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污水处理渗滤液的分析与处理

城市生活垃圾卫生填埋渗滤液的分析与处理

摘要：

城市垃圾渗滤液是一种成分复杂的高浓度有机废水，若不加处理而直接排放，会造成严重的环境污染。

本文对城市垃圾填埋场渗滤液的来源、产生及化学特性作了较为详细的阐述和系统的分析。

重点对当前城市生活垃圾卫生填埋渗滤液的控制方式与处理技术作了总结和探讨。

关键词：

城市垃圾卫生填埋渗滤液

0.前言

在城市垃圾卫生填埋过程中，由于垃圾的分解以及降水、地表水、地下水渗透、灌溉、液体废弃物等综合因素的作用，产生了垃圾渗沥液。

以往垃圾简单填埋处理的渗滤水主要是依靠下层土地净化，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二次污染。

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，并且对垃圾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、产生量及其化学特性，渗滤水的控制和处理方法等进行简要地综合介绍。

1.渗滤液的来源

渗滤液主要由垃圾填埋场范围的降水渗透、地下水侵入以及垃圾本身所含的水分形成。

影响渗滤液产量的因素十分复杂，主要有降水、地下水侵入、垃圾成分、填埋场顶部的地表径流和水分蒸发等。

图1为垃圾填埋场中的水分循环示意图。

场外径流降水

蒸发

地表径流

垃圾层垃圾分解

地下水侵入渗滤液

图1垃圾填埋场中的水分循环示意图

垃圾填埋场一般不会建造在承压地下水有可能侵入的地方，因此“地下水的侵入”是指地表的潜水，这部分潜水的量与降水密切相关；除夏季的西瓜等垃圾富含水分外，一般没有大量的富含水分垃圾；所以降水是渗滤液的主要来源。

垃圾填埋场顶部的地表径流量的大小与垃圾的密实度、覆土材料、覆土厚度、表面的植被和排水条件有关，在北方干旱地区，由顶部蒸发转移的水分是比较可观的，而在南方多雨地区，这部分水分相对较小。

垃圾中的有机组分在填埋场内降解的过程中会产生一部分水分，这些含有高浓度污染物质的垃圾渗滤水是垃圾填埋处理中最主要的污染源，如果不妥取有效措施加以控制，则会污染地表水或地下水。

2.渗滤液的水量的估算和预测

渗滤液的水量和水质的波动很大，准确的预测其水量及水质是十分的困难的，但作为垃圾填埋场的的配套设施——污水处理设备的设计参数，对渗滤液的水量和水质的预测又是十分必要的。

2.1影响渗滤液水量的因素

影响渗滤液水量的因素主要有水分的供给状况、填埋场表面状况、垃圾性质、填埋场操作运行方式等。

表1列出了影响渗滤液水量的各种因素。

表1　影响渗滤液水量的因素［1］

主要因素

子因素

降水

降雨量、强度、频率、降雪的雪堆特点和场地条件等。

地下水侵入

地下水的流向、流速、位置；填埋场工程地质情况；填埋场底部防渗系统。

地表径流和蒸发

地表地形、顶盖材料、覆土材料、土壤及填埋垃圾初始的水分状况；温度、风、湿度、植被、太阳辐射等。

垃圾成分

初始水分含量、含水层的高度及均一性、压实度、渗透性、持水性。

填埋场表面条件

覆盖材料、覆盖类型、植被等。

填埋场构造

渗透性、排水性、垃圾层厚度、排水层水平渗透系数、衬层垂直渗透系数等。

2.2渗滤液水量的估算

渗滤液的产生量确切估算是比较困难的，因此，一般采用经验公式计算［2］：

Q=10-3（C1A1+C2A2）×i

式中Q——渗滤液流量，m3/d

A1、A2——正在填埋及地表水不易排出的面积和已完成填埋且地表水可排出的面积，m2

C1、C2——综合了填埋场渗滤液水量各影响因素的系数

i——最大年或月降雨量的日换算值，mm/d

3.垃圾渗滤液的水质特征和变化特征

3.1垃圾渗滤液的水质特点

渗滤液的组分比较复杂，与垃圾成分、填埋场的土壤组分和填埋场使用年龄有关，主要污染物是有机污染物、氨氮、磷、微量金属元素、常见元素和离子、微生物等，CODCr可达几千至上万mg/L，pH值一般在6.5～7.8间。

由于垃圾渗滤水的来源使得垃圾渗滤水的水质具有与城市污水所不同的特点。

［3］

3.1．1有机物浓度高

垃圾渗滤水中的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和COD比值为0.5～0.6。

3.1.2金属含量高

垃圾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。

3.1.3水质变化大

垃圾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。

3.1.4氨氮含量高

垃圾渗滤水中的氨氮浓度随着垃圾填埋年数的增加而增加，可高达1700mg/L左右，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。

3.1.5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的BOD5/P大都大于300，与微生物所需的磷元素相差较大。

导致渗滤液的可生化性差。

3.1.6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。

3.2渗滤液的一般组成

渗滤液中的污染物种类超过100种，其中部分主要污染物含量的典型值见表2。

表2垃圾渗滤液的一般成分/（mg/L）［4］

成分

变化范围

成分

变化范围

颜色

黄到黑灰色

SO2-4

9～750

气味

恶臭

180～3500

2000～35000

0.1～0.5

电导率

（μS.cm-1）

10～104

氧化-还原电位

（mV）

320～380

0.03～1.7

0.1～0.2

5.5～9.0

0.1～0.5

CODcr

400～70000

0～0.03

BOD5

80～35000

0.01～2.6

有机酸

46～24600

0.4～3.8

0.8～75

NH3-N

20～7400

3.3垃圾渗滤液变化特性

渗滤液与其他污水相比的一个重要特点是水量水质波动大，雨季是产生渗滤液的高峰期，而干旱季节基本没有渗滤液流出。

渗滤液的水质的组成与填埋场的“年龄”变化也有很大的关系。

表3说明了渗滤液的特征随填埋场的年龄的变化。

表3渗滤液的特征随填埋场的年龄的变化［2］

考察指标

＜5年

5～10年

＞10年

＜6.5

6.5～7.5

＞7.5

COD/（g/L）

＞10

＜10

＜5

COD/TOC

＜2.7

2.0～2.7

＞2.0

BOD5/COD

＞0.5

0.1～0.5

＜0.1

VFA（占TOC）/%

＞70

5～30

＜5

4．垃圾渗滤液水质的影响因素

4.1填埋场结构与填埋技术对渗滤液的影响

垃圾填埋场的结构与垃圾填埋技术直接影响到渗滤液的降解和稳定，表4（见下页）中列出了不同垃圾填埋场结构产生渗滤水的特性。

从表4中可以看出,好氧性结构的垃圾填埋场能够使垃圾渗滤水中污染物质快速降解,并能使垃圾渗滤水水质很快达到稳定。

但是，好氧性垃圾填埋场的建设和维护费用是相当高的，而且对运行操作要求十分严格。

与垃圾的好氧性填埋相比，准好氧性结构的垃圾填埋场是容易建设，维护费用也低，并且也能够使垃圾渗滤水中污染物质快速降解，从而使垃圾渗滤水水质稳定化期间明显缩短。

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。

4.2影响垃圾渗滤液化学特性的其他因素

4.2.1垃圾的组成部分

垃圾的组成成分直接影响到填埋渗滤水的化学特性。

4.2.2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，增大垃圾的持水功能，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。

4.2.3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。

所以，产生的渗滤水的组成及其各组成的浓度均不相同。

一般来讲，填埋时间越长，渗滤水的浓度越低。

4.2.4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温度。

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，填埋场的渗滤液就会被供水所稀释。

［5］

4.2.5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）。

表4垃圾填埋场的结构与垃圾渗滤液水质的关系（mg/L）［2］

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

30,000～40,000

10,000～20,000

COD

40，000～50，000

30,000～40,000

10,000～20,000

NH3-N

800～1000

1000

800

600

大约6.0

透明度

0.9～1.0

1.0～2.0

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

NH3-N

800～1000

800

500～600

大约6.0

大约7.0

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

5,00～6,00

100～200

COD

40，000～50，000

10,000

1,000～2,000

1,000

NH3-N

800～1000

500

100～200

100

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

5.渗滤液的危害

垃圾渗滤液不经处理或处理不当，排入河流、水库、农田，将严重污染农作物和水生物，污染地下水及土壤，并通过食物链直接或简接地进入人体组织与细胞中，导致各种疾病的产生，危害人类的身体健康和生态环境。

其主要危害可以归纳为以下几个方面：

①有机物毒性。

②致病性。

③重金属毒性。

④腐蚀性。

6.控制垃圾渗滤液产生的主要措施

6.1　填埋场选址

影响渗滤液产量的诸因素中绝大部分是自然因素，因此首先要合理地选择填埋场场址，要求集雨面积较小、库容大、地下水位较低的区域。

同时，选址还要综合考虑垃圾运距、周围环境、地形地质、交通、覆土来源等。

6.2填埋场表面的坡度

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，表面径流量就有可能侵蚀垃圾的顶部覆盖物，使填埋场暴露，因此，表面斜坡应小得足以预防表面侵蚀。

6.3入场垃圾含水率的控制

垃圾填埋过程中随填埋垃圾带入的水分，相当部分会在垃圾压实过程中渗滤出来，其量在渗滤水产生量中占相当大的比例。

为此，必须控制入场填埋垃圾的含水率，一般要求小于30%（质量分数）。

6.4控制地表水的渗入量

由于地表水的渗入是渗滤水的主要来源，因此消除或者减少地表水的渗入量是填埋场设计的最为重要的方面。

主要可采取的措施有：

①对间歇暴露地区产生的临时性侵蚀和淤塞的控制；

②对最终覆盖区域采取土壤加固、植被、整修边坡等控制侵蚀的措施；

③对于山沟式填埋场，需要设置截洪沟，以截留填埋区上游山区地表径流和部分潜水。

④沟渠加设衬层，以防止在暴雨期间大流量径流的冲刷；

⑤修建缓冲池以减少洪峰的影响；

⑥将流经未覆盖垃圾的径流引至渗滤水处理与处置系统。

6.5　填埋场底部防渗处理

　　根据场址的工程地质和水文地质情况，对填埋场底部进行防渗处理。

防渗处理的目的一方面是防止渗滤液渗入地下，污染地下水；另一方面是防止地下水侵入填埋场，造成渗滤液水量大幅度上升。

　　防渗处理要因地制宜，水平防渗可以利用天然不透水层（要求透水率小于10-7cm/s）,或铺设不透水布建成人工不透水层，或两者相结合。

垂直防渗可以采用灌浆幕墙、不透水布等。

6.6　填埋作业规范化

严格规范的填埋作业可以有效地控制降水的渗入量。

对山沟式填埋场宜采用斜坡作业法，填埋单元按1～2天的垃圾量划分（冬季可扩大至5～7天），布置成矩形网格，每单元堆高约2m～3m，经压实后覆土，覆土层一般为0.2m～0.3m，覆土来源宜就近，由推土机整平碾压。

作业面布置成斜坡，每升高2m～5m设一平台，两阶平台间堆成斜坡，平台上设排水沟，以排除表面径流。

在填埋场使用初期，未进行填埋的区域应设临时排水沟，将地表径流引出。

7.渗沥液的处理

7.1生活垃圾渗滤液的允许排放标准

生活垃污染控制排放标准（GB16889—1997）规定了渗滤液的允许排放标准（见表5）。

对排入Ⅲ类水域或二类海域的生活垃圾渗滤液，其排放限值必须达到GB16889—1997的一级标准；排入Ⅳ、Ⅴ类水域或二类海域的生活垃圾渗滤液，其排放限值必须达到GB16889—1997的二级标准；排入设置城市二级污水处理厂的生活垃圾渗滤液，其排放限值必须达到GB16889—1997的三级标准。

表5生活垃污染控制排放标准［4］（GB16889—1997）（单位：

mg/L）

项目

一级

二级

三级

悬浮物

200

400

BOD5

150

600

COD

100

300

1000

氨氮

大肠菌值

10-1～10-2

7.2渗沥液的处理方式

垃圾填埋场渗滤液的处理技术既有与常规废水处理技术的共性,也有其极为显著的特殊性。

渗滤液的处理有场内和场外两大类处理方案［5］。

常用的垃圾渗沥液处理方式有以下四种：

①将渗沥液输送至城市污水处理厂进行合并处理；

②经预处理后输送至城市污水处理厂合并处理，即预处理--合并处理；

③渗沥液回灌至填埋场的循环喷洒处理；

④在填埋场建设污水处理厂进行单独处理。

7.3垃圾渗滤液处理工艺

7.3.1渗滤液及污水处理的一般方法

一般用于污水处理的工艺主要有三种：

生物法、物理法、化学法。

其中，用于渗滤液处理的主流工艺是厌氧生物法、好氧生物法、膜法，常用辅助工艺有絮凝、吸附、吹脱、过滤、气浮、化学氧化等。

几种处理工艺的比较见表6、表7

表6部分垃圾渗滤液处理工艺比较［4］

项目

主要应用范围

主要特点

主流工艺

生物法

厌氧

高浓度污水

运行成本底，用于渗滤液处理很难达标

好氧

中、底浓度污水

运行成本底，用于渗滤液处理很难达标

膜法

超滤-纳滤

各种污水处理、其他工业领域

处理单位数量污染物成本与生物法相当，出水稳定可达标，出水率较底90%

反渗透

污水处理、工业应用、军事应用

处理单位数量污染物成本与生物法相当，出水稳定可达标，出水率较底，75%

辅助工艺

絮凝

主要用于前处理

辅助工艺

吸附

用于前处理或后处理

辅助工艺

吹脱

用于去除氨氮

处理对象单一

化学氧化

特殊要求

应用较少

过滤

用于前处理或后处理

辅助工艺

表7部分垃圾渗滤液处理工艺适用性比较［4］

项目

高浓度

高氨氮

季节变化大

高含盐量

可生化性底

综合评价

主流工艺

生物法

厌氧

适宜

两种方法配合使用

不适宜

好氧

不适宜

膜法

超滤-纳滤

可用

效果一般

适宜

无影响

适宜

反渗透

可用

效果一般

适宜

无影响

适宜

辅助工艺

絮凝

辅助应用

没有效果

—

吸附

辅助应用

没有效果

—

吹脱

辅助应用

较好

—

化学氧化

不用

—

过滤

辅助应用

没有效果

—

7.3.2其他处理方法

除了上面提到的生化处理和物化处理技术外，垃圾渗滤液的土地处理也是一种有效的方法。

土地处理是利用土壤--微生物、土壤--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。

用土地法处理垃圾渗滤液的主要形式是渗滤液回灌和土壤植物处理系统。

垃圾渗滤液的土地处理方法处理后的渗滤液具有较高的浓度，仍然会对周围的环境造成污染。

因此很少单独作为污水处理工艺，一般只作为预处理工艺。

7.3.3对渗滤液处理工艺选择的分析

选择适宜的处理工艺，要根据渗滤液的特性，参照国内外处理技术状况及渗滤液处理要求。

理论上处理高浓度废水采用厌氧-好氧处理工艺，经济，处理效率高，处理效果好。

但渗滤液是一种高浓度的污水，生物法处理渗滤液还有相当的局限性。

生物法处理污水一般都要求要有稳定的污水进水量，而在垃圾填埋场，渗滤液的产生主要集中在雨季，量大而集中，调节池容量相对不足，势必造成对生物处理系统负荷的冲击，影响处理效果。

而在枯水期，渗滤液极少，生物处理负荷不足，造成微生物生长困难。

另外，微生物营养比例严重失调，也是生物法处理渗滤液的一大障碍。

所以处理后的水质仍然较难达到

生活垃污染控制排放标准（GB16889—1997）的要求。

在处理工艺的选择上单独采用生物处理技术不能满足排放要求，因此，渗滤液的处理技术应该是物化以及生化等多种处理方式有机结合的工艺。

目前常用的渗滤液处理工艺组合有：

生物处理-混凝沉淀、生物处理-化学氧化-（生物后处理）、生物处理-活性碳吸附、生物处理-反渗透-浓缩液的蒸发/干化。

8.结论与思考

垃圾渗滤液由于成分极其复杂，如果用一种方法很难把它处理达标。

所以，一般需要不同类型工艺方法组合处理，才能做到达标排放的要求。

不同类型方法的组合一般是用生物法或土地法作为预处理，然后用物化法作为后处理。

要达到日益严格的渗滤液处理排放标准，这种工艺的组合将是一种趋势，关键是各种工艺的搭配和协调的问题。

　　垃圾渗滤液处理中存在的问题有［6］：

　　①渗滤液水量变化较大，尤其是季节性变化量很大，在雨季里水量比较大。

针对这个问题，一般填埋场采用管道把多余的渗滤液排到一个预留的池子里，等晴天渗滤液少的时候再进行处理。

　　②渗滤液水质特性变化大。

不同填埋场，由于诸多因素不同，其水质存在很大差异，所以适用于某填埋场渗滤液的处理方法不一定也适用于另一填埋场渗滤液的处理。

　　③渗滤液中氨氮浓度高，尤其是在填埋后期其浓度更高。

高浓度的氨氮对微生物的活性有抑制作用，而现有的氨氮吹脱又造成空气的二次污染和吹脱塔结垢问题；渗滤液处理费用高且难以达到排放标准。

填埋场在封闭前，一般渗滤液浓度高且较难处理，即使采用厌氧一好氧生物处理工艺也难以达到排放标准；而高标准的渗滤液处理厂投资大，运行管理费用高，许多填埋场因为资金不足受限。

参考文献：

［1］张望军，王国生城市垃圾填埋场渗滤液处理［J］重庆环境科学，1995，17

（2）

［2］沈东升主编生活垃圾填埋生物处理技术化学工业出版社2003.5

［3］沈耀良，王宝贞，杨铨大城市垃圾填埋场渗滤液处理方案［J］.污染防治技术，2000，13（l）

［4］栾智慧，王树国垃圾卫生填埋实用技术化学工业出版社2004.1

［5］蒋彬，吴浩汀，徐亚明浅谈城市垃圾填埋场渗滤液的处理技术［J］江苏环境科技，2002，15

（1）

［6］张海伦垃圾渗滤液的处理[J]能源研究与利用，2001，

（1）

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