垃圾填埋場滲濾液回灌處理的作用和意義 |
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何厚波 徐迪民 摘 要: 在調研國內外相關文獻和實驗結果的基礎上，對滲濾液回灌處理技術的理論依據、回灌的作用和意義進行瞭探討，提出一些建議。 關鍵詞 填埋場 滲透 瀝濾液 回灌 1 引言 城市垃圾處理、處置常用填埋、堆肥、焚燒等方法。填埋方法因技術成熟、處理費用低、管理方便，被廣泛采用。但隨之而引出瞭滲濾液處理問題。垃圾滲濾液的處理方法包括生物、物化及土地處理法。 生物處理法包括好氧處理、厭氧處理和厭氧-好氧處理。物化法主要有化學混凝沉淀、電解氧化、活性炭吸附、密度分離、化學氧化、化學還原、膜滲析、汽提、濕式氧化等多種方法。和生物法相比，物化法受水質水量影響小，出水水質穩定，尤其對BOD/COD較低而難以生物處理的垃圾滲濾液有較好的處理效果。由於物化法處理費用較高，一般用於滲濾液預處理或深度處理。滲濾液的土地處理包括慢速滲濾系統（SR）、快速滲濾系統（RI）、表面漫流（OF）、濕地系統（WL）、地下滲濾土地處理系統（UG）以及人工快速滲濾處理系統（ARI）等多種土地處理系統。土地處理主要通過土壤顆粒的過濾，離子交換吸附和沉淀等作用去除滲濾液中懸浮顆粒和溶解成分。通過土壤中微生物作用使滲濾液中有機物和氮發生轉化，通過蒸發作用減少滲濾液量。 目前用於滲濾液處理的土地法主要是回灌和人工濕地。由於回灌法具有投資省、運行費用低、抗沖擊負荷能力強、操作方便等優點，因此應用前景廣闊。 本文從回灌的理論依據、回灌的作用和回灌的意義等方面對滲濾液回灌處理技術進行探討。 2 滲濾液回灌法處理的理論依據 Robert K Ham等[1]在模擬研究填埋場內垃圾降解時發現瞭堆層內的垃圾有處理滲濾液的能力，從而使垃圾填埋場滲濾液回灌技術受到關註並得到發展。滲濾液回灌是用適當的方法將從填埋場底部收集到的滲濾液，將其再從覆蓋層表面或覆蓋層下部重新灌入填埋場，借助填埋堆層中的垃圾層及覆蓋土層的生物降解、物理化學的吸附、螯合、離子交換等凈化作用來處理填埋場滲濾液的方法。在國外（如英國），采用回灌法處理垃圾填埋場滲濾液已得到一定程度的應用；國內對回灌法處理垃圾填埋場滲濾液也作瞭較多研究，對其去除機理有一定瞭解，徐迪民等[2]詳細研究瞭垃圾填埋場滲濾液回灌的影響因素，發現在實驗所用的亞粘土中加入一定比例的細砂，改善瞭覆蓋土層的透水性和透氣性，當進水負荷為6.6～115g/(m2穌)時，運行兩個月，COD去除率可達到98%左右，並對回灌法處理垃圾填埋場滲濾液的依據、工藝流程、技術參數均作瞭闡述。同時對垃圾填埋場模擬柱進行鏡檢表明，回灌後的垃圾填埋層有機殘體減少，並有微團聚體出現，其外緣光滑，孔隙發育良好，微生物增多，除原有的菌類和大腸菌群外，呈現一定數量的原生動物、輪蟲、蠕蟲等。垃圾表面有相當數量菌膠團，這些原生動物以細菌為食，可使生物膜更新，從而防止孔隙堵塞，在生物體的共同作用下，凈化作用得以順利進行。在回灌系統中，填埋形成的垃圾層是半天然的厭氧濾床，滲濾液回灌到垃圾堆體上，借助填埋場覆蓋土層和垃圾層的生物降解、物理化學吸附、螯合、離子交換、過濾截留等作用達到水質凈化目的，同時也可依靠土壤表面的蒸發和表層植被的蒸騰作用，削減滲濾液量。 3 滲濾液回灌的作用和意義 3.1 加速垃圾填埋場的穩定化進程 垃圾填埋場進行滲濾液回灌，能夠增加垃圾含水率，從而增加垃圾降解速率和降解程度，加速垃圾填埋場的穩定化進程。Timothy D Baldwin,Jeffrey Stinson 及Robert K Ham等 [3]對代表不同氣候的3個垃圾衛生填埋場進行現場對比實驗，發現受氣候影響佛羅裡達的Palm Beach鎮衛生填埋場的垃圾含水率較高，其垃圾的降解速率和降解程度也較高，並經過多因素分析，認為含水率是填埋場中影響MSW（城市生活垃圾）降解的最關鍵因素之一。Townsend等[4]研究發現，垃圾填埋場的穩定速率受諸多環境因素的影響，其中首要的是含水率，在較高含水率水平時，填埋場中微生物更加活躍，滲濾液回灌處的沉降速率為不回灌處的1.5倍。 Miller等 [5]人在進行垃圾填埋場現場滲濾液回灌實驗時發現，對垃圾填埋場進行滲濾液回灌，能夠增加填埋場垃圾層的微生物數量，並把滲濾液中的營養成分帶回到垃圾堆體中，同時能在填埋場內形成更有利於垃圾降解的環境,如濕度增大、氧化還原電位降低、VFA（揮發性脂肪酸）和重金屬離子濃度下降，從而加快垃圾降解速度，提高填埋場產甲烷速率、填埋場的沉降速率和總沉降幅度，加快垃圾填埋場的穩定化進程。 3.2 減少滲濾液量並凈化其水質 滲濾液回灌可實現滲濾液減量化。由於在回灌條件下，填埋場表層土壤的物理狀況發生瞭變化，對填埋場表層覆土的水平衡狀況產生影響，提高瞭表層覆土的濕潤度，改變瞭蒸發條件，從而影響蒸發速率和水分飽和程度。回灌條件控制得好，可使土壤水分達到飽和狀態。若表層土含水量超過垃圾持水量，土壤蒸發面屬於飽和蒸發面，此時土壤蒸發與水面蒸發相似，則土壤蒸發可以達到水面蒸發能力，又由於土壤與水的熱容量不同以及土壤表面具有較大的表面積，因而土壤的蒸發能力要比同氣象條件下水面蒸發大些。此外，在填埋場表土有植被的情況下，回灌的水可被植物截留而最終以植物蒸騰作用的形式得到消耗，植被蒸騰作用也是消減水分的主要手段，植被吸收的水分除一小部分留在植物體內外，90%以上的水分通過蒸騰作用散發。孫月[8]對垃圾填埋場滲濾液水量平衡機理進行實驗研究發現，土壤水分飽和程度對蒸發量的影響十分明顯，隨著回灌水量的增加，土壤水分供給充足，土壤蒸發由蒸發能力決定，土壤蒸發量與下滲量的比值約在0.98左右。在回灌達到18mm/d後，土壤水分飽和程度較高，此時蒸發量最高可達8.82mm/d。 除削減水量之外，滲濾液回灌還可達到凈化滲濾液水質的目的。滲濾液回灌使填埋場中垃圾含水率增加，有利於垃圾中生物群落的生長，使得垃圾填埋場成為生物濾床，流經垃圾堆層滲濾液中的有機物可經生物（大部分為厭氧微生物）降解轉化為甲烷；滲濾液回灌能促使SO42--被還原為H2S，H2S與滲濾液中的重金屬離子反應生成硫化物沉淀；滲濾液在回灌條件下，能較快地轉變為中性或弱堿性，從而有利於其中的重金屬離子生成氫氧化物沉淀；同時，垃圾在降解過程中生成的大分子量腐殖質類有機物能與重金屬離子形成穩定的螯合物。因此滲濾液回灌能夠降解滲濾液中有機物和重金屬離子，達到凈化滲濾液水質的作用。 3.3 滲濾液回灌的意義 滲濾液回灌的意義在於對整個垃圾填埋場中污染物質（包括MSW和污水）的控制和處理所起的作用。 傳統的衛生填埋場設計和操作方法是收集儲存固體廢棄物，並在垃圾堆層上設置排水系統，以減少降水的滲入量。這種處理方式盡管減少瞭滲濾液的產生量，但MSW中可生物降解部分物質的降解速率降低。采取滲濾液回灌技術可使垃圾填埋場由傳統的存放場轉變成MSW的生物處理系統。可見滲濾液回灌的意義不僅在降解滲濾液本身的污染負荷，而在於對整個垃圾填埋場中污染物質的控制和處理過程中可能起到的重要作用。 用滲濾液回灌對礦化垃圾進行處理，在去除滲濾液中COD等污染物的同時，可以通過蒸發和蒸騰作用達到滲濾液減量化目的。與之相比，對非礦化垃圾，特別是對新近填埋的垃圾進行滲濾液回灌，滲濾液中污染物的降解作用可能並不顯著，但是若將固體垃圾和滲濾液中的污染負荷一起考慮，此時的滲濾液回灌措施加速瞭垃圾填埋場中總污染負荷的降解速率，加速瞭垃圾填埋場穩定化進程，因而不能僅從滲濾液中污染物的去除效率來否定此時滲濾液回灌的積極意義。 滲濾液回灌可顯著提高垃圾含水率，加快垃圾降解速率和填埋場穩定化進程；縮短填埋場對周圍環境影響的時間；減少封場後填埋場的監測、管理費用；增加填埋場土地重新利用的可能性。總之，回灌法與物化和生化法相比，能較好地適應滲濾液水質水量的變化，是一種投資省、運行費用低、且能加速城市垃圾填埋場穩定的方法。 4 建議 4.1城市垃圾滲濾液處理問題越來越受到關註，滲率液回灌技術因其投資省、運行費用低、抗水質水量沖擊負荷能力強、可以加快填埋場穩定等優勢而具有廣闊的應用前景。 4.2滲濾液回灌技術的作用不僅僅是降解滲濾液中的污染物，因此研究應著眼於對垃圾填埋場整體污染物的管理和控制;滲濾液回灌的應用應在垃圾填埋場的設計建造的同時予以考慮。 4.3應多進行大規模或全比例實驗研究。因滲濾液回灌在工程實踐中受垃圾組分、氣候氣象條件、水文地質條件、垃圾填埋作業方式、回灌帶來的垃圾的變化、滲濾液成分、回灌方式、回灌頻率等影響，易受控制和調節的因素有限，且滲濾液回灌為一不穩定過程（隨時間），所以建議有條件時應結合已有的研究成果盡量多開展中試和全比例的實驗研究。 4.4滲濾液回灌處理技術對滲濾液進行處理的效率有限，應積極開展與之配套的技術經濟上均可行的後續處理技術的研究，以滿足滲濾液達標排放的要求。同時，滲濾液回灌帶來的臭氣問題不容忽略。 1 Robert K Ham and Todd J Bookter. Decompsition of Solid Waste in Test Lysimeters. Journal of the Environment Engineering Dision,1982, 108(6): 1147～1170. 2 徐迪民等. 垃圾填埋場滲濾水回灌技術的研究. 同濟大學學報，1995，32∶119～128. 3 Timothy D Baldwin, Jeffrey Stinson , Robert K Ham. Decomposition of Materials Buried Within Sanitary Landfil. Janour of Environmental Engineerin,1998,153(11):1193～1202. 4 T ownsend G T, Miller W L, Earle J F K. Acceleration of Landfill Stabilization UsingLeachateRecycle. Journal of Environmental Engneering,1996,122(4): 263～266. 5 Miller W L,Townsend T G.Leachate Recycle and the Augmentation of Biological Decomposition at Municipal Solid Waste Landfills, 2nd Annual Research Symposium. 摘自－同濟大學環境科學與工程學院 |
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