生活垃圾填埋場防滲系統(tǒng)及工藝研究

李思揚，黃碧捷，曹詩龍，姜 敏

（江漢大學(xué) 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 武漢430056）

1 生活垃圾填埋場防滲系統(tǒng)的設(shè)計

垃圾滲濾液是世界公認(rèn)的性質(zhì)復(fù)雜、難于處理、污染威脅大的高濃度有機(jī)廢水。從填埋場防滲到排出都需要對其進(jìn)行嚴(yán)密的控制，還需要對排出的滲濾液進(jìn)行有效地處理。

防滲系統(tǒng)有效地阻止?jié)B濾液向地下及其四周擴(kuò)散，避免了周邊地表水和地下水遭受到污染，并且能將滲濾液引出，實現(xiàn)滲濾液無害化和資源化。

1.1 主體工藝設(shè)計

主體工藝分為垂直防滲和水平防滲。垂直防滲采用如下3種工程措施或其組合：①地質(zhì)條件好一些的位置設(shè)置用于形成儲存垃圾庫區(qū)的帷幕灌漿和垃圾壩；②在地下水匯集出口處建筑防滲帷幕灌漿的截污壩；③在上游建筑攔洪壩進(jìn)行基底帷幕灌漿以截斷地下水。一般而言，襯墊是水平防滲的主體，雙層復(fù)合襯墊系統(tǒng)是美國主要使用的工藝，它有兩層滲濾液收集系統(tǒng)。我國學(xué)者依據(jù)國情研究提出了褐煤-土層、黏性土層和泥炭層等不同的襯墊系統(tǒng)。錢學(xué)德等研究了黏土襯墊的設(shè)計和施工，何俊寶等研究表明當(dāng)復(fù)合土密度為1.5～1.8g/cm，含水量控制范圍在15%～25%，粉煤灰在復(fù)合土中配比為20%～30%時，復(fù)合土滲透系數(shù)達(dá)到10-7cm/s數(shù)量級，符合我國沉淀系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 輔助工藝設(shè)計——清污分流系統(tǒng)

清污分流系統(tǒng)分為控制地表的徑流和防止地下水浸入，地表徑流是關(guān)鍵。它可從以下幾個方面著手：場內(nèi)雨水和場外徑流系統(tǒng)，非作業(yè)區(qū)域和作業(yè)區(qū)域的雨水分流系統(tǒng)。第一個是關(guān)鍵，填埋場要由內(nèi)至外鋪設(shè)環(huán)場截洪溝，高程不同的建筑布設(shè)不同截洪溝用于攔截外圍匯水區(qū)降水，填埋場區(qū)域和截洪溝區(qū)域相交叉時，將截洪溝排放場外通道階段，與場內(nèi)的滲濾液導(dǎo)出系統(tǒng)相連接，截洪溝變?yōu)榱藢?dǎo)滲溝，其中溝頂面高程等于最終覆蓋面的截洪溝，可改為最終覆蓋面表面排水溝加以利用。另兩個系統(tǒng)布設(shè)的基本原則是非作業(yè)區(qū)則按原自然排洪途徑排除雨水，只在作業(yè)區(qū)域修建滲濾液導(dǎo)排系統(tǒng)，必要時可建筑少量分流設(shè)施用于清污分流。全部工程完成后，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，最終封頂?shù)钠露炔荒苄∮?%，可在垃圾壩上布設(shè)雨水渠用以匯集封場后的場頂徑流水并排出。

2 生活垃圾填埋場滲濾液處理工藝

在《生活垃圾填埋場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 16889-2008）中，對垃圾滲濾液中 BOD5、CODcr、NH3-N、總氮、重金屬等指標(biāo)提出了更嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)。由于目前我國尚未有經(jīng)濟(jì)便捷的處理工藝，而效果較好的生化處理技術(shù)與膜技術(shù)相結(jié)合工藝又耗費巨大人力物力，需對處理工藝進(jìn)一步研究。

2.1 滲濾液的產(chǎn)生及其特點

滲濾液產(chǎn)生的主要原因是降雨滲入，其次是垃圾自身的含水量和垃圾發(fā)生化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的水分。由于水滲入后流經(jīng)垃圾，造成了滲濾液污染物種類多，其中有難以生物降解的PAEs、ArOH和C6H7N類化合物、磷酸酯、非氯化芳香族化合物及氯化芳香族化合物等。有機(jī)污染物濃度高，CODCr和BOD5遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于生活污水。氨氮含量高，最高可高達(dá)幾萬毫克每升，高濃度氨氮造成了垃圾滲濾液C/N失衡，嚴(yán)重抑制和降低了生物處理中微生物的活性。

2.2 主要處理工藝

處理工藝大體上可分為物化法、生物法和土地法，而在實際處理中僅僅依靠這些方法是不夠的，大都選擇綜合工藝進(jìn)行處理。王開演等應(yīng)用氨吹脫-生物流化床-Fenton氧化-BAF聯(lián)合工藝對浙江某大型垃圾填埋場垃圾滲濾液進(jìn)行了深度處理，使其BOD5≤15mg/L、SS≤10mg/L、色度≤16倍、出水總氮在40mg/L以下。廣州市李坑生活垃圾填埋場采用UASB-MBRDTRO工藝處理垃圾滲濾液，使其出水水質(zhì)色度≤30、BOD5≤20mg/L、DO≥15mg/L，達(dá)到了《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》（GB/T 18920-2002）標(biāo)準(zhǔn)。簡陽垃圾填埋場利用氨吹脫＋生物處理（A＋O）＋混凝沉淀＋砂濾＋超濾＋納濾組合工藝對滲濾液進(jìn)行處理，龍泉垃圾填埋場利用AOAO＋超濾＋反滲透組合工藝對滲濾液進(jìn)行處理，廣安垃圾填埋場利用中溫厭氧＋膜生物反應(yīng)器＋納濾組合工藝對滲濾液進(jìn)行處理，三座填埋場出水均達(dá)生活垃圾填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)（GB 16889-2008）。

2.3 存在的問題及解決方案

目前，垃圾滲濾液處理方式多種多樣，但仍存在不少的問題。①出水水質(zhì)達(dá)不到國家標(biāo)準(zhǔn)，在GB 16889-2008發(fā)行后，增加了總氮濃度40mg/L的要求，現(xiàn)在一般工藝缺乏反硝化過程，無法使處理過的水質(zhì)達(dá)標(biāo)。②可生化性不夠，垃圾填埋場使用年限一般為幾十年，隨著時間推移NH3-N濃度越來越高，而CODcr濃度會降低，最終CODcr/NH3-N的比值會接近1左右，導(dǎo)致滲濾液廢水的可生化性降低。③濃縮液無法處理，回灌的處理技術(shù)使垃圾填埋場隨時間推移污染越來越嚴(yán)重，滲透液導(dǎo)電率的升高導(dǎo)致膜過濾失去作用。對于出水水質(zhì)問題，可利用反滲透，對于電導(dǎo)率升高，課利用納濾降低部分，也可以采用孔徑大小適宜的膜，有選擇性分離分子，在截留鹽的同時，降低部分電導(dǎo)率，引入一些高CODcr濃度廢水如釀造廢水來補(bǔ)充脫氮所需要的CODcr，用來提高可生化性。

3 生活垃圾填埋場防滲材料的發(fā)展

粘土等天然礦物材料以其良好的防滲性能，被廣泛用作填埋場的防滲襯墊材料，但是由于天然粘土對污染物的衰減能力較差，而將其改性之后有高的抗?jié)B阻滯能力和吸附能力，所以目前大都選擇改性材料。

3.1 膨潤土

膨潤土是一種優(yōu)良的天然粘土，其主要成分是蒙脫石礦物。膨潤土的滲透系數(shù)小于10cm/S，具有極強(qiáng)的防水性。但膨潤土在處于濃度較高的有機(jī)滲濾液和油類產(chǎn)品的條件下時，會出現(xiàn)收縮和絮凝的現(xiàn)象，由于原有結(jié)構(gòu)被破壞，吸附污染物的能力大打折扣，導(dǎo)致其失去阻隔能力，最終滲濾液會滲入地下造成周圍環(huán)境污染。經(jīng)過研究，膨潤土在經(jīng)過了聚合物預(yù)處理和浸水飽和后，可不與滲濾液中的無機(jī)、有機(jī)污染物發(fā)生反應(yīng)，從而使膨潤土的穩(wěn)定性增強(qiáng)。聚丙烯酰胺有著多樣化的官能團(tuán)，它對滲濾液中不同的污染物均具有一定吸附能力，它還對水處理方面有著絮凝的特性，將其加入膨潤土中，除提高對陰陽離子去除效率外，還可以減少二次污染。聚丙烯酰胺可對膨潤土進(jìn)行有效的粘結(jié)和包裹，由于兩者吸水膨脹系數(shù)相當(dāng)，使防滲材料在吸水膨脹后不開裂、不分散，具有很好的穩(wěn)定性、機(jī)械性能及抗?jié)B性能。

3.2 頁巖改性黏土

頁巖是一種由粉砂級和粘土級顆粒組成的細(xì)粒紋層狀沉積巖。陳武等通過頁巖顆粒的吸附試驗探索性地研究頁巖顆粒對滲濾液主要污染物NH＋4和COD的吸附能力，對不同粉碎頁巖添加量的黏土材料做滲透試驗，并得出了粉碎頁巖的最適添加量。通過和粉煤灰、粘土比較對NH＋4、COD的吸附能力，確定頁巖顆粒及其他土樣對滲濾液中的吸附平衡時間為24h。對于NH＋4的吸附效果，幾組不同粒徑范圍的頁巖都都比較類似，吸附率在29..21%左右，比單純膨潤土的51.87%的吸附率低得多，但是比19.17%的粉煤灰和26.18%的粘土稍高。頁巖的粒徑范圍在0.075mm～2mm之間時，對COD吸附量明顯，比其他高得多，但在頁巖粒徑范圍在0.075mm以下時，COD吸附量明顯降低，是由于研磨破壞了頁巖的微孔結(jié)構(gòu)。

［1］尹學(xué)英 .城市生活垃圾填埋場滲濾液性質(zhì)及處理技術(shù)初探［J］.四川環(huán)境，2007，26（6）：106～111.

［2］胡 蝶，陳文清，張 奎，等 .垃圾滲濾液處理工藝實例分析［J］.水處理技術(shù)，2011，37（3）：132～135.

［3］李 紅，任相浩，寇瑩瑩，等 .城市垃圾填埋場滲濾液處理技術(shù)研究進(jìn)展［J］.綠色科技，2014（7）：191～195.

［4］孫玉梅，李 明 .淺談垃圾填埋場防滲系統(tǒng)的工藝設(shè)計［J］.中國科技信息，2011（18）：61～61.

［5］王開演，汪曉軍，簡 磊，等 .垃圾滲濾液的深度研究［J］.中國給水排水，2011，27（1）：99～101.

［6］代晉國，宋乾武，張 玥，等 .新標(biāo)準(zhǔn)下我國垃圾滲濾液處理技術(shù)的發(fā)展方向［J］.環(huán)境工程技術(shù)學(xué)報，2011，1（3）：270～274.

［7］陳 武，李 磊 .頁巖改性黏土作為垃圾填埋場防滲襯墊試驗研究［J］.水利與建筑工程學(xué)報，2013，11（1）：97～101.

［8］劉學(xué)貴，劉長風(fēng)，邵 紅，等 .改性膨潤土作為垃圾填埋場防滲材料的研究［J］.新型建筑材料 .2010（10）：56～58.

［9］孫孝龍，蔣文舉 .國內(nèi)垃圾滲濾液處理工藝現(xiàn)狀與技術(shù)探討［J］.云南化工，2010，37（4）：40～43.

［10］李亞選，韓 谷，李 政，等.UASB-MBR-DTRO工藝在垃圾滲濾液處理中的應(yīng)用［J］.給水排水，2009，135（110）：49～52.

［11］李昌國，王 萍 .優(yōu)質(zhì)頁巖陶粒濾料的制備與基本性能研究［J］.環(huán)境工程學(xué)報，2007，1（6）：123～129.

［12］宋應(yīng)民，耿春茂 .一種處理垃圾滲濾液的新型組合工藝［J］.綠色科技，2014（7）：196～197.