城市垃圾渗滤液的研究进展:综述了其特性、处理技术和毒性评估外文翻译资料

 2023-01-07 15:44:57

城市垃圾渗滤液的研究进展:综述了其特性、处理技术和毒性评估

摘要：目前，填埋是消除城市固体废物最常见的方法，但一个主要缺点是产生严重污染的渗滤液。这些渗滤液在排入环境前必须经过适当处理。一般来说，渗滤液的COD、BOD/COD比值和填埋年龄等特性是选择合适处理工艺的必要决定因素。需要快速、灵敏和经济有效的生物测定来评估处理前后渗滤液的毒性。本文综述了渗滤液处理方法和渗滤液毒性评价方面的研究进展。单独的生物或物理化学处理不能满足严格的出水准则，而生物和物理化学联合处理可以获得满意的COD和氨氮去除率。为了评估渗滤液对不同营养有机体的毒性影响，我们需要根据它们对各种毒物的敏感性开发一种适当的生物测定基质，并利用代表不同营养级别的有机体开发一种多物种方法。在这方面，减少处理过的渗滤液的毒性将有助于评估具体补救战略的有效性。

关键词：垃圾填埋场渗滤液； 城市固体垃圾； 生物过程；物理化学进程；毒性评估

  1. 引言

由于处置过程中严重的环境和经济问题，不断增加的城市固体废物(MSW)已成为我们社会的巨大负担(Bai and Sutanto, 2002;Chen et al.，2010;Luo et al.，2019b)。与焚烧和堆肥等其他技术相比，卫生填埋是一种相对方便、廉价、广泛使用的城市生活垃圾管理方法(Luo et al.， 2017;Renou et al.,2008)。据认为，全球收集的城市生活垃圾中有高达95%被填埋(Gao et al.， 2015a)。陆地处置设施通常会产生一些风险，因为在陆地上或陆地上处置危险废物不可避免地会导致危险成分向环境释放。尽管现代垃圾填埋场都是经过精心设计的设施，旨在消除或尽量减少废物的不利影响，但渗滤液的产生仍然是垃圾填埋场的一个主要问题，因为这些渗滤液可能对土壤、地表水和地下水构成重大威胁(Kjeldsen et al.，2002;Luo et al.，2019a;Yan et al.，2015)。在渗滤液特征中，填埋场的年龄被认为是控制渗滤液组成的决定性因素，因为随着填埋场趋于稳定，几个参数(如COD、BOD/COD比值和氨氮)会发生显著变化(Kjeldsen et al.，2002;Kulikowska and Klimiuk, 2008)。为了符合不同国家日益严格的排放标准，各种类型的垃圾渗滤液处理方法已被探索，包括生物和物理化学技术，以及它们的组合(Silva et al.， 2017;Torretta et al.，2017;Wiszniowski et al.，2006)。图1为日本某垃圾渗滤液处理厂的典型工艺流程图。生物处理(好氧或厌氧)通常用于去除大量含有高浓度有机物质(即BOD)的渗滤液，因为其简单、可靠和高成本效益(Miao et al.，2019)。微生物可以在好氧条件下将有机化合物降解为二氧化碳和污泥，在厌氧条件下降解为沼气(如二氧化碳和甲烷)。物化处理已被证明不仅适用于去除稳定渗滤液中的难降解物质，也适用于生物处理渗滤液的精制步骤(Aftab et al.，2019;Chys et al.，2015;Kurniawan et al.，2006b)。此外，生物和物理化学处理相结合可以实现许多污染物的令人满意的去除效率，如重金属、COD、BOD和氨氮(Gomes et al.， 2019;Hassan et al.，2017;Pastore et al.，2018)。为了检查垃圾填埋场渗滤液对环境的影响，需要对处理过和未经处理的渗滤液进行毒性评估(Koshy et al.，2007)。目前有多种生物测定方法可用于进行毒性评估，包括在试管中使用细胞培养或在实验室和现场进行体内试验(Baderna et al.，2019)。已经选择了不同营养水平的测试有机体，包括细菌、微藻、植物、无脊椎动物、鱼类、贻贝和哺乳动物，以评估渗滤液的毒性(Ghosh et al.，2017)。垃圾渗滤液毒性的增加或减少将是确定某种处理方法是否有效的基础(Da Costa et al.,2018)。此外，渗滤液特性与渗滤液生态毒性之间的潜在关系有待进一步确定。

本文介绍了基于垃圾渗滤液不同特性的处理技术的最新进展，并总结了用于垃圾渗滤液毒性评估的生物测定方法。本文对2000 ~ 2020年N250篇文献进行了综述。在这些文献中，50.8%的研究来自欧洲(36.4%)和美国(14.4%)，45.6%的研究来自亚洲。这一综述将极大地促进未来垃圾渗滤液的可持续管理(Brennan et al.，2016)。

  1. 垃圾填埋场渗滤液的特点

2.1产生垃圾渗滤液

垃圾渗滤液被定义为通过垃圾填埋场处置的固体废物的雨水渗透产生的液体流出物，以及废物中存在的水分和残留物的降解产物(Costa et al.，2019;Salem et al.，2008)。在垃圾填埋场中，垃圾基质的降解通常通过以下四种途径进行:(1)初始好氧阶段;(2)厌氧产酸阶段;(3)产甲烷阶段;(4)稳定阶段(Mandal et al., 2017)。

渗滤液的数量主要受降水、蒸散、地表径流、地下水渗入和填埋场压实度的影响。(El-Fadel et al ., 2002;Miao et al ., 2019)。为了尽量减少渗滤液的体积，使用了多种技术来控制水进入垃圾填埋场，包括衬里、防水层和覆盖层(Costa et al.，2019;Dajic et al.，2016)。垃圾渗滤液的质量一般由pH、悬浮物(SS)、生化需氧量(BOD)、化学需氧量(COD)、氨氮(NH4 -N)、总氮(TN)、氯化物、磷、重金属、碱度等理化参数表征。(Bhatt et al.,2017;Kjeldsen et al.，2002;Miao et al.，2019)。

2.2渗滤液成分

垃圾填埋场渗滤液的组成是极不均匀和多变的，取决于垃圾演化的阶段(即好氧、厌氧酸、产甲烷和稳定阶段)(Naveen et al.，2017)。根据之前的研究，已经在垃圾填埋场渗滤液中识别出了大约200种有害化合物(Clarke et al.，2015;Hamid et al.，2018;Mukherjee et al.，2015)。渗滤液污染物分为四类:(1)溶解性有机物(如挥发性脂肪酸，以及更难降解的有机物，如腐殖酸和富里酸)(Kang et al.，2002);(2)宏观无机组分包括氨(NH4 -N)、钠(Na )、钾(K )、钙(Ca2 )、镁(Mg2 )、锰(Mn2 )、铁(Fe2 )、氯化物(Clminus;)、硫酸盐(SO4 2minus;)、碳酸氢钠(HCO3minus;);(3)铬(Cr3 )、镍(Ni2 )、铜(Cu2 )、锌(Zn2 )、镉(Cd2 )、汞(Hg2 )、铅(Pb2 )等重金属(Robinson, 2017);(4)异种有机物(如芳香烃、酚类、氯化脂肪、杀虫剂和增塑剂)(Eggen et al.，2010;Kjeldsen et al.，2002;Luo et al.，2019a;Slack et al.，2005)。COD值为140 mg/L~ 152,000 mg/L。宏观无机组分的浓度范围为(mg/L):NH4 -N = 50-2200、Na = 70-7700、K = 50 - 3700、Ca2 = 10 - 7200、Mg2 = 30-15000、Mn2 = 3-1400, Fe2 = 3-5500, Clminus;= 1 50 - 4500,SO4 2minus;= 8-7750,HCO3 - = 610-7320 (Kjeldsen et al.， 2002;Luo et al.，2019a)。重金属含量范围为b0.01 mg kgminus;1(例如:N1.0 times; 104mg kgminus;1(例如，Hg和Pb)的浓度会降低。渗滤液中外来有机物的浓度相对较低(通常为单个化合物61 mg Lminus;1)(Luo et al.， 2019a)。上述污染物大多对水生生物的生长、生态和食物链产生累积、威胁和有害的影响，从而导致巨大的公共卫生问题，如:(Budi et al.， 2016;Gajski et al.，2012;Toufexi et al.，2013)。

2.3 影响渗滤液特性的因素

城市垃圾填埋场渗滤液的特征会受到许多因素的影响，如填埋场年龄、垃圾类型和组成(Moody and Townsend, 2017)、场地水文地质、季节性天气变化、降雨稀释、降水和填埋场内部分解程度(Han et al., 2016; Mandal et al., 2017; Renou et al., 2008).其中，填埋场年龄是控制渗滤液组成的决定性因素，因为随着填埋场稳定，几个参数急剧变化(Kjeldsen et al.， 2002;Kulikowska and Klimiuk, 2008)。按年龄划分，常规堆填区的渗滤液一般分为三类:(1)年轻(5年以下);(2)中级(5-10年);(3)成熟(10年)。随着填埋年限的增加，渗滤液参数(pH、BOD、COD、BOD/COD比值)变化显著(Fernandes et al.，2015;Foo and Hameed, 2009)。例如，BOD和COD浓度随着填埋年限的增加而降低，这可能是由于渗滤液中有机废物的降解所致(Torretta et al.，2017)。我们认为，大多数可生物降解的有机物(以BOD评价)在稳定阶段被分解，而不可生物降解的有机物(贡献COD)在这一阶段保持不变(Ahmed and Lan., 2012)。因此，BOD/COD比值(生物降解性指数)随时间的增加而减小。特别是，年轻的垃圾渗滤液中COD浓度较高(n10000 mg Lminus;1)和BOD/COD比值(0.5-1)，而成熟的垃圾渗滤液中COD浓度低于4000 mg Lminus;1和BOD/COD比值低于0.1 (Fernandes et al.，2015;Foo and Hameed, 2009)。相比之下，渗滤液的pH值随着年龄的增加而增加(Deng and Englehardt, 2007)，重金属浓度由于渗滤液的pH值升高而随着年龄的增加而下降(Shehzad et al.，2015)。相反，除稀释作用外，氨氮浓度并没有随着时间呈现明显的下降趋势(Fernandes et al.，2015)。渗滤液的组成不仅随填埋场年龄而变化，而且因地而异，导致具有代表性的表征参数值有较大的波动。图2显示了年轻、中间和成熟垃圾填埋场渗滤液的pH、COD和BOD/COD比值的典型值。有报道称，将灰渣与都市固体废物一起处置，可消除渗滤液中的有毒物种(Lo and Liao, 2007;Wang et al.，2002)。

  1. 垃圾渗滤液毒性评价

在垃圾渗滤液处理前后，需要一些快速、敏感和经济有效的生物测定来评估渗滤液的毒性(Baderna et al.，2019;da Costa et al.，2018;Tigini et al.，2014)。根据其他评论，用于渗滤液毒性评估的生物测定方法包括:(1)细菌生物测定法;(2)藻类生物;(3)植物生物;(4)无脊椎生物;(五)水生生物测定;(6)利用哺乳动物进行生物测定(Ghosh et al，2017)。

    1. 细菌生物评价

表5为不同地点垃圾填埋场渗滤液对发光细菌的毒性。由此可见，最敏感和常用的微生物生物测定方法之一是费氏弧菌生物发光抑制法。利用发光细菌对来自传统和可持续垃圾填埋场的不同渗滤液进行了初步的生态毒理学研究。研究发现，渗滤液的毒性可能可靠地取决于氨的浓度，而在氨已经降解的可持续垃圾填埋场，渗滤液的毒性要低得多(Pivato and Gaspari, 2006)。利用细菌测定法对来自10个丹麦垃圾填埋场(6个工程填埋场和4个不受控制填埋场)的渗滤液样本进行了毒性测试。在所有渗滤液样本中观察到的严重毒性主要归因于非挥发性有机化合物的存在(Baun et al，2004年)。研究利用生物荧光化验发现,直接垃圾填埋场的渗滤液的内容最高铁、铬、镍以及急性毒性的三种典型类型的垃圾填埋场即封闭的垃圾填埋场,混合垃圾(垃圾焚烧底灰的处理垃圾焚化炉),和直接的垃圾填埋场(仅处理垃圾)(Fan et al ., 2006)。在另一项研究中，通过Aliivibrio fischeri急性毒性试验评估了AOPs预处理后的垃圾渗滤液的毒性(Da Costa et al.，2018)。两个不同填埋场的原渗滤液ec50值分别为33%和13%。暗- fenton法处理后该值分别为81%和54%，日光- fenton法处理后(6

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