城市生活垃圾填埋場滲濾液回灌處理的研究

(1.陜西中圣環(huán)境科技發(fā)展有限公司，西安 710054；2.西安市環(huán)境工程評估中心，西安 710054)

1 前 言

從全球角度看，隨著經(jīng)濟(jì)的持續(xù)高速增長，特別是人口集中的城市生活垃圾問題已經(jīng)成為當(dāng)今世界面臨的主要環(huán)境問題之一。生活垃圾的主要處理方法是填埋處置，目前美國城市生活垃圾填埋率占75%，英國占88%。其它一些發(fā)展中國家垃圾處理中垃圾填埋的比例更高。如我國就占95%以上。但是，垃圾填理處置會產(chǎn)生惡臭和大量滲濾液，如處理不當(dāng)，會帶來嚴(yán)重的二次污染，它是其中尤為值得關(guān)注的“二次污染物”。因此，處理好垃圾填埋過程中產(chǎn)生的滲濾液，是防止二次污染的關(guān)鍵。

本論文在完全自然的條件下，采用城市生活垃圾填埋并覆土的模式，模擬垃圾填埋場的運(yùn)行情況，同時(shí)收集滲濾液并研究了滲濾液回灌處理法的去除效果。

2 實(shí)驗(yàn)原理、裝置與方法

2.1 實(shí)驗(yàn)原理

生活垃圾滲濾液回灌的處理方法，是一種特殊的利用土地處理滲濾液的方法，原理主要是利用垃圾填埋層形成的“生物濾床”對滲濾液中的污染物進(jìn)行的吸附截留、離子交換和微生物降解等的處理效果。此方法在具體的操作過程中，主要是將垃圾填埋場產(chǎn)生的滲濾液在填埋場底部統(tǒng)一收集，然后將滲濾液從其垃圾覆蓋層表面或覆蓋層下部重新回灌返回填埋場。

王羅春等通過對填埋層模擬柱鏡檢表明：進(jìn)行滲濾液回灌以后的垃圾填埋層中微生物種類明顯增多，除菌類及大腸菌群外，還呈現(xiàn)一定數(shù)量的原生動物、輪蟲、蠕蟲等。同濟(jì)大學(xué)的李國建、徐迪民等人對滲濾液回灌填埋場后的微生物鏡檢結(jié)果表明，經(jīng)回灌處理后的垃圾填埋層，空隙多并且發(fā)育良好，微生物種類明顯增多，出現(xiàn)一定數(shù)量原生動物及大量菌膠團(tuán)。由上述分析可見，富含大量微生物、原生動物以及菌膠團(tuán)的垃圾填埋層相當(dāng)于一個(gè)生物濾池，當(dāng)滲濾液回灌到填埋垃圾表面或填埋垃圾覆蓋層下部時(shí)，滲濾液借助于上述填埋垃圾層形成的“生物濾池”中微生物，進(jìn)入多功能的“生物反應(yīng)器”，微生物一般會對滲濾液中的污染物具有很強(qiáng)的適應(yīng)性和降解能力，通過垃圾中細(xì)菌的好氧和厭氧反應(yīng)，滲濾液中的有機(jī)污染物得到了降解。同時(shí)有關(guān)研究表明回灌還將加速垃圾填埋場的穩(wěn)定化進(jìn)程、減少了滲濾液的外排量，實(shí)現(xiàn)了滲濾液經(jīng)濟(jì)有效的處理。

另外，土壤中有機(jī)和無機(jī)膠體的吸附、絡(luò)和、鰲合作用，土壤的離子交換作用、機(jī)械阻留作用等對垃圾滲濾液的凈化也有一定作用。

2.2 實(shí)驗(yàn)裝置

試驗(yàn)采用120L垃圾桶為填埋容器。垃圾主要成分為居民生活垃圾，垃圾覆土建筑施工工地土、砂。選取處理效果最佳的土砂比7：1作為覆蓋土層，與垃圾層進(jìn)行交替。試驗(yàn)共填埋了兩個(gè)垃圾桶，每個(gè)垃圾桶的垃圾填埋量均約為110L(人工壓實(shí))。

滲濾液采用填埋垃圾表層回灌，經(jīng)過覆土層、垃圾層和碎石層(防止出水管的堵塞鋪設(shè))后，由垃圾柱下端的小孔流出，通過出水管進(jìn)入滲濾液收集桶。

試驗(yàn)裝置(垃圾柱)結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖

2.3 實(shí)驗(yàn)方法

本試驗(yàn)首先對其中一個(gè)垃圾填埋柱進(jìn)行原液回灌，保持另一個(gè)垃圾填埋柱的自然狀態(tài)不變，以作類比。通過與未經(jīng)回灌的垃圾柱的各水質(zhì)指標(biāo)的對比，對回灌處理帶來的滲濾液pH值、色度、CODcr、NH3-N等指標(biāo)的變化趨勢進(jìn)行對比分析。

回灌期間平均氣溫處于22.5～29.5℃之間，晝夜溫差在5～13℃之間。回灌次數(shù)為每天一次。回灌方式是以表面漫灌的人工回灌方式，盡可能使布水均勻，然后進(jìn)入垃圾體。

3 結(jié)果與分析

由于本次試驗(yàn)過程中，兩個(gè)垃圾填埋柱的垃圾成分、垃圾裝填、壓實(shí)情況等控制條件都基本相同，因此垃圾填埋柱中產(chǎn)生的滲濾液性質(zhì)、垃圾柱中有機(jī)物的降解速率、滲濾液中污染物濃度隨時(shí)間變化的總體趨勢在

未經(jīng)人為控制或改變條件的情況下應(yīng)基本相同。

3.1 滲濾液pH值的變化

原垃圾填埋柱和經(jīng)回灌處理后的垃圾填埋柱產(chǎn)生的滲濾液pH值變化情況如圖2所示。由圖可見，填埋柱的pH值基本在5.0～6.0之間波動，經(jīng)過回灌的垃圾填埋柱滲濾液pH值略有升高，酸度有所降低，但前期pH值的變化情況不明顯，從總體來看，滲濾液呈弱酸性狀態(tài)，通過回灌處理后，滲濾液的酸堿度略有降低。

圖2 試驗(yàn)填埋柱滲濾液pH值的變化

3.2 滲濾液顏色的變化

由表1可見，填埋初期原垃圾填埋柱中滲濾液的顏色最深，由黃色變成黑色。而經(jīng)過滲濾液回灌的垃圾填埋柱滲濾液的顏色較淺，由黃色經(jīng)過綠色變成灰黑色。由此可見，說明滲濾液的回灌處理對其色度有較好的去除效果。

表1 垃圾填埋柱滲濾液顏色的變化

3.3 回灌對垃圾滲濾液的處理效果

3.3.1 回灌對滲濾液CODcr的去除效果

在試驗(yàn)初期即裝填垃圾完畢后第6天就開始了回灌試驗(yàn)，經(jīng)過回灌的垃圾填埋柱和未回灌的垃圾填埋柱滲濾液的CODcr含量產(chǎn)生了不同的變化趨勢。

圖3 試驗(yàn)填埋柱滲濾液CODcr含量、去除率隨時(shí)間的變化趨勢

由圖3可見，兩個(gè)垃圾填埋柱滲濾液的CODcr濃度隨時(shí)間呈現(xiàn)出不同的變化過程。原垃圾填埋柱滲濾液中的CODcr值由初始的不到50000mg/L左右緩慢上升，在第21天積累達(dá)到最高值，即8月14日增長到最大值近600000mg/L。回灌的垃圾柱滲濾液在回灌初期CODcr即出現(xiàn)較好的去除效果，去除率達(dá)到了14.5%，CODcr含量由初始不到50000mg/L至8月23日下降至38076mg/L。

由前述分析可知，由于垃圾層剛開始回灌時(shí)，覆土層、垃圾層、碎石層吸附的有機(jī)物很少，因此CODcr的去除主要為為覆土層和垃圾層的有機(jī)和無機(jī)膠體的吸附、機(jī)械阻留作用為主，微生物降解作用為輔，因此回灌垃圾柱在回灌初期就對CODcr有去除，并且表現(xiàn)出了比較好的去除效果。隨著時(shí)間的推移，覆土層、垃圾層、碎石層的吸附、機(jī)械阻留作用趨于平衡或飽和，CODcr的降解主要就以微生物的降解為主，因此CODcr的去除率有所下降。

由此可見，通過回灌后的滲濾液，CODcr濃度從整體上均低于未經(jīng)回灌原垃圾填埋柱滲濾液CODcr濃度。

3.3.2 回灌對滲濾液NH3-N的去除效果

根據(jù)國內(nèi)外的研究可見，垃圾滲濾液中的氮元素一般以四種形態(tài)存在：有機(jī)氮、氨氮、亞硝酸氮和硝酸氮，其中氨氮是滲濾液中氮的主要存在形態(tài)。城市垃圾滲濾液中的的氨氮含量占總氮的85%～90%。因此，本次試驗(yàn)對經(jīng)回灌和未經(jīng)回灌的原始垃圾填埋柱中產(chǎn)生的滲濾液中氨氮含量的變化進(jìn)行了對比分析。

圖4 試驗(yàn)填埋柱滲濾液NH3-N含量、去除率隨時(shí)間的變化

由圖4可知，兩個(gè)垃圾填埋柱中產(chǎn)生的滲濾液中氨氮的濃度在試驗(yàn)初期首先經(jīng)歷了一個(gè)短期的快速增長過程，然后趨于平緩增長。試驗(yàn)初期，水解性細(xì)菌將蛋白質(zhì)水解為氨基酸，脫氨基成為有機(jī)酸和氨，從而增加了滲濾液中氨氮的含量，進(jìn)行回灌試驗(yàn)以后的垃圾填埋柱中的滲濾液氨氮濃度從整體上低于未經(jīng)回灌的垃圾填埋柱的滲濾液氨氮濃度。

由此可見，對垃圾填埋柱的滲濾液進(jìn)行回灌處理，填埋初期垃圾層及覆土層的吸附截留作用占主導(dǎo)地位，其次為微生物的降解作用，因此回灌前期對垃圾柱滲濾液的NH3-N去除率較高，最大達(dá)到16.1%。試驗(yàn)結(jié)束時(shí)經(jīng)過回灌處理的垃圾填埋柱的滲濾液中氨氮濃度約為1200mg/L，低于未經(jīng)回灌的原填埋柱的滲濾液氨氮濃度1600mg/L。

綜上所述，滲濾液回灌過程增加了垃圾、土砂、水分、微生物和有機(jī)物之間的相互接觸，有助于垃圾層形成“生物濾池”，有助于土砂層提高吸附、機(jī)械阻留效果，將滲濾液中的一些大分子有機(jī)物和無機(jī)物截流在垃

圾層、土砂層中，在垃圾填埋層內(nèi)形成的多功能 “生物反應(yīng)器”，在綜合作用下，更有助于滲濾液中的有機(jī)物得到降解。

4 結(jié) 論

(1)本試驗(yàn)兩個(gè)填埋柱的垃圾成分、垃圾裝填、壓實(shí)情況等控制條件都基本相同，因此在未經(jīng)人為控制或改變條件的情況下，垃圾柱中填埋垃圾中的有機(jī)物的降解速率、滲濾液的特性參數(shù)的變化總體趨勢也應(yīng)基本相同。通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，回灌對滲濾液的酸堿度、色度均有不同程度的降低。

(2)對垃圾填埋柱的滲濾液進(jìn)行回灌處理，增加了垃圾、土砂、水分、微生物和有機(jī)物之間的相互接觸，有助于垃圾層形成“生物濾池”，有助于土砂層提高吸附、機(jī)械阻留效果，在垃圾填埋層內(nèi)形成的多功能 “生物反應(yīng)器”的綜合作用下，更有助于滲濾液中的有機(jī)物得到降解，使?jié)B濾液中CODcr、NH3-N的濃度得以不同程度的降低。

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