淺析垃圾填埋場(chǎng)滲濾液回灌技術(shù)
摘 要：滲濾液的處理一般可分為場(chǎng)內(nèi)單獨(dú)處理和場(chǎng)外合并處理兩大類方案。其中場(chǎng)內(nèi)單獨(dú)處理方案是在填埋場(chǎng)內(nèi)建立單獨(dú)的處理系統(tǒng)對(duì)滲濾液進(jìn)行處理；而場(chǎng)外合并處理主要是利用城市污水處理廠處理實(shí)現(xiàn)出水達(dá)標(biāo)排放。
1 前言
城市生活垃圾的處理主要采用焚燒、堆肥、填埋和綜合利用等方法。其中衛(wèi)生填埋由于具有技術(shù)成熟、處理費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，是目前我國城市垃圾集中處置的主要方式。但垃圾在填埋過程中會(huì)產(chǎn)生大量的高濃度、有毒、有害的垃圾滲濾液，若處理不當(dāng)，不僅會(huì)污染土壤和地表水源，甚至?xí)廴镜叵滤。因此，滲濾液污染控制是垃圾填埋場(chǎng)運(yùn)行的一個(gè)關(guān)鍵問題，并且由于滲濾液處理所具有的難度已使其成為水處理領(lǐng)域和環(huán)境衛(wèi)生工程領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。
2 滲濾液處理的兩大類方案及其存在問題
滲濾液的處理一般可分為場(chǎng)內(nèi)單獨(dú)處理和場(chǎng)外合并處理兩大類方案。其中場(chǎng)內(nèi)單獨(dú)處理方案是在填埋場(chǎng)內(nèi)建立單獨(dú)的處理系統(tǒng)對(duì)滲濾液進(jìn)行處理；而場(chǎng)外合并處理主要是利用城市污水處理廠處理實(shí)現(xiàn)出水達(dá)標(biāo)排放。
2.1 場(chǎng)內(nèi)單獨(dú)處理方案
場(chǎng)內(nèi)單獨(dú)處理系統(tǒng)因滲濾液的污染負(fù)荷很高、水質(zhì)水量的變化很大，尤其是有毒有害物含量較高，因而其處理系統(tǒng)必須對(duì)多種處理方法進(jìn)行有機(jī)組合。為使出水能夠達(dá)標(biāo)排放，單獨(dú)處理系統(tǒng)的工藝一般為：預(yù)處理＋厭氧＋好氧＋深度處理。但由于滲濾液的水質(zhì)隨填埋場(chǎng)“場(chǎng)齡”的增加，BOD5/COD呈下降趨勢(shì)，可生化性由初期的0.4～0.8降至0.1～0.2之間[2]，初期宜采用生物處理工藝，而后期則宜采用以物化處理為主的工藝。這也導(dǎo)致了滲濾液處理的流程過長(zhǎng)，管理復(fù)雜，運(yùn)行費(fèi)用高；與合并處理方案相比，單獨(dú)設(shè)置小規(guī)模處理系統(tǒng)在運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用方面也缺乏經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)越性。
2.2 場(chǎng)外合并處理方案
場(chǎng)外合并處理包括滲濾液直接進(jìn)入污水處理廠和經(jīng)預(yù)處理后進(jìn)入城市污水處理廠兩類。這種方案以在填埋場(chǎng)附近有城市污水處理廠為必要條件。若城市污水處理廠設(shè)計(jì)時(shí)未考慮接納滲濾液，則其所能接納的滲濾液量不能超過城市污水總量的0.5%，并且由滲濾液帶來的負(fù)荷增加應(yīng)控制在10%以下，才能保證其對(duì)城市污水處理效果不產(chǎn)生負(fù)面影響。另外，在上述條件滿足的情況下，要將滲濾液與城市污水混合處理，還必須解決脫氮和磷缺乏問題。
3 回灌處理技術(shù)及其在滲濾液處理中的定位
滲濾液回灌處理方法是20世紀(jì)70年代由美國的Pohland最先提出的。滲濾液回灌是指將未經(jīng)任何預(yù)處理的垃圾滲濾液直接循環(huán)回噴到垃圾填埋層上，通過控制回灌次數(shù)、水力負(fù)荷、有機(jī)負(fù)荷等參數(shù)，達(dá)到凈化滲濾液的目的。
3.1 滲濾液回灌技術(shù)的特點(diǎn)
⑴ 通過垃圾層截留和蒸發(fā)作用能減少滲濾液總量；
⑵ 回灌能大幅度減少滲濾液中污染物，改善滲濾液水質(zhì)；
⑶ 加速垃圾分解，提高產(chǎn)甲烷速率加快填埋場(chǎng)沉降加快垃圾穩(wěn)定化進(jìn)程；
⑷ 操作簡(jiǎn)單，投資省，運(yùn)行費(fèi)用低，減少對(duì)填埋場(chǎng)的維護(hù)費(fèi)用。
3.2 回灌技術(shù)在滲濾液處理方案中的作用
通過回灌可以大幅度削減滲濾液處理的有機(jī)負(fù)荷，為后續(xù)生化、物化處理減輕負(fù)荷；加速對(duì)水質(zhì)的穩(wěn)定與均化作用，降低對(duì)后續(xù)處理系統(tǒng)耐沖擊負(fù)荷能力和運(yùn)行穩(wěn)定性的要求，有利于場(chǎng)內(nèi)處理工藝系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與運(yùn)行。同時(shí)，在做好水平衡的情況下，單純利用回灌技術(shù)可以使?jié)B濾液出水達(dá)到三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)與城市污水的合并處理。因此，滲濾液回灌技術(shù)既可作為單獨(dú)處理方案的預(yù)處理，又可作為合并處理方案的預(yù)處理。
4 滲濾液回灌技術(shù)研究現(xiàn)狀
4.1 水量平衡研究
滲濾液回灌處理是利用土壤表面的蒸發(fā)作用來消減水量，其水量平衡是垃圾填埋場(chǎng)滲濾液回灌處理法工程應(yīng)用的關(guān)鍵問題之一。
孫玥等通過模擬垃圾填埋場(chǎng)土壤層進(jìn)行回灌條件下的水量平衡實(shí)驗(yàn)研究表明：回灌使填埋場(chǎng)覆土層的水分飽和程度提高，土壤蒸發(fā)條件發(fā)生變化，土壤蒸發(fā)按蒸發(fā)能力進(jìn)行，接近甚至可能大于水面蒸發(fā)量，使垃圾滲濾液大量削減。趙慶良等在哈爾濱某地建立了室外模擬垃圾填埋場(chǎng)來研究寒冷地區(qū)垃圾滲濾液的回灌處理，結(jié)果表明：回灌能減量87.05%，在東北地區(qū)，連續(xù)的回灌操作甚至可達(dá)到最終的水量平衡。夏越青等通過冬季填埋場(chǎng)滲濾液回灌水量平衡的研究表明，雖然冬季氣溫低，地表徑流量大于其余三季，但冬季降雨量小，氣候干燥，土壤蒸發(fā)量與下滲水量的比值高于其余三季，冬季降水產(chǎn)生的下滲水經(jīng)土壤層后的滲出水僅占降水量的0.2%左右，如果適當(dāng)增加回灌次數(shù)，可以提高削減量。
4.2 水質(zhì)變化研究
回灌的滲濾液通過垃圾填埋層時(shí)，能有效降低污染物的濃度，這是因?yàn)槔鴮又泻写罅课⑸铮瑢?duì)滲濾液的降解過程起了重要作用。Diamadopoulos E報(bào)道，循環(huán)回灌法處理COD 69400mg/L、BOD 56500mg/L的滲濾液，COD 去除率在90%以上，BOD去除率在98%以上。徐迪明、李國建等通過土壤結(jié)構(gòu)對(duì)凈化作用的影響研究發(fā)現(xiàn)在試驗(yàn)所用的亞粘土中加入一定比例的細(xì)砂可改善覆蓋土層的透水性和透氣性，當(dāng)進(jìn)水負(fù)荷為6.6～115g/(m2.d)時(shí)，運(yùn)行兩個(gè)月，COD去除率可達(dá)98%左右。在Chian[14]的滲濾液回灌研究中，BOD5和COD甚至可分別降到30~350mg/L和70～500mg/L。張瑞明等在杭州天子嶺填埋場(chǎng)的直徑40m、深2m試驗(yàn)填埋場(chǎng)回噴研究表明：COD可由初期10900mg/L降至一年后的143mg/L，去除率超過98%，出水達(dá)到GB 16889-1997中二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。
對(duì)于滲濾液的pH變化規(guī)律，也有許多學(xué)者進(jìn)行了研究，結(jié)果表明采用回灌操作的填埋場(chǎng)初期出水的pH會(huì)迅速下降，產(chǎn)生有機(jī)酸積累問題。而于曉華等的研究指出，向填埋層供給少量空氣（平均每立方米垃圾通風(fēng)流量為1.7×10—4m3/min）就可以解決這一問題，使?jié)B濾液中的有機(jī)物迅速降解。
另外，對(duì)于滲濾液的高NH3-N濃度問題，許多研究均表明，滲濾液原液回灌后的最終出水NH3-N濃度基本保持不變，甚至可能由于回灌導(dǎo)致的NH3-N不斷積累，使得最終出水的NH3-N濃度反而高出不回灌滲濾液的填埋場(chǎng)。同時(shí)，也有研究者為了解決這一問題進(jìn)行了研究。郭輝東等研究了在滲濾液原液回灌和經(jīng)好氧預(yù)處理后回灌兩種情況下的NH3-N濃度變化規(guī)律。結(jié)果表明：滲濾液經(jīng)好氧處理后回灌可顯著加速垃圾中含氮物質(zhì)的水解過程。王琪等人的研究指出，在較小的負(fù)荷條件下，滲濾液經(jīng)過兼性填埋層的回灌處理，在半好氧狀態(tài)下NH3-N濃度可以降到10mg/L以下。郭蘊(yùn)蘋研究了在回灌處理時(shí)pH變化對(duì)NH3-N去除效果的影響，指出：在回灌之前采用石灰調(diào)節(jié)滲濾液的pH對(duì)NH3-N的去除有較大的影響，pH在10.0～11.0之間時(shí)NH3-N去除效率較高。
4.3 影響填埋場(chǎng)穩(wěn)定的研究
反映填埋場(chǎng)穩(wěn)定的指標(biāo)包括滲濾液水質(zhì)、產(chǎn)甲烷量和填埋場(chǎng)沉降等。
大量研究表明，滲濾液回灌會(huì)明顯促進(jìn)填埋場(chǎng)的穩(wěn)定。羅春泳等通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，回灌滲濾液中的COD比回灌清水時(shí)的較早達(dá)到穩(wěn)定，且穩(wěn)定值較低，同時(shí)垃圾土中有機(jī)質(zhì)的溶解與滲濾液中有機(jī)質(zhì)的降解較回灌清水的為快，有利于垃圾填埋場(chǎng)的穩(wěn)定化進(jìn)程。李啟彬等的研究表明，回灌前對(duì)滲濾液進(jìn)行加熱有利于填埋場(chǎng)快速穩(wěn)定，垃圾填埋前期較低的滲濾液回灌頻率有助于填埋場(chǎng)快速進(jìn)入產(chǎn)甲烷階段，而后期較高的滲濾液回灌頻率則有利于填埋垃圾較快穩(wěn)定。Robinson等人也指出，原需15～20d才能達(dá)到穩(wěn)定的填埋場(chǎng)經(jīng)回灌處理后2～3d就可以達(dá)到穩(wěn)定。
4.4 回灌處理影響因素研究
4.4.1 水力負(fù)荷
回灌水力負(fù)荷是影響滲濾液處理效果的重要因素。有研究指出，低水力負(fù)荷對(duì)滲濾液中有機(jī)物的去除有利，高水力負(fù)荷減少了水力停留時(shí)間，使污染物質(zhì)的降解不能充分進(jìn)行，還可能引起垃圾層中微生物被沖刷，導(dǎo)致處理效果的降低。羅春泳等也發(fā)現(xiàn)隨著水力負(fù)荷的增高，滲濾液中COD濃度降低的速率越來越慢，水力負(fù)荷越高，最終的滲濾液COD濃度值越高。建議在回灌設(shè)計(jì)中取水力負(fù)荷作為回灌系統(tǒng)的控制指標(biāo)。在綜合經(jīng)濟(jì)因素和處理效果的情況下確定合理的入水負(fù)荷。
而Chugh[29]的研究則表明，回灌滲濾液的容積增加，出水滲濾液pH值上升到中性的時(shí)間縮短，產(chǎn)氣率達(dá)到最高的時(shí)間提前。Chugh認(rèn)為由于出水滲濾液水質(zhì)以及產(chǎn)氣的變化是垃圾降解的結(jié)果，時(shí)間的縮短與提前則說明水力負(fù)荷的加大對(duì)垃圾降解有促進(jìn)作用。
在實(shí)踐中，各填埋場(chǎng)內(nèi)垃圾的組成和壓實(shí)程度不同導(dǎo)致了填埋場(chǎng)垃圾層的滲透性不同，最佳水力負(fù)荷也就不同。因此，必須根據(jù)填埋場(chǎng)的實(shí)際情況確定回灌的最佳水力負(fù)荷，但回灌負(fù)荷不可能無限增大，過大的水力負(fù)荷會(huì)出現(xiàn)滲濾液在垃圾表面積累的情況，并且過大的水力負(fù)荷不利于接種微生物在垃圾表面的附著，宜形成短流。
4.4.2 回灌頻率及回灌方式
在相同的回灌負(fù)荷下，通過對(duì)不同回灌頻率的研究，Chugh[29]發(fā)現(xiàn)，加大回灌頻率不利于提高垃圾降解速率。原因在于微生物在垃圾表面的附著生長(zhǎng)有一定的時(shí)間要求，
回灌頻次過高不利于微生物的附著生長(zhǎng)，也不利于垃圾層內(nèi)填埋氣的引出，造成過水面積降低，減少水與微生物的接觸，不利于垃圾降解。但回灌頻次的增加也有助于降解產(chǎn)生的抑制性物質(zhì)快速洗出。在一定的回灌負(fù)荷條件下，研究人員目前多采用8h或16h回灌一次，即一天三次或兩天三次。
不同回灌方式會(huì)導(dǎo)致滲濾液的滲流區(qū)域不同。表面噴灑使回灌滲濾液均勻分布于垃圾層的表面，使不同區(qū)域的垃圾的穩(wěn)定化進(jìn)程同步進(jìn)行。而井注、表面渠流或管道布水則由于布水的不均勻性，造成不同區(qū)域垃圾穩(wěn)定化進(jìn)程的不同步，從而影響填埋場(chǎng)整體的穩(wěn)定化進(jìn)程。但實(shí)踐表明，表面噴灑對(duì)環(huán)境的影響較大，井注是具有經(jīng)濟(jì)可行性的回灌方式。
4.4.3 填埋體的影響
垃圾粒度、空隙率以及各向同性或異性與否，直接影響回流滲濾液在垃圾層內(nèi)的流動(dòng)特性。Philip T M與Debra R R在滲濾液水平渠回灌的研究中發(fā)現(xiàn)，垃圾的各向異性與粒度不一致性有利于水平環(huán)流的形成，從而增加水流在垃圾內(nèi)的停留時(shí)間。
羅春泳以滲濾液中的COD、微生物濃度及垃圾中有機(jī)物的濃度為考察指標(biāo)研究填埋場(chǎng)高度對(duì)滲濾液回流對(duì)填埋場(chǎng)穩(wěn)定化的影響發(fā)現(xiàn)，在相同回灌條件下填埋越深，垃圾中有機(jī)物的含量越高，產(chǎn)生滲濾液的量越少，回灌的來量也就小了，回灌對(duì)垃圾填埋場(chǎng)穩(wěn)定的促進(jìn)作用就降低。
何厚波等通過模擬試驗(yàn)研究了垃圾填埋場(chǎng)滲濾液分別回灌到不同高度的垃圾柱之后，柱內(nèi)的有機(jī)污染物降解變化規(guī)律。結(jié)果指出，回灌滲濾液中有機(jī)物的去除效果隨垃圾堆體高度的增加而增加。
5 結(jié)語
滲濾液回灌處理技術(shù)在國內(nèi)還僅停留在理論研究階段，我國僅有廣州、上海等少數(shù)地區(qū)興建的垃圾填埋場(chǎng)采用了回灌處理方式。但滲濾液回灌技術(shù)在填埋場(chǎng)滲濾液污染控制中所具有的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)不容忽視。筆者認(rèn)為，滲濾液回灌技術(shù)可作為滲濾液處理兩大類方案的有效補(bǔ)充，即作為單獨(dú)處理方案或合并處理方案的預(yù)處理技術(shù)加以推廣。
在采用回灌技術(shù)作為垃圾填埋場(chǎng)滲濾液處理方案的預(yù)處理時(shí)，還應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)：
⑴ 滲濾液泄漏污染地下水問題。為了防止地下水受回灌滲濾液的污染，進(jìn)行回灌處理的填埋場(chǎng)必須是具有良好的氣體、滲濾液收集系統(tǒng)和雙層襯墊系統(tǒng)（HPDE）防滲層的衛(wèi)生填埋場(chǎng)。
⑵ 填埋氣控制的安全問題。由于回灌能加速垃圾的降解，濕度增大的情況下CH4產(chǎn)氣速率和總量均變大，大量的CH4成為填埋場(chǎng)運(yùn)行期間及封場(chǎng)后的隱患。如何收集和控制CH4氣體應(yīng)引起重視。
⑶ 惡臭氣體問題。表面噴灌會(huì)散發(fā)出難聞氣體，造成空氣的二次污染。內(nèi)層回灌技術(shù)要求較高，但對(duì)地面水和空氣的污染均較小。因此為了減輕空氣污染問題，應(yīng)加強(qiáng)內(nèi)層回灌技術(shù)的研究。
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