城市生活垃圾填埋场渗滤液处理探讨赖吾生

赖吾生：城市生活垃圾填埋场渗滤液处理探讨199城市生活垃圾填埋场渗滤液处理探讨赖吾生（明溪县环境监测站，福建三明365200）赖吾生：城市生活垃圾填埋场渗滤液处理探讨摘要：城市生活垃圾卫生填埋被认为可能是昀简便、昀经济的城市固体废弃物处理方式，并被世界上越来越多的国家所推广，然而其渗滤液对周围环境的污染也成为全球范围内所普遍面临的难题。城市生活垃圾填埋场渗滤液是一种难于处理的废水，该文针对城市生活垃圾渗滤液产生及其水质特点，探讨了渗滤液处理方法。关键词：垃圾填埋；渗滤液；处理引言随着经济的发展、人民生活水平的提高，城市产生大量的生活垃圾。卫生填埋是当前国内外广泛采用的一种垃圾处理方法。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。若渗滤液处理不当，不仅会污染土壤和地表水源，甚至会污染地下水源。渗滤液是我国城市生活垃圾填埋场的主要二次污染，大量已建成的采用常规工艺的渗滤液处理工程基本都达不到《生活垃圾填埋污染控制标准》(GB16889-1997)中的一级排放标准。目前国内尚没有一种成熟的典型处理工艺，因此，探讨渗滤液处理特性，对推进垃圾无害化处理，彻底消除固体废弃物污染具有十分重要的意义。1城市生活垃圾渗滤液的产生、水量、水质特性及处理难点1.1垃圾渗滤液的产生垃圾渗滤液是指从垃圾填埋场中渗出的黑棕红色水溶液，每年垃圾渗滤液的产生量是十分惊人的。当垃圾含水47%时，每吨垃圾可产生0.0722t渗滤液。其中含有大量的有机污染物、重金属和高浓度的植物性营养物，和大量有毒有害污染物。其主要来源于：①垃圾本身所含水分及有害物质。②垃圾发酵过程中产生的水分及有害物质。③雨水冲刷垃圾而产生的废水，冲刷过程中大量的重金属等有毒有害物质溶解到水体中。④回灌水（垃圾渗滤液的一种处理方案，即把垃圾渗滤液在垃圾填埋场内循环喷洒，以减少渗滤液的产量和降低渗滤液的毒性）。1.2渗滤液水量特性1.2.1水量变化大垃圾填埋场产生的渗滤液量的大小受降雨量、蒸发量、地表径流量、地下水入渗量、垃圾自身特性及填埋结构等多种因素的影响。其中，昀主要的是降水量。由于垃圾填埋场是一个敞帀的作业系统，因此渗滤液的产量受气候、季节的影响非常大。1.2.2水量难以预测渗滤液的产生量受到多种因素的影响，要准确预测渗滤液的产生量是非常困难的。1.3垃圾渗滤液的主要水质特性1.3.1垃圾渗滤液中有机物种类多渗滤液中主体有机物包括[1,2]：低分子量（500）的挥发性脂肪酸（VFA）；中等分子量的富里酸类物质(主要组分分子量在500～10000之间)；高分子量的胡敏酸类(主要组分分子量在10000～100000之间)。后两类合称为腐植酸[3]。渗滤液中微量有机物包括：烃类化合物（主要包括芳烃、烷烃和多环芳烃）；卤代烃（一类污染物[4]，主要有二氯甲烷、二氯乙烷、三氯乙烯、氯仿、四氯乙烯、氯笨等[5,6]）；邻苯二甲酸盐(主要存在的是邻苯二甲酸盐二乙酯、邻苯二甲酸盐甲乙酯、邻苯二甲酸盐二2-乙基己酯[2])；酚类化合物(如苯酚、甲酚、五氯酚等)；苯胺类化合物(苯胺、甲苯胺)；其它微量有机物(酯类、醚类、酮类、甲基磷酸盐、苯磺酸盐、农药、二恶英等有机物)。1.3.2CODCr和BOD5浓度高垃圾渗滤液的污染物浓度高，变化范围大，这是其它污水无法比拟的，从而给垃圾渗滤液的处理和工艺选择带来了很大的难度。垃圾渗滤液中CODcr昀高可达80000mg/L，BOD5昀高可达35000mg/L。一般而言，CODCr，BOD5，BOD5/CODcr将随填埋场的年龄增长而降低，碱度含量则逐渐升高[7,8]。2012年第11期化学工程与装备2012年11月ChemicalEngineering&Equipment199200赖吾生：城市生活垃圾填埋场渗滤液处理探讨1.3.3无机离子和氨氮含量高渗滤液中无机离子主要指：Ca2+，Mg2+，Na+，K+，Fe2+，Mn2+，Cl-，SO42-、HCO3-和NH4+，它们的浓度一般较高，构成了渗滤液中TDS的主要成分。Na+、K+、Cl-因性质稳定，在不同填埋时间的渗滤液中含量变化较小，通常保持在每升几十至几千毫克。Ca2+，Mg2+，Fe2+，Mn2+在填埋场产甲烷阶段因pH值上升、有机物含量减少而比产酸阶段浓度低，SO42-因发生厌氧还原也浓度降低[9,10]，它们浓度在每升几十至几千毫克之间波动，其中Fe2+，Mn2+浓度也经常低至每升几十毫克以下[9,4]。与上相反，pH值上升及产甲烷阶段却有利于HCO3-浓度的提高。无机离子中需着重说明的是氨氮，渗滤液中NH4+浓度高可达5000mg/L以上[9]，一般小于3000mg/L，在500～2000mg/L之间居多[11,12]，其在厌氧垃圾填埋场内不会被去除，因此它是渗滤液中长期性的昀主要无机污染物。1.3.4重金属含量高垃圾渗滤液含有铜、锌、铁、铅等10多种重金属离子，由于国内城市垃圾不像国外那样经过严格筛选，所以国内垃圾渗滤液中金属离子浓度大大高于世界发达国家。渗滤液中铁的浓度可高达2050mg/L，铅的浓度可达12.3mg/L，锌的浓度可达130mg/L，钙的浓度甚至高达4300mg/L。浙江大学沈东升[13]等的研究表明，当废电器拆解垃圾与生活垃圾一起填埋时，其渗滤液中的Cu、Zn、Pb、Ni和Hg等重金属离子的浓度可分别达到3、11.5、1.7、1.6mg/L和65μg/L。1.3.5微生物营养元素比例失调在不同年龄(年轻期：填埋时间5年，中期：5年填埋时间10年，老年期：10年填埋时间)的垃圾渗滤液中，碳、氮两种元素的比例(C/N比)有较大的差异，常常出现比例失调的情况。随着堆放年限的增加，垃圾渗滤液中氨氮浓度会逐渐升高。一般来说，对于生物处理，垃圾渗滤液中的磷元素总是缺乏的，例如在北美的几个垃圾填埋场的BOD5/TP都大于300，此值与微生物生长所需要的碳磷比（100：1）相去甚远。同时，BOD5/CODcr比值变化大，给生化处理带来一定的难度。1.3.6水质变化复杂垃圾渗滤液的成分和产量随季节、时间等变化情况较复杂。其变化特性为：①产生量呈季节性变化，雨季明显大于旱季。②污染物组成及其浓度呈季节性变化。平原地区填埋场干冷季节渗滤液中的污染物组成和浓度较低。③污染物组成及其浓度随填埋年限的延长而变化。填埋层各部分物化和生物学特征及其活动方式都不同，小于五年的填埋场的渗滤液pH值较低，BOD5、CODCr、VFA、金属离子浓度和BOD5/CODCr较高，5～10年的填埋场的渗滤液pH值中性偏碱，BOD5、CODCr、VFA浓度和BOD5/CODCr较低，金属离子浓度下降，但氨氮浓度较高，见表1。图1、图2分别为明溪垃圾填埋场渗滤夜COD和氨氮随时间的变化曲线。表1垃圾渗滤液水质特征垃圾填埋场水质指标5年5—10年10年pHCOD/（mg.L-1）BOD5/CODCOD/TOCVFA（%TOC）6.5100000.52.7706.5—7.55000—100000.1—0.52.0—2.75—307.550000.12.05COD曲线分析0.0100.0200.0300.0400.0500.0600.0700.07月26日8月15日9月4日9月24日10月14日11月3日11月23日12月13日1月2日1月22日2月11日日期COD图1明溪垃圾填埋场渗滤夜COD变化曲线赖吾生：城市生活垃圾填埋场渗滤液处理探讨201NH3-N分析0.020.040.060.080.0100.0120.0140.0160.07月6日8月25日10月14日12月3日1月22日3月13日图2明溪垃圾填埋场渗滤夜NH3-N变化曲线1.4垃圾渗滤液处理难点1.4.1渗滤液高浓度氨氮问题垃圾渗滤液氨氮浓度一般从数十到几千mg/L不等。与城市污水相比，垃圾渗滤液的氨氮浓度高出数十至数百倍。一方面，由于高浓度的氨氮对生物处理系统有一定的抑制作用；另一方面，由于高浓度的氨氮造成渗滤液中的C/N比失调，生物脱氮难以进行，导致昀终出水难以达标。1.4.2渗滤液可生化性差的问题一方面是指随着填埋场时间的延长，渗滤液的生化性降低，在填埋后期，可生化性很差，BOD/COD值小于0.1，此时渗滤液俗称老化渗滤液。另一方面是指在填埋初期，虽然填埋场的可生化性较好，但是靠生物处理很难将之处理至二级甚至一级标准以下，一般来讲，渗滤液中的COD中将近有500～600mg/L无法用生物处理方式处理。2垃圾填埋渗滤液的处理特性由于渗滤液水质、水量的复杂多变性，目前尚无十分完善的适合处理各种垃圾渗滤液的工艺，大多根据不同填埋场的具体情况及其他经济技术要求，并参照普通城市污水的处理方法，提出有针对性的处理方案和工艺。垃圾填埋场渗滤液的处理技术既有常规废水处理技术的共性，也有其极为显著的特殊性。目前对渗滤液的处理方案主要有两大类：一类是将渗滤液经一定的预处理后或直接排入城市污水处理厂进行合并处理；另一类是对渗滤液进行单独处理。虽然合并处理方案昀为简单，工艺上也属可行，但并非是普遍使用的方法。通常填埋场远离城区而位于偏远山谷地带，渗滤液远距离输送费用较高。由于渗滤液所特有的水质及其变化特点，易造成对城市污水处理厂的冲击，影响甚至破坏城市污水处理厂的正常运行，此时对渗滤液进行独立的处理是必要的。2.1垃圾渗滤液的生物处理生物处理是垃圾填埋渗滤液的一类主体处理方法。根据废水生物处理系统中起主要作用的微生物的呼吸类型，又可以分为好氧处理、厌氧处理和兼性处理(即厌氧—好氧联合处理)系统等。2.1.1好氧生物处理好氧法是常用的废水生物处理方法之一。好氧生物处理中的活性污泥法、生物滤池、生物转盘、生物接触氧化法等都有用于垃圾填埋渗滤液处理的报道。好氧处理法也可有效地降低BOD、COD和氨氮浓度，还可以去除—些如铁、锰等金属。好氧处理中又以延时曝气法用得昀多，还有曝气塘和氧化沟及生物转盘等。2.1.2厌氧生物处理由于垃圾渗滤液中有机物含量高,而且其中多数为生物可利用物质,采用厌氧生物处理系统既可有效降解污染物,又可以承受较大的冲击负荷。厌氧处理方法包括上流式厌氧污泥床(UASB)，厌氧生物滤池（AF），厌氧接触法，混合反应器及厌氧塘等。厌氧处理有许多优点，昀主要的是能耗少，操作简单。因此，投资及运行费用低廉，而且，由于产生的污泥量小，故所需的营养物质也少。2.1.3厌氧—好氧联合处理由于垃圾填埋渗滤液是有毒、有害的高浓度有机废水，单独采用好氧处理或厌氧处理往往难以达到排放要求。在现行的渗滤液处理工艺中，大多采用厌氧—好氧组合处理系统。实践证明，采用厌氧—好氧处理工艺既经济合理，处理效率也高，不仅可以较有效地去除COD和BOD，还可较好地去除氮和磷等。生物脱氮除磷常采用这一组合工艺。2.1.4氧化塘处理氧化塘(又称生物塘或稳定塘)多见于渗滤液的处理中。氧化塘处理具有投资小、运行费用低、操作方便等优点，因而被广泛用于废水处理，垃圾填埋渗滤液的处理中更常见。与活性污泥法相比，氧化塘体积大，有机负荷一般不高，故多用于渗滤液的昀后处理工序，以保证出水水质达标。氧化202赖吾生：城市生活垃圾填埋场渗滤液处理探讨塘可以是好氧塘，也可以是厌氧塘或兼性塘。2.2垃圾渗滤液的物化处理法物化处理主要是用于去除垃圾渗滤液中的氨氮、重金属离子和难生物降解的有机物质，以保证后续生物处理工艺的正常运行；用物化处理作为后处理则可以进一步提高出水水质，保证渗滤液处理的达标排放。垃圾渗滤液的物化处理工艺主要包括混凝沉淀、化学沉淀、吸附、吹脱、膜分离等。2.3垃圾渗滤液的土地处理法渗滤液的土地处理主要是通过土壤颗粒的过滤、离子交换、吸附和沉淀等作用去除渗滤液中的悬浮固体颗粒物和溶解成分。通过土壤的微生物作用使渗滤液中的有机物和氨发生转化，通过蒸发作用减少渗滤液的发生量。渗滤液的土地处理包括：慢速渗滤系统、快速渗滤系统、表面漫流、湿地系统、地下渗滤以及人工土地渗滤等多种土地处理系统。土地处理投资省、运行费用低，但受气候条件和地域限制一般只应用于干旱地区。2.