0 引言
目前，城市垃圾填埋場(chǎng)的設(shè)計(jì)和研究在我國(guó)尚處于起步階段，隨著城市垃圾填埋場(chǎng)的建設(shè)，滲濾液處理也在不斷探索與發(fā)展�；毓喾ㄗ鳛橐环N新型的滲濾液處理技術(shù)，經(jīng)濟(jì)合理，適應(yīng)我國(guó)垃圾滲濾液處理的工藝流程，具有廣闊的前景。
1 滲濾液的來(lái)源、特點(diǎn)及危害
垃圾滲濾液主要是指超過(guò)垃圾及所覆土層持水容量及表面蒸發(fā)潛力的雨水進(jìn)入填埋場(chǎng)地后，歷經(jīng)垃圾層和覆土層而產(chǎn)生的高濃度污水。即在垃圾的填埋過(guò)程中，由于壓實(shí)、降雨和微生物的分解作用，從垃圾層中滲出的高濃度有機(jī)廢水。垃圾滲濾液主要特點(diǎn)有有機(jī)污染物種類(lèi)繁多，水質(zhì)復(fù)雜；污染物濃度高，變化范圍大；水質(zhì)、水量變化大；金屬含量高；氨氮含量高；營(yíng)養(yǎng)元素比例失調(diào)；進(jìn)行生物處理時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量泡沫，不利于處理系統(tǒng)正常進(jìn)行等。
垃圾在衛(wèi)生填理處置過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量滲濾液，而且固體垃圾中的重金屬及有毒有害物質(zhì)也會(huì)溶入滲濾液中，作為一種高濃度有機(jī)廢水，如不及時(shí)對(duì)其進(jìn)行收集、處理，將造成對(duì)地下水、地表水和填埋場(chǎng)周?chē)h(huán)境的污染和影響。因此，處理好垃圾填埋過(guò)程中產(chǎn)生的滲濾液，是防止二次污染最重要的措施，也是垃圾填埋場(chǎng)設(shè)計(jì)成敗的關(guān)鍵。
2 滲濾液回灌處理法的研究現(xiàn)狀及進(jìn)展
用土地法處理滲濾液的主要形式是滲濾液回灌和土壤植物處理系統(tǒng)。自20世紀(jì)70年代起，美國(guó)、英國(guó)、加拿大、澳大利亞、德國(guó)、丹麥、意大利、瑞典和日本等國(guó)相繼開(kāi)始了生物反應(yīng)器填埋場(chǎng)的研究。Robinson等人的研究表明，通過(guò)滲濾液回灌可以縮短填埋垃圾的穩(wěn)定化進(jìn)程(使原需15～20a的穩(wěn)定過(guò)程縮短至2～3a)。日本學(xué)者在“準(zhǔn)好氣填埋”理論的基礎(chǔ)上進(jìn)行了“循環(huán)式準(zhǔn)好氣填埋”的實(shí)驗(yàn)，并且己經(jīng)用于實(shí)踐中。
國(guó)內(nèi)最早有關(guān)垃圾滲濾液回灌的研究是1995年由同濟(jì)大學(xué)徐迪民等進(jìn)行的。研究表明滲濾液回灌能較好地適應(yīng)滲濾液水質(zhì)水量的變化、加速填埋場(chǎng)穩(wěn)定化進(jìn)程、投資省、運(yùn)行費(fèi)用低，具有較為廣闊的應(yīng)用前景。
3 試驗(yàn)裝置
試驗(yàn)裝置(垃圾柱)結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖1。覆蓋土層土砂比為7：1，與垃圾層進(jìn)行交替。滲濾液回灌過(guò)程中，經(jīng)過(guò)覆土層、垃圾層和碎石層后，由垃圾柱下端的小孔流出，通過(guò)出水管進(jìn)入滲濾液收集桶。碎石層是為了防止出水管的堵塞而鋪設(shè)的。本試驗(yàn)試驗(yàn)裝置共4套，其中1號(hào)不回灌，2號(hào)采取調(diào)節(jié)pH值進(jìn)行回灌，3號(hào)完全回灌，4號(hào)進(jìn)行好氧回灌。其填埋垃圾為居民生活垃圾。
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4 試驗(yàn)結(jié)果及討論
4.1 滲濾液CODcr的變化
由圖2可知，4個(gè)垃圾填埋柱滲濾液的CODcr濃度變化趨勢(shì)因回灌方式的不同隨時(shí)間呈現(xiàn)出不同的變化過(guò)程。由試驗(yàn)溫度分析可知，在試驗(yàn)正式啟動(dòng)至結(jié)束期間，氣溫相對(duì)較高，平均氣溫25℃左右，較適宜微生物的分解活動(dòng)。垃圾在微生物的分解作用下，進(jìn)行水解酸化反應(yīng)。同時(shí)由于滲濾液的產(chǎn)生量較大，在其沖刷作用下，將垃圾層中的水解產(chǎn)物帶出，從而增加了滲濾液中的有機(jī)物含量。可以看出對(duì)4個(gè)垃圾柱進(jìn)行第一次監(jiān)測(cè)時(shí)，CODcr濃度就已達(dá)到較高值。并且4個(gè)垃圾柱的CODcr濃度在起始狀態(tài)時(shí)基本保持在同一水平，說(shuō)明4個(gè)垃圾填埋柱的裝填垃圾成分基本相同，具有可比性。1號(hào)垃圾柱滲濾液中的CODcr值和2、4號(hào)垃圾柱滲濾液中的CODcr值變化相同，分別由初始的較大值平緩下降至試驗(yàn)后期的最小值，3號(hào)垃圾柱滲濾液在回灌初期CODcr就出現(xiàn)最小值，然后有所回升一段時(shí)間后趨于平緩下降。
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由于垃圾層剛開(kāi)始回灌時(shí)，吸附的有機(jī)物很少，CODcr的去除為覆土層和垃圾層的吸附截留、離子交換和微生物降解綜合作用的結(jié)果，且垃圾層及覆土層的吸附截留作用占主導(dǎo)地位，將滲濾液中的一些大分子有機(jī)物和無(wú)機(jī)物截流在垃圾層中，因此在回灌初期就對(duì)CODcr有去除作用。隨著時(shí)間的推移，垃圾層的吸附基本趨于平衡或飽和，CODcr的降解主要為微生物的降解，CODcr的去除率有所下降。2、3號(hào)垃圾柱再未表現(xiàn)出良好的去除效果，可能是因?yàn)榛毓嗨枯^大導(dǎo)致“溝流”或“短流”的現(xiàn)象的發(fā)生，使得有機(jī)物的溶出速率較快，從而使CODcr的去除效果反而比不回灌的1號(hào)垃圾柱的去除效果要低。4號(hào)垃圾柱CODcr的去除率總體上要高于1、2、3號(hào)垃圾柱的CODcr的去除率，分析其原因可能是因?yàn)?號(hào)垃圾柱的反應(yīng)環(huán)境為好氧條件，有利于微生物的存活，并為其降解反應(yīng)創(chuàng)造有利條件。期間CODcr去除率出現(xiàn)波動(dòng)以及零去除率的現(xiàn)象，分析原因可能是在垃圾體內(nèi)有機(jī)物的溶出速率與溫度存在密切關(guān)系，當(dāng)溫度較高時(shí)，加快了有機(jī)物的溶出，同時(shí)溫度的變化與有機(jī)物溶出速率的關(guān)系存在一定的滯后性，導(dǎo)致去除率出現(xiàn)波動(dòng)變化以及零去除率的變化。
由此可見(jiàn)，滲濾液回灌增加了垃圾、水分、微生物和營(yíng)養(yǎng)物之間的相互接觸，為垃圾層帶來(lái)了大量的微生物，提高了垃圾層的含水率，在垃圾層內(nèi)形成了更有利于垃圾降解的環(huán)境，從而加速了垃圾的降解速率。從試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，4號(hào)垃圾柱內(nèi)滲濾液的CODcr濃度整體上低于未回灌的1號(hào)垃圾柱滲濾液CODcr濃度以及回灌水量較大而且處于厭氧條件的2、3號(hào)垃圾柱的CODcr濃度。
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4.2 滲濾液氨氮值的變化
由圖3可知，4個(gè)垃圾填埋柱滲濾液的氨氮含量首先經(jīng)歷了一個(gè)短期的平緩增長(zhǎng)，然后根據(jù)回灌水量及反應(yīng)條件的不同發(fā)生不同的變化趨勢(shì)，在經(jīng)歷一個(gè)快速增長(zhǎng)之后變化情況趨于平緩。實(shí)驗(yàn)開(kāi)始期間，氨氮含量增長(zhǎng)速度比較平緩。但由于溫度相對(duì)適中，水解性細(xì)菌將蛋白質(zhì)水解為氨基酸，脫氨基成為有機(jī)酸和氨，從而增加了滲濾液中氨氮的含量，試驗(yàn)開(kāi)始后10d左右氨氮含量經(jīng)歷了一個(gè)較快增長(zhǎng)階段，之后呈現(xiàn)出曲折的緩慢上升趨勢(shì)。由圖2也可以看出，進(jìn)行回灌試驗(yàn)以后的2、4號(hào)垃圾填埋柱中的滲濾液氨氮濃度從整體上低于未經(jīng)回灌的1號(hào)垃圾填埋柱和3號(hào)垃圾填埋柱的滲濾液氨氮濃度。
由此可見(jiàn)，對(duì)垃圾填埋柱的滲濾液進(jìn)行回灌處理，垃圾層及覆土層的吸附截留作用對(duì)滲濾液中的氨氮具有一定的去除效果。此外，偏堿性的反應(yīng)環(huán)境及其好氧條件都對(duì)氨氮的去除有較好的效果。
4.3 垃圾柱中的微生物差異
試驗(yàn)對(duì)垃圾柱中的微生物進(jìn)行了鏡檢試驗(yàn)。鏡檢結(jié)果顯示在1號(hào)垃圾柱中含有不少的藻類(lèi)和變形蟲(chóng)等生物，因此1號(hào)桶在此時(shí)曾出現(xiàn)少量蛆蟲(chóng)。2號(hào)垃圾柱中僅含有少量的藻類(lèi)和少量的變形蟲(chóng)，分析其原因可能是因?yàn)閷?duì)2號(hào)垃圾柱的pH值進(jìn)行了人工調(diào)節(jié)，偏堿性的條件對(duì)微生物的生存有利，但是2號(hào)過(guò)大的回灌水量反而使得微生物不易存活；3號(hào)垃圾柱中則幾乎沒(méi)有微生物的存在，這也與3號(hào)滲濾液較高的CODcr和NH3-N值相對(duì)應(yīng)，可能是因?yàn)槠嵝缘沫h(huán)境和較大的回灌水量導(dǎo)致微生物的死亡；4號(hào)垃圾柱中存在很多線蟲(chóng)、藻類(lèi)和少量鐘蟲(chóng)、裂口蟲(chóng)等，大量微生物的存在使得4號(hào)滲濾液含有較低的CODcr和NH3-N值，而且4號(hào)桶中曾好長(zhǎng)時(shí)間出現(xiàn)大量蛆蟲(chóng)，這也說(shuō)明好氧反應(yīng)條件有利于微生物的存在，對(duì)滲濾液中CODcr和NH3-N都有較好的去除效果。
5 結(jié)論
(1)適度增大滲濾液回灌的水力負(fù)荷、有機(jī)負(fù)荷可以提高滲濾液中CODcr的去除率，但是水力負(fù)荷、有機(jī)負(fù)荷過(guò)大不利于垃圾體內(nèi)微生物的生化降解、CODcr的去除。
(2)通過(guò)改變滲濾液的pH值至弱堿性進(jìn)行回灌后，氨氮的去除率受水力負(fù)荷、有機(jī)負(fù)荷的影響變小，去除率在較大的水力負(fù)荷仍能達(dá)到良好效果，因此pH值是影響滲濾液回灌處理氨氮的重要因素，弱堿性的環(huán)境適宜硝化細(xì)菌及反硝化細(xì)菌的生長(zhǎng)。
(3)溫度是影響回灌效果的重要因素，根據(jù)回灌的全過(guò)程可以看到，在夏末溫度較高回灌時(shí)CODcr和NH3-N的的去除率明顯。
(4)在整個(gè)試驗(yàn)進(jìn)行的范圍內(nèi)，從去除率和去除的穩(wěn)定性上考慮，原液回灌對(duì)滲濾液中CODcr、氨氮的去除效果最好，分析原因可能是由于原液回灌中微生物量多，相對(duì)保護(hù)微生物活性較好，回灌過(guò)程中有機(jī)負(fù)荷相對(duì)較大，補(bǔ)充碳源豐富，同時(shí)由于回灌的影響，使得垃圾體內(nèi)呈弱堿性環(huán)境，滿足微生物的營(yíng)養(yǎng)要求和生長(zhǎng)環(huán)境。
