城市垃圾填埋滲瀝液控制與處理設(shè)計對策

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簡介： 城市垃圾填埋滲瀝液的控制與處理是衛(wèi)生填埋場設(shè)計的重要組成。結(jié)合工程實踐，分析討論了滲瀝液產(chǎn)生量和水質(zhì)的影響因素，提出在垃圾填埋場設(shè)計中如何控制滲瀝液產(chǎn)生量和如何選擇處理方式及處理工藝的對策。
關(guān)鍵字：垃圾填埋 滲瀝液 控制與處理 設(shè)計對策

在國內(nèi)外，垃圾衛(wèi)生填埋場是目前被廣泛應(yīng)用的一種經(jīng)濟有效處置城市垃圾的方法。垃圾衛(wèi)生填埋就是利用天然條件和人工的方法使垃圾在與周圍生態(tài)環(huán)境相隔離的狀態(tài)下，通過微生物降解有機物以及物理和化學(xué)作用使垃圾得到穩(wěn)定，同時這種隔離還應(yīng)阻止垃圾中其他不可降解的有毒有害物質(zhì)向場外擴散。垃圾堆體主要向外界排放兩類污染物：垃圾氣體和垃圾滲瀝液。垃圾滲瀝液的成分十分復(fù)雜，根據(jù)研究結(jié)果^[1]，在幾十種檢測到的有機物中，有22種被我國和美國EPA列入優(yōu)先控制污染物黑名單，比城市污水更具危害性。因此，填埋場設(shè)計中，垃圾滲瀝液的控制與處理是一項非常重要的內(nèi)容，本文將就此進行一些分析討論。

　　1. 垃圾滲瀝液的來源及影響因素

　　垃圾填埋場滲瀝液的產(chǎn)生來源于通過各種途徑進入并滲透至垃圾堆體內(nèi)的水量。其主要途徑為：

　　（1）大氣降水，包括降雨和降雪。

　　（2）場外地表水的侵入，包括地表徑流水和灌溉水。

　?。?）地下水的侵入。

　?。?）進入填埋場的垃圾自身所含的水分。

　?。?）已填埋垃圾由于微生物作用，在降解過程中產(chǎn)生的水分。

　　滲瀝液的產(chǎn)生量受到以下因素影響：

　?。?）當?shù)氐臍庀髼l件，如降水強度、頻率、歷時，光照、溫度、氣壓、蒸發(fā)量等。

　?。?）填埋場的地形條件，如場地大小、形狀、坡度等以及周圍水系（如河湖、灌渠等）與填埋場的關(guān)系。

　　（3）填埋場的工程地質(zhì)條件，如地質(zhì)構(gòu)造，地下水的水位、流向、流速等。

　?。?）填埋場底部和側(cè)壁防滲系統(tǒng)的材料及做法。頂蓋材料，覆土厚度及滲透系數(shù)等。

　?。?）進場垃圾的數(shù)量、含水率、有機成份比例等。

　?。?）填埋方式、填埋作業(yè)區(qū)的劃分、堆體高度及壓實度、覆蓋土土質(zhì)。

　　2. 垃圾滲瀝液產(chǎn)量控制

　　在工程設(shè)計中，為填埋場建立良好的滲瀝液控制，其主要目的有兩個方面：一是盡量減少滲瀝液的產(chǎn)生量，減輕后續(xù)處理設(shè)施壓力和投資；二是防止污染物向場外擴散。

　　2.1場址選擇

　　場址選擇對于填埋場的設(shè)計方案有著重要的影響，直接關(guān)系到滲瀝液控制措施的復(fù)雜程度和工程投資。通常，填埋場不應(yīng)設(shè)于洪水和潮水淹沒區(qū)、濕地、地質(zhì)斷裂帶上和地質(zhì)不穩(wěn)定地區(qū)（如軟弱地基、高壓縮性土層、易滑坡塌陷、地下有空洞等），如無法避免，則應(yīng)有足夠的工程保障措施。應(yīng)盡量選擇地下水位較低、匯水面積小而庫容量大、與河流、湖泊及供水井保持有安全距離的場址。當然選址還要考慮垃圾運距、交通、覆蓋土土源、周圍環(huán)境等綜合因素。

　　2.2場區(qū)排水系統(tǒng)設(shè)計

　　場區(qū)排水系統(tǒng)的主要作用是最大限度將降水形成的徑流或地表水攔截在場外或引出場外，防止其進入垃圾堆體轉(zhuǎn)化成滲瀝液，實現(xiàn)清污分流。

　　2.2.1場邊截洪溝

　　在填埋場周邊依據(jù)地形設(shè)置截洪溝，攔截外部徑流進入填埋區(qū)。一般截洪溝為永久性設(shè)施，平原地區(qū)填埋場的截洪溝排水量可按城鎮(zhèn)雨水重現(xiàn)期計算，山溝式填埋場截洪溝排水量應(yīng)按其匯水面積進行水文計算確定，防洪標準參見《城市生活垃圾衛(wèi)生填埋處理工程項目建設(shè)標準》。

　　2.2.2場內(nèi)排水設(shè)施

　　根據(jù)填埋場作業(yè)區(qū)域的劃分和填埋區(qū)的深度，可在填埋場使用初期未填埋垃圾的區(qū)域和高度上設(shè)置臨時排水渠將未受垃圾污染的雨水分離出來，可以減少初期滲瀝液的產(chǎn)生量。隨著垃圾填埋區(qū)域的擴大和高度的增加，可將這些臨時排水渠改造成滲瀝液收集渠。

　　2.2.3垃圾堆體覆蓋

　　設(shè)計中合理劃分填埋作業(yè)區(qū)域。除按當日填埋當日覆蓋的原則劃分填埋單元外，應(yīng)使填埋場部分填埋區(qū)域盡快達到可最終覆蓋條件。隨著填埋作業(yè)的進行，最終覆蓋工作也隨之開始。最終覆蓋層一般由排氣層、壓實隔離層、防滲層、排水層、植被層組成。這樣可以減少垃圾填埋堆體的滲水面積，從而減少滲瀝液的產(chǎn)生量。

　　2.3填埋場的防滲與地下水導(dǎo)流

　　填埋場的防滲可分為水平防滲和垂直防滲兩大類。在設(shè)計時要依據(jù)場址的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)情況，因地制宜地確定防滲工程方案。水平防滲可以利用天然不透水地質(zhì)層（滲透系數(shù)小于10^－7cm/s），對于不具備天然防滲條件的場址，采用人工防滲層。人工防滲層通常可由單層或雙層防滲土工膜，也可由土工膜和粘土或膨潤土復(fù)合墊組成復(fù)合襯層。為防止土工膜被刺穿，對土工膜應(yīng)設(shè)有保護層。垂直防滲根據(jù)地質(zhì)情況可采用灌漿帷幕墻或防滲土工膜。

　　填埋場防滲層的作用，一方面是防止?jié)B瀝液滲入地下而污染地下水，另一方面是防止地下水侵入填埋場而使得滲瀝液產(chǎn)生量增大。當?shù)叵滤桓哂谔盥駡龅撞繒r，為防止在填埋場運行初期地下水頂托人工防滲層，應(yīng)設(shè)置地下水導(dǎo)流系統(tǒng)將其排出場外。對于山溝式填埋場，來自上游的地下水將進入填埋場，這種潛水的水量隨季節(jié)變化，雨季時最大，須注意采取相適應(yīng)的導(dǎo)流措施。

　　2.4滲瀝液循環(huán)回噴

　　將收集起來的滲瀝液通過設(shè)置的回噴系統(tǒng)回噴到填埋場，使之從垃圾堆體頂部滲入進行循環(huán)。這樣一則可加速垃圾中有機物的分解穩(wěn)定，使原需15～20年的穩(wěn)定過程可能縮短為2～3年^[2]；二則由于回噴中的蒸發(fā)作用，使?jié)B瀝液產(chǎn)生量大為減少。浙江某垃圾填埋場進行為期一年的滲瀝液回噴試驗結(jié)果表明^[3]，通過垃圾堆體自身的吸水性和改變滲瀝液的分布狀態(tài)，能基本達到全年滲瀝液產(chǎn)生量與蒸發(fā)量的平衡，滲瀝液水質(zhì)也得到凈化，COD從10400mg/l降至142mg/l。由于填埋場所處自然氣候條件的不同，在多數(shù)情形下，循環(huán)回噴并不能完全消除滲瀝液，仍需將剩余的滲瀝液經(jīng)處理后才能排放。

　　3.  垃圾滲瀝液的水質(zhì)特性

　　在填埋場中，由各種途徑進入垃圾堆體的水通過溶解過程吸收和帶走污染物質(zhì)而形成滲瀝液。同時，滲瀝液成分與垃圾堆體內(nèi)部的物理和生化演變過程密切相關(guān)。我國大多數(shù)城市垃圾是混和收集的，其成分受生活條件、生活習(xí)慣、收集方式以及不同地區(qū)和季節(jié)的影響很大，因此不同城市的垃圾所產(chǎn)生的滲瀝液的水質(zhì)會有明顯的差別。

　　表1  國內(nèi)部分城市垃圾填埋滲瀝液水質(zhì)表

城 市COD(mg/L)BOD(mg/L)NH₃-N(mg/L)PH北 京4000～220001500～150001000～17007.8～8.2廣 州1400～10000400～2500130～6006.5～8.0上 海1500～8000200～400060～4505.3～8.1杭 州1000～5000400～250050～5006～6.5深 圳3000～600005000～36000400～15006.2～8.0沈 陽5000～143001800～560047～3747.2～8.0此表中主要數(shù)據(jù)引自[4]

　　垃圾中的易降解有機物的轉(zhuǎn)化非常復(fù)雜，在填埋場運行初期（3～5年以下），滲瀝液的特點為含有高濃度的有機酸，COD和BOD值最高可達幾萬，NH₃-N濃度不高，PH值較低，所以重金屬很容易溶解在滲瀝液里，但可生化性較好。隨著時間的推移（3～5年以上），填埋場中產(chǎn)甲烷菌開始占優(yōu)勢。這些細菌將大部分的有機酸轉(zhuǎn)化成了甲烷（CH₄）和二氧化碳，此時COD和BOD值下降，NH₃-N濃度升高可達幾千，PH值回升，重金屬濃度降低，BOD/COD值較低，可生化性變差。

　　影響垃圾滲瀝液水質(zhì)特性的主要因素有以下幾個方面：

　?、?進入垃圾填埋場的垃圾組成成分直接影響滲瀝液的水質(zhì)特性。

　　⑵ 垃圾填埋后，在不同的時間段，垃圾內(nèi)部的分解形態(tài)各不相同，所以產(chǎn)生的滲瀝液的水質(zhì)有較大的變化。

　　⑶ 不同的填埋工藝，如不同的防滲方式、排水方式、作業(yè)區(qū)域劃分、覆蓋方法等等將影響進入填埋場的水量，因而也將影響滲瀝液的水質(zhì)濃度。

　?、?當?shù)氐臍庀?、水文條件對滲瀝液的水質(zhì)影響。

　　4. 滲瀝液的處理方式

　　滲瀝液處理系統(tǒng)主要可分為合并處理和獨立處理兩種。在工程設(shè)計時應(yīng)進行全面綜合的技術(shù)經(jīng)濟比較，合理選擇滲瀝液方式。

　　4.1滲瀝液的水質(zhì)確定

　　預(yù)測和確定滲瀝液處理系統(tǒng)的進水水質(zhì)，是進行滲瀝液處理工藝設(shè)計的重要依據(jù)?？刹捎靡韵氯N方法：

　　1. 由于填埋場滲瀝液水質(zhì)受多種因素影響而有顯著變化，在沒有城市垃圾資料的新興城市，設(shè)計時填埋場滲瀝液水質(zhì)可參考自然條件、生活水平相近城市同類填埋場的設(shè)計值。

　　2. 在建設(shè)正規(guī)垃圾填埋場之前已有垃圾簡易堆放場或正準備建設(shè)第二座正規(guī)垃圾填埋場的城市，可根據(jù)對已有垃圾場滲瀝液的實際運行監(jiān)測資料來預(yù)測確定新建場的滲瀝液水質(zhì)值。

　　3. 取一定量要填埋的垃圾樣品，按照當?shù)氐臍庀笏馁Y料確定試驗的水量、強度等參數(shù)后，對垃圾樣品進行浸泡和噴淋模擬試驗得出預(yù)測值。

　　一般填埋場的設(shè)計使用年限應(yīng)在十年以上，所以對于填埋場來說，大多數(shù)時間內(nèi)產(chǎn)生的是3～5年以上的滲瀝液，所以在滲瀝液處理工藝選擇上應(yīng)以晚期滲瀝液的水質(zhì)特點為依據(jù)。這種滲瀝液處理的難點在于較低的BOD/COD值和較高的NH₃-N值。

　　4.2滲瀝液的合并處理

　　所謂合并處理就是將垃圾填埋場的滲瀝液引入城市污水處理廠與城市污水混和后進行處理，這也可能包括在填埋場內(nèi)進行必要的預(yù)處理和循環(huán)回噴處理。對于滲瀝液，合并處理是一種最簡便的方法，因為城市污水處理廠水量較大，對滲瀝液可起到稀釋、緩沖作用。但是在采用合并處理前應(yīng)考慮：一方面合并處理可以降低處理成本和節(jié)省單獨建設(shè)處理系統(tǒng)的費用，但另一方面由于垃圾填埋場往往遠離城市污水處理廠，為輸送滲瀝液的投資與能耗將會較高。長距離輸送污染物濃度很高的滲瀝液，管路的安全維護也令人擔(dān)憂。此外還應(yīng)通過計算核定城市污水處理廠對滲瀝液的容納能力，否則過量的滲瀝液會造成對城市污水處理廠的沖擊負荷，甚至破壞城市污水處理廠的正常運行，所以應(yīng)嚴格控制滲瀝液與城市污水的混和比例。有研究表明，當COD濃度為24000mg/L的滲瀝液與城市污水混和時，如滲瀝液水量占總體積的2％以內(nèi)，城市污水處理廠的處理效果不受影響。當滲瀝液水量增至4～5％時，污水廠的正常運行受到妨礙。在國內(nèi)有因過量滲瀝液進入城市污水處理廠而導(dǎo)致處理廠不能正常運行的例子^[5]。

　　滲瀝液與城市污水合并處理是一種較為經(jīng)濟的處理方案，對于垃圾填埋場與城市污水處理廠同時建設(shè)的城市，在規(guī)劃與設(shè)計時應(yīng)優(yōu)先考慮合并處理方案的可行性。例如三峽庫區(qū)環(huán)境項目，由于各城市的垃圾填埋場與城市污水處理廠幾乎是同時開展設(shè)計和建設(shè)，經(jīng)過比選部分城市采用了合并處理方案。

　　4.3場內(nèi)獨立處理

　　由于垃圾填埋場一般都建在離市區(qū)較遠的偏僻地點，當填埋場距城市污水處理廠較遠而不能采取合并處理方案時，填埋場內(nèi)須設(shè)置獨立的滲瀝液處理系統(tǒng)。在設(shè)計場內(nèi)獨立滲瀝液處理系統(tǒng)時，由于滲瀝液與城市污水的不同特性，有必要考慮：

　　1. 處理系統(tǒng)的設(shè)計參數(shù)應(yīng)能滿足晚期（3～5年以上）滲瀝液水質(zhì)的處理效果，前面我們談到了晚期滲瀝液與初期滲瀝液相比具有BOD/COD值低、HN₃-N濃度高的特點，也正是因為較高的COD、HN₃-N值而使?jié)B瀝液中磷的比例不足，必要時需補充磷。

　　2. 不論是采用合并處理方案，還是采用場內(nèi)獨立處理方案，都應(yīng)在填埋場設(shè)置足夠容積的滲瀝液調(diào)節(jié)池，來均勻水質(zhì)和保持后續(xù)處理過程有連續(xù)穩(wěn)定的流量。另外，滲瀝液的循環(huán)回噴處理對合并或獨立處理兩個方案都是有利的?；貒娞幚砭哂锌杉铀倮姆€(wěn)定化、減少滲瀝液的后續(xù)處理水量、降低滲瀝液污染物濃度的優(yōu)點。另外，回噴處理可使?jié)B瀝液水質(zhì)提前達到晚期滲瀝液水質(zhì)，有利于設(shè)計時選擇處理工藝。

　　2.     設(shè)計應(yīng)因地制宜，根據(jù)不同的尾閭水體排放標準，選擇滲瀝液處理工藝流程，不可照搬其他填埋場的滲瀝液處理工藝。我國現(xiàn)行的生活垃圾填埋污染物控制標準GB16889—1997中對生活垃圾滲瀝液排放限制值如下表。

　　表2  生活垃圾滲瀝液排放限制值

項目一級二級三級懸浮物SS70200400COD_{c r}1003001000BOD₅30150600氨氮1525 

　　表中的三級標準只能達到排入城市下水道的標準，排入地面水體的滲瀝液處理應(yīng)按一級和二級標準執(zhí)行。

　　5. 滲瀝液處理工藝選擇

　　垃圾滲瀝液的處理技術(shù)既有與常規(guī)污水處理技術(shù)的共性，也有其極為顯著的特殊性，多年來國內(nèi)外專家對垃圾滲瀝液處理技術(shù)進行了深入研究。垃圾滲瀝液的處理方法包括生物法和物理化學(xué)法。物理化學(xué)法主要有混凝沉淀、砂過濾、化學(xué)氧化還原、活性炭吸附、離子交換、膜過濾等等多種方法。物化處理可大幅度去除滲瀝液中的污染物質(zhì)，物化法不受水質(zhì)水量變化的影響，效果穩(wěn)定，但單獨使用物化法的處理成本很高。生物法分為好氧生物處理、厭氧生物處理以及厭氧－好氧組合生物處理。好氧處理包括傳統(tǒng)活性污泥法、氧化溝、SBR法、好氧穩(wěn)定塘、生物轉(zhuǎn)盤等等。厭氧處理包括厭氧污泥床、厭氧固定生物反應(yīng)器、混合反應(yīng)器等等。生物法處理滲瀝液運行成本較低，在實際應(yīng)用中有不少取得較好效果的例子，尤其是對初期（2～5年）滲瀝液， COD、BOD的去除率可達80～90％以上^[6]。滲瀝液水質(zhì)水量的不穩(wěn)定，會影響生物法的處理效果，且對于高濃度的滲瀝液即使去除率在90％以上仍不能達到排放標準。

　　由于垃圾滲瀝液水質(zhì)變化大，且沒有規(guī)律。因此對垃圾滲瀝液進行處理，不能僅考慮某種工藝方法對滲瀝液的處理效果，而更重要的是考慮該工藝方法對水質(zhì)水量的靈活適應(yīng)性，所以較多采用生化與物化組合的方法。根據(jù)不同水質(zhì)及處理程度，一般有如下處理流程：

　　1. 滲瀝液→ 調(diào)節(jié)池→ 混凝沉淀→（氨吹脫）→ 厭氧生物池→缺氧/好氧生物池→ 二沉池  

　　2. 滲瀝液→調(diào)節(jié)池→（混凝沉淀）→（氨吹脫）→厭氧生物池→缺氧/好氧生物池→二沉池→混凝沉淀→過濾→活性炭吸附

　　上述工藝流程中，流程1的基建費用和運行費用較低，但是該工藝很難將滲瀝液處理到一級或二級排放標準。流程2可將滲瀝液處理到一級排放標準，但其基建及運行費用都較高。

　　為了適應(yīng)滲瀝液的水質(zhì)變化和盡量降低處理成本，近年來許多新技術(shù)應(yīng)用于垃圾滲瀝液處理，取得了很好的發(fā)展。其中最成功和目前應(yīng)用趨勢最好的一類是膜技術(shù)的應(yīng)用，包括超濾、納濾和反滲透等。一種膜技術(shù)與生化反應(yīng)器結(jié)合在一起的膜生化反應(yīng)器（MBR）技術(shù)，在此膜分離（通常為超濾）替代了常規(guī)的二沉池，由于分離效率的提高，反應(yīng)器中微生物濃度從常規(guī)法的3～5g/L提高到15～25g/L，大大提高了污染物的去除率。膜生化反應(yīng)器在國外垃圾滲瀝液處理中已有較多實踐，在國內(nèi)也開始應(yīng)用。北京某垃圾衛(wèi)生填埋場滲瀝液處理系統(tǒng)設(shè)計擬采用膜生化反應(yīng)器（MBR）技術(shù)，設(shè)計水量200m³/d，進水水質(zhì)為：COD_cr≤10000mg/L，BOD≤5000mg/L，NH₃-N=600mg/L,PH6.5~8。設(shè)計出水水質(zhì)按《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標準》中蔬菜類標準，水質(zhì)為：COD_cr≤150mg/L，BOD₅≤80 mg/L，NH₃-N≤30 mg/L，全鹽量≤1000 mg/L，PH6~8。工藝流程如下：

　　6.結(jié)論

　　1.采取各種有效的工程措施控制垃圾滲瀝液的污染向場外擴散，是城市垃圾衛(wèi)生填埋場設(shè)計的重要組成，在填埋場建設(shè)前期規(guī)劃時應(yīng)盡量考慮有利于滲瀝液控制與處理的因素。

　　2.滲瀝液產(chǎn)生量的控制，直接關(guān)系到后續(xù)處理系統(tǒng)的投資和運行費用。一是通過場內(nèi)外排水系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計實現(xiàn)最大的清污分流，二是滲瀝液的循環(huán)回噴可以在水量和水質(zhì)兩方面降低污染物數(shù)量。

　　3.選擇滲瀝液的處理方式（合并或單獨處理）一定要因地制宜，全面進行技術(shù)經(jīng)濟的綜合比較后確定。做為獨立的滲瀝液處理系統(tǒng)，應(yīng)根據(jù)排水尾閭情況確定其處理程度，一般以具有脫氮功能的生化工藝和物化工藝的組合工藝為主。膜處理技術(shù)在垃圾滲瀝液處理方面有良好的應(yīng)用前景。

　　參考文獻：

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