淺析垃圾填埋場滲濾液回灌技術
摘 要：滲濾液的處理一般可分為場內單獨處理和場外合并處理兩大類方案。其中場內單獨處理方案是在填埋場內建立單獨的處理系統對滲濾液進行處理；而場外合并處理主要是利用城市污水處理廠處理實現出水達標排放。
1 前言
城市生活垃圾的處理主要采用焚燒、堆肥、填埋和綜合利用等方法。其中衛生填埋由于具有技術成熟、處理費用低等優點，是目前我國城市垃圾集中處置的主要方式。但垃圾在填埋過程中會產生大量的高濃度、有毒、有害的垃圾滲濾液，若處理不當，不僅會污染土壤和地表水源，甚至會污染地下水。因此，滲濾液污染控制是垃圾填埋場運行的一個關鍵問題，并且由于滲濾液處理所具有的難度已使其成為水處理領域和環境衛生工程領域的研究熱點。
2 滲濾液處理的兩大類方案及其存在問題
滲濾液的處理一般可分為場內單獨處理和場外合并處理兩大類方案。其中場內單獨處理方案是在填埋場內建立單獨的處理系統對滲濾液進行處理；而場外合并處理主要是利用城市污水處理廠處理實現出水達標排放。
2.1 場內單獨處理方案
場內單獨處理系統因滲濾液的污染負荷很高、水質水量的變化很大，尤其是有毒有害物含量較高，因而其處理系統必須對多種處理方法進行有機組合。為使出水能夠達標排放，單獨處理系統的工藝一般為：預處理＋厭氧＋好氧＋深度處理。但由于滲濾液的水質隨填埋場“場齡”的增加，BOD5/COD呈下降趨勢，可生化性由初期的0.4～0.8降至0.1～0.2之間[2]，初期宜采用生物處理工藝，而后期則宜采用以物化處理為主的工藝。這也導致了滲濾液處理的流程過長，管理復雜，運行費用高；與合并處理方案相比，單獨設置小規模處理系統在運轉費用方面也缺乏經濟上的優越性。
2.2 場外合并處理方案
場外合并處理包括滲濾液直接進入污水處理廠和經預處理后進入城市污水處理廠兩類。這種方案以在填埋場附近有城市污水處理廠為必要條件。若城市污水處理廠設計時未考慮接納滲濾液，則其所能接納的滲濾液量不能超過城市污水總量的0.5%，并且由滲濾液帶來的負荷增加應控制在10%以下，才能保證其對城市污水處理效果不產生負面影響。另外，在上述條件滿足的情況下，要將滲濾液與城市污水混合處理，還必須解決脫氮和磷缺乏問題。
3 回灌處理技術及其在滲濾液處理中的定位
滲濾液回灌處理方法是20世紀70年代由美國的Pohland最先提出的。滲濾液回灌是指將未經任何預處理的垃圾滲濾液直接循環回噴到垃圾填埋層上，通過控制回灌次數、水力負荷、有機負荷等參數，達到凈化滲濾液的目的。
3.1 滲濾液回灌技術的特點
⑴ 通過垃圾層截留和蒸發作用能減少滲濾液總量；
⑵ 回灌能大幅度減少滲濾液中污染物，改善滲濾液水質；
⑶ 加速垃圾分解，提高產甲烷速率加快填埋場沉降加快垃圾穩定化進程；
⑷ 操作簡單，投資省，運行費用低，減少對填埋場的維護費用。
3.2 回灌技術在滲濾液處理方案中的作用
通過回灌可以大幅度削減滲濾液處理的有機負荷，為后續生化、物化處理減輕負荷；加速對水質的穩定與均化作用，降低對后續處理系統耐沖擊負荷能力和運行穩定性的要求，有利于場內處理工藝系統的設計與運行。同時，在做好水平衡的情況下，單純利用回灌技術可以使滲濾液出水達到三級標準，實現與城市污水的合并處理。因此，滲濾液回灌技術既可作為單獨處理方案的預處理，又可作為合并處理方案的預處理。
4 滲濾液回灌技術研究現狀
4.1 水量平衡研究
滲濾液回灌處理是利用土壤表面的蒸發作用來消減水量，其水量平衡是垃圾填埋場滲濾液回灌處理法工程應用的關鍵問題之一。
孫玥等通過模擬垃圾填埋場土壤層進行回灌條件下的水量平衡實驗研究表明：回灌使填埋場覆土層的水分飽和程度提高，土壤蒸發條件發生變化，土壤蒸發按蒸發能力進行，接近甚至可能大于水面蒸發量，使垃圾滲濾液大量削減。趙慶良等在哈爾濱某地建立了室外模擬垃圾填埋場來研究寒冷地區垃圾滲濾液的回灌處理，結果表明：回灌能減量87.05%，在東北地區，連續的回灌操作甚至可達到最終的水量平衡。夏越青等通過冬季填埋場滲濾液回灌水量平衡的研究表明，雖然冬季氣溫低，地表徑流量大于其余三季，但冬季降雨量小，氣候干燥，土壤蒸發量與下滲水量的比值高于其余三季，冬季降水產生的下滲水經土壤層后的滲出水僅占降水量的0.2%左右，如果適當增加回灌次數，可以提高削減量。
4.2 水質變化研究
回灌的滲濾液通過垃圾填埋層時，能有效降低污染物的濃度，這是因為垃圾層中含有大量微生物，對滲濾液的降解過程起了重要作用。Diamadopoulos E報道，循環回灌法處理COD 69400mg/L、BOD 56500mg/L的滲濾液，COD 去除率在90%以上，BOD去除率在98%以上。徐迪明、李國建等通過土壤結構對凈化作用的影響研究發現在試驗所用的亞粘土中加入一定比例的細砂可改善覆蓋土層的透水性和透氣性，當進水負荷為6.6～115g/(m2.d)時，運行兩個月，COD去除率可達98%左右。在Chian[14]的滲濾液回灌研究中，BOD5和COD甚至可分別降到30~350mg/L和70～500mg/L。張瑞明等在杭州天子嶺填埋場的直徑40m、深2m試驗填埋場回噴研究表明：COD可由初期10900mg/L降至一年后的143mg/L，去除率超過98%，出水達到GB 16889-1997中二級標準。
對于滲濾液的pH變化規律，也有許多學者進行了研究，結果表明采用回灌操作的填埋場初期出水的pH會迅速下降，產生有機酸積累問題。而于曉華等的研究指出，向填埋層供給少量空氣（平均每立方米垃圾通風流量為1.7×10—4m3/min）就可以解決這一問題，使滲濾液中的有機物迅速降解。
另外，對于滲濾液的高NH3-N濃度問題，許多研究均表明，滲濾液原液回灌后的最終出水NH3-N濃度基本保持不變，甚至可能由于回灌導致的NH3-N不斷積累，使得最終出水的NH3-N濃度反而高出不回灌滲濾液的填埋場。同時，也有研究者為了解決這一問題進行了研究。郭輝東等研究了在滲濾液原液回灌和經好氧預處理后回灌兩種情況下的NH3-N濃度變化規律。結果表明：滲濾液經好氧處理后回灌可顯著加速垃圾中含氮物質的水解過程。王琪等人的研究指出，在較小的負荷條件下，滲濾液經過兼性填埋層的回灌處理，在半好氧狀態下NH3-N濃度可以降到10mg/L以下。郭蘊蘋研究了在回灌處理時pH變化對NH3-N去除效果的影響，指出：在回灌之前采用石灰調節滲濾液的pH對NH3-N的去除有較大的影響，pH在10.0～11.0之間時NH3-N去除效率較高。
4.3 影響填埋場穩定的研究
反映填埋場穩定的指標包括滲濾液水質、產甲烷量和填埋場沉降等。
大量研究表明，滲濾液回灌會明顯促進填埋場的穩定。羅春泳等通過試驗發現，回灌滲濾液中的COD比回灌清水時的較早達到穩定，且穩定值較低，同時垃圾土中有機質的溶解與滲濾液中有機質的降解較回灌清水的為快，有利于垃圾填埋場的穩定化進程。李啟彬等的研究表明，回灌前對滲濾液進行加熱有利于填埋場快速穩定，垃圾填埋前期較低的滲濾液回灌頻率有助于填埋場快速進入產甲烷階段，而后期較高的滲濾液回灌頻率則有利于填埋垃圾較快穩定。Robinson等人也指出，原需15～20d才能達到穩定的填埋場經回灌處理后2～3d就可以達到穩定。
4.4 回灌處理影響因素研究
4.4.1 水力負荷
回灌水力負荷是影響滲濾液處理效果的重要因素。有研究指出，低水力負荷對滲濾液中有機物的去除有利，高水力負荷減少了水力停留時間，使污染物質的降解不能充分進行，還可能引起垃圾層中微生物被沖刷，導致處理效果的降低。羅春泳等也發現隨著水力負荷的增高，滲濾液中COD濃度降低的速率越來越慢，水力負荷越高，最終的滲濾液COD濃度值越高。建議在回灌設計中取水力負荷作為回灌系統的控制指標。在綜合經濟因素和處理效果的情況下確定合理的入水負荷。
而Chugh[29]的研究則表明，回灌滲濾液的容積增加，出水滲濾液pH值上升到中性的時間縮短，產氣率達到最高的時間提前。Chugh認為由于出水滲濾液水質以及產氣的變化是垃圾降解的結果，時間的縮短與提前則說明水力負荷的加大對垃圾降解有促進作用。
在實踐中，各填埋場內垃圾的組成和壓實程度不同導致了填埋場垃圾層的滲透性不同，最佳水力負荷也就不同。因此，必須根據填埋場的實際情況確定回灌的最佳水力負荷，但回灌負荷不可能無限增大，過大的水力負荷會出現滲濾液在垃圾表面積累的情況，并且過大的水力負荷不利于接種微生物在垃圾表面的附著，宜形成短流。
4.4.2 回灌頻率及回灌方式
在相同的回灌負荷下，通過對不同回灌頻率的研究，Chugh[29]發現，加大回灌頻率不利于提高垃圾降解速率。原因在于微生物在垃圾表面的附著生長有一定的時間要求，
回灌頻次過高不利于微生物的附著生長，也不利于垃圾層內填埋氣的引出，造成過水面積降低，減少水與微生物的接觸，不利于垃圾降解。但回灌頻次的增加也有助于降解產生的抑制性物質快速洗出。在一定的回灌負荷條件下，研究人員目前多采用8h或16h回灌一次，即一天三次或兩天三次。
不同回灌方式會導致滲濾液的滲流區域不同。表面噴灑使回灌滲濾液均勻分布于垃圾層的表面，使不同區域的垃圾的穩定化進程同步進行。而井注、表面渠流或管道布水則由于布水的不均勻性，造成不同區域垃圾穩定化進程的不同步，從而影響填埋場整體的穩定化進程。但實踐表明，表面噴灑對環境的影響較大，井注是具有經濟可行性的回灌方式。
4.4.3 填埋體的影響
垃圾粒度、空隙率以及各向同性或異性與否，直接影響回流滲濾液在垃圾層內的流動特性。Philip T M與Debra R R在滲濾液水平渠回灌的研究中發現，垃圾的各向異性與粒度不一致性有利于水平環流的形成，從而增加水流在垃圾內的停留時間。
羅春泳以滲濾液中的COD、微生物濃度及垃圾中有機物的濃度為考察指標研究填埋場高度對滲濾液回流對填埋場穩定化的影響發現，在相同回灌條件下填埋越深，垃圾中有機物的含量越高，產生滲濾液的量越少，回灌的來量也就小了，回灌對垃圾填埋場穩定的促進作用就降低。
何厚波等通過模擬試驗研究了垃圾填埋場滲濾液分別回灌到不同高度的垃圾柱之后，柱內的有機污染物降解變化規律。結果指出，回灌滲濾液中有機物的去除效果隨垃圾堆體高度的增加而增加。
5 結語
滲濾液回灌處理技術在國內還僅停留在理論研究階段，我國僅有廣州、上海等少數地區興建的垃圾填埋場采用了回灌處理方式。但滲濾液回灌技術在填埋場滲濾液污染控制中所具有的技術經濟優勢不容忽視。筆者認為，滲濾液回灌技術可作為滲濾液處理兩大類方案的有效補充，即作為單獨處理方案或合并處理方案的預處理技術加以推廣。
在采用回灌技術作為垃圾填埋場滲濾液處理方案的預處理時，還應該注意以下幾點：
⑴ 滲濾液泄漏污染地下水問題。為了防止地下水受回灌滲濾液的污染，進行回灌處理的填埋場必須是具有良好的氣體、滲濾液收集系統和雙層襯墊系統（HPDE）防滲層的衛生填埋場。
⑵ 填埋氣控制的安全問題。由于回灌能加速垃圾的降解，濕度增大的情況下CH4產氣速率和總量均變大，大量的CH4成為填埋場運行期間及封場后的隱患。如何收集和控制CH4氣體應引起重視。
⑶ 惡臭氣體問題。表面噴灌會散發出難聞氣體，造成空氣的二次污染。內層回灌技術要求較高，但對地面水和空氣的污染均較小。因此為了減輕空氣污染問題，應加強內層回灌技術的研究。
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