综述：危险垃圾渗滤液：综合处理策略、监管框架和循环经济视角

《Ecotoxicology and Environmental Safety》：Hazardous landfill leachate: Integrated treatment strategies, regulatory frameworks, and circular economy perspectives

这篇综述系统评估了垃圾渗滤液(LL)的复杂性与处理挑战，主张采用膜生物反应器(MBR)与先进氧化工艺(AOPs)等集成系统，并强调在循环经济框架下实现污染物去除与资源(水、营养物、能源)回收的协同。文章指出，尽管MBR和反渗透(RO)等高级系统出水质量高，但其可持续性常受高能耗和二次废物流限制；而结合生物处理与深度净化步骤的混合系统更具成本效益与环境友好性。最后呼吁未来研究应优先开发低能耗混合工艺，并整合实时生态毒理学监测，以实现零液体排放和可持续的LL管理。

　　

引言

垃圾渗滤液(LL)是一种复杂的危险废水，产生于水渗滤通过城市固体废物的过程，其组成受垃圾填埋场年龄、废物成分和气候条件等因素影响而动态变化。LL中含有有机物(OM)、铵(NH₄⁺)、重金属(HMs)和持久性外源性化合物等。LL的无控释放会通过污染地下水和地表水，对生态系统完整性和公众健康构成严重风险，因此有效的LL处理对于可持续废物管理和环境保护至关重要。

垃圾填埋场附近的土壤持续显示出镉(Cd)、铅(Pb)、镍(Ni)、锌(Zn)、砷(As)和铬(Cr)等金属含量升高，通常超出背景值或指导值，表明存在中度至重度污染。长期研究表明，受LL影响的森林和农业土壤，其土壤团聚体稳定性、常量营养素(氮、磷、钾、钙)、微生物和酶活性以及土壤动物丰度均逐渐丧失，这表明土壤健康在数十年间出现了累积性退化。此外，LL还是抗生素耐药细菌、抗生素耐药基因和其他新污染物的一个重要储存库，这些物质可以渗透到土壤和地下水中，改变环境微生物组，并促进向人类病原体的水平基因转移。

渗滤液的表征及影响因素

LL的表征始于全面的采样方案。采样方法设计不当（如不频繁的瞬时采样、井洗不足或保存运输不规范）会引入重大偏差，掩盖峰值负荷，并破坏风险评估所需的数据完整性，最终可能导致处理系统设计不当。垃圾填埋场的年龄是LL组成变化的主要驱动力。在填埋早期，年轻的LL通常呈黑色、有气味，pH值低，且具有较高的五日生化需氧量与化学需氧量比值(BOD₅/COD >0.5)，这是由于存在丰富的、易于生物降解的有机物质。随着LL成熟，生化过程消耗了易降解的有机部分，导致其组成发生根本性转变：BOD水平显著下降，BOD/COD比值降低(<0.1)，pH值上升，且NH₄⁺和顽固性腐殖质浓度增加。这种向生物难降解成分的转变，使得处理策略必须相应调整。例如，成熟LL中高pH下的游离氨(NH₃)浓度会严重抑制硝化细菌，使得传统的硝化-反硝化过程失效，通常需要在生物脱氮前进行空气吹脱等物理化学预处理。

除了内在的年龄和废物类型因素外，外在条件也显著影响LL的产生和组成。降水量大的地区会产生更多的LL，这可能稀释污染物浓度，但也增加了需要管理的总污染物负荷。较高的温度会加速填埋场内的生化过程，增加LL产率并改变其有机组成。现代填埋场设计，如带有衬层和渗滤液收集系统，旨在最大限度地减少废物与地下水的直接接触，从而减少LL的产生并降低污染风险。

LL处理技术

LL处理技术大致可分为常规方法和先进方法。常规生物处理（如活性污泥法、厌氧消化）对于可生物降解的有机负荷（高BOD/COD比）有效且运行成本低，但对于成熟或稳定化LL中的顽固性化合物和复杂化学成分往往力不从心。物理化学方法，如膜过滤、吸附和高级氧化工艺(AOPs)，能有效对抗难降解污染物，但通常会导致运营成本升高，并可能产生二次废物流。

先进处理方法

集成多种处理工艺的混合系统已成为一种有前景的解决方案，以提高处理效果、成本效益和环境绩效。

膜生物反应器(MBRs)

MBRs通过结合生物处理和膜分离，改善了系统稳定性，并减少了与传统配置相比的环境影响。它们适用于有机物丰富且空间有限的LL处理，可实现较高的BOD(85–95%)和COD(70–85%)去除率。然而，膜污染是MBR面临的主要挑战，由可溶性微生物产物(SMPs)和胞外聚合物(EPS)积累引起，导致运行和维护成本增加。

先进的膜过滤技术

超滤(UF)、纳滤(NF)和反渗透(RO)等膜技术基于分子大小和电荷提供选择性分离。UF主要去除悬浮固体和胶体，用作NF或RO的预处理以减轻膜污染。NF可去除二价离子(如Ca²⁺、Mg²⁺)和有机大分子，是中等污染LL部分脱盐的有效选择。RO使用最致密的膜，能有效截留单价离子、低分子量有机物和痕量污染物，对溶解固体、HMs和COD的去除率通常超过95–99%，是实现严格排放标准或生产回用水的关键。然而，RO能耗高(4–8 kWh/m³)，并会产生占进水量15–30%的浓缩液，带来了重大的处置挑战。膜污染是所有这些膜工艺面临的共同挑战。

高级氧化工艺(AOPs)

AOPs通过产生活性物种（如羟基自由基，•OH）来非选择性地降解多种难降解有机污染物，主要包括芬顿法、臭氧氧化、光催化和电化学氧化。

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  芬顿工艺：利用亚铁离子(Fe²⁺)和过氧化氢(H₂O₂)生成•OH。尽管对难降解有机物有效(COD去除率75–90%)，但需要在酸性pH值(2.5–3.5)下运行，并会产生含铁污泥，增加了操作的复杂性和处置成本。
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  臭氧氧化法：使用臭氧(O₃)直接氧化污染物，对去除颜色(80–90%)、气味和提高难降解有机物的生物降解性特别有效。但其应用能耗高，且可能产生氧化副产物（如含溴LL中的溴酸盐）。
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  光催化法：通常使用半导体材料（如TiO₂）在光照射下产生活性氧。虽然实验室研究显示出前景（对真实LL样品的顽固性COD矿化率高达86%），但由于催化剂污染、LL基质中光穿透效率低以及反应动力学慢，放大应用受到限制。
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  电化学氧化法：通过在阳极直接电子转移或间接通过电生反应物种（如活性氯、•OH）降解污染物。对NH₃去除(高达90%)和COD削减(75–95%)非常有效，但高能耗（特别是对于导电性LL）、电极污染和耐用性问题限制了其广泛应用。

监管框架对技术选择的影响

全球和国家法规为LL的收集、处理和排放设定了基线要求。欧盟和美国等发达地区通常强制要求多阶段处理方法（例如，MBR后接RO或AOP），以实现严格的排放标准，尽管资本支出和运营成本较高。相比之下，处于发展中的经济体可能优先考虑具有成本效益的生物方法或混凝-絮凝，反映了环境治理的不同阶段和现实经济考量。

迈向可持续管理与循环经济

当前的趋势正从简单的污染物去除转向综合、可持续的管理。未来的研究方向应优先开发低能耗的混合工艺，并与实时生态毒理学监测相结合，以实现零液体排放，并推进能够有效减轻环境和人类健康风险的可持续LL管理。将处理策略与循环经济原则相结合，强调了同时进行污染物去除和资源（水、养分、能源）回收的潜力。尽管MBR和RO等先进系统实现了高效的污染物去除和高质量的出水，但技术经济和生命周期评估表明，其可持续性常因巨大的能源需求和二次废物流的产生而受到削弱。相比之下，采用生物过程进行主体去除，随后进行深度净化步骤的混合系统，为成本效益高且环境友好的管理提供了更平衡的途径。