通过化学沉淀与芬顿法联合提高新旧垃圾填埋场渗滤液生物降解性的可行性研究

为什么填埋场下的水很重要

每个填埋场都会渗漏。雨水在垃圾堆中渗透时，会带走溶解的化学物质、金属和含氮化合物的混合物，形成一种称为渗滤液的暗色液体。如果这种渗滤液处理不当，它会渗入河流和地下水，威胁饮用水和生态系统。本研究提出了一个务实的问题：我们能否将这种顽固且污染严重的液体转化成自然微生物更容易进一步降解的形式？

我们垃圾下方的隐秘液体

渗滤液不仅仅是脏水。它可能含有铅、砷等重金属，高浓度的铵氮，以及难以降解的长期有机物质。随着填埋场老化，其成分会发生变化。在“新鲜”区域（大约不到五年）中，渗滤液富含易于被微生物利用的有机物，因此生物处理通常较为有效。在“老旧”区域（超过十年）中，易降解物质已所剩无几，残留的是由腐殖酸、富里酸等复杂难分解分子组成的混合物，且铵氮水平上升。这些老旧渗滤液更难处理、成本更高，并可能使常规生物处理系统不堪重负。

三步处理序列

研究者以德黑兰附近的Aradkooh填埋场群为研究对象，该场既有年轻废物区也有老旧区，使得在相同气候与地质条件下可以直接比较新旧渗滤液。他们测试了一条包含三步的处理流程。首先加入石灰（一种简单且廉价的粉末）以提高pH，使溶解的金属形成可沉淀的固相颗粒便于去除。其次通过使水体强碱化并通入空气来吹脱铵氮，将铵从液相驱赶到气相以便捕集。第三步使用称为芬顿法的化学方法，即过氧化氢与铁反应生成高活性的羟基自由基，攻击并分解顽固的有机分子。

让难降解污染物更易被微生物处理

团队通过观察“可生物降解性”指标的变化来评判处理效果，该指标常用以比较微生物分解有机物所需的氧量与总体有机负荷的比值。数值越高表示水体越易被生物降解。单独的石灰处理去除了大量重金属，并在吹脱步骤后将铵氮减少约93%，同时在新旧渗滤液中略微提高了该生物降解性指标。真正的转变发生在芬顿处理之后。通过精细调整过氧化氢与铁的用量以及反应时间，研究者使该指标提高了一倍多。在新鲜渗滤液中，该值从约0.29上升到0.67；在老旧渗滤液中从约0.23上升到0.73，使两者进入了生物处理变得更加有效的区间。

对强效化学工具的精细调校

由于芬顿法的效果取决于运行方式，可能有利也可能不利，研究者采用统计设计工具绘制了三个因素的协同作用：过氧化氢与铁的比率、过氧化氢的总投加量以及反应时间。他们发现，过氧化氢或铁太少会产生不足的活性自由基，而过多则引起浪费性的副反应，实际上消耗这些自由基。最佳点在新旧渗滤液间略有差异，但在两种情况下，适中的过氧化氢‑铁比、近酸性条件以及约一小时至略长于一小时的反应时间，能在污染物去除与可生物降解性改善之间取得最佳平衡。

从实验台走向真实填埋场

最终，石灰与芬顿联用方法从新旧渗滤液中去除了超过80%的总体有机负荷，大幅降低了有毒金属与铵氮，并将极难处理的废水转化为生物系统更易应对的水体。对非专业读者而言，关键信息是：一系列相对简单的化学步骤可以显著降低从填埋场渗出的危险液体的危害并使其更易被清理。作者指出，在广泛应用此类方法之前，工程师仍需在中试规模上验证，处理好额外产生的污泥和化学品使用，并优化成本。但这项工作为实现更清洁的水体和更安全的填埋场——即便在垃圾掩埋数十年后——指明了有前景的路径。

引用: Rasolevandi, T., Naddafi, K., Hassanvand, M.S. et al. Feasibility study on enhancing the biodegradability of fresh and old landfill leachate using combined chemical precipitation and Fenton processes. Sci Rep 16, 14154 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-42622-9

关键词: 填埋渗滤液, 废水处理, 高级氧化, 环境污染, 水质