生活垃圾卫生填埋场渗滤液处理技术

1生活垃圾卫生填埋场渗滤液处理技术同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室汇报人：柴晓利渗滤液的定义渗滤液是指垃圾在堆放和填埋过程中由于雨雪淋溶、自身发酵、地表水和地下水浸泡而渗滤出的高浓度有机废水。渗滤液的来源及其影响因素降水降雨：降雨量、强度、频率、持续时间降雪：降雪量、升华量、融雪量、风速、雪块特性、气温、场地情况地表径流：地形地势、覆土性能、植被情况、排水设施、先前土壤及垃圾含水率地下水：防渗措施、场底方位、地下水与垃圾的接触量、接触时间及流动方向垃圾分解：自身含水、pH值、温度、氧的存在、填埋时间、垃圾组成及颗粒大小填埋方式：作业区大小、压实程度、导流措施渗滤液来源渗滤液的组成项目变化范围项目变化范围项目变化范围颜色黄褐色～黑色COD3000～45000Fe10～600嗅味恶臭、略有氨味BOD5500～38000Cu0.1～1.43色度500～10000倍TOC1500～40000Pb0.05～12.3pH值4.0～8.5NH3-N200～5000Zn0.2～13.48总残渣2500～35000NO3--N5～240Ca200～4500碱度CaCO36000～15000NO2--N0.5～20Cr0.01～2.61有机酸46～24600TN400～3000Hg0～0.032氯化物2500～10000TP0.5～70As0.01～0.5电导率(μΩ/cm)5000～30000Ni0.01～6.1Cd0～0.13渗滤液的组成（1）有机污染物一般来说，渗滤液中绝大部分有机化合物为可溶性有机物，悬浮物所贡献的COD等相对较低。由于垃圾组分和降解程度的不同，渗滤液中有机化合物的浓度变化较大，按分子量大小可大体分成以下三类组分：①小分子的醇和有机酸；②中等分子量的灰磺酸类物质；③高分子的腐殖质。一般来说，填埋初始阶段的渗滤液，大约90%的可溶性有机碳由短链的可挥发性脂肪酸组成，其主要成分为乙酸、丙酸和丁酸，其次是带多羧基和芳香族羧基的灰黄酶酸。而当填埋场达到相对稳定时，挥发性脂肪酸组分减少，而灰黄酶酸物质比重增大，表现在B/C降低，可生化性降低。评判渗滤液中有机物浓度及生物降解性的指标较多，例如COD/TOC、BOD/COD、VOA/TOC等，通过这些值可以间接判断渗滤液的产生时间。一些学者认为COD/TOC比值能较好的反应渗滤液的降解过程，对实际填埋场渗滤液的测定结果显示：填埋初期渗滤液的比值为3.3，填埋时间较长的渗滤液为1.16。对某些渗滤液，COD/TOC最大值可达到4.0，随着填埋时间增加，COD/TOC比值逐渐减小，从而说明渗滤液的有机碳处于氧化状态，不易作为生长所需碳源而被微生物利用不同组分物质在填埋场中的降解速度有一定的差异，其降解速率大致如下：挥发性脂肪酸低分子醛氨基碳水化合物肽腐殖酸酚类化合物富里酸（2）无机常量成分主要包括Ca、Mg、Na、K、NH4+、Fe、Mn、Cl-、SO42+、HCO3-等常见的一些无机元素填埋场稳定化过程中部分无机物的变化趋势随着填埋时间的增加，SO42-和Cl-的浓度都减小。Zn和Fe浓度先升高后降低，由于溶液pH值严重影响了Zn、Fe等金属的溶解度，因此这间接反映了在填埋场的稳定化过程中，pH值先降低后升高的趋势。对于渗滤液处理过程的重要制约因素，N的变化形式研究也较多。在垃圾好氧降解阶段、兼性厌氧降解阶段和完全厌氧降解初期，渗滤液中的氮主要以氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮和多种有机氮的形式存在，各种形式的氮在微生物作用下相互转化。在垃圾完全厌氧降解后期，渗滤液中的氮主要是氨氮与氨浓度不同，虽然渗滤液中P含量绝对值相对城市污水并不低（能达到30～40mg/L），但由于垃圾本身对P具有良好的吸附作用，使得进入渗滤液处理系统的P含量一直较低(0-2mg/L左右)（3）渗滤液金属分布填埋场渗滤液中含有多种金属离子，包括Zn、Cu、Cd、Pb、Ni、Cr和Hg等，它们的浓度与渗滤液CODCr、BOD5、营养物或大多数离子浓度的变化趋势并不相同，主要受所填埋垃圾的组分、填埋场类型等因素的影响。一般来说，填埋城市生活垃圾的专一填埋场渗滤液，所含的金属离子浓度较低。填埋场类型地址废物组成渗滤液处理工艺A滩涂型填埋场市政废物、焚烧飞灰、下水道污泥、工业废物生物处理－混凝－土地渗滤－活性炭吸附B山谷型填埋场工业污泥生物处理－混凝－化学氧化－土地渗滤－活性炭吸附C滩涂型填埋场混合污泥、污泥、飞灰、底灰混凝－土地渗滤－活性炭吸附AsCdCrCuHgMoNiPbSbSeSnZnA处理前后9.1511018.174125538219.151819.2412.2552447B处理前后105174018.731054552105625161815200565537035C处理前后12513210124120072529210119557612291504196310110环境本底值1010500.5701010210（4）异型生有机化合物（XOCs）在填埋场污染的地下水中已检出超过1000种异型生有机化合物（XOCs），渗滤液中的成份也必然较高。此类XOCs可大致分为以下四种：脂肪类碳氢化合物、卤代烃、酚类物质、杀虫剂。化合物浓度范围/（μg•L－1）芳香族碳氢化合物苯1～1630甲苯蓝1～12300二甲苯4～3500乙苯1～1280三甲基苯4～250萘0.1～260卤代烃氯苯0.1~1101,2-二氯苯0.1~321,4-二氯苯0.1~161,1,1-三氯乙烷0.1~3810三氯乙烯0.7~750四氯乙烯0.1~250填埋场渗滤液中常见XOCs的浓度二氯甲烷1.0~64氯仿（三氯甲烷）1.0~70酚类化合物苯酚1～1200甲酚1～2100杀虫剂丙酸2.0~90混杂的其它类物质丙酮6~4400二乙基邻苯二甲酸酯10~660二丁基邻苯二甲酸酯5.0~15四氢呋喃9~430三丁基邻苯二甲酸酯1.2~360樟脑油检测到（续表）渗滤液的污染特性（1）水质复杂多变、危害性大渗滤液中不仅包括有机物、植物性营养素（以氮为主）、重金属，还有许多未知的有毒有害物质。不同地区的填埋场、同一填埋场不同填埋时期的渗滤液水质水量均有很大变化。采用GC-MS-DS联用技术测定国内三地填埋场渗滤液的组成，分别得到77种、63种和93种有机污染物，其中20余种为我国和美国环保局优先控制的污染物。（2）COD和BOD5浓度高，可生化性随填埋龄逐渐降低COD和BOD5最高可分别达到90000mg/L和38000mg/L以上，其成分主要为低分子量的脂肪酸、中等分子量的灰黄酸类物质和高分子量的碳水化合物等，浓度随时间推移逐步下降，而B/C可由初期的0.5～0.7下降到后期的0.05～0.15（3）营养元素比例失衡渗滤液中NH3-N浓度可达2000mg/L以上，并随填埋龄增长维持其峰值较长时间，而磷元素缺乏，尤其是溶解性的磷酸盐浓度因受渗滤液Ca2+浓度和总碱度水平的影响而更低。高氨氮、低磷源将抑制微生物的活性，也使得生物脱氮的反硝化过程碳源严重不足。有人利用厌氧折板滤池(ABR)工艺处理渗滤液与城市污水的混合废水时发现，当两者混合比为1:1时，仍存在缺磷问题。（4）金属离子含量高渗滤液中含有多种金属离子，其浓度与所填埋垃圾的类型、组分和时间等密切相关，部分浓度较高，如铁、铅、锌、钙的浓度可分别高达2050mg/L、12.3mg/L、130mg/L和4300mg/L。这些金属离子会对生物处理过程产生严重抑制作用（5）色度深且有恶臭渗滤液具有较高的色度，其外观多呈淡茶色、深褐色或黑色，有极重的垃圾腐败臭味。（6）总溶解性固体含量高其浓度在0.5～2.5a能达到10000mg/L以上，同时含有高浓度的Na+、K+、C1-、SO42-等无机类溶解性盐，随着填埋时间的增加，这些无机盐的浓度将逐渐下降，直至最终稳定。2、渗滤液的研究现状我国渗滤液的处理现状虽然随着我国经济建设的发展，很多地方都建设了不同类型的填埋场，城市生活垃圾的处理走向了一个规范化的道路，但据中国城市建设研究院对全国292家大中型填埋场的调查显示：现有填埋场中，具有渗滤液处理系统的占61%，其中49%的填埋场进行了渗滤液处理，但没有达到国家的相关排放标准，剩余的12%填埋场进行了处理，出水达到纳管标准。渗滤液的低处理率即有认识问题，也有技术经济问题，而后者往往占主要作用。应该说，符合“高效、低耗”（costeffective）处理标准的渗滤液处理工艺的成功研发，是解决我国渗滤液问题的关键所在。渗滤液的研究现状只从渗滤液问题成为制约填埋场安全、卫生管理的重要因素后，渗滤液研究就逐渐占据了固体废弃物研究的中心环节，目前主要开展了各种生物处理工艺、防渗材料、脱氮工艺、渗滤液泄漏后的迁移转化、渗滤液回灌过程的加速填埋场稳定化过程、垃圾高效降解菌的提取与降解过程、填埋场渗滤液中的污染生态效应和微生物组成等方面的研究。虽然国内外对渗滤液进行了四十余年的研究，但人们对渗滤液本身的了解仍极其有限，总结起来有以下几方面：（1）借助于仪器测定渗滤液中微量、低分子量有机物，如少量苯类化合物和含氯有机物，报道的浓度为微克级。但由于测定仪器对进样的要求，渗滤液样品须经过一系列预处理后才能进入仪器进样口，致使大量有机物被截留，测定结果与实际结果相差甚远，不能准确描述渗滤液的化学组成（2）一般认为渗滤液应该存在木质素、纤维素、腐殖质等，Ki-HoonKang等人进行了相关的研究，但到目前为止，还缺乏定量化关系（3）虽然对各个填埋场和堆放场渗滤液的COD,BOD,NH3-N,SS,色度及其与时间的关系有较完整的记录和报道，但对其它化学与生物性质了解很少（4）卫生填埋场的一个重要指标是须有防止渗滤液下渗的衬层，但人们对衬层的作用机理仍然不清楚，对于衬层的防护标准仍很模糊，特别是对渗滤液通过衬层时污染物的衰减过程研究较少为了加深对渗滤液本质的认识，发展新的处理工艺，避免对环境的污染，必须对以下还未探讨或了解还非常有限的几个方面进行研究（1）渗滤液的物理性质:渗滤液不同于纯水或可溶性盐溶液，而是非均相的混合溶液，存在着大量粒径不同、难于生物降解、对COD贡献大的胶粒，必须对其分离，并研究每一粒径范围内胶粒的物理、化学与生物降解性质（2）渗滤液的化学性质。目前人们对渗滤液的宏观指标如COD,BOD,色度等的了解较深入，但对其它基本化学性质如与各种金属、无机和有机化合物的反应，对土壤和各种无机和有机制品的侵蚀作用还从未探讨过（3）渗滤液的生物性质。渗滤液中存在种类繁多、数量巨大的各种微生物和动物种群，虽然已有部分学者对微生物进行了相关的分离，但这方面的研究极其有限。渗滤液处理工艺效果不佳的主要原因有五点：抗冲击负荷能力差。生物法处理污水一般要求相对稳定的污水水量及水质，而在垃圾处理设施中，渗滤液的产生主要集中在雨季，调节池的容量相对不足，势必造成对生物处理系统负荷的冲击，影响处理效果；而在枯水期，渗滤液量极少，氨氮等污染物浓度高，抑制了微生物生长处理工艺重启较为困难。由于冬季渗滤液量很少，冬春季后单元反应器再启动相对困难工艺适应性差。随填埋时间的延长，营养元素严重失调，渗滤液碳氮比下降，可生化性降低，现有工艺的适应性较差脱盐率偏低。我国垃圾中由于含有大量餐厨垃圾，使得渗滤液中含盐量偏大，但生物法脱盐相当困难生物法脱色相当困难。渗滤液中含有大量难降解发色物质，生物法对于后期尾水的脱色效果基本为零28矿化垃圾生物反应床处理渗滤液技术矿化垃圾的定义一般认为，当垃圾中可降解的有机组分基本矿化、可浸出的无机盐由渗滤液带走，渗滤液不经处理即可直接排放，垃圾层基本无气体产生，场地表面自然沉降停止，这时，可以认为填埋场达到稳定状态，称为矿化垃圾。矿化垃圾的基本组成和性质填埋场中的垃圾经过数年乃至数十年的降解，除了少量极其稳定的无机组分（如石子、玻璃等）和一些极难生物降解的有机物（如橡胶、塑料等）没有或变化较