回灌法处理垃圾渗滤液的技术研究
0 引言
目前，城市垃圾填埋场的设计和研究在我国尚处于起步阶段，随着城市垃圾填埋场的建设，渗滤液处理也在不断探索与发展。回灌法作为一种新型的渗滤液处理技术，经济合理，适应我国垃圾渗滤液处理的工艺流程，具有广阔的前景。
1 渗滤液的来源、特点及危害
垃圾渗滤液主要是指超过垃圾及所覆土层持水容量及表面蒸发潜力的雨水进入填埋场地后，历经垃圾层和覆土层而产生的高浓度污水。即在垃圾的填埋过程中，由于压实、降雨和微生物的分解作用，从垃圾层中渗出的高浓度有机废水。垃圾渗滤液主要特点有有机污染物种类繁多，水质复杂；污染物浓度高，变化范围大；水质、水量变化大；金属含量高；氨氮含量高；营养元素比例失调；进行生物处理时会产生大量泡沫，不利于处理系统正常进行等。
垃圾在卫生填理处置过程中，会产生大量渗滤液，而且固体垃圾中的重金属及有毒有害物质也会溶入渗滤液中，作为一种高浓度有机废水，如不及时对其进行收集、处理，将造成对地下水、地表水和填埋场周围环境的污染和影响。因此，处理好垃圾填埋过程中产生的渗滤液，是防止二次污染最重要的措施，也是垃圾填埋场设计成败的关键。
2 渗滤液回灌处理法的研究现状及进展
用土地法处理渗滤液的主要形式是渗滤液回灌和土壤植物处理系统。自20世纪70年代起，美国、英国、加拿大、澳大利亚、德国、丹麦、意大利、瑞典和日本等国相继开始了生物反应器填埋场的研究。Robinson等人的研究表明，通过渗滤液回灌可以缩短填埋垃圾的稳定化进程(使原需15～20a的稳定过程缩短至2～3a)。日本学者在“准好气填埋”理论的基础上进行了“循环式准好气填埋”的实验，并且己经用于实践中。
国内最早有关垃圾渗滤液回灌的研究是1995年由同济大学徐迪民等进行的。研究表明渗滤液回灌能较好地适应渗滤液水质水量的变化、加速填埋场稳定化进程、投资省、运行费用低，具有较为广阔的应用前景。
3 试验装置
试验装置(垃圾柱)结构示意图见图1。覆盖土层土砂比为7：1，与垃圾层进行交替。渗滤液回灌过程中，经过覆土层、垃圾层和碎石层后，由垃圾柱下端的小孔流出，通过出水管进入渗滤液收集桶。碎石层是为了防止出水管的堵塞而铺设的。本试验试验装置共4套，其中1号不回灌，2号采取调节pH值进行回灌，3号完全回灌，4号进行好氧回灌。其填埋垃圾为居民生活垃圾。
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4 试验结果及讨论
4.1 渗滤液CODcr的变化
由图2可知，4个垃圾填埋柱渗滤液的CODcr浓度变化趋势因回灌方式的不同随时间呈现出不同的变化过程。由试验温度分析可知，在试验正式启动至结束期间，气温相对较高，平均气温25℃左右，较适宜微生物的分解活动。垃圾在微生物的分解作用下，进行水解酸化反应。同时由于渗滤液的产生量较大，在其冲刷作用下，将垃圾层中的水解产物带出，从而增加了渗滤液中的有机物含量。可以看出对4个垃圾柱进行第一次监测时，CODcr浓度就已达到较高值。并且4个垃圾柱的CODcr浓度在起始状态时基本保持在同一水平，说明4个垃圾填埋柱的装填垃圾成分基本相同，具有可比性。1号垃圾柱渗滤液中的CODcr值和2、4号垃圾柱渗滤液中的CODcr值变化相同，分别由初始的较大值平缓下降至试验后期的最小值，3号垃圾柱渗滤液在回灌初期CODcr就出现最小值，然后有所回升一段时间后趋于平缓下降。
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由于垃圾层刚开始回灌时，吸附的有机物很少，CODcr的去除为覆土层和垃圾层的吸附截留、离子交换和微生物降解综合作用的结果，且垃圾层及覆土层的吸附截留作用占主导地位，将渗滤液中的一些大分子有机物和无机物截流在垃圾层中，因此在回灌初期就对CODcr有去除作用。随着时间的推移，垃圾层的吸附基本趋于平衡或饱和，CODcr的降解主要为微生物的降解，CODcr的去除率有所下降。2、3号垃圾柱再未表现出良好的去除效果，可能是因为回灌水量较大导致“沟流”或“短流”的现象的发生，使得有机物的溶出速率较快，从而使CODcr的去除效果反而比不回灌的1号垃圾柱的去除效果要低。4号垃圾柱CODcr的去除率总体上要高于1、2、3号垃圾柱的CODcr的去除率，分析其原因可能是因为4号垃圾柱的反应环境为好氧条件，有利于微生物的存活，并为其降解反应创造有利条件。期间CODcr去除率出现波动以及零去除率的现象，分析原因可能是在垃圾体内有机物的溶出速率与温度存在密切关系，当温度较高时，加快了有机物的溶出，同时温度的变化与有机物溶出速率的关系存在一定的滞后性，导致去除率出现波动变化以及零去除率的变化。
由此可见，渗滤液回灌增加了垃圾、水分、微生物和营养物之间的相互接触，为垃圾层带来了大量的微生物，提高了垃圾层的含水率，在垃圾层内形成了更有利于垃圾降解的环境，从而加速了垃圾的降解速率。从试验结果来看，4号垃圾柱内渗滤液的CODcr浓度整体上低于未回灌的1号垃圾柱渗滤液CODcr浓度以及回灌水量较大而且处于厌氧条件的2、3号垃圾柱的CODcr浓度。
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4.2 渗滤液氨氮值的变化
由图3可知，4个垃圾填埋柱渗滤液的氨氮含量首先经历了一个短期的平缓增长，然后根据回灌水量及反应条件的不同发生不同的变化趋势，在经历一个快速增长之后变化情况趋于平缓。实验开始期间，氨氮含量增长速度比较平缓。但由于温度相对适中，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，试验开始后10d左右氨氮含量经历了一个较快增长阶段，之后呈现出曲折的缓慢上升趋势。由图2也可以看出，进行回灌试验以后的2、4号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1号垃圾填埋柱和3号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，垃圾层及覆土层的吸附截留作用对渗滤液中的氨氮具有一定的去除效果。此外，偏碱性的反应环境及其好氧条件都对氨氮的去除有较好的效果。
4.3 垃圾柱中的微生物差异
试验对垃圾柱中的微生物进行了镜检试验。镜检结果显示在1号垃圾柱中含有不少的藻类和变形虫等生物，因此1号桶在此时曾出现少量蛆虫。2号垃圾柱中仅含有少量的藻类和少量的变形虫，分析其原因可能是因为对2号垃圾柱的pH值进行了人工调节，偏碱性的条件对微生物的生存有利，但是2号过大的回灌水量反而使得微生物不易存活；3号垃圾柱中则几乎没有微生物的存在，这也与3号渗滤液较高的CODcr和NH3-N值相对应，可能是因为偏酸性的环境和较大的回灌水量导致微生物的死亡；4号垃圾柱中存在很多线虫、藻类和少量钟虫、裂口虫等，大量微生物的存在使得4号渗滤液含有较低的CODcr和NH3-N值，而且4号桶中曾好长时间出现大量蛆虫，这也说明好氧反应条件有利于微生物的存在，对渗滤液中CODcr和NH3-N都有较好的去除效果。
5 结论
(1)适度增大渗滤液回灌的水力负荷、有机负荷可以提高渗滤液中CODcr的去除率，但是水力负荷、有机负荷过大不利于垃圾体内微生物的生化降解、CODcr的去除。
(2)通过改变渗滤液的pH值至弱碱性进行回灌后，氨氮的去除率受水力负荷、有机负荷的影响变小，去除率在较大的水力负荷仍能达到良好效果，因此pH值是影响渗滤液回灌处理氨氮的重要因素，弱碱性的环境适宜硝化细菌及反硝化细菌的生长。
(3)温度是影响回灌效果的重要因素，根据回灌的全过程可以看到，在夏末温度较高回灌时CODcr和NH3-N的的去除率明显。
(4)在整个试验进行的范围内，从去除率和去除的稳定性上考虑，原液回灌对渗滤液中CODcr、氨氮的去除效果最好，分析原因可能是由于原液回灌中微生物量多，相对保护微生物活性较好，回灌过程中有机负荷相对较大，补充碳源丰富，同时由于回灌的影响，使得垃圾体内呈弱碱性环境，满足微生物的营养要求和生长环境。
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