趙宗升¹， 劉鴻亮¹， 李炳偉¹，楊蘇文¹，袁光鈺²
（1.中國環(huán)境科學研究院， 北京 100012； 2.清華大學 環(huán)境科學與工程系， 北京100084）

　　摘要：提出準好氧性填埋、滲濾液循環(huán)和滲濾液處理等控制垃圾填埋場滲濾液污染的對策，對各種滲濾液處理方案及技術(shù)進行了比較系統(tǒng)的分析。?
　　關(guān)鍵詞：垃圾填埋； 滲濾液； 污染控制?
　　中圖分類號：X705
　　文獻標識碼：B
　　文章編號：1000-4602(2000)06-0020-04

　　垃圾主要向環(huán)境排放兩種污染物：填埋氣體和滲濾液。滲濾液的成分十分復雜，根據(jù)我國學者張?zhí)m英等人的測試結(jié)果^[1]，在幾十種檢測到的有機物中，被我國和美國EPA列入優(yōu)先控制污染物黑名單中的就有22種。滲濾液對環(huán)境的污染主要有兩種途徑：通過填埋場底部滲入含水層，污染地下水；從填埋場導出的外排滲濾液污染地表水。滲濾液對地下水的污染控制主要是通過選址和防滲層的建設，減少滲濾液滲入地下含水層，其主要控制手段有：①設計建設準好氧性填埋場，這樣可以減少滲濾液中污染物的濃度；②滲濾液形成循環(huán)，加速填埋場的穩(wěn)定化進程，同時減少滲濾液的外排量和污染物濃度；③滲濾液處理系統(tǒng)。

　　 1 準好氧性填埋

　　準好氧性填埋的主要設計與運行思想是使?jié)B濾液集水溝水位低于滲濾液集水干管管底高程，使大氣可以通過集水管上部空間和排氣通道使填埋場具有某種好氧條件。準好氧性填埋結(jié)構(gòu)概念如圖1所示。

　　準好氧填埋場靠垃圾分解產(chǎn)生的發(fā)酵熱造成內(nèi)外溫差使空氣流自然通過填埋體，不需強制通風，節(jié)省能量，可促進垃圾的分解和穩(wěn)定，減低滲濾液出水水質(zhì)。目前我國一些按這種思想設計的填埋場已在建設之中。

　　2 滲濾液循環(huán)

　　滲濾液循環(huán)就是將滲濾液回灌或回注到填埋場中。研究結(jié)果表明^[2］,循環(huán)的主要優(yōu)勢在于，滲濾液在短時間內(nèi)(8個月)即可降低其有機物濃度，這種滲濾液更像晚期(5年期)滲濾液。同時，滲濾液的量也可以通過噴灑蒸發(fā)而減少。
　　在英國Seamer Carr填埋場進行的1.0 hm²規(guī)模的滲濾液循環(huán)試驗表明^[2]，隨著循環(huán)的不斷進行，循環(huán)區(qū)和控制區(qū)的滲濾液COD濃度均不斷下降。循環(huán)區(qū)的滲濾液COD從開始時的66 000 mg/L下降到第三年末的16 000 mg/L；控制區(qū)的COD從76 000mg/L下降到52 000 mg/L。而氨氮和氯化物濃度隨時間的變化幅度較小，但一般循環(huán)區(qū)濃度低于控制區(qū)濃度。另外，雖然循環(huán)可以使?jié)B濾液中可降解有機組分和排放量減少，但殘留的COD、氨、氯化物及其他無機成分濃度依然很高，不能直接排放，滲濾液的排放量會隨時間的推移而增加，因此滲濾液的處理是不可替代的。
　　張瑞明等在杭州市天子嶺垃圾填埋場進行的為期一年的滲濾液回噴現(xiàn)場中試結(jié)果表明^[3］，可基本實現(xiàn)滲濾液產(chǎn)生量與蒸發(fā)量的平衡，滲濾液的水質(zhì)也得到凈化，COD從10 400 mg/L降至142 mg/L，總氮從899 mg/L降至18 mg/L。但滲濾液的噴灑會帶來空氣污染和不衛(wèi)生及多層中間覆土使填埋體透水性降低等問題，這些因素限制了滲濾液循環(huán)的普遍應用。

　　3　滲濾液的合并處理

　　滲濾液處理系統(tǒng)主要可分為合并處理和獨立處理兩種。所謂合并處理就是將滲濾液引入附近的城市污水處理廠進行處理，這也可能包括在填埋場內(nèi)進行必要的預處理。這種方案以在填埋場附近有城市污水處理廠為必要條件，若城市污水處理廠是未考慮接納附近填埋場的滲濾液而設計的，其所能接納而不對其運行構(gòu)成威脅的滲濾液比例是很有限的。國外的研究結(jié)果表明^[2]，這一比例一般不超過0.5%，往往加入如此小比例的滲濾液，就可使活性污泥法的負荷增加一倍。在這種情況下，出水BOD₅不會上升；出水COD則會上升，但上升幅度低于根據(jù)滲濾液獨立處理出水COD的計算值，表明合并處理使?jié)B濾液的可生化性提高。
　　另外，污水處理系統(tǒng)本身的潛在能力也可以用來接納滲濾液的負荷，這意味著污水廠在超負荷下運行，一般認為城市污水處理廠以10%超負荷運行對處理系統(tǒng)本身沒有不利影響。若城市污水廠設計水質(zhì)為COD_Cr：300 mg/L，總氮：50 mg/L；滲濾液的水質(zhì)為COD_Cr：4 000 mg/L，總氮：1 000 mg/L，則不同規(guī)模滲濾液流量的COD負荷量和氮負荷量及相應的城市污水處理廠規(guī)模列于表1。
　　表1中要求合并處理的污水處理廠規(guī)模是由氮負荷決定的。從表中可以看出，一個中等規(guī)模填埋場產(chǎn)生的滲濾液處理就需要一個12×10?4 m?3/d規(guī)模的污水廠才能接納。

表1 不同滲濾流量要求的污水處理廠規(guī)模 滲透液流量（m3/d） COD負荷（kg/d) TKN負荷（kg/d） 污水廠規(guī)模 100 400 100 20000 200 800 200 40000 300 1200 300 60000 400 1600 400 80000 500 2000 500 100000 600 2400 600 120000

　　對于在設計中就考慮接納填埋場滲濾液的城市污水廠，設計時主要需解決脫氮和磷缺乏問題。脫氮方面主要需控制整個污水廠進水COD/TKN＞3為宜，以滿足反硝化過程所需的碳源。COD和TKN的污泥負荷與水力停留時間也應與一般城市污水廠的數(shù)據(jù)有區(qū)別，污泥負荷要低，水力停留時間要長，以使硝化反應進行到底?！糐P2〗研究表明，城市污水廠進水?COD/TP?＞200后，生化處理系統(tǒng)的效率就會下降，當滲濾液與城市污水合并處理時，就可能出現(xiàn)這種磷缺乏的問題，在這種情況下應給進水補充磷。

　　4 滲濾液的單獨處理

　　由于有機物和重金屬在生物處理污泥中的積累可能使污水廠的污泥用作農(nóng)肥存在問題，為此，滲濾液處理的可行方案仍是在場內(nèi)進行單獨處理，這就要求對滲濾液的水質(zhì)及其變化規(guī)律有確切的掌握。根據(jù)國內(nèi)外的數(shù)據(jù)，滲濾液的水質(zhì)隨填埋場的年齡發(fā)生變化，填埋齡3～5年的填埋場的滲濾液稱為早期滲濾液，其中易生物降解的揮發(fā)性脂肪酸含量較高，一般可占總有機碳的60%～70%；BOD₅/COD比值較高，一般在0.4～0.8之間；氨氮濃度為1 000 mg/L左右，這種滲濾液易于生物處理。填埋齡超過3～5年后，滲濾液易生物降解的有機物比例會明顯下降，稱為晚期滲濾液。其BOD₅/COD比值一般為0.1～0.2之間，氨氮濃度仍會維持在1 000 mg/L左右，這種滲濾液宜采用生化—物化聯(lián)合處理工藝。
　　一般填埋場的使用年限要大于15年，所以對于一個填埋場來講，在大多數(shù)時間內(nèi)所產(chǎn)生的滲濾液屬晚期滲濾液，故滲濾液處理工藝的選擇要以晚期滲濾液的水質(zhì)為根據(jù)。我國垃圾填埋場晚期滲濾液的水質(zhì)數(shù)據(jù)列于表2。
　　這種滲濾液處理的難點在于高濃度的氨氮，如此高濃度的氨氮，在沒有外加堿度的條件下進行硝化反應會使好氧曝氣沉淀池出水的pH降到5以下。如外加堿，耗堿量為3.0 kgNaCO₃/m³左右，將增加滲濾液處理費用。這種高濃度氨氮的反硝化脫氮相應的COD碳源明顯不足，根據(jù)理論和實際反硝化脫氮對碳源的消耗，一般要求經(jīng)硝酸鹽反硝化的COD/TKN為4.0^[4］，對晚期滲濾液來講，往往達不到這一要求，故補充部分碳源是不可避免的。但近年來人們注意到經(jīng)過亞硝酸鹽反硝化可以節(jié)省所需碳源約40%這一可能性，即亞硝酸鹽反硝化只要求?COD/TKN?＞2.5就可。所以應積極開發(fā)經(jīng)亞硝酸鹽的硝化—反硝化脫氮過程，這對于晚期滲濾液高氨氮、低COD及類似廢水治理具有重要意義。?

表2 我國垃圾填埋場晚期滲濾液的水質(zhì)濃度 項目 濃度范圍 實型值 PH 7.5-8.5 8.3 COD（mg/L) 2000-4000 3000 BOD₅(mg/L) 300-800 500 TKN(mg/L) 800-1400 1000 NH₃-N(mg/L) 800-1400 1000 總磷（mg/L) 10-30 15 總堿度（mg/L） 5500-8000 7000

　　內(nèi)外滲濾液處理的試驗研究與工程運行經(jīng)驗表明，生物處理法的出水COD一般在500～1200 mg/L，不能滿足現(xiàn)行的我國生活垃圾填埋污染控制標準(GB 16889—1997)，該標準所列滲濾液排放標準見表3。

表3 生活垃圾滲碳濾液排放限值

mg/L 項目 一級 二級 三級 懸浮物 70 200 400 COD_Cr 100 300 1000 BOD₅ 30 150 600 氨氮 15 25 　 大腸菌值（個） 10^-1——10^-2 10^-1 　

　　表中的三級標準適合排入城市污水進行合并處理的滲濾液，排入地面水體的滲濾液根據(jù)受納水體的功能分別執(zhí)行一級和二級標準限值，這就要求排入地表水體的滲濾液處理系統(tǒng)在生物處理之后必須進行必要的深度處理。

　　5 滲濾液的深度處理

　　① 混凝沉淀處理
　　經(jīng)生物處理后，出水滲濾液中COD的主要成分為腐殖酸、富里酸類有機物、可吸附有機鹵代物等。筆者對我國滲濾液經(jīng)厭氧—好氧生物處理后的出水分別用鐵鹽和鋁鹽混凝處理后，COD?可從600 mg/L降到300 mg/L左右，去除率達50%。?
　?、?活性炭吸附?
　　若想在絮凝沉淀之后繼續(xù)降低出水濃度，可供選擇的水處理工藝有活性炭吸附、反滲透與超濾、化學氧化與催化氧化等?；钚蕴课娇扇コ肿恿吭?00～1 000之間的富里酸類物質(zhì)，低于或高于這一范圍的有機物不能被有效吸附。經(jīng)活性炭吸附后，COD去除率可達50%～60%，使出水COD降到150～100 mg/L以下。活性炭吸附過程中存在兩個問題，一個是堵塞，一個是運行費用。在活性炭吸附之前采用砂濾池可去除懸浮固體顆粒，以解決活性炭濾床的堵塞問題，但活性炭的吸附等溫線太陡，很難降低處理費用，為了降低運行成本，只能適當提高出水濃度。
　?、?化學氧化和催化氧化?
　　化學氧化法的突出優(yōu)點在于能轉(zhuǎn)化幾乎所有的物質(zhì)，故被廣泛用于滲濾液的深度處理。在德國目前約有100座填埋場滲濾液處理廠，其中有15座以化學氧化為深度處理工藝，但應該說滲濾液的化學氧化處理在國外也基本處于實驗階段。目前采用的氧化劑主要是過氧化氫和臭氧，而氯和氯化合物由于殘留產(chǎn)物的高毒性，不適合采用。?
　　在沒有被激活的情況下，過氧化氫對腐殖酸類物質(zhì)的氧化能力并不強，因此需要使用如鐵鹽或紫外線作為催化劑，借以形成·OH基，·OH基可以迅速與有機化合物反應，而且這種反應并不限于某種特定有機物。·OH基清掃劑，如碳酸鹽、重碳酸鹽和堿性化合物會使這一反應減速，因而，此催化反應要求盡可能降低自由基清掃劑的濃度為必要條件，這可以通過降低pH值，降低碳酸鹽濃度和增加氧化勢來進行。·OH自由基的氧化效率在pH值為2～4范圍內(nèi)最大，意味著對生化—絮凝沉淀出水進行酸化中和是必要的。
　　臭氧的氧化勢在很多情況下可以直接氧化有機物，但自由基反應可以加速氧化反應。MartinSteenen的O₂/O₃曝氣反應器試驗結(jié)果是在臭氧消耗量為1.2～2.2 kg(去除kgCOD)的情況下，COD的去除率可達到70%，COD從1 000 mg/L降至300 mg/L。臭氧氧化的吸引力在于可以將復雜有機物轉(zhuǎn)化為簡單的易于生物降解的有機物^[5]。?
　　④ 反滲透
　　近年來，反滲透和超濾技術(shù)也被應用于滲濾液的處理。在德國的Damsdoof垃圾填埋場，用反滲透裝置來繼續(xù)處理生化處理出水獲得成功。在荷蘭、瑞士的幾個滲濾液處理廠也使用了該技術(shù)。我國湖南大學的袁維芳等對廣州市大田山垃圾填埋場滲濾液出水進行反滲透處理的結(jié)果表明^[6]， 在進水壓力為3.5 MPa，pH＝5～6等最適宜條件下，當進水COD濃度為250～620 mg/L時，出水濃度幾乎為零，去除率為100%，平均透水量為30～42 L/(m²·h)。

　　6 其他處理技術(shù)

　?、?氨的吹脫?
　　滲濾液中高濃度的氨可以在生物處理之前通過氨的吹脫去除。氨吹脫就是將滲濾液的pH值提高到10.5～11.5，這時游離氨將占總氨量的絕大部分(約95%左右)，鼓入空氣就會使游離氨逸入大氣。國外的研究結(jié)果在空氣/水體積比為2 500的條件下，采用氫氧化鈉為中和劑時氨氮去除率為90%；采用石灰為中和劑時氨氮去除率為53%。沈耀良^[7］的研究結(jié)果是：在pH＝11，T＝22.5 ℃，供氣量為10 L/min的條件下，經(jīng)5 h曝氣吹脫(氣水比為666)，獲得了66.7%～82.5%的氨氮去除率。氨吹脫的主要缺點是低溫時效率急劇下降和運行費用較高。費用較高主要是在吹脫前需要將滲濾液的pH值從8.3左右中和到11的中和劑消耗和吹脫過程需很大的氣水比(吹脫的氣水比要在1 000以上)，遠大于生物曝氣硝化—反硝化的氣水比。?
　　② 蒸發(fā)與焚燒?
　　蒸發(fā)的目的是使污染物在固相濃縮，并同時在冷凝后獲得一個可以排放的液相流。到目前為止的國外實驗室和中試規(guī)模的研究表明，獲得一個嚴格的固相和一個沒有污染物的液相是非常困難的(Ehig 1987)。 意大利人Andretta等對利用蒸發(fā)處理將滲濾液分離為兩個相的液流進行了研究，濃縮液回流到填埋場，蒸餾液流進行進一步處理(包括硝化反硝化、消毒和吸附處理單元)。蒸發(fā)法還有許多問題需要解決，如高有機物引起的泡沫問題；結(jié)垢與腐蝕問題；蒸發(fā)表面分層問題；氨和有機氯化物需進一步去除問題，原滲濾液蒸發(fā)處理的高能消耗問題等。
　　美國一些公司開發(fā)了填埋場沼氣滲濾液蒸發(fā)—焚燒系統(tǒng)^[8]，有些系統(tǒng)還可產(chǎn)生電力。其核心就是利用填埋場的沼氣作為燃料對滲濾液進行蒸發(fā)，蒸發(fā)出的蒸汽注入到一個以剩余填埋沼氣為燃料的火焰燃燒器中，在760～985 ℃的溫度下將VOCS破壞掉。

　　7 結(jié)論

　　① 垃圾填埋場滲濾液的污染要利用各種手段進行控制，在填埋場的設計與建設中，應使填埋場具有某種好氧性質(zhì)，使?jié)B濾液在填埋場中就開始凈化過程，降低排出滲濾液的污染物濃度。?
　?、?滲濾液的回灌可以在水量和水質(zhì)兩方面降低污染物總量，但循環(huán)回灌并不能完全解決滲濾液的污染問題。滲濾液的外排與滲濾液處理系統(tǒng)是不可缺少的。?
　　③ 滲濾液一般可以輸送至填埋場附近的城市污水廠進行合并處理，其量小于污水廠水量的?0.5%?時，污水處理廠的運行狀態(tài)不受影響，若超過這一比例，污水廠的設計運行參數(shù)應經(jīng)研究確定。?
　?、?對于多數(shù)填埋場來講，比較實際可行的是設置滲濾液的單獨處理系統(tǒng)。這種獨立的處理系統(tǒng)要以脫氮和難降解有機物的去除為主要目的，工藝以生物脫氮工藝和物化處理工藝相結(jié)合為主。具體工藝應視不同的排放標準而定。?
　　⑤ 滲濾液的蒸發(fā)—焚燒處理系統(tǒng)具有一定的應用前景。這種系統(tǒng)以填埋氣體為燃料，要求有完備的填埋氣體收集貯存系統(tǒng)，應積極引進和開發(fā)這方面的成套技術(shù)與設備。

參考文獻：
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收稿日期：2000-02-28