城市垃圾填埋场渗滤水的水质特征及其处理技术

范洁 张悦 郑兴灿
（中国市政工程华北设计研究院）

　　以往垃圾简单填埋处理的渗滤水主要是依靠下层土地来净化，但是，日久天长或地质构造环境发生变化，渗滤水往往会对地下水或周围环境造成污染。调查结果表明，所有的垃圾简单填埋处理后，在填埋场周围的地下水均受到污染，许多有毒有害物质在一般地下水中不存在，却在填埋场周围的地下水中出现。因此，现代意义的垃圾卫生填埋处理已发展成底部密封型结构，或底部和四周都密封的结构，从而防止了渗滤水的流出和地下水的渗入，并且对渗滤水进行收集和处理，有效地保证了环境的安全。
　　下面对垃圾卫生填埋场渗滤水的来源、产生量及其水质特征，渗滤水的影响因素与处理工艺等进行简要地综合介绍。

1　垃圾渗滤水的来源

　　垃圾渗滤水产生的主要来源有：
　　（1）降水的渗入 降水包括降雨和降雪，它是渗滤水产生的主要来源；
　　（2）外部地表水的流入 这包括地表径流和地表灌溉；
　　（3）地下水的渗入 当填埋场内渗滤水水位低于场外地下水水位，并没有设置防渗系统时，地下水就有可能渗入填埋场内；
　　（4）垃圾本身含有的水分 这包括垃圾本身携带的水分以及从大气和雨水中的吸附量；
　　（5）垃圾在降解过程中产生的水分 垃圾中的有机组分在填埋场内分解时会产生水分；
　　这些含有高浓度污染物质的渗滤水是垃圾填埋处理中最主要的污染源，如果不采取有效措施加以控制，则会污染地表水或地下水。

2　垃圾渗滤水的产生量

　　渗滤水的产生量是受多种因素的影响，如降雨量、蒸发量、地面流失、地下水渗入、垃圾的特性、地下层结构、表层覆土和下层排水设施的设置情况等。
　　（1）降雨量和蒸发量是影响渗滤水产生的重要因素，这可以从当地的气象资料来获得。
　　（2）填埋场表面的斜坡很重要，在平缓的斜坡上，水易于集结，因而大量渗滤，而在较陡的斜坡上，水容易流掉，从而减少了到达垃圾中的水量。垃圾填埋场的最终覆土层一般做成中心高、四周低的拱型，保持1%～2%的坡度，这样可使部分降雨沿地表流走。但当表面斜坡大于8%左右时，表面径流就有可能侵蚀垃圾堆的顶部覆盖物，使填埋场暴露，因此，表面斜坡应小得足以预防表面侵蚀。
　　（3）填埋最终覆土后，表面上长有植物，可以通过根系吸收水分，并通过叶面蒸发作用减少渗滤水发生量。
　　（4）地下水的渗透，要根据场内渗滤水水位和场外地下水来定，对于防渗情况良好的填埋场，可以不考虑渗滤水的渗出和外部地下水的渗入。
　　渗滤水产生量波动较大，但对于同一地区填埋场，其单位面积的年平均产生量是在一定范围内变化的。

3　垃圾渗滤水的水质特征

　　由于渗滤水的来源使得渗滤水的水质具有与城市污水所不同的特点：
　　（1）有机物浓度高 渗滤水中的BOD₅和COD浓度最高可达几万mg/L，主要是在酸性发酵阶段产生，pH达到或略低于7，BOD₅与COD比值为0.5～0.6。
　　（2）金属含量高 渗滤水中含有十多种金属离子，其中铁和锌在酸性发酵阶段较高，铁的浓度可达2000mg/L左右，锌的浓度可达130mg/L左右。
　　（3）水质变化大 渗滤水的水质取决于填埋场的构造方式，垃圾的种类、质量、数量以及填埋年数的长短，其中构造方式是最主要的。
　　（4）氨氮含量高 渗滤水中的氨氮浓度随着垃圾填埋年数的增加而增加，可以高达1700mg/L左右。当氨氮浓度过高时，会影响微生物的活性，降低生物处理的效果。
　　（5）营养元素比例失调 对于生化处理，污水中适宜的营养元素比例是BOD₅:N:P=100:5:1，而一般的垃圾渗滤水中BOD₅/P大都大于300，与微生物生长所需的磷元素相差较大。
　　（6）其他特点 渗滤水在进行生化处理时会产生大量泡沫，不利于处理系统正常运行。由于渗滤水中含有较多难降解有机物，一般在生化处理后，COD浓度仍在500～2000mg/L范围内。

4　垃圾渗滤水的影响因素

　　垃圾填埋场结构直接影响到渗滤水的降解和稳定。国土比较宽阔的欧美国家，由于缺乏填埋场早期稳定化或土地再利用的必要性，多采用厌氧性填埋方式，同时回收甲烷气体用于发电。但厌氧性填埋方式对渗滤水中污染物质分解速度慢，并且近年来由于甲烷气破坏臭氧层，使这些国家开始采用好氧性填埋方式。好氧性填埋是利用鼓风机直接向宽厚的填埋场中鼓风，通常情况下，好氧性结构的垃圾填埋场能够使渗滤水中污染物质快速降解，并很快达到稳定。但好氧性垃圾填埋场的建设和维护费用相当高，而且对运行操作要求十分严格。日本福岡大学的Matsufuji教授根据填埋层中空气的存在状况，提出并开发了“准好氧性填埋方式”。
　　表1中列出了不同垃圾填埋场结构所产生渗滤水的特性。

表1 垃圾填埋场结构与垃圾渗滤水水质的关系 填埋场结构 项目 填埋期间 封场后六个月 封场后一年 封场后二年 厌氧性填埋 BOD₅ 40,000～50,000 40,000～50,000 30,000～40,000 10,000～20,000 COD 40,000～50,000 40,000～50,000 30,000～40,000 10,000～20,000 NH₃-N 800～1,000 1,000 800 600 pH 大约6.0 大约6.0 大约6.0 大约6.0 透明度 0.9～1.0 1.0～2.0 2.0～3.0 2.0～3.0 好氧性填埋 BOD₅ 40,000～50,000 7,000～8,000 300 200～300 COD 40,000～50,000 10,000～20,000 1,000～2,000 1,000～2,000 NH₃-N 800～1,000 800 500～600 500～600 pH 大约6.0 大约7.0 7.0～7.5 7.0～7.5 透明度 0.9～1.0 1.0～2.0 1.5～2.0 1.0～2.0 准好氧性填埋 BOD₅ 40,000～50,000 5,000～6,000 100～200 50 COD 40,000～50,000 10,000 1,000～2,000 1,000 NH₃-N 800～1,000 500 100～200 100 pH 大约6.0 大约8.0 大约7.5 7.0～8.0 透明度 0.9～1.0 1.0～2.0 3.0～4.0 5.0～6.0

　　从中可以看出，与垃圾的厌氧性和好氧性填埋相比，准好氧性结构能够使渗滤水中污染物质快速降解，从而使渗滤水水质稳定化期间明显缩短。实际中由于准好氧性结构的垃圾填埋场在费用上与厌氧性填埋没有大的差别，而在有机物分解方面又与垃圾的好氧性填埋相近，因此，得到越来越广泛地应用。
　　另外，渗滤水的化学特性还取决于以下几个方面：
　　（1）垃圾的组成成分 垃圾的组成成分直接影响到渗滤水的化学特性。
　　（2）垃圾的预加工 填埋前将垃圾破碎能增大垃圾的表面积，增加填埋场的密度，降低垃圾对水的渗透性，增大垃圾的持水能力，从而增长了垃圾与水的接触时间，加速垃圾的降解，使渗滤水中污染物的浓度增加。
　　（3）填埋时间 垃圾填埋后，其填埋年龄不同，降解速率及持水能力和水的渗透性能均不相同，产生渗滤水的组成及其各组成浓度均不相同。通常，填埋时间越长，渗滤水的浓度越低。
　　（4）填埋场的供水 填埋场的供水速率的大小直接决定了填埋场内垃圾的湿度。当供水率很小时，垃圾场内垃圾的湿度小于60％，垃圾的降解速率不能达到最大值。当供水率很大时，渗滤水就会被供水所稀释。
　　（5）填埋场的深度 当垃圾的透水性能相同时，填埋场越深，渗滤水在填埋场内滞留时间越长，渗滤液的强度越大（所含组分浓度越高）。

5　垃圾渗滤水处理工艺

　　渗滤水处理采用的最常用处理方法是生化处理和物化处理，表2中列出了不同的生化处理和物化处理技术对渗滤水中不同目标污染物的去除能力。

表2 垃圾渗滤水处理技术及其处理效果 处理技术 目标污染物 说 明 BOD COD SS TN 色度 重金属 生物转盘 G F P P P P 应用于相对较低的污染浓度 接触氧化工艺 G F P P P P 应用于相对较低的污染浓度 活性污泥工艺 G F P P P P COD的去除率在10%～80%，这主要取决于污水的特性。氨氮可能转化成硝酸盐氮。 氧化塘 F F P F P P 当原污水中的BOD浓度较高时，工艺的去除效率降低，但工艺的运行费用较低。 生物填料过滤工艺 G F G P P P 由于BOD负荷可达3～5kg/m2×d，渗滤水处理厂的占地面积较小。 生物反硝化 G F P G P P 氨氮可能转化成氮气。 混凝沉淀工艺 F G G P G P 能够有效地去除SS、COD和色度。 砂过滤 P P G P P P 作为活性炭吸附方法的预处理。 活性炭吸附 G G F P G F 可以有效地去除COD和色度，并能够满足对水中有毒物质和有机氮的去除要求。 臭氧氧化 P F P P G P 在去除色度方面具有特殊的效果。 螯合性树脂 P P P P P G 能够有效地去除重金属。

　　注:去除效率-G:优,F:一般,P:差

　　渗滤水的组成成分是随时间而发生变化的，对于填埋时间少于5年的渗滤水，其中的有机物浓度高，低分子脂肪酸多，BOD₅/COD值在0.5～0.6，采用生化处理方法是有效的；而随着垃圾填埋年数的增加，有机物浓度降低，但腐殖质类物质增加，BOD₅/COD值下降，可生化性降低，生化处理难以达到较好的效果。在实际中，因填埋时间的存在先后的差别，使得“新鲜”和“老”的渗滤水并存。因此，为了满足渗滤水处理效果在垃圾填埋场的使用期间和封场后一直能够满足环境的要求，有必要采用生化和物化处理组合的处理工艺。
　　除了上面提到的生化处理和物化处理技术外，渗滤水的土地处理也许是更适合我国的国情。土地处理是利用土壤-微生物-植物系统的陆地生态系统的自我调控机制和对污染物的综合净化功能来处理污水，使水质得到不同程度的改善，实现废水资源化和无害化。因此，基于垃圾渗滤水土地处理的垃圾循环准好氧性填埋方式得到了越来越广泛地关注。垃圾循环准好氧性填埋方式是将收集到的渗滤水循环回到填埋场中利用填埋场自身形成的稳定系统使渗滤水中的有机物经过垃圾层和覆土层来降解，从而加速渗滤水的净化。在准好氧性填埋场中，有机成分（主要是BOD）能够很快降解，但是氮化物的降解速度却较慢。当通过将渗滤水循环到填埋场中，就可以促进硝化和反硝化过程的进行，这样有机成分和氮化物得到更加有效地去除，从而减轻了渗滤水的污染负荷，并且有利于减少渗滤水的最终水量和促进垃圾在填埋场中的稳定化。当然，一般来说，这种方法产生的渗滤水仍具有较高的浓度，因此很少单独作为污水处理工艺。
　　总之，垃圾渗滤水是一种高浓度污水，有机和无机污染物质的含量均很高。垃圾渗滤水的处理工艺流程的选择，要根据当地的气候特征、周围环境、渗滤水的水量与水质特征及处理程度进行综合考虑和选择。

参考文献

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　　2 Toshihiko OGAWA,“Structure and Operation and Maintenance of Landfill Sites”, the Textbook (5-4-1) of the Seminar on Comprehensive Solid Waste Management, May-July, 2000
　　3 Yasushi MATSUFUJI,“Design and Operation of Sanitary Landfill”, the Textbook (5-4-3) of the Seminar on Comprehensive Solid Waste Management, May-July, 2000
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　　5 聂永丰，“三废处理工程技术手册（固体废物）”，化学工业出版社，2000年2月
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