，来适应水质水量的要求；
建设周期短，调试、启动迅速
DT膜系统的建设主要为机械加工，附以配套的厂房、水池建设，规模很小，建设速度快。设备运抵现场后只需两周左右的时间安装调试工作就可完成；
自动化程度高，操作运行简便
DT膜系统为全自动式，整个系统设有完善的监测、控制系统，PLC可以根据传感器参数自动调节，适时发出报警信号，对系统形成保护，操作人员只需根据操作手册查找错误代码排除故障，对操作人员的经验没有过高的要求；
占地面积小
DT膜系统为集成式安装，附属构筑物及设施也是一些小型构筑物，占地面积很小；
可移動性能强
可以安装在集装箱内，也可以安装在厂房里，一个项目结束后可以移至其它项目继续使用。
运行费用低
在达到高水平的排放标准的前提下，相对于其它工艺，投资省、运行费用低。在同样可以达到一级标准的MBR＋单级RO和两级DTRO中，两级DTRO投资及运行费用要远低于MBR+RO。
DTRO工艺的缺点如下：
膜结垢和污染现象
垃圾渗滤液属于高污染型污水，成分极其复杂。即使前段进行了混凝沉淀，水中仍然存在大量胶体、腐殖质、金属离子、脂肪酸的大分子有机物。对于反渗透级别的膜组件（分离粒径1nm以下），孔径堵塞现象不可避免。
膜使用寿命短
如前所述，垃圾渗滤液水质的特性会导致膜组件结垢和堵塞，从而降低膜组件使用寿命。
组件不易维护
DT膜组件采用标准化设计，所有膜片均采用同一标准规格生产。如果膜片发生堵塞，更换膜片很方便。但是如果膜片发生损坏，污水会布满整个清水流道。在拆开膜组件后很难定位损坏的膜片。最终只能更换整个膜组件。
过滤膜片更换费用较高
如果需要对整个膜组件进行更换，更换费用较高。
DTRO膜组件在抗污堵方面明显优于传统的卷式膜，卷式膜在以上方面的缺点更为明显。
建立垃圾填埋场的最根本目的有三个：一是为了防止固体废弃物即生活垃圾污染土地环境；二是为了防止垃圾渗滤液这种高浓度、强毒性的污水污染水体；三是为了防止垃圾降解产生的臭气污染大气。单纯的膜处理工艺并没有使渗滤液中的污染物减量，只是通过物理截流使之与水分离。虽然保证了出水达标，但是会使污染物在库区内富集，增加了日后运行的隐患。
4.3.3综合处理工艺
综合处理工艺是一种生物处理与膜处理相结合的处理方法。垃圾渗滤液在进入系统后首先在生物处理阶段通过厌氧处理和好氧处理去除掉大部分可生化的污染物，这样不但确实有效的降低了污水中的污染物水平，而且为后续的精密过滤提供了条件，降低了膜系统的负荷。
工艺流程简述
垃圾填埋区产生的垃圾渗滤液经专用的收集管道汇入调节池，渗滤液在调节池中得到均质均量。在调节池中加入特殊的菌种及药剂，则在调节池中可产生厌氧和兼氧生化反应，可去除一部分的CODcr、BOD5和NH3-N。
从调节池中流出的渗滤液经不锈钢细格网分离固体杂质后进入格网池，后经泵提升至厌氧反应器。
通过厌氧反应器降解大部分有机物，然后进入A/O处理单元。
A/O处理单元的作用是降解氨氮，同时去除剩余的有机物。
MBR系统外置于A/O池，实现泥水分离。
MBR（UF）、NF、RO三级精细过滤系统保证出水达标。
厌氧反应器、A/O池产生的剩余污泥进入污泥浓缩他，经浓缩、脱水处理后的污泥由运输车辆送到填埋区填埋。污泥浓缩池上清液回流至调节池。
渗滤液首先经过厌氧处理，工艺中采用的厌氧处理装置为UASB或UBF，是一种成熟的高效厌氧反应器，反应器通过内部设置的布水系统，将进入的废水均匀的分配到整个反应器，每有利于废水与微生物充分的接触反应，接下来是反应区，反应区包括污泥床和污泥悬浮层区，是反应器的核心，当中的污泥可以以颗粒化形式或以絮状形式存在，颗粒化的污泥对去除效率影响最大。水流在布水器的作用下，均匀通过反应室内的污泥床层，进水中的底物与微生物充分接触而得以去除。其中的微生物种群在沿反应器长度上的不同隔室中顺次实现产酸相和产甲烷相分离，在反应区的中上部设有填料，通过其作用使污泥、出水、甲烷气体在各自形态作用下得以分离。
厌氧段具有以下的优点：
1）具有较高的有机负荷
2）耐负荷冲击能力强
3）简化工艺，节约投资成本和运行费用
4）提高了容积利用率。
因为考虑季节变化对渗滤液水量和水质的影响以及垃圾渗滤液在调节池内的消化过程，所以为了提高抗冲击能力，缩短调试阶段的时间，UBF比传统的UASB更具有优势，UBF相当于UASB+AF，UBF使用填料替代了UASB的三项分离器，使得气液分离速度更佳的快捷，最大限度的截流了厌氧活性污泥，提高整体的容积负荷操作起来更加的方便，在北方地区，UBF的抗冲击的优势更加明显。
厌氧出水进入A/O(反硝化/硝化)阶段,在这个处理单元内，高浓度的氨氮通过硝化后经高比例回流进入反硝化段，利用A/O进水的BOD作为碳源对高浓度的氨氮进行生物脱除，由于渗滤液氨氮浓度通常〉1000mg/L，因此本工艺投资大大低于MAP脱氮工艺，运行费用又大大低于吹脱塔工艺；大部分的COD和BOD在这个单元被生物去除，同时由于在反硝化段菌类降低了BOD，因此在脱氮的同时又降低了设备的容积负荷,进一步减少了投资成本。
A/O单元出水后，将会进入首阶段过滤单元：MBR，为了使A/O单元处理效率达到最高、投资成本降到最低以及更有效的保证出水的稳定性，使用了较先进的过滤技术：外置管式MBR超滤膜过滤技术，超滤膜可过滤分子量〉200的分子物质，外置设备占地面积小，外置超滤膜过滤压力较低，一般为0.6-0.8kg进水压力，通过截流作用提高生化反应池内的MLSS污泥浓度（可达到10000-12000mg/L），达到低污泥负荷、高容积负荷的效果，大大提高生物处理效率和氨氮的脱除率，对不可降解的腐殖质和超大分子的有机物进行了拦截，减少了剩余污泥的排放量；MBR出水COD可降至500-800左右，也节省二沉池的建设，节省了投资。
MBR的出水透明度已经较高，但仍然不能达到国家《生活垃圾填埋污染控制标准》（GB16889-2008）相应的排放标准，因此在进入最终的排放水体之前，使用更精细的过滤技术纳滤（NF），进一步将水进行深度过滤处理，NF可以截留分子量在80-200之间的分子物质，同时NF膜组件对2价离子态物质有非常明显的截流作用，通过试验结果表明NF膜组件对2价态离子的截流率可达到85%以上，尤其对易结垢离子。膜的物质分离作用很高，减轻了后续RO反渗透设备的工作压力，保证出水达标。同时在此单元内，我们采用多段过滤的排列方式，通过浓水回流增大单支膜组件的错流量，提高回收率后，此单元的回收率可达到90%左右。
分置式MBR反应器
NF的出水一般状况下可保证出水达标，但由于各地垃圾老龄化的时间和趋势不同，大中城市的垃圾混合收集方式决定了重金属含量的相应提升，由于在《生活垃圾填埋污染控制标准》（GB16889-2008）中规定了很多金属离子浓度的限量标准，所以我公司在设计时，NF出水后进入第三阶段过滤，RO反渗透单元，对金属离子进行截流，保证重金属排放合格，反渗透膜可过滤分子量80以下的分子物质，NF及RO的串联综合回收率不低于70%，并联综合回收率不低于95%。
处理效果表格
说明：数值为经各处理单元处理后的出水指标，单位：mg/l
综合处理工艺的优点
能有效的将渗滤液实现减量化、无害化、资源化
能抵抗一定的冲击负荷
运行成本低
占地面积小
二次污染少
综合处理工艺的缺点
投资相对较高
建设及调试周期较长
对于我国北方地区的长期冬季气温较低的天气条件不适应
4.4工艺方案技术经济指标比较
表4-1工艺方案技术经济指标比较表（经济指标以150m3/d处理能力进行比较）
5 结论
综合考虑出水水质、占地面积、基建费用、运行成本、运行管理等因素，对上述3种工艺进行比较，都能满足垃圾填埋场小型污水处理站选型要求，但是各种工艺出水水质与运行成本互相制约，无法同时达到让人满意的要求。垃圾填埋场是市政项目，也是政府公益性建设项目，而污水处理工程是个长期的工程，要不断的投入才能达到让人满意的效果，运行成本则成为制约垃圾渗滤液处理发展的首要因素。对于那些污水处理站运行成本高的项目，各级政府及主管部门对污水处理站的扶持和投入不大，很难充分发挥污水处理站作用，有的甚至成为“建得起，用不起”的样品，或是在建设之处就不想以后的运营，是响应号召的形象工程。因此，污水处理成本将成为垃圾填埋场污水处理建设首要考虑的问题，不能增加当地主管部门的负担，更不能浪费国家资金建了不用。但对于重要的水源地，不能以牺牲水质为代价而降低污水的处理成本，所以，必须具体情况具体分析，使水质和运行成本能达到一个很好的平衡点。总体来讲，充分认识渗滤液的特点，结合当地实际情况，因地制宜得采用先进、稳定、高效的工艺技术至关重要。
参考文献
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关键词：垃圾渗滤液物化法 膜综合处理
中图分类号：R124.3 文献标识码：A 文章编号：
一、绪论
城市垃圾填埋场渗滤液的处理一直是填埋场设计、运行和管理中非常棘手的问题。渗滤液是液体在填埋场重力流动的产物，主要来源于降水和垃圾自身分解。由于液体在流动过程中有许多因素可能影响到渗滤液的性质，包括物理因素、化学因素以及生物因素等，所以渗滤液的性质在一个相当大的范围内变动。一般来说，其pH值在4～9之间，COD在2000～60000mg/L的范围内，BOD5从60～45000mg/L，氨氮浓度是普通市政污水的几十倍甚至更高。城市垃圾填埋场渗滤液是一种成分复杂的高浓度有机废水，若不加处理而直接排入环境，会造成严重的环境污染。以保护环境为目的，对渗滤液进行处理是必不可少的。
二、 垃圾渗滤液简介
垃圾渗滤液是指垃圾在压实、腐败等过程中产生的污水。其主要来源分为三个部分,即生活垃圾本身含有的和压实、填埋等过程中发生厌氧生物反应生成的水份；垃圾场区内的雨水汇集和浅层地表渗流水。垃圾成分的多样性造成了垃圾渗滤液成份复杂，含有许多有毒有害的有机化合物和重金属。此外，垃圾渗滤液有机物浓度和氨氮浓度均很高,属于典型的难处理高浓度污水。
下图为某垃圾场渗滤液调节池中的垃圾渗滤液
总体来说，垃圾渗滤液的特点如下：
（1）渗滤液中污染物浓度高。
COD可达到几万mg/L；NH3-N浓度高，初期一般为几百mg/L，后期可达几千mg/L。C、N、P比例严重失调，难生物降解的有机物含量高。且成分复杂分为以下3种：①低分子量的脂肪酸；②中等分子量的灰黄霉酸类物质；③高分子量的碳水化合物质、腐殖质类。其中腐殖质具有抵抗微生物降解的能力。
（2）随着填埋时间的延长，渗滤液水质存在很大差异。
主要表现为可生化性逐渐变差，氨氮浓度明显增加，越来越难以处理。新建填埋场的BOD5/CODCr的比值高于0.4，可生化性较好。随着填埋时间的增加， BOD5浓度下降。7～8年后BOD5/CODCr的比值降至0.2左右，可生化性较差。同时氨氮浓度逐渐升高，严重抑制和降低了生物处理中微生物的活性。
（3）垃圾渗滤液中的营养元素比例失调：
由于氨氮含量高，C/N的比值经常出现失调的情况；渗滤液中磷含量很低，特别是溶解性磷酸盐浓度更低。对于生化处理，污水中适宜的营养元素比例是BOD5：N：P=100：5：1，而一般的垃圾渗滤液中BOD5/TP的比值大于300，比值与微生物所需要的碳磷比 （100：1）相差很远。因此在渗滤液处理中往往缺乏磷元素，有时需要加以补给；随着年份的推进,垃圾老龄化的现象日益明显,具体表现为氨氮的浓度增高，而BOD的值明显下降，造成了在生物脱氮的过程中碳源不足的问题，系统运行8年左右时候需要补充碳源。
（4）垃圾渗滤液水质复杂
渗滤液中除COD、BOD、NH3-N等污染物指标严重超标外，还有卤代芳烃、金属离子如钙、镁、铁、锌、六价铬等，其中重金属主要有：镉（Cd）、镍（Ni）、锌（Zn）、铜（Cu）、铬（Cr）、和铅（Pb）等由于国内垃圾不像国外某些城市那样经过严格的分类和筛选，所以国内城市垃圾渗滤液的金属离子浓度较高。其中铁浓度可高达2050mg/L,铅的浓度可达12.3mg/L,锌的浓度可达130mg/L,钙的浓度可达4300mg/L。而微生物对重金属的去除是有限的,必须采用其它物理、化学的方法才能有效的解决重金属含量高的问题。
（5）渗滤液水质、水量受季节性影响较大。
三、 垃圾渗滤液处理工艺选择的原则
选择合理的渗滤液处理工艺技术是十分重要的。只有选择得当，才能使渗滤液处理工程的处理效果好，运行管理方便，节省投资成本和运行费用。渗滤液处理工艺的选择，首先需要适应污水进水水质、出水水质要求以及当地温度、工程地质、环境等条件，然后综合考虑工艺的可靠性、成熟性、适用性、去除污染物的效率、投资省、操作管理简单、运行费用低等多因素，选择最优的工艺方案。选择合适的工艺需要遵循以下几点：
（1） 符合国家相关部门环境保护政策和相关法律法规、标准及规范；
（2）能够实现污染物减量化、无害化、资源化的工艺，真正的彻底的减小、消除污染物对环境的危害。
（3）工艺技术先进、高效节能，处理效率高，出水稳定达标；
（4）处理设施安全、成熟，并尽量减少工程投资成本，降低运行费用；
（5）充分考虑垃圾场地理偏远的特点，最大限度地降低操作管理和维修技术难度；
（6） 污水处理设施具有较强的抗水量、水质冲击负荷能力；
（7）污水处理设施运行时尽量减少臭气及噪声等二次污染；
（8）优先选择国内先进、可靠、高效、成熟的污水处理专用设备。
四、渗滤液处理工艺比选
4.1 渗滤液处理出水水质要求
根据中华人民共和国环境保护部2008年7月1日起实施的《生活垃圾填埋场污染控制标准》（GB16889-2008）规定：
现有和新建生活垃圾填埋场水污染物排放浓度限值
4.2 工艺初选
以前采用的自然降解净化法因对环境污染严重，已不允许再使用。目前主要采用人工降解净化法，它利用渗滤液的可生化性，通过人工设置的设施、设备，让渗滤液通过厌氧、好氧以及静置、沉淀等方法得到净化，达到有效地消除渗滤液对环境的污染的目的。垃圾渗滤液的处理是城市生活垃圾卫生填埋工程必不可少的部分，目前常用的渗滤液处理工艺主要分为几个方向：生物法，物理化学法，膜法，综合处理法。
垃圾渗滤液的生物处理
垃圾渗滤液的生物处理主要是指依靠处理系统中的微生物的新陈代谢作用以及微生物絮体对污染物的吸附作用来去除渗滤液中的有机污染物的废水处理方法，按照处理过程中氧气含量的多少，可分为厌氧处理和好氧处理两种。
目前，国内外处理垃圾渗滤液主要为生物处理方法，生物方法对于易生物降解的废水可以有很好的去除效果，而且工艺比较成熟，运行费用较为低廉。但对于浓度高、可生化性差的废水，常规方法存在一定局限性。
垃圾渗滤液的物化处理
物化处理方法主要是利用物理和化学手段去除污水中的污染物，其主要运用于渗滤液处理中的方法有：气浮、吹脱、活性炭吸附、化学沉淀、密度分离、氧化还原、汽提等多种方法。和生物法相比，物化法受水质、水量变化影响小，出水水质稳定，尤其对BOD/COD较低而难以生物处理的垃圾渗滤液有较好的处理效果。由于物化法处理费用较高，一般用于渗滤液预处理或深度处理。
垃圾滲滤液的膜处理
膜法包括：超滤膜（UF）、纳滤膜（NF）和反渗透（RO）等，主要优点是：一是过滤精度比较高，膜的孔径比较小，能去除细菌、微生物、溶解盐等。目前在海水淡化，纯净水、高纯水、物料分离、浓缩中广为应用。二是运行不容易受环境的影响。
但膜技术也有其不足之处：第一处理污染物浓度较高的废水时其运行压力高，能耗大。第二膜法是纯粹的物理分离 ，它只能把水和污染物分离，而不能降解污染物，其浓缩物更难以处理。
综合处理法
结合了生物处理法和膜处理法，是一种目前国内比较常用、比较成熟的处理工艺。工艺前端采用生物处理降解污水中可生化有机物，降低水中污染物浓度，同时减轻后续工艺中膜产品的负担；后段的组合膜处理工艺通过精细过滤达到排放水质要求。
根据垃圾渗滤液污染物浓度高的特点，综合处理法前端的生物处理段一般采用厌氧反应器和好氧池结合的方式，通过好氧池回流脱氮。
厌氧处理法以厌氧反应器的应用最为广泛，目前实际用于生产的主要有普通厌氧反应器、升流式厌氧污泥床(UASB)、内循环厌氧反应器（IC）、厌氧流化床反应器、厌氧固定床反应器(厌氧滤池AF)、厌氧旋转接触反应器以及上述反应器的组合型如厌氧复合反应器(UBF)等 。
好氧处理法主要有A/O-MBR生化反应池法、A/O法，MBR法、生物膜法等，目前常用的好氧法主要为具有延时曝气功能的A/O-MBR生化反应池与MBR法。
该工艺在充分利用生化处理能够比较彻底的降解有机物的特点，可以最大限度的降解污染物，使其减量化，特别是厌氧反应产生的生物气体是一种比较环保的能源，这样就是污染物资源化。同时，利用膜法可以有效的保证出水的水质，特别是对于垃圾渗滤液这种污染物含量较高的废水。
采用该工艺处理高浓度的垃圾渗滤液是较为可行的技术路线，CODCr、BOD5、氨氮和色度的去除率均很高，完全可以达到有关的排放标准。该工艺是目前不管在国外还是在国内应用最多的，工程经验比较丰富的渗滤液处理方法。
经上节初步分析，我们初步选择3种具体污水处理工艺方案进行进一步的技术经济指标比选，以确定在不同的环境下选择最佳的工艺方案。
（1）物理化学处理工艺
（2）膜处理工艺
（3）综合处理工艺
4.3 工艺方案介绍
4.3.1物理化学工艺
物化法过去只用在处理填埋时间较长的单元中排出的渗沥液 ，而今随着渗沥液控制排放标准的日益严格，物化法也用来处理新鲜的渗沥液。物化法包括絮凝沉淀、活性炭吸附、膜分离和化学氧化法等。
（1）化学氧化法
该工艺不适用于单独处理渗沥液，一般用在生物预处理之后，原理为采用强氧化剂对废水中的污染物进行强氧化，用来氧化去除那些被生物不能或难以降解的COD和部分的有毒物质。化学氧化过程一般不产生需再处置的剩余物。常用的化学氧化剂有氯气、次氯酸钠，双氧水和臭氧等。该工艺常用于废水的消毒处理，和有机物的氧化，由于投加药剂量很高而带来经济问题。
（2）絮凝、沉淀
该法用在生物处理后对经过生物处理的渗沥液 进行絮凝和沉降以去除那些难生物降解的COD、重金属和聚合物等。絮凝沉淀工艺的不足之处是会产生大量的化学污泥；含盐量高；氨氮的去除率较低等。所以絮凝沉淀工艺在选用时要慎重考虑。
（3）活性炭吸附
不做單独的处理手段，也可去除污水中的有机物。一般用于对於出水要求极高的后续处理，但会导致运行费用增加，如使用过的活性炭再生重复使用，就成为固体剩余物，造成二次污染，并且该工艺的费用较高。
（4）氨吹脱
氨吹脱法为传统的脱氮工艺。工作原理是利用氨氮在碱性高温条件下的不稳定性，是氨氮从污水中分离。氨氮属于碱性物质，在碱性条件下加热时，氨氮会分解成氨气和水。利用离心风机吹脱，可以使氨气从水中分离。吹脱后的氨气进入吸收塔，副产物如硫酸铵等可以带来一部分经济效益。氨吹脱工艺的脱氮率很高，运行稳定，这是该工艺最大的优点。但是该工艺在运行时，需要调节PH至10左右，碱消耗量极大，而且需要加热至70-80℃，能耗极高，运行费用过高。运行带来的经济问题值得考虑。对于市政项目来说可行性不高。
（5）磁分离
磁分离技术是利用细磁粉加入助凝剂，反应过程中通过磁力分离机，去除水中的悬浮物质，部分COD及总磷等污染物的一种较为新型的处理方法。实验证明，该技术对于悬浮物处理效果很好，同时絮凝剂、助凝剂中的生物、化学成分对于磷的去除率也比较高。该工艺可以作为垃圾渗滤液处理工艺的预处理，但不能单独使用。
物化处理工艺的优点
运行稳定，可靠性高
处理效果好
自动化程度高
物化处理工艺的缺点
建设投资较高
运行成本高
对于操作运行人员素质要求较高
不能单独作为垃圾渗滤液处理的主工艺使用
4.3.2膜处理工艺
单独的膜处理也是物理处理的一种。在垃圾渗滤液处理领域，比较常用的膜处理工艺是NF+RO或者DTRO工艺。
DTRO工艺介绍
DT膜技术即碟管式膜技术，分为DTRO（碟管式反渗透）和DTNF（碟管式纳滤）两大类，是一种专利型膜分离设备。该技术是专门针对渗沥液处理开发的，1988年在德国政府的支持下，由ROCHEM公司研制成功。
它的膜组件构造与传统的卷式膜着截然不同，原液流道：碟管式膜组件具有专利的流道设计形式，采用开放式流道，料液通过入口进入压力容器中，从导流盘与外壳之间的通道流到组件的另一端，在另一端法兰处，料液通过8个通道进入导流盘中（如图2所示），被处理的液体以最短的距离快速流经过滤膜，然后180o逆转到另一膜面，再从导流盘中心的槽口流入到下一个导流盘（如图3所示），从而在膜表面形成由导流盘圆周到圆中心，再到圆周，再到圆中心的双”S”形路线，浓缩液最后从进料端法兰处流出。DT组件两导流盘之间的距离为4mm，导流盘表面有一定方式排列的凸点。这种特殊的水力学设计使处理液在压力作用下流经滤膜表面遇凸点碰撞时形成湍流，增加透过速率和自清洗功能，从而有效地避免了膜堵塞和浓度极化现象，成功地延长了膜片的使用寿命；清洗时也容易将膜片上的积垢洗净，保证碟管式膜组适用于处理高浑浊度和高含砂系数的废水，适应更恶劣的进水条件。
透过液流道：过滤膜片由两张同心环状反渗透膜组成，膜中间夹着一层丝状支架（如图5），使通过膜片的净水可以快速流向出口。这三层环状材料的外环用超声波技术焊接，内环开口，为净水出口。渗透液在膜片中间沿丝状支架流到中心拉杆外围的透过液通道，导流盘上的O型密封圈防止原水进入透过液通道(如图3)。如图4所示透过液从膜片到中心的距离非常短，且对于组件内所的过滤膜片均相等。
碟管式膜柱流道示意图
DT膜片和导流盘
DTRO工艺的优点如下：
出水水质好
反渗透膜对各项污染物都具有极高的去除率，出水水质好，对于出水水质要求不高的情况，可以使用纳滤膜；
出水稳定，受外界因素影响小
由于影响膜系统截留率的因素较少，所以系统出水水质很稳定，不受可生化性、炭氮比等因素的影响，对于处理不宜采用生化处理的老垃圾场渗沥液有着很大的优势；
运行灵活
DT膜系统作为一套物理分离设备，操作十分灵活，可以连续运行，也可间歇运行，还可以调整系统的串并联方式，来适应水质水量的要求；
建设周期短，调试、启动迅速
DT膜系统的建设主要为机械加工，附以配套的厂房、水池建设，规模很小，建设速度快。设备运抵现场后只需两周左右的时间安装调试工作就可完成；
自动化程度高，操作运行简便
DT膜系统为全自动式，整个系统设有完善的监测、控制系统，PLC可以根据传感器参数自动调节，适时发出报警信号，对系统形成保护，操作人员只需根据操作手册查找错误代码排除故障，对操作人员的经验没有过高的要求；
占地面积小
DT膜系统为集成式安装，附属构筑物及设施也是一些小型构筑物，占地面积很小；
可移動性能强
可以安装在集装箱内，也可以安装在厂房里，一个项目结束后可以移至其它项目继续使用。
运行费用低
在达到高水平的排放标准的前提下，相对于其它工艺，投资省、运行费用低。在同样可以达到一级标准的MBR＋单级RO和两级DTRO中，两级DTRO投资及运行费用要远低于MBR+RO。
DTRO工艺的缺点如下：
膜结垢和污染现象
垃圾渗滤液属于高污染型污水，成分极其复杂。即使前段进行了混凝沉淀，水中仍然存在大量胶体、腐殖质、金属离子、脂肪酸的大分子有机物。对于反渗透级别的膜组件（分离粒径1nm以下），孔径堵塞现象不可避免。
膜使用寿命短
如前所述，垃圾渗滤液水质的特性会导致膜组件结垢和堵塞，从而降低膜组件使用寿命。
组件不易维护
DT膜组件采用标准化设计，所有膜片均采用同一标准规格生产。如果膜片发生堵塞，更换膜片很方便。但是如果膜片发生损坏，污水会布满整个清水流道。在拆开膜组件后很难定位损坏的膜片。最终只能更换整个膜组件。
过滤膜片更换费用较高
如果需要对整个膜组件进行更换，更换费用较高。
DTRO膜组件在抗污堵方面明显优于传统的卷式膜，卷式膜在以上方面的缺点更为明显。
建立垃圾填埋场的最根本目的有三个：一是为了防止固体废弃物即生活垃圾污染土地环境；二是为了防止垃圾渗滤液这种高浓度、强毒性的污水污染水体；三是为了防止垃圾降解产生的臭气污染大气。单纯的膜处理工艺并没有使渗滤液中的污染物减量，只是通过物理截流使之与水分离。虽然保证了出水达标，但是会使污染物在库区内富集，增加了日后运行的隐患。
4.3.3综合处理工艺
综合处理工艺是一种生物处理与膜处理相结合的处理方法。垃圾渗滤液在进入系统后首先在生物处理阶段通过厌氧处理和好氧处理去除掉大部分可生化的污染物，这样不但确实有效的降低了污水中的污染物水平，而且为后续的精密过滤提供了条件，降低了膜系统的负荷。
工艺流程简述
垃圾填埋区产生的垃圾渗滤液经专用的收集管道汇入调节池，渗滤液在调节池中得到均质均量。在调节池中加入特殊的菌种及药剂，则在调节池中可产生厌氧和兼氧生化反应，可去除一部分的CODcr、BOD5和NH3-N。
从调节池中流出的渗滤液经不锈钢细格网分离固体杂质后进入格网池，后经泵提升至厌氧反应器。
通过厌氧反应器降解大部分有机物，然后进入A/O处理单元。
A/O处理单元的作用是降解氨氮，同时去除剩余的有机物。
MBR系统外置于A/O池，实现泥水分离。
MBR（UF）、NF、RO三级精细过滤系统保证出水达标。
厌氧反应器、A/O池产生的剩余污泥进入污泥浓缩他，经浓缩、脱水处理后的污泥由运输车辆送到填埋区填埋。污泥浓缩池上清液回流至调节池。
渗滤液首先经过厌氧处理，工艺中采用的厌氧处理装置为UASB或UBF，是一种成熟的高效厌氧反应器，反应器通过内部设置的布水系统，将进入的废水均匀的分配到整个反应器，每有利于废水与微生物充分的接触反应，接下来是反应区，反应区包括污泥床和污泥悬浮层区，是反应器的核心，当中的污泥可以以颗粒化形式或以絮状形式存在，颗粒化的污泥对去除效率影响最大。水流在布水器的作用下，均匀通过反应室内的污泥床层，进水中的底物与微生物充分接触而得以去除。其中的微生物种群在沿反应器长度上的不同隔室中顺次实现产酸相和产甲烷相分离，在反应区的中上部设有填料，通过其作用使污泥、出水、甲烷气体在各自形态作用下得以分离。
厌氧段具有以下的优点：
1）具有较高的有机负荷
2）耐负荷冲击能力强
3）简化工艺，节约投资成本和运行费用
4）提高了容积利用率。
因为考虑季节变化对渗滤液水量和水质的影响以及垃圾渗滤液在调节池内的消化过程，所以为了提高抗冲击能力，缩短调试阶段的时间，UBF比传统的UASB更具有优势，UBF相当于UASB+AF，UBF使用填料替代了UASB的三项分离器，使得气液分离速度更佳的快捷，最大限度的截流了厌氧活性污泥，提高整体的容积负荷操作起来更加的方便，在北方地区，UBF的抗冲击的优势更加明显。
厌氧出水进入A/O(反硝化/硝化)阶段,在这个处理单元内，高浓度的氨氮通过硝化后经高比例回流进入反硝化段，利用A/O进水的BOD作为碳源对高浓度的氨氮进行生物脱除，由于渗滤液氨氮浓度通常〉1000mg/L，因此本工艺投资大大低于MAP脱氮工艺，运行费用又大大低于吹脱塔工艺；大部分的COD和BOD在这个单元被生物去除，同时由于在反硝化段菌类降低了BOD，因此在脱氮的同时又降低了设备的容积负荷,进一步减少了投资成本。
A/O单元出水后，将会进入首阶段过滤单元：MBR，为了使A/O单元处理效率达到最高、投资成本降到最低以及更有效的保证出水的稳定性，使用了较先进的过滤技术：外置管式MBR超滤膜过滤技术，超滤膜可过滤分子量〉200的分子物质，外置设备占地面积小，外置超滤膜过滤压力较低，一般为0.6-0.8kg进水压力，通过截流作用提高生化反应池内的MLSS污泥浓度（可达到10000-12000mg/L），达到低污泥负荷、高容积负荷的效果，大大提高生物处理效率和氨氮的脱除率，对不可降解的腐殖质和超大分子的有机物进行了拦截，减少了剩余污泥的排放量；MBR出水COD可降至500-800左右，也节省二沉池的建设，节省了投资。
MBR的出水透明度已经较高，但仍然不能达到国家《生活垃圾填埋污染控制标准》（GB16889-2008）相应的排放标准，因此在进入最终的排放水体之前，使用更精细的过滤技术纳滤（NF），进一步将水进行深度过滤处理，NF可以截留分子量在80-200之间的分子物质，同时NF膜组件对2价离子态物质有非常明显的截流作用，通过试验结果表明NF膜组件对2价态离子的截流率可达到85%以上，尤其对易结垢离子。膜的物质分离作用很高，减轻了后续RO反渗透设备的工作压力，保证出水达标。同时在此单元内，我们采用多段过滤的排列方式，通过浓水回流增大单支膜组件的错流量，提高回收率后，此单元的回收率可达到90%左右。
分置式MBR反应器
NF的出水一般状况下可保证出水达标，但由于各地垃圾老龄化的时间和趋势不同，大中城市的垃圾混合收集方式决定了重金属含量的相应提升，由于在《生活垃圾填埋污染控制标准》（GB16889-2008）中规定了很多金属离子浓度的限量标准，所以我公司在设计时，NF出水后进入第三阶段过滤，RO反渗透单元，对金属离子进行截流，保证重金属排放合格，反渗透膜可过滤分子量80以下的分子物质，NF及RO的串联综合回收率不低于70%，并联综合回收率不低于95%。
处理效果表格
说明：数值为经各处理单元处理后的出水指标，单位：mg/l
综合处理工艺的优点
能有效的将渗滤液实现减量化、无害化、资源化
能抵抗一定的冲击负荷
运行成本低
占地面积小
二次污染少
综合处理工艺的缺点
投资相对较高
建设及调试周期较长
对于我国北方地区的长期冬季气温较低的天气条件不适应
4.4工艺方案技术经济指标比较
表4-1工艺方案技术经济指标比较表（经济指标以150m3/d处理能力进行比较）
5 结论
综合考虑出水水质、占地面积、基建费用、运行成本、运行管理等因素，对上述3种工艺进行比较，都能满足垃圾填埋场小型污水处理站选型要求，但是各种工艺出水水质与运行成本互相制约，无法同时达到让人满意的要求。垃圾填埋场是市政项目，也是政府公益性建设项目，而污水处理工程是个长期的工程，要不断的投入才能达到让人满意的效果，运行成本则成为制约垃圾渗滤液处理发展的首要因素。对于那些污水处理站运行成本高的项目，各级政府及主管部门对污水处理站的扶持和投入不大，很难充分发挥污水处理站作用，有的甚至成为“建得起，用不起”的样品，或是在建设之处就不想以后的运营，是响应号召的形象工程。因此，污水处理成本将成为垃圾填埋场污水处理建设首要考虑的问题，不能增加当地主管部门的负担，更不能浪费国家资金建了不用。但对于重要的水源地，不能以牺牲水质为代价而降低污水的处理成本，所以，必须具体情况具体分析，使水质和运行成本能达到一个很好的平衡点。总体来讲，充分认识渗滤液的特点，结合当地实际情况，因地制宜得采用先进、稳定、高效的工艺技术至关重要。
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