城市生活垃圾填埋场渗滤液回灌处理的研究

(1.陕西中圣环境科技发展有限公司，西安 710054；2.西安市环境工程评估中心，西安 710054)

1 前 言

从全球角度看，随着经济的持续高速增长，特别是人口集中的城市生活垃圾问题已经成为当今世界面临的主要环境问题之一。生活垃圾的主要处理方法是填埋处置，目前美国城市生活垃圾填埋率占75%，英国占88%。其它一些发展中国家垃圾处理中垃圾填埋的比例更高。如我国就占95%以上。但是，垃圾填理处置会产生恶臭和大量渗滤液，如处理不当，会带来严重的二次污染，它是其中尤为值得关注的“二次污染物”。因此，处理好垃圾填埋过程中产生的渗滤液，是防止二次污染的关键。

本论文在完全自然的条件下，采用城市生活垃圾填埋并覆土的模式，模拟垃圾填埋场的运行情况，同时收集渗滤液并研究了渗滤液回灌处理法的去除效果。

2 实验原理、装置与方法

2.1 实验原理

生活垃圾渗滤液回灌的处理方法，是一种特殊的利用土地处理渗滤液的方法，原理主要是利用垃圾填埋层形成的“生物滤床”对渗滤液中的污染物进行的吸附截留、离子交换和微生物降解等的处理效果。此方法在具体的操作过程中，主要是将垃圾填埋场产生的渗滤液在填埋场底部统一收集，然后将渗滤液从其垃圾覆盖层表面或覆盖层下部重新回灌返回填埋场。

王罗春等通过对填埋层模拟柱镜检表明：进行渗滤液回灌以后的垃圾填埋层中微生物种类明显增多，除菌类及大肠菌群外，还呈现一定数量的原生动物、轮虫、蠕虫等。同济大学的李国建、徐迪民等人对渗滤液回灌填埋场后的微生物镜检结果表明，经回灌处理后的垃圾填埋层，空隙多并且发育良好，微生物种类明显增多，出现一定数量原生动物及大量菌胶团。由上述分析可见，富含大量微生物、原生动物以及菌胶团的垃圾填埋层相当于一个生物滤池，当渗滤液回灌到填埋垃圾表面或填埋垃圾覆盖层下部时，渗滤液借助于上述填埋垃圾层形成的“生物滤池”中微生物，进入多功能的“生物反应器”，微生物一般会对渗滤液中的污染物具有很强的适应性和降解能力，通过垃圾中细菌的好氧和厌氧反应，渗滤液中的有机污染物得到了降解。同时有关研究表明回灌还将加速垃圾填埋场的稳定化进程、减少了渗滤液的外排量，实现了渗滤液经济有效的处理。

另外，土壤中有机和无机胶体的吸附、络和、鳌合作用，土壤的离子交换作用、机械阻留作用等对垃圾渗滤液的净化也有一定作用。

2.2 实验装置

试验采用120L垃圾桶为填埋容器。垃圾主要成分为居民生活垃圾，垃圾覆土建筑施工工地土、砂。选取处理效果最佳的土砂比7：1作为覆盖土层，与垃圾层进行交替。试验共填埋了两个垃圾桶，每个垃圾桶的垃圾填埋量均约为110L(人工压实)。

渗滤液采用填埋垃圾表层回灌，经过覆土层、垃圾层和碎石层(防止出水管的堵塞铺设)后，由垃圾柱下端的小孔流出，通过出水管进入渗滤液收集桶。

试验装置(垃圾柱)结构示意图见图1。

图1 实验装置结构示意图

2.3 实验方法

本试验首先对其中一个垃圾填埋柱进行原液回灌，保持另一个垃圾填埋柱的自然状态不变，以作类比。通过与未经回灌的垃圾柱的各水质指标的对比，对回灌处理带来的渗滤液pH值、色度、CODcr、NH3-N等指标的变化趋势进行对比分析。

回灌期间平均气温处于22.5～29.5℃之间，昼夜温差在5～13℃之间。回灌次数为每天一次。回灌方式是以表面漫灌的人工回灌方式，尽可能使布水均匀，然后进入垃圾体。

3 结果与分析

由于本次试验过程中，两个垃圾填埋柱的垃圾成分、垃圾装填、压实情况等控制条件都基本相同，因此垃圾填埋柱中产生的渗滤液性质、垃圾柱中有机物的降解速率、渗滤液中污染物浓度随时间变化的总体趋势在

未经人为控制或改变条件的情况下应基本相同。

3.1 渗滤液pH值的变化

原垃圾填埋柱和经回灌处理后的垃圾填埋柱产生的渗滤液pH值变化情况如图2所示。由图可见，填埋柱的pH值基本在5.0～6.0之间波动，经过回灌的垃圾填埋柱渗滤液pH值略有升高，酸度有所降低，但前期pH值的变化情况不明显，从总体来看，渗滤液呈弱酸性状态，通过回灌处理后，渗滤液的酸碱度略有降低。

图2 试验填埋柱渗滤液pH值的变化

3.2 渗滤液颜色的变化

由表1可见，填埋初期原垃圾填埋柱中渗滤液的颜色最深，由黄色变成黑色。而经过渗滤液回灌的垃圾填埋柱渗滤液的颜色较浅，由黄色经过绿色变成灰黑色。由此可见，说明渗滤液的回灌处理对其色度有较好的去除效果。

表1 垃圾填埋柱渗滤液颜色的变化

3.3 回灌对垃圾渗滤液的处理效果

3.3.1 回灌对渗滤液CODcr的去除效果

在试验初期即装填垃圾完毕后第6天就开始了回灌试验，经过回灌的垃圾填埋柱和未回灌的垃圾填埋柱渗滤液的CODcr含量产生了不同的变化趋势。

图3 试验填埋柱渗滤液CODcr含量、去除率随时间的变化趋势

由图3可见，两个垃圾填埋柱渗滤液的CODcr浓度随时间呈现出不同的变化过程。原垃圾填埋柱渗滤液中的CODcr值由初始的不到50000mg/L左右缓慢上升，在第21天积累达到最高值，即8月14日增长到最大值近600000mg/L。回灌的垃圾柱渗滤液在回灌初期CODcr即出现较好的去除效果，去除率达到了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，由于垃圾层刚开始回灌时，覆土层、垃圾层、碎石层吸附的有机物很少，因此CODcr的去除主要为为覆土层和垃圾层的有机和无机胶体的吸附、机械阻留作用为主，微生物降解作用为辅，因此回灌垃圾柱在回灌初期就对CODcr有去除，并且表现出了比较好的去除效果。随着时间的推移，覆土层、垃圾层、碎石层的吸附、机械阻留作用趋于平衡或饱和，CODcr的降解主要就以微生物的降解为主，因此CODcr的去除率有所下降。

由此可见，通过回灌后的渗滤液，CODcr浓度从整体上均低于未经回灌原垃圾填埋柱渗滤液CODcr浓度。

3.3.2 回灌对渗滤液NH3-N的去除效果

根据国内外的研究可见，垃圾渗滤液中的氮元素一般以四种形态存在：有机氮、氨氮、亚硝酸氮和硝酸氮，其中氨氮是渗滤液中氮的主要存在形态。城市垃圾渗滤液中的的氨氮含量占总氮的85%～90%。因此，本次试验对经回灌和未经回灌的原始垃圾填埋柱中产生的渗滤液中氨氮含量的变化进行了对比分析。

图4 试验填埋柱渗滤液NH3-N含量、去除率随时间的变化

由图4可知，两个垃圾填埋柱中产生的渗滤液中氨氮的浓度在试验初期首先经历了一个短期的快速增长过程，然后趋于平缓增长。试验初期，水解性细菌将蛋白质水解为氨基酸，脱氨基成为有机酸和氨，从而增加了渗滤液中氨氮的含量，进行回灌试验以后的垃圾填埋柱中的渗滤液氨氮浓度从整体上低于未经回灌的垃圾填埋柱的渗滤液氨氮浓度。

由此可见，对垃圾填埋柱的渗滤液进行回灌处理，填埋初期垃圾层及覆土层的吸附截留作用占主导地位，其次为微生物的降解作用，因此回灌前期对垃圾柱渗滤液的NH3-N去除率较高，最大达到16.1%。试验结束时经过回灌处理的垃圾填埋柱的渗滤液中氨氮浓度约为1200mg/L，低于未经回灌的原填埋柱的渗滤液氨氮浓度1600mg/L。

综上所述，渗滤液回灌过程增加了垃圾、土砂、水分、微生物和有机物之间的相互接触，有助于垃圾层形成“生物滤池”，有助于土砂层提高吸附、机械阻留效果，将渗滤液中的一些大分子有机物和无机物截流在垃

圾层、土砂层中，在垃圾填埋层内形成的多功能 “生物反应器”，在综合作用下，更有助于渗滤液中的有机物得到降解。

4 结 论

(1)本试验两个填埋柱的垃圾成分、垃圾装填、压实情况等控制条件都基本相同，因此在未经人为控制或改变条件的情况下，垃圾柱中填埋垃圾中的有机物的降解速率、渗滤液的特性参数的变化总体趋势也应基本相同。通过实验结果可知，回灌对渗滤液的酸碱度、色度均有不同程度的降低。

(2)对垃圾填埋柱的渗滤液进行回灌处理，增加了垃圾、土砂、水分、微生物和有机物之间的相互接触，有助于垃圾层形成“生物滤池”，有助于土砂层提高吸附、机械阻留效果，在垃圾填埋层内形成的多功能 “生物反应器”的综合作用下，更有助于渗滤液中的有机物得到降解，使渗滤液中CODcr、NH3-N的浓度得以不同程度的降低。

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