垃圾渗滤液处理技术.doc

第1章 垃圾渗滤液的成分和性质填埋作为一种城市固体废物处理方式已被国内外广泛应用，在我国目前有90%左右的城市固体废物是用填埋法处理的。在城市垃圾（MSW）填埋过程中，由于压实和微生物的分解作用，垃圾中所含的污染物将随水分溶出，并与降雨、径流等一起形成垃圾渗滤液（浸出液）渗滤液是一种污染很强的高浓度有机废水，其成分主要由垃级种类和垃圾成分所决定，并随垃圾填埋场的“年龄”而变化。以往垃圾简单填埋处理所产生的渗滤液主要是依靠下层土地来净化但随时间的延长和地质构造对污染物去除容量的有限性渗滤液会对地下水、地表水及垃圾填理场周围环境造成污染使地表水体缺氧、水质恶化、富营养化，威胁饮用水和工农业用水水源，使地下水质污染而丧失利用价值。有机污染物进入食物链将直接威胁人类健康。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液的流出和地下水的渗入，同时对渗滤液进行收集和处理，有效地保证了环境的安全。垃圾渗滤液处理难度大，实现其经济有效处理是垃圾填埋处理技术中的一大难题，也是个 研究热点。为给垃圾渗滤液的处理提供可靠的理论依据，并指导处理工艺和技术参数的确定，防止垃圾渗滤液污染的加剧，首先要对渗滤液的危害、成分和性质有全面的了解。1.1 城市垃圾的组成及垃圾填埋场的分类城市垃圾也称城市固体废弃物，它是指城市居民日常生活产生和丢弃的生活垃圾（包括有机物、无机物和危险品如干电池、荧光灯管等）、与人们生活有关的厨房有机垃圾（又称厨房剩余废物）、卫生间废弃物、居室清扫废物，以及公共场所垃圾，环卫部门道路清扫废物及部分建筑垃圾、工业垃圾等的总称。1.1.1 城市垃圾的组成及其变化趋势城市垃圾主要分为为五类：(1)生活垃圾。生活垃圾中包括食品垃圾和普通垃圾。食品垃圾指人们在买卖、储藏、加工、食用各种食品的过程中所产生的垃圾。这类垃圾腐烂性强、分解速度决。并会散发恶臭。普通垃圾包括废弃的纸制品、废塑料、破布及各种纺织品、废橡胶、破旧皮革制品、废木材及木制品、碎玻璃、废金属制品和尘土等。（2）建筑垃圾 建筑垃圾是在老旧建筑物拆除和新建筑物兴建施工中产生的废弃物。包括泥土、石块、混凝土块、碎砖、废木材、废管道及电器废料等。这类垃圾一般在建设单位自行处理，但也有相当数量的建筑垃圾进入城市垃圾中。（3）工业垃圾 包括在工业生产过程中产生的废物、废渣。（4）危险垃圾或称有毒有害垃圾。包括干电池，日光灯管，温度计等各种来源于化工、制药以及医院和科研机构等的化学和生物危险品，易燃易爆物品以及含放射性物的废物。这类垃圾一般不能进入普通垃圾中，应另建有毒有害处理处理站进行单独处理和处置。（5）清扫垃圾。绿色植物残骸如草坪除草、树木剪枝、落叶、纸品、塑料制品和尘土等。我国城市垃圾在产量迅速增加的同时，垃圾构成也相应地发生了很大变化。我国城市生活垃圾构成有以下变化趋势：（l）有机物增加（2）可燃物增多（3）可回收利用物增多（4）可利用价值增大。1.1.2 垃圾填埋场的分类城市垃圾的处理万法有焚烧、堆肥和填理等。其中垃圾卫生填理法由于成本低、技术相对简单、处理迅速，是目前国内外应用最少泛的垃圾处理方式。我国城市垃圾处理中80%以上采用填理法。根据所收集垃圾种类的不同，把垃圾填理场分成如下的几类：城市垃圾填埋场；乡村垃圾填理场；工业垃圾填理场和联合处置垃圾填理场，其各自的特点如下。（l）城市垃圾填理场 体积超过100000m3 的垃圾填埋场，且垃圾收进量高包括城市生活垃圾（30%-60%）、焚烧灰渣（10%30%）、城市污水处理厂产生的脱水剩余污泥（10%20%）和破碎材料（20%一50)(2)乡村垃圾填埋场 体积较小的垃圾填埋场（小于50000m3 ）主要有乡村生活垃圾 ( 20% 30%）、破碎材料（30一40%）和惰性材料（30%50）。 (3)工业垃圾填埋场 主要收集石棉（ 10%15%）、工业废渣（ 5%10%) 焚烧灰渣（15 %20）、污染性土壤（5%10%）、各种工业废水处理中产生的脱水污泥（4050%）的垃圾填埋场。(4)联合处置垃圾填埋场 它们主要位于城郊，其组成中除了有生活垃圾以外，还含有工业垃圾和有害垃圾成分（2%10）技术特征与城市垃圾相同垃圾种类和成分决定着渗滤液的成分，因此了解垃圾的组成可以预测渗滤液的成分。1.2 垃圾渗滤液的来源及形成过程1.2.1 垃圾渗滤液的来源垃圾渗滤液的产生受诸多因素影响，不仅水量变化大，而且变化无规律性。垃圾渗滤液的产生来自以下五个方面。（1） 降水的渗入 降水包括降雨和降雪，降雨的淋溶作用渗滤液产生的主要来源。（2） 外部地表水的流入 包括地表径流和地表灌溉（3） 地下水的渗入 当填理场内渗滤液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。当垃圾含水为17%时，每吨垃圾产生0.0722t的渗滤液。（5） 垃圾填埋后微生物的厌氧分解产生的水。垃圾中的有机组分在填埋场内分解时会产生水分。1.2.2 垃圾渗滤液的产生量渗滤液的产生量受诸多因素的影响，如降水量蒸发量、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情况等。（1） 降水量和蒸发量是影响渗滤液产生的重要因素，这可以从当地气象资料来获得。（2） 填埋场表面的坡度很重要，在平缓的地面上，水易于集结，因而渗滤液产量大，而在较陡的地面上，水容易流失，使进入垃圾填埋层中的水量减少。垃圾填埋场的最终覆土层一般做成中心高，四周低的拱形，保持1%-2%坡度。这样可使部分降雨沿地表流走，但当表面坡度大于8%左右时。表面径流就有可能浸蚀垃圾堆的顶部覆土层，使填埋厂暴露。因此，表面坡度不能过大以防表面径流侵蚀。（3） 填埋场表面的最终覆土层上长有植物，通过根系吸收水分，通过叶面蒸发作用诚少渗滤液产生量。（4） 地下水的渗透，要根据场内渗滤液水位和场外地下水位来定，对于防渗措施良好的填埋场，可以不考虑渗滤液的渗出和外部地下水的渗入。渗滤液产生量波动较大但对于不同地区填理场其单位面积的年平均产生最足在一定范围内变化的。1.2.3 垃圾填埋场废弃物的降解过程 在垃圾填埋场废弃物的降解主要是微生物作用的结果。垃圾气体和渗滤液这两种产物也与微生物的活性相关，对大多数城市垃圾填埋场的调查研究证明，填埋废物的稳定要依次经历5个阶段，而且从填理场产生的渗滤液和生物气的产率和性质随各个阶段而不同。这反映了在填埋场内发生的微生物参与降解的过程。固体废物降解所经历的过程说明如下：阶段 1 ：最初调节阶段这阶段是填理场内固体废物的放置和水分积累的过程。在达到能够为有活性的微土物群落提供足够的水分之前， 可观测到有一个适应阶段（或是最初的滞留时期）。为了创造适宜的生化降解条件 ，填埋废物在成分和性质方面发生了初步的变化。阶段 2 ：过渡阶段在过渡阶段，有时运来和填理的废物超过了该填理场的容量导致出现填埋废物中的氧气被消耗殆尽，从而发生从好氧往厌氧环境的转化。由于氧向硝酸盐和硫酸盐传递电子受体以及氧被二氧化碳取代而逐渐形成还原条件，在这阶段的最后，渗滤液中可测出可计量的 COD和挥发性有机酸（VOA )。阶段 3 ：产酸阶段在这阶段中，填埋的固体废物的连续水解以及随后又（或者同时进行的）微生物降解可生物降解的有机组分，导致产生高浓度的中间产物-挥发性有机酸。经常观测到pH 降低，随之而来的是一些金属成分的溶出。这一阶段的主要特征是山产酸菌构成的活性微生物体的增长以及底物和营养物质的快速消耗。阶段 4 ：产甲烷阶段在这一阶段，甲烷菌将挥发性有机酸代谢并转化为甲烷和二氧化碳，硫酸盐和硝酸盐分别被还原为硫化物和氨氮。PH 有所上升，重碳酸盐能对PH值的变化有所缓冲、保障了甲烷菌的增值。一些重金属通过络合和化学沉淀而去除。阶段 5 ：成熟阶段在垃圾填埋最后的稳定阶段，可利用的营养物和底物数量都人为减少。限制微生物的活性。使其进入相对的休眠状态生物气的产量急剧下降。慢慢地可以观测到氧气和氧化产物重新出现。但是，难降解有机组分的缓慢降解可能持续很长时间并产生腐殖质类物质。在不同的阶段，垃圾渗滤液的成分变化相当大。如果不能很好地了解垃圾渗滤液中成分的化学变化和从产乙酸阶段到广甲烷阶段的时间范围，就很难设计出适宜的垃圾渗滤液处理系统。1.3 垃圾渗滤液成分和性质的评价尽管各填埋场的渗滤液不尽相同，但是总的来说，垃圾填埋场渗滤液的主要成分及其性质主要有以下几个方面。1.3.1 垃圾渗滤液水质评价(1)垃圾渗滤液的物理性质 色与嗅 渗滤液均具有很高的色度，其外观多呈茶色、暗褐色或黑色，色度可达2000-4000倍（稀释倍数），垃圾腐败臭味极其明显。 (2）pH 垃圾填埋初期，渗滤液的 pH 在 6 -7 之问，随着填埋时间的推移和填埋场的稳定， PH可提高至 78。(3) BOD5 随时间的变化及填埋场微生物的活动增强，渗滤液中BOD5浓度发生变化。一般变化规律是垃圾填埋后的 6 个月至2.5年间渗滤液 BOD5逐步增至高峰，此时BOD5多以溶解性为主，此后 BOD 的浓度开始下降，至 6-15年填埋场完全稳定时为止，此时，BOD浓度保持在某一低值范围内（100mg/L）且波动很小。因此，渗滤液 BOD5值的变化过程实质是填埋场稳定化的过程。通过定期测定渗滤液的 BOD5值，根据BOD5值随时间的变化规律，可判断填理场的稳定程度。（4）COD与 BOD 相似，但是随着填埋时间的推移，COD 值的降低较 BOD5 值缓慢得多。（5） BOD5：COD 有机物种类的变化造成 BOD5 : COD 比值的变化。填埋初期 BOD5 / COD 比值较高，可达0.5 以上，但随着时间的推移，由于 BOD5和 COD 的降低速率和幅度不同，BOD5急速下降而 COD下降较缓慢，因此该比值逐渐下降。当填埋场完全稳定之后，该值最终在某一范围内（0.1），而且波动极小。(6)溶解性固体总量 垃圾渗滤液中含有较高浓度的总溶解性固体。这些溶解性同体在渗滤液中的浓度通常随填埋时间而变化，填理初期渗滤液溶解固体总量高且有相当高的钠、钙、氧化物、硫酸盐等。一般在填埋后6个月至2.5年达到高峰值，此后随填埋时间的增加，无机物浓度下降，直至达到最终稳定（7）氨氮 垃圾渗滤液 NH2-N 浓度含量高，是由于含氮可生化有机组分的厌氧水解和发酵所致。因pH 接近中性值。它主要以 NH3-N 形态存在于渗滤液中，很少以氨气形式释放，或以游离氨形式存在。由于目前多采用厌氧填埋技术，因而渗流液中的 NH3-N 浓度在填埋场进入产甲烷阶段后不断上升在达到高峰值后延续很长的时间直至最后封场，甚至当垃圾填埋场稳定后仍可达到相当高的浓度。（1000mg/L）。渗滤液中，高浓度的NH3-N及其随时间的变比，不仅加重了其对受纳水体的污染程度，也给其处理工艺的选择带来了困难，增加了复杂性。“中老年”填理场渗滤液中，只有高浓度的NH3-N，这是垃圾渗滤液的重要水质特征之一，也是导致其处理难度增大的一个重要原因。垃圾渗滤液中高浓度的 NH2-N 含量，造成了过低的 C/N 比值，这也给其处理工艺的选择带来了困难。过高的NH2-N需要进行脱氮处理，而过低的C/N比值则对常规的生物处理有抑制作用而且因有机碳源缺乏难以进行有效的反硝化。8磷 垃圾渗滤液中的磷元素总是缺乏的，渗滤液中磷含量很小特别是溶解性磷酸盐浓度更低。渗滤液中溶解性磷酸盐的含量主要由变磷灰石的产量控制，因此渗滤液中的溶解性磷酸盐含量受到钙离子浓度或碱度水的影响，导致生物处理中的缺磷问题。在采用厌氧(ABR）一好氧工艺处理渗滤液与城市污水的混合废水的过程中发现，当渗滤液与城市污水的体积混合比达到：4：8 4：5时，仍发现了缺磷问题。（9）重金属 对于只填埋生活垃圾的填埋场，由于在垃圾填埋之前，一般已经多次挑拣，且生活垃圾中金属的溶出率低在水溶液中为0.05一 1.80%在微酸性溶液中为0.5一5.0。一般渗滤液中重金属含量较其他污染物低得多：1.3.2 垃圾渗滤液的特性通常垃圾渗滤液中的有机物可分为 3 种：低分子量的脂肪酸；中等分子量的灰黄霉酸类物质；高分子量的碳水化合物类物质、腐殖质类。渗滤液中的有机成分随填埋时间而变化。填埋初期，渗滤液中的有机物的可溶性有机碳约90%是短链的可挥发性脂肪酸，其中以乙酸、丙酸和丁酸浓度最大。其次的成分是带有相对高密度的羟基和芳香族羟基的灰黄霉酸。随着填埋时间的增加，填埋场逐步趋于相对稳定，此时，渗滤液中挥发性脂肪酸含量减少，而灰黄霉酸和腐殖质类成分则增加。垃圾渗滤液的特性如下。有机污染物种类繁多水质复杂，垃圾渗滤液中含有大量的有机物，含量较多的有烃类及其衍生物酸酯类等。污染物浓度高和变化范围大 垃圾渗滤液的这一特性是其他污水所无法比拟的，其中的 BOD5和COD浓度最高可达每升几万毫克，主要是在酸性发酵阶段产生， pH 达到或略低于7 此时 BOD5与 COD 比值为0.5 一0. 6 。一般而言，COD、BOD5, BOD5: COD 随填埋场的“年龄”增长而降低碱度则上升。水质水量变化大 垃圾渗滤液水质水量变化大，主要体现在以下方面：产生量随季节变化大雨季明显大于旱季； 污染物组成及其浓度随填埋时间而变化。污染物组成及其浓度随填埋时间而变化。金属含量高 垃圾渗滤液中含有10多种金属离子。氨氮含量高 城市垃圾渗滤液是一种组成复杂的高浓度有毒有害有机废水其中高氨氮浓度是城市垃圾渗滤液的主要水质特征之一。渗滤液中的氨氮浓度随若垃圾垃理年数而增加，可以高达上 1700 mg/L 左石，渗滤液中的氮多以氨氮的形式存在，约占TN的 70%一80。当氨氮（尤其是游离氨）浓度过高时，会影响微生物的活性，降低生物处理的效果。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 : l ,而一般的垃圾渗滤液中的BOD 5: / P大都大于300，与微生物生长所需的磷元素相差较大。(7)其他特点 渗滤液在进行生物处理时会产生大量泡沫不利于处理系统正常运行。由于渗滤液中台有较多难降解有机物，一般在生化处理后， COD浓度仍在 5002000 mg /L范围内。1.4影响垃圾渗滤液成分和性质的因素某一特定垃圾填埋场，其渗滤液量的多少主要与气候、水文条件有关还与垃圾的成分、性质，垃圾填理的时间、填理的方式及垃圾本身的含水率等因素有关。由于垃圾成分复杂有机物含量高填埋后发生分解、溶出、发酵等反应渗滤液中含有大；量的有机物、氮磷类营养物质和种类繁多的金属类物质。因此，垃圾渗滤液不仅是一种高浓度的有机废水，且其水质和水量的变化很大，水质成分也相当复杂。1.4.1 垃圾成分对渗滤液性质的影响由于垃圾成分的性质的不同，稳定化过程所需的时间以及渗滤液的特性也会有所不同。在垃圾的稳定化过程中，主要存在两种过程，一是固体垃圾中有机物的分解并形成可溶性或可挥发性的产物，这此产物及其引起的溶出和洗脱作用产生重金属离子，从而形成污染严重的渗滤液。同时有机物被转化为气体，所形成的渗滤液和气体最终将离开填埋场；二是稳定的腐殖质的合成。由以上两个过程的综合结果使渗滤液中既含有高浓度的有机物，也含有大量的植物营养物（主要是NH3一N）及多种金属离子。1.4.2填理场结构对渗滤液性质的影响填埋场的结构直接影啊到渗滤液的生物降解及稳定化进程。根据垃圾填埋层中的空气的存在状况，填埋场结构可分厌氧填埋、好氧填埋及准好氧填埋（1）厌气填理 厌气填埋是将垃圾填埋体独立于周围的环境，垃圾在这种“封闭容器”中必须经过漫长的厌气发酵，才能实现最终稳定和无害化的目的。（2）好氧填理 是利用鼓风机直接向宽厚的垃圾填理体中鼓风，在通常清况下，好氧性结构的垃圾填理场能够使渗滤液中污染物质快速降解并很快达到稳定。但好氧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。（3）准好氧填 日本福冈大学的研究者根据填理层中空气的存在状况，提出并开发了“准好氧填理力式”。准好氧填埋的设计思想是不用动力供氧，使渗滤液集水沟水位低于渗滤液集水干管管底高程，使大气可以通过集水管上部空间和排气通量，在垃圾堆体发酵产生温差的推动下使填埋层处于好氧状态，并使垃理场内部存在一定的好氧区域特别是在渗滤液集排水管和排气管周围存在好氧区城，以使渗滤液得以处理和加快填理垃圾的分解稳定速度。与垃圾的厌氧填埋相比，准好氧填埋结构能够使渗滤液中污染物质快速降解，从而使渗滤液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，得到越来越广泛的应用，准好氧填埋结构如图 1一3 所示。1.4.3 垃圾填埋方法对渗滤液水质的影响垃圾的填埋方法（如压买密度、填埋深度等）对渗滤液的水质具有一定的影响。增加垃圾的填理密度和填埋深度，即可减少垃圾的含水量和土壤的渗水量，限制外来水进入垃理场，因 此可推迟垃圾圾中有机成分的降解作用，使渗滤液的浓度较低，廷长渗滤液的产生时间。1.4.4 价圾填埋场年龄对渗滤液性质的影响垃圾填理后，随着填埋年龄的增长，垃圾中有机物的降解速率、垃圾的持水能力和水的透过性能均发生变化。所产生的渗滤液性质在填理场的不同年龄段中也会有不同的性质，因此垃圾填埋场年龄会对渗滤液的性质产生较大影啊。1.4.4.1垃圾填埋场年龄的划分及其渗滤液的水质特点采用填理的方法处理城市垃圾，实际上是一个垃圾的填充、覆土和压实等多个过程的反复循环过程，这样使得垃圾填埋场内各不同位置的垃圾层可能处于不同的稳定阶段，或首说垃圾场不同部位垃圾的“年龄”是不同的。 因而，各部位垃圾中微生物的物理、化学和生物学特性及其活动方式是不同的。随着所填埋的垃圾的增多即填理场使用年限的廷长，渗滤液的水质将发生变化。垃圾渗滤液通常可根据填埋场的“年龄”分为两大类：一类是“年轻”的渗滤液（也称早期渗滤液），其填埋时间在5年以下，所产生的渗滤液的水质特点，PH 接近中性（一般在78之间）； BOD5及 COD浓度较高；且BOD5：COD的比值较高；易生物降解的挥发性脂肪酸含量较高。同时各类重金属离子的浓度也高（因较低的 pH 所致），易于生物处理。另一类是“年老”的填埋场产生的渗滤液（也称晚期渗滤液）其填埋时间在 5 年以上，所产生的渗滤液的主要水质特点是， pH 接近中性(一般在 7 一 8 之间)： BOD5及 COD 浓度较低：且BOD : COD 的比值较低；易生物降解的有机物浓度很低。而氨氮的浓度较高。重金属离子浓度则开始下降（因 pH 升高所致），对它宜采用生化一物化联合工艺进行处理。运行时间超过15年的垃圾填埋场，所产生的渗滤液在大多数时间内均为“年老”（晚期）渗滤液，故渗滤液处理工艺的选择要以晚期渗滤液的水质为根据。“年老”渗滤液处量的难点在于高浓度的氨氮如此高浓度的氨氮，在没有外加碱度的条件下进行硝化反应会使好氧曝气沉淀池出水的 pH 降到 5 以下。如外加碱，耗碱量为 3.0kgNaCO3 m3左右，将增加渗滤液处理费用。这种高浓度氨氮的反硝化脱氮相应的 COD 碳源明显不足根据理论和实际反硝化脱氮对碳源的消耗一般要求经硝酸盐软反硝化的C OD / TKN为4.0，对晚期渗滤液来讲、往往达不到这一要求，故补充部分碳源是不可避免的。1.4.4.2 渗滤液特性与“年龄”的关系表 1一11 列出了渗滤液特性与垃埋场“年龄”的关系，由表中数据叫清楚地看出渗滤液中主要污染物指标随填埋场“年龄”而变化的规律。渗滤液的水质还与当地的气候、水文等条件和垃圾填理场所在地的地形地貌有关。垃圾渗滤液是通过垃圾层中厌氧微生物的作用将有机成分分解转化并使它们溶出而进入垃圾层的水体而形成，因而污染物的溶出现律也是决定渗滤液水质的重要因素之一，而气温则是影响其溶出规律的重要因素。垃圾层内较高的温度可加速微生物对有机成分的降解和加速垃圾的稳定化过程并可在短期内产生高浓度的渗滤液。1.4.3 渗滤液水质随“年龄”变化原因分析Chion 和 DcWallc指出 ，在年轻的垃圾填埋场中 COD/TOC 和 BOD5/COD 的比值较高，大约有23的总有机碳是由短链的脂肪酸组成，这也反映出厌氧产甲烷降解过程所需的底物是充足的。一般来讲，在垃圾卫生填理场运行至3-5年的时候，不仅底物和微生物的量都随填埋场年龄的增加而日渐降低，而且渗滤液的组成也有显著地改变。在填埋场的中年或老年期渗滤液中主要有机物为难降解的长链碳水化合物或和腐殖质。由此可观察到 BOD5 /COD 的比值也降低了。 Gau 等指出，在垃圾填埋场处置固体废物时，最初的微生物对有机物的降解作用是易生物降解的化合物（挥发性脂肪酸）被降解，由此使垃圾渗滤液具有较高的浓度。随着填埋场年龄的增长，垃圾中难降解的高分子有机化合物逐渐取代了可生物降解的有机物。第2章垃圾渗滤液处理技术概述近年来，随着环保要求的不断提高国内外学者对垃圾渗滤液处理技术进行了深人研究，由于垃圾渗滤液中污染物浓度高、水量变化大，其处理工艺尚待进一步的完善。目前各地大都根据各填埋场的具体情况，有针对性地确定处理工艺，一、国内垃圾渗滤液典型处理工艺祝万鹏等针对华南某市有害废物填埋场中有代表性的 22 个固体样，进行浸出试验，并和积水塘水等配制，模拟渗滤液试验，取得了满意的效果，处理流程如图 31 所示。其主要工艺设计参数为，最大月平均日水量 0.18m3/d ，混合反应池石灰投加量1.01 . 5g/ L，控制加药后污水 pH 值为 9.510.5，加石灰后混合 25min ，硫酸亚铁后混合2min，反应 20 min ，沉淀池沉淀时间 2h。经该工艺处理的出水水质符合 广东省水污染物排放标准 中第二类污染物的要求。唐山市垃圾填埋场因其远离城市，渗滤液采用现场处理，其工艺流程如图 3 一 2 所示，其处理工艺的特点将收集沉淀分离的渗滤上清液喷灌回流至垃圾填埋场，在回流的过程中通过自然蒸发及生物降解，使水量和有机物含量减少，最终经生化处理达标后排放。垃圾渗滤液多属可生化高浓度废水，若将其处理达标， BOD5、 COD 的去除率大都在 98 以上，常规的好氧处理一般难以满足上述要求，大多采用厌氧、好氧相结合的处理方法，其流程如图 33 、图 3 一4所示。当渗滤液BOD5=1500mg / L 、COD = 25000mg/L、NH3一N=1000mg/L，经流程处理可达标排放。当渗滤液为 COD=1693.9mg / L , NH3一N =170.0mg / L时，经 A / B ( A / 0) 复合系统处理，出水 COD 100mg /L , NH3一N 10mg / L 。另外，在生化处理过程中，由于渗滤液中高浓度的 NH3N 抑制生物作用，而难以取得较好的处理效果为了使垃圾渗滤液能较好地进行生化处理，大都采用空气吹脱和加石灰自由吹脱、活性炭吸附或采用曝气吹脱预处理。中国环境科学研究院和清华大学环境科学与工程系的赵宗升等用厌氧氨氧化工艺做了高浓度 NH3N 的处理研究，工艺流程如图 35 所示。试验装置由渗滤液进水槽、进水泵、厌氧流化床、缺氧池、曝气池、沉淀池、回流泵、温度控制器、 pH 值无线检测系统组成。试验用渗滤液的污染物 NH3一 N 和 TN 为主，在进水 NH3一N 为 1129mg / L 时，出水 NH 3一N 为 57mg / L，总去除率达到 95 % 。卢平等采用吹脱法加 A/O2生化处理联合工艺对香港已应用十年的某垃圾填埋场渗滤液进行试验研究，吹脱条件控制在 pH 值=9 . 5 ，吹脱12h ，对 NH3一N 的去除率在 60以上，再经缺氧好氧生物处理后对 NH3一 N 和 COD 的去除率均在90以上，工艺流程如图 3一6 所示。郑金伟等采用 UASBF-_SBR 工艺对鞍山垃圾填埋场的渗滤液进行处理，主要技术参数为处理能力 Q = 300m3/d ，设计进水 COD = l1041.5104mg/L，NH3一N=800一1500mg /L, SS=20004000mg / L 。设计出水 COD300mg /L , NH3一N l5mg / L , SS200mg/L，其处理工艺流程如图 3一7 所示运行证明，该系统对 COD 的去除率为 94 一 98% , NH3一 N 的去除率大于 99 %，出水水质满足设计要求，符合 生活垃圾填埋污染控制标准（GB 16889 一 1997 ）中的垃圾渗滤液二级排放标准。二、国外垃圾渗滤液典型处理工艺垃圾渗滤液的处理技术，国外比国内开展的更早，有些技术更先进。日本有关专家曾应用生物活性炭流化床工艺处理老的垃圾填埋场渗滤液，利用生物吸附和生物降解双重功能，去除渗滤液中的有害物质。 SBR 因其工艺优势，为国外渗滤液处理研究者较早的应用，近年来，国内也有成功的应用范例，采用典型的厌氧（UASB ) 好氧（SBR）处理工艺。 UASB 工艺对高浓度有机污水的处理效果明显，对难降解有机物的去除率相对较高； SBR工艺对污水处理效果相对比较稳定，抗负荷能力强。膜分离技术在垃圾填埋场渗滤液的研究应用，国外学者也作了大量工作，德国 Rauten -bach 20 世纪 80 年代末在德国建立了 RO 膜渗滤液处理厂，该处理厂采用二级 RO 处理，其渗滤液经蒸发进一步浓缩后，最终以发电厂的飞尘固化，净化效果很好，美国有关专家采用混合膜过滤技术处理垃圾渗滤液，TOC去除率达到95以上。三、垃圾渗滤液处理技术的发展在城市垃圾逐年增长、城市垃圾减量化、无害化、资源化的同样短时间内尚难实现之前，卫生填埋技术仍不失为垃圾处理的一种好的方法。我国城市垃圾处理以往大都露天堆置，严重污染环境， 20 世纪 80年代，开始逐步采取简单填埋，并步人卫生填埋垃圾的起始阶段。我国城市垃圾的填埋率约占全部处理量的 70%以上，高温堆肥占20左右，焚烧处理所占比例更小。可见卫生填埋方法居其他各种垃圾处理方法之首。因此，在当前和今后一个时期，卫生填埋将是垃圾处理的一个不可或缺的手段之一，仍然是大多数国家选择的主要处理方式。所以，垃圾渗滤液的处理技术研究也在深入开展，主要有以下几个方面。1垃圾渗滤液处理方式的优化本章第二节中述及垃圾渗滤液的四种处理方式，但究竟采用哪种处理方法，要视具体情况而定。应结合地区优化技术、优化原则，根据填埋场的周围环境、水文、地质条件、水量与水质情况进行全面分析，立足当前，谋划长远，最大限度地突出技术先进、经济可行的目标。2.渗滤液水量控制在垃圾填埋场基底没有天然隔水层的情况下，要对填埋场采用防渗处理。以防止或减少垃圾渗滤液对周围环境和地下水的污染。防渗处理的主要工程措施是设置垂直防渗和水平防渗系统。对于一些属于独立水文地质单元的山谷型填埋场，一般在其下游建截污坝，采用垂直防渗漏系统（帷幕灌浆）将垃圾渗滤液截在截污坝一侧。对于一些平原型填埋场，填埋场的基底在地表浅层，防渗工程主要是基底的水平防渗。另外，要最大限度地减少渗滤液的产生量，努力实现清污分流，并尽可能的对渗滤液进行安全回喷。3. 垃圾渗滤液相关数学模型的研究世界各国在针对垃圾渗滤液处理的研究和应用推广的同时，开展了有关的理论研究，建立了一些数学模型，为放大设计提供了依据。4 垃圾渗滤液中氨氮的去除污水排放标准的日趋严格是目前世界各国普遍的发展趋势，以控制水体富营养化为目的的氨氮去除已成为各国主要的奋斗目标。水体富营养化在我国已成为突出的环境问题。由于长期污染，造成水体中营养盐异常高的背景浓度，使水环境变得非常脆弱，外部环境的微小变化就会使水体营养状态发生急转，引起水华频频暴发，在此种情况下，氮磷污染物控制去除技术。水体富营养化发展态势预测、富营养化控制技术等方面的研究及相关技术的应用成为水环境污染控制日益紧迫的课题，发展可持续污水处理工艺，以较综合的方式来解决污水处理和减少二次污染问题变得势在必行。垃圾渗滤液中会有较高的 NH3一N 浓度，且氨氮浓度随着垃圾填埋年数的增加而增加，一高达数千毫克升。高浓度的游离氨会影响微生物的活性，降低生化处理的效果，加重受纳水体的污染程度，是垃圾渗滤液处理的一个难题。因此，国内外学者将垃圾渗滤液中的氨氮脱除作为重点，开展研究，取得了可喜的成就 。5 垃圾渗滤液的土地处理垃圾渗滤液的土地处理，主要包括对已封场的填埋场进行回灌，对填埋场附近的林地、草地进行灌溉和在垃圾填埋场附近营造人工湿地对渗滤液进行处理的技术。土地处理，主要是利用上壤一微生物一植物系统的陆地生态系统的自我控制机制和对污染物的综合净化功能来处理污水，使渗滤液中的有机物和氮发生转化，通过蒸发作用减少渗滤液的产量，实现废水资源化和无害化。人工湿地是近十几年才出现的一种新的渗滤液土地处理技术，国外也有采用，现已在美国、澳大利亚和欧洲等十多个国家和地区得到广泛应用。它是人为创造的一个适宜水生植物或湿片植物生长的环境。由于垃圾填埋场大都在农田和树林，应该说在资金有限的条件下，此种方法比较适合我国国情。但也存在渗滤液处理不彻底，氮化物的降解速度缓慢，人工湿地产生淤塞现象，容易造成二次污染和需经常清淤以及增加人工湿地的维护困难等弊端。因此，必须对渗入土地的渗滤液量进行合理的调控，以减轻或避免二次污染。6 垃圾渗滤液处理技术的发展卫生填埋场作为垃圾最终处置的方法之一，在今后一端时间内仍将占有重要地位仍是大多数国家主要的处置方式。伴随着水环境污染和水质营养化问的尖锐化以及公众环境意识的增强，作为垃圾填埋场主要污染源之一的渗滤液的控制将会更加严格，主要措施除采用人工防渗层，提高垃圾防渗水平外，加强渗滤液收集和处理，防止对地下水的污染，将作为主要的目标。除上述处理工艺外，膜分离技术将是今后垃圾渗滤液处理的主导工艺，等离子体和电子加速器等其他新兴水处理技术的应用，也是可能的。第3章垃圾渗滤液的就地循环处理技术在垃圾填埋工艺的整个使用期间，均会产生垃圾填埋气体和渗滤液，它们会对周围环境造成污染。因此渗滤液的治理、垃圾填埋气体的预防控制和监测措施必须在多年内持续进行。为了延长垃圾填埋场使用期限。应首先致力于使其快速稳定。而垃圾中的水分被认为是影响垃圾降解和填埋气体产生最重要的参数，而且当水分含量超过填埋场持水容量时，填埋场内的流动液体将携带营养物质；细菌、碱度迁移到其他区域，形成有利于增加填埋气体产量和使垃圾快速稳定的环境。通过将垃圾渗滤液在固定填埋区进行循环能使垃圾填埋场达到快速稳定并在一定程度上处理了渗滤液，均衡了处理流量。3.1 垃圾渗滤液就地循环处理技术概述3.1.1 垃圾渗滤液就地循环处理基本原理 20世纪八十年代以来，欧洲和美国就已利用可控制的渗滤液循环系统来治理垃圾填埋场的渗滤液， 其基本原理就是在方防渗衬层的垃圾填埋场中，设置垃圾渗滤液的收集系统，将产生的渗滤液回流至垃圾填埋场中进行循环，这样可以提高应废物的稳定性，增大填埋气休的产率，且与未实现循环的填埋场相比可减少必须处理的渗滤液体积。多数情况下，人们把渗滤液循环描述为同种液体多次地从垃圾填埋场的顶部到底部连续不断的流动。许多垃圾填埋场现场运行的工作人员发现渗滤液循环也会带来一些负面影啊如渗滤液的渗漏臭味的增加和对垃圾填埋场运行的干优。因此，许多工作者目前正在考虑对渗滤液循环采取较保守的方法即在利用此过程的同时避免可能产生的问题。与典型的多次途径渗滤液循环相比，较保守的方法是使全部的固体废物均匀地变湿，同时填埋场较大的区域范围内不增大孔隙压力，因为孔隙压力的增加会造成渗滤液的渗漏和减少斜坡稳定的安全因素。而由于废弃物具有非均质特性。在水分达到饱和前孔隙压力就已增加。3.1.2 垃圾渗滤液循环处理的优点3.1.2.1促进拉圾加速降解对垃圾降解影响主要的环境因素包括 pH 、营养成分、毒素含量、水分含量、颗粒大小以及氧化还原电位等，而其中最关键的参数是水分含量。只有水分适度，才能加快垃圾中微生物群落和生物催化剂 酶的活性，才能激活垃圾的降解速率。一般垃圾含水率平均为 28% 使微生物最活跃需要维持55的含水率，为此最好的办法是从集水池中用泵提升，通过喷灌器向垃圾堆顶层或通过专有管道打回流，使渗滤液又回到垃圾堆层。回流循环可使垃圾本身成为载体，使有机物物在微生物的分解下尽快形成生物膜，当富含 COD 的渗滤液通过己形成的生物膜时使滤液中的水得到净化。而由于垃圾中保持了适量的水分，促使菌群和微生物酶活性增强，也就自然加速了垃圾中有机物成分的快速降解。3.1.2.2 减少渗滤液流量渗滤液通过回流蒸发而减少水量。据研究得知，在降水量小于100mm的地区，其所有的降水都会被蒸发掉。3.1.2.3 有效固结重金属垃圾填埋后，原则上经历着如下几个阶段即过滤阶段、产酸阶段，甲烷发酵阶段和稳定阶段。当有适量水分以维持菌群活性时，即产生了生化降解的适宜环境这时进入过滤阶段。在垃圾层中当水分达到过饱和状态时则发生了好氧向厌氧的转变接着硝酸盐和硫酸盐被还原填埋层中 02被 CO 和 CO2 所取代，形成一种还原环境，这时便促进了挥发性有机酸的积累，此时垃圾处于连续水解状态，有机酸进一步富集，pH 下降，金属也开始发生变化，与酸发酵菌相关的活性生物量在增长，营养物质在消耗。而当中间酸产物被甲烷菌所消耗，硫酸盐和硝酸盐等分别还原为硫化物和氨时受碳酸氢盐类缓冲作用的控制， PH 开 始回升进而支持甲烷菌的增长这时适当把握时机将渗滤液回流到进入甲烷发酵阶段的垃圾中，则渗流液中的重金属将发生质的变化。渗流液中的重金属便进入处于还原阶段的垃圾层中，由于PH呈碱性，这时形成不溶的金属的氧氧化物和硫化物沉淀。又由于垃圾在进入甲烷发酵阶段后很快进入稳定态进入稳定态就意味着垃圾中的有机质已转化为腐殖质。而腐殖质对金属能起螯合作用，形成了难以流失的沉淀性络合物，使重金属得到固结。3.1.2.4 有利于反硝化脱氮，防止污染地下水资源渗滤液回流可使垃圾填埋场上层干湿交替而下层处于厌氧状态此层反硝化过程占优势，细菌能利用硝酸根离子代替02 ，将硝酸根离子还原为亚硝酸根离子和 N2 ，使 亚硝酸根离子消失或减少从而减少对地下水环境的污染。3.1.2 .5 有利于垃圾中有机物的气化人们期待将垃圾填埋场中的有机物尽可能多地转变成腐殖质或将其中的有机碳尽可能多地转化为碳氢化合物，而不是渗滤液。德国人的试验表明，加大回流，可大大促进垃圾填埋场的产气率和产气量。为此把渗滤液中的有机物重新送回填理场可促使其转化为气体如 CO2、CO和CH4等。3.1.2.6 促进垃圾填理场的稳定化通过渗滤液回流，加速了垃圾中有机物尽快降解和向腐殖质方向转化，这样就是使垃圾更趋于稳定，促进垃圾堆提前沉实，缩小体积，腾出更多的空间，可堆积和填埋更多的垃圾延长垃圾填理场的服务年限。3.1.3 垃圾渗滤液循环对城市固体废物填理场运行特性的影响由生产规模的垃圾渗滤液循环填埋场的运行数据验证了中试和实验室研究的观测结果，即渗滤液的循环加速了填埋场的稳定过程，渗滤液本身也得到了处理，增强了生物气的产生。由于已经获得了生产规模渗滤液循环填埋场的设计和运行经验，渗滤液循环的优越性将会充分体现这包括由增加生物气的利用机会减少渗滤液处理设施所需的费用，避免了长期的监测，解决了长期的安全问题，以及封闭后的填埋场的回收和利用的潜力等而获得的经济效益 。3. 2 垃圾渗滤液循环处理系统3.2.1 生物反应器技术垃圾填埋生物反应器技术是在传统的卫生填埋技术的基础上发展起来的，其核心是通过有日的的渗滤液回灌控制系统强化填理垃圾中微生物的生物过程。从而加速垃圾中可降解有机组分的转化和稳定；自20世纪 70年代起美国 、英国、加拿人、澳大利亚、德国、丹麦、意大利、瑞典和日本等国相继开始了生物反应器填理场的研究。 研究表明，通过渗滤液回罐可以缩短垃圾填埋场的稳定化进程（使原有 1520年的稳定过剩缩短至 23 年）。研究提出喷洒的渗滤液量应根据垃圾的稳定化进程而逐步提高，一般在填埋场处于产酸阶段时，回灌的渗滤液量宜少，在产气阶段则可以逐渐增加。此外，由于填埋场内垃圾处于不同的稳定化阶段，可以将产甲烷垃圾填埋区排出的渗滤液回灌新填埋的产酸垃圾填埋区，而将新垃圾填埋区所产生的渗滤液回灌至老龄填埋区，这样有利于加速污染物的溶出和有机污染物的分解，同时加速垃圾填埋层的稳定化进程。研究表明，渗滤液回灌增加了填理场的有效库容量，促进了垃圾中有机物的降解，缩短了产沼气时间。该方法除具有加速垃圾的稳定化、减少渗滤液的场外处理量、回灌后的渗滤液水量水质得到均衡、降低渗滤液一此污染物浓度等优点外，还有比其他处理方案更为节省的经济效益。但是受填埋场特性的限制，回灌并不能能完全消除渗滤液，且回灌后的渗滤液氦氮含量高，仍需要进一步处理后才能排放。3.2.1.1 生物反应器技术的基本原理垃圾填埋生物反应器自从 20世纪 70年代出现以来，采用渗滤液在垃圾填埋区的持留、收集和循环，使垃圾卫生填埋场转变成为可控制的生物反应器。这样垃圾填埋生物反应器，是动态的、微生物作用的和受操作影响的废物转化系统。它可予以优化运行，以促进在固有的微生物群落与加速废物稳定化过程之间的协调作用。在垃圾填埋场稳定的整个序列阶段期间，具有反应活性的有机成分和无机成分首先被释放出来，并转化形成易于降解的有机成分，这往往能为无机成分和较难降解的有机成分的减少调节化学环境。因此，易于生物降解的废物有机成分，能够被有效地和可以预计地转化成中间产物和最终产物。其原理是一些复杂的有机化合物通过最初的水解过程转化为中间产物，它们能为酸化过程提供底物并由此形成成酸化产物，有的作为甲烷发酵过程的前质物而被利用。 持留的垃圾渗滤液和垃圾通过微生物的作用释放出氢气。同时使硝酸盐和硫酸盐得到还原，通过这些过程以及其他过程对物理化学环境起到总体的调节作用，同时也分解了具他废物成分。实际上，这些转化类似于工业废水和城市污水处理中应用的中应用的单相厌氧过程中发生的生物化学反应但是在垃圾填埋场中更加明显，这是因为在垃圾填埋场中只有很大的分批式底物负荷和相当长的的停留和反应时间。综上所述，这些基本原理导致设计和运行的革新，从而将可控制的垃圾填埋生物反应器从通常的垃圾填埋场分离出来。垃圾填埋场生物反应器是以渗滤液循环为特征的，因为它比传统的垃圾填埋技术能够在更短的时间内、可预料地和更能控制地快速达到稳定。3.2.1.2 垃圾填理生物反应器技术的除污染机理垃圾填埋生物反应器的最大优点之一是，有效地将名种组分的废物转化，并且将转化产物转移进入垃圾渗滤液和生物气中，从而减轻了它们的潜在负面影响。在没有阻碍和抑制影响的情况下，达种污染衰减的能力，是由提供水分和营养物来推动的，并且是在上述整个稳定的过程中发生的生物和非生物的相互作用而分解消耗的。因此这一衰减效能不仅适用于易于生物降解的和无害的废物成分的分阶段转化，而目也适用于有毒金属和重点有毒害的有机污染物的转化和去除，不管是有意还是无意地共同处置有毒害的工业废弃物。（l）对一般有机物的净化机理 渗滤液回灌不仅提高了生物反应器填埋场的湿度，还提高了有机物的降解速率，若再配合营养添加和 pH 凋节等操作，就完全可以创造一个适合厌氧微生物生长繁殖的环境众多研究者均致认为此时的填埋场完全就是一个天然的厌氧生物滤池。此时垃圾中易降解和中等易降解的有机组分以及回灌的渗滤液中的有机组分在微生物作用下迅速发生水解、酸化和甲烷发酵等反应，从而在比传统填埋场短得多的时间内使垃圾和回灌渗滤液中的有机物得到有效的去除，而不仅仅是转移了污染途径。（2）对重金属的阻滞机理 对于有毒的重金属来说，其移动性主要决定于产生的渗滤液的固有性质，龙其是对这些重金属的平衡溶解度以及与此有关的可能的沉淀、络合和固定等性质。在废物稳定过程的初期，由于渗滤液酸化使其 PH 很低而具有侵蚀性，致使许多种金属是移动的。但是，随后由于游离氧的耗尽和氢气的产生使厌氧还原条件不断发展，导致氧化还原电位降低到很低的水平，而引起微生物将硫酸盐转化为硫化物并且形成很难溶解的重金属硫化物沉淀。即使在有意的共同处置的情况下，例如含有重金属的污泥，在酸化和甲烷发酵两个连续阶段的共同作用下，其主要的趋势是渗滤液中重金属浓度的减少。在这反应过程中形成的铁、镉、镍、锌和铅的硫化物字沉淀，使渗滤液中这些重金属的浓度降低到几乎检不出的水平。因此渗滤液的循环，促使填理场中发生更快和更均匀的反应并产生更强的还原条件。由此形成的有毒害重金属的硫化物沉淀 而使它们在渗滤液中的浓度大幅度降低，这是垃圾填埋生物反应器的重要反应机理之一。但是，这此去除污染物的机理，在传统的垃圾填埋场中却不能如此有效地发生。相反，在其中往往发生重金属和其他污染物的溶出而进入渗滤液中并使之积累。为此，需要在外部进行昂贵的处理。在考虑到现场其他一些有关的除污染机理时，包括吸附、离子交换、机械过滤以及在一些暂时的停滞的空缺或积水体积中的就地持留等，带有渗滤液循环垃圾填埋场作为受控制的生物反应器的运行效能和减少污染的能力，将会进一步提高。（3）对有毒的有机物的去除机理 垃圾填埋生物反应器的去除有毒有机物的能力也同样是非常有效的。这主要是由于在很长的水力停留时间的条件下其中的微生物得到驯化并对他们进行转化，以及在生物体与目标作用物和有渗滤液循环提供的主要营养物之间的连续和比较完全的接触所致。在这方面，通过还原剂用去除卤化物就是一个典型的例子。当然，通过生物气的产生、垃圾渗滤液的转移和截留，以及大量填埋废物基体的吸附捕集和络合反应也都能有效地去除有毒有机污染物。因此，这再次证明，渗滤液循环和生物气管理的组合，是垃圾填埋生物反应器有效运行的根本保证。3.2.1.3 在可控的生物反应器填理场中氨氮的就地治理填埋场在达到最后稳定熟化阶段所排出的渗滤液，往往由于可降解底物的含氮组分的水解和发酵而富含氦氮。而且，为加速可降解有机物而实施渗滤液就地持留、收集和循环的垃圾填埋场，其氨氮的富集浓度要比普通的渗滤液直流填埋场高。垃圾填埋场渗滤液其外部的处理