浅析垃圾填埋场渗滤液回灌技术
摘 要：渗滤液的处理一般可分为场内单独处理和场外合并处理两大类方案。其中场内单独处理方案是在填埋场内建立单独的处理系统对渗滤液进行处理；而场外合并处理主要是利用城市污水处理厂处理实现出水达标排放。
1 前言
城市生活垃圾的处理主要采用焚烧、堆肥、填埋和综合利用等方法。其中卫生填埋由于具有技术成熟、处理费用低等优点，是目前我国城市垃圾集中处置的主要方式。但垃圾在填埋过程中会产生大量的高浓度、有毒、有害的垃圾渗滤液，若处理不当，不仅会污染土壤和地表水源，甚至会污染地下水。因此，渗滤液污染控制是垃圾填埋场运行的一个关键问题，并且由于渗滤液处理所具有的难度已使其成为水处理领域和环境卫生工程领域的研究热点。
2 渗滤液处理的两大类方案及其存在问题
渗滤液的处理一般可分为场内单独处理和场外合并处理两大类方案。其中场内单独处理方案是在填埋场内建立单独的处理系统对渗滤液进行处理；而场外合并处理主要是利用城市污水处理厂处理实现出水达标排放。
2.1 场内单独处理方案
场内单独处理系统因渗滤液的污染负荷很高、水质水量的变化很大，尤其是有毒有害物含量较高，因而其处理系统必须对多种处理方法进行有机组合。为使出水能够达标排放，单独处理系统的工艺一般为：预处理＋厌氧＋好氧＋深度处理。但由于渗滤液的水质随填埋场“场龄”的增加，BOD5/COD呈下降趋势，可生化性由初期的0.4～0.8降至0.1～0.2之间[2]，初期宜采用生物处理工艺，而后期则宜采用以物化处理为主的工艺。这也导致了渗滤液处理的流程过长，管理复杂，运行费用高；与合并处理方案相比，单独设置小规模处理系统在运转费用方面也缺乏经济上的优越性。
2.2 场外合并处理方案
场外合并处理包括渗滤液直接进入污水处理厂和经预处理后进入城市污水处理厂两类。这种方案以在填埋场附近有城市污水处理厂为必要条件。若城市污水处理厂设计时未考虑接纳渗滤液，则其所能接纳的渗滤液量不能超过城市污水总量的0.5%，并且由渗滤液带来的负荷增加应控制在10%以下，才能保证其对城市污水处理效果不产生负面影响。另外，在上述条件满足的情况下，要将渗滤液与城市污水混合处理，还必须解决脱氮和磷缺乏问题。
3 回灌处理技术及其在渗滤液处理中的定位
渗滤液回灌处理方法是20世纪70年代由美国的Pohland最先提出的。渗滤液回灌是指将未经任何预处理的垃圾渗滤液直接循环回喷到垃圾填埋层上，通过控制回灌次数、水力负荷、有机负荷等参数，达到净化渗滤液的目的。
3.1 渗滤液回灌技术的特点
⑴ 通过垃圾层截留和蒸发作用能减少渗滤液总量；
⑵ 回灌能大幅度减少渗滤液中污染物，改善渗滤液水质；
⑶ 加速垃圾分解，提高产甲烷速率加快填埋场沉降加快垃圾稳定化进程；
⑷ 操作简单，投资省，运行费用低，减少对填埋场的维护费用。
3.2 回灌技术在渗滤液处理方案中的作用
通过回灌可以大幅度削减渗滤液处理的有机负荷，为后续生化、物化处理减轻负荷；加速对水质的稳定与均化作用，降低对后续处理系统耐冲击负荷能力和运行稳定性的要求，有利于场内处理工艺系统的设计与运行。同时，在做好水平衡的情况下，单纯利用回灌技术可以使渗滤液出水达到三级标准，实现与城市污水的合并处理。因此，渗滤液回灌技术既可作为单独处理方案的预处理，又可作为合并处理方案的预处理。
4 渗滤液回灌技术研究现状
4.1 水量平衡研究
渗滤液回灌处理是利用土壤表面的蒸发作用来消减水量，其水量平衡是垃圾填埋场渗滤液回灌处理法工程应用的关键问题之一。
孙玥等通过模拟垃圾填埋场土壤层进行回灌条件下的水量平衡实验研究表明：回灌使填埋场覆土层的水分饱和程度提高，土壤蒸发条件发生变化，土壤蒸发按蒸发能力进行，接近甚至可能大于水面蒸发量，使垃圾渗滤液大量削减。赵庆良等在哈尔滨某地建立了室外模拟垃圾填埋场来研究寒冷地区垃圾渗滤液的回灌处理，结果表明：回灌能减量87.05%，在东北地区，连续的回灌操作甚至可达到最终的水量平衡。夏越青等通过冬季填埋场渗滤液回灌水量平衡的研究表明，虽然冬季气温低，地表径流量大于其余三季，但冬季降雨量小，气候干燥，土壤蒸发量与下渗水量的比值高于其余三季，冬季降水产生的下渗水经土壤层后的渗出水仅占降水量的0.2%左右，如果适当增加回灌次数，可以提高削减量。
4.2 水质变化研究
回灌的渗滤液通过垃圾填埋层时，能有效降低污染物的浓度，这是因为垃圾层中含有大量微生物，对渗滤液的降解过程起了重要作用。Diamadopoulos E报道，循环回灌法处理COD 69400mg/L、BOD 56500mg/L的渗滤液，COD 去除率在90%以上，BOD去除率在98%以上。徐迪明、李国建等通过土壤结构对净化作用的影响研究发现在试验所用的亚粘土中加入一定比例的细砂可改善覆盖土层的透水性和透气性，当进水负荷为6.6～115g/(m2.d)时，运行两个月，COD去除率可达98%左右。在Chian[14]的渗滤液回灌研究中，BOD5和COD甚至可分别降到30~350mg/L和70～500mg/L。张瑞明等在杭州天子岭填埋场的直径40m、深2m试验填埋场回喷研究表明：COD可由初期10900mg/L降至一年后的143mg/L，去除率超过98%，出水达到GB 16889-1997中二级标准。
对于渗滤液的pH变化规律，也有许多学者进行了研究，结果表明采用回灌操作的填埋场初期出水的pH会迅速下降，产生有机酸积累问题。而于晓华等的研究指出，向填埋层供给少量空气（平均每立方米垃圾通风流量为1.7×10—4m3/min）就可以解决这一问题，使渗滤液中的有机物迅速降解。
另外，对于渗滤液的高NH3-N浓度问题，许多研究均表明，渗滤液原液回灌后的最终出水NH3-N浓度基本保持不变，甚至可能由于回灌导致的NH3-N不断积累，使得最终出水的NH3-N浓度反而高出不回灌渗滤液的填埋场。同时，也有研究者为了解决这一问题进行了研究。郭辉东等研究了在渗滤液原液回灌和经好氧预处理后回灌两种情况下的NH3-N浓度变化规律。结果表明：渗滤液经好氧处理后回灌可显著加速垃圾中含氮物质的水解过程。王琪等人的研究指出，在较小的负荷条件下，渗滤液经过兼性填埋层的回灌处理，在半好氧状态下NH3-N浓度可以降到10mg/L以下。郭蕴苹研究了在回灌处理时pH变化对NH3-N去除效果的影响，指出：在回灌之前采用石灰调节渗滤液的pH对NH3-N的去除有较大的影响，pH在10.0～11.0之间时NH3-N去除效率较高。
4.3 影响填埋场稳定的研究
反映填埋场稳定的指标包括渗滤液水质、产甲烷量和填埋场沉降等。
大量研究表明，渗滤液回灌会明显促进填埋场的稳定。罗春泳等通过试验发现，回灌渗滤液中的COD比回灌清水时的较早达到稳定，且稳定值较低，同时垃圾土中有机质的溶解与渗滤液中有机质的降解较回灌清水的为快，有利于垃圾填埋场的稳定化进程。李启彬等的研究表明，回灌前对渗滤液进行加热有利于填埋场快速稳定，垃圾填埋前期较低的渗滤液回灌频率有助于填埋场快速进入产甲烷阶段，而后期较高的渗滤液回灌频率则有利于填埋垃圾较快稳定。Robinson等人也指出，原需15～20d才能达到稳定的填埋场经回灌处理后2～3d就可以达到稳定。
4.4 回灌处理影响因素研究
4.4.1 水力负荷
回灌水力负荷是影响渗滤液处理效果的重要因素。有研究指出，低水力负荷对渗滤液中有机物的去除有利，高水力负荷减少了水力停留时间，使污染物质的降解不能充分进行，还可能引起垃圾层中微生物被冲刷，导致处理效果的降低。罗春泳等也发现随着水力负荷的增高，渗滤液中COD浓度降低的速率越来越慢，水力负荷越高，最终的渗滤液COD浓度值越高。建议在回灌设计中取水力负荷作为回灌系统的控制指标。在综合经济因素和处理效果的情况下确定合理的入水负荷。
而Chugh[29]的研究则表明，回灌渗滤液的容积增加，出水渗滤液pH值上升到中性的时间缩短，产气率达到最高的时间提前。Chugh认为由于出水渗滤液水质以及产气的变化是垃圾降解的结果，时间的缩短与提前则说明水力负荷的加大对垃圾降解有促进作用。
在实践中，各填埋场内垃圾的组成和压实程度不同导致了填埋场垃圾层的渗透性不同，最佳水力负荷也就不同。因此，必须根据填埋场的实际情况确定回灌的最佳水力负荷，但回灌负荷不可能无限增大，过大的水力负荷会出现渗滤液在垃圾表面积累的情况，并且过大的水力负荷不利于接种微生物在垃圾表面的附着，宜形成短流。
4.4.2 回灌频率及回灌方式
在相同的回灌负荷下，通过对不同回灌频率的研究，Chugh[29]发现，加大回灌频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着生长有一定的时间要求，
回灌频次过高不利于微生物的附着生长，也不利于垃圾层内填埋气的引出，造成过水面积降低，减少水与微生物的接触，不利于垃圾降解。但回灌频次的增加也有助于降解产生的抑制性物质快速洗出。在一定的回灌负荷条件下，研究人员目前多采用8h或16h回灌一次，即一天三次或两天三次。
不同回灌方式会导致渗滤液的渗流区域不同。表面喷洒使回灌渗滤液均匀分布于垃圾层的表面，使不同区域的垃圾的稳定化进程同步进行。而井注、表面渠流或管道布水则由于布水的不均匀性，造成不同区域垃圾稳定化进程的不同步，从而影响填埋场整体的稳定化进程。但实践表明，表面喷洒对环境的影响较大，井注是具有经济可行性的回灌方式。
4.4.3 填埋体的影响
垃圾粒度、空隙率以及各向同性或异性与否，直接影响回流渗滤液在垃圾层内的流动特性。Philip T M与Debra R R在渗滤液水平渠回灌的研究中发现，垃圾的各向异性与粒度不一致性有利于水平环流的形成，从而增加水流在垃圾内的停留时间。
罗春泳以渗滤液中的COD、微生物浓度及垃圾中有机物的浓度为考察指标研究填埋场高度对渗滤液回流对填埋场稳定化的影响发现，在相同回灌条件下填埋越深，垃圾中有机物的含量越高，产生渗滤液的量越少，回灌的来量也就小了，回灌对垃圾填埋场稳定的促进作用就降低。
何厚波等通过模拟试验研究了垃圾填埋场渗滤液分别回灌到不同高度的垃圾柱之后，柱内的有机污染物降解变化规律。结果指出，回灌渗滤液中有机物的去除效果随垃圾堆体高度的增加而增加。
5 结语
渗滤液回灌处理技术在国内还仅停留在理论研究阶段，我国仅有广州、上海等少数地区兴建的垃圾填埋场采用了回灌处理方式。但渗滤液回灌技术在填埋场渗滤液污染控制中所具有的技术经济优势不容忽视。笔者认为，渗滤液回灌技术可作为渗滤液处理两大类方案的有效补充，即作为单独处理方案或合并处理方案的预处理技术加以推广。
在采用回灌技术作为垃圾填埋场渗滤液处理方案的预处理时，还应该注意以下几点：
⑴ 渗滤液泄漏污染地下水问题。为了防止地下水受回灌渗滤液的污染，进行回灌处理的填埋场必须是具有良好的气体、渗滤液收集系统和双层衬垫系统（HPDE）防渗层的卫生填埋场。
⑵ 填埋气控制的安全问题。由于回灌能加速垃圾的降解，湿度增大的情况下CH4产气速率和总量均变大，大量的CH4成为填埋场运行期间及封场后的隐患。如何收集和控制CH4气体应引起重视。
⑶ 恶臭气体问题。表面喷灌会散发出难闻气体，造成空气的二次污染。内层回灌技术要求较高，但对地面水和空气的污染均较小。因此为了减轻空气污染问题，应加强内层回灌技术的研究。
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