垃圾填埋场渗滤液回流处理技术研究进展

2.1 渗滤液回流技术的特点
2.1.1 改善渗滤液水质
填埋场进行渗滤液回流，垃圾填埋层基本上相当于生物滤床，在这个生物滤床的作用下，渗滤液中的VFA（挥发性脂肪酸）、CODcr、BOD5、TOC浓度下降较快[18]。回流处理后，渗滤液中CODcr去除率最高达95%，在半好氧状态下NH3-N质量浓度可以降低到10 mg/L以下，同时填埋层渗滤液中有机物浓度大大降低[20]
渗滤液回流能促使硫酸根离子（SO42-）被还原为硫化氢（H2S），硫化氢与渗滤液中的重金属离子生成硫化物沉淀；同时，渗滤液回流能使渗滤液较快地转变为中性或弱碱性溶液，从而有利于渗滤液中的重金属离子生成氢氧化物沉淀；此外，垃圾在降解过程中生成的大分子量腐殖质类有机物能与重金属离子形成稳定的螯合物[21]，使渗滤液中的重金属离子浓度降低。
2.1.2 加快垃圾降解
填埋场稳定速率受许多环境因素的影响，其中最重要的是填埋场湿度。当填埋场湿度增加时，微生物活性也将随之提高。渗滤液回流将会明显增加填埋场垃圾的湿度，从而加速好氧微生物的降解作用，使有机物的降解速率加快[22, 23]。
2.1.3 提高产甲烷速率
对填埋场进行渗滤液回流，将会增大湿度，降低氧化还原电位，使得重金属离子浓度下降，因此能在填埋场内形成有利于产生甲烷的环境，提高填埋场内产甲烷的速率；另一方面，渗滤液回流带来了大量的有机物，这些有机物的降解也将增加甲烷产量。现场资料表明，同一填埋场内，渗滤液回流处产甲烷速率是不回流处的2倍多[22]。试验室研究结果也表明，如果不进行渗滤液回流，少量垃圾不会产生甲烷气体；而进行渗滤液回流则能产生大量的甲烷气体。
2.1.4 加快填埋场沉降
进行渗滤液回流能加速填埋场的沉降速率，又能使填埋场总沉降幅度增大，从而提高填埋场的使用效率。美国Sonoma County填埋场内，渗滤液回流处的总沉降幅度可达填埋场深度的20%，而不回流处的总沉降幅度仅为填埋场高度的8%[24]。美国Alachua County Southwest填埋场内，渗滤液回流处的沉降速率约为不回流处的1.5倍[25]。
2.1.5 减少对填埋场的维护费用
填埋场封场后，垃圾在漫长的稳定化过程中产生大量有毒有害渗滤液，释放出易燃气体甲烷，同时场地发生不均匀沉降。因此，填埋场封场后需进行维护，对渗滤液、填埋气定期监测并处理，直至它不再对周围环境带来污染。未实施回流的填埋场其维护期一般为20年甚至上百年[26]，而进行回流的填埋场其维护期则大大缩短，主要是因为渗滤液的处理量大大减少甚至可以不经处理。这不仅能节省维护费用，而且还降低了衬里的防渗性能要求。据估计，进行回流的填埋场，其维护费用仅为渗滤液现场处理填埋场的45%[27]。
2.2 渗滤液循环处理的主要方式
渗滤液循环处理方式主要分为3种：填埋期间渗滤液直接回流至垃圾层；表面喷灌和浇灌至填埋场表面；地表下回流或内层回流[23]。
填埋期间渗滤液回流，就是在垃圾倾卸入填埋场压实期内，将渗滤液直接浇灌到垃圾层上的一种方式。
表面喷灌是利用蒸发原理削减渗滤液水量，同时利用生物降解来降低有机污染物浓度。常见的表面回流方式有表面喷洒及盲槽渗滤。美国佛罗里达州北部Alachua郊区西南填埋场（ACSWL）采用盲槽渗滤回流。在填埋场表面修建盲槽，尽管投资较小，但需要定时检测渗滤液的渗漏情况[23]。
地表下渗滤液回流，即渗滤液从覆盖土层下进入填埋层进行循环处理。它的操作方式主要有3种：（1）采用平面管网，铺设于覆盖土层或覆盖层下，这种方法效果较好，但成本高；（2）浅井式自然渗滤，这种方法成本较低；（3）利用导气竖井进行渗滤液回流，成本低但有可能形成短流，而且存在气水混流的问题。
无论采取那种方式，在采用回流处理方案时，必须注意回流的方式和量。回流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早期时，回流的渗滤液量宜少不宜多，在产气阶段则可以逐渐增加[28~30]。由于垃圾填埋场本身是一个生物反应器，回流的渗滤液量除可根据其最佳运行的负荷要求确定外，还可以根据填埋场的产气情况来确定[27, 31]。此外，填埋场内不同位置的垃圾可能处于不同的稳定化阶段，为保证回流的效果，应将稳定化程度高的垃圾层区（产甲烷区）排出的渗滤液回流至新填入的垃圾层（产酸区），将新垃圾层所产生的渗滤液回流至老的稳定化区，这样有利于加速污染物的溶出和有机污染物的分解，同时加速垃圾层的稳定化进程[32, 33]。
通过控制垃圾的组成、开始进行回流的时间以及渗滤液的pH值等手段可以改善回流效果[34]。
2.3 回流技术存在的问题
虽渗滤液回流处理有前述诸多优点，但至少还存在以下3个问题。（1）恶臭气体。回流会加速恶臭气体的挥发，从而导致周围大气环境质量下降。张瑞明等[35]在杭州天子岭回喷研究中对NH3、H2S的监测表明，场界达标率仅为60%~ 70%。（2）回流技术不能保证污水达到《GB 16889-1997》一、二级标准，通过喷洒循环后的渗滤液仍需进行处理才能排放。当渗滤液在垃圾层中循环，其中NH4+-N不断积累，其浓度甚至远高于在非循环渗滤液中的浓度[36]；如将含高浓度NH4+-N的渗滤液作场外处理，则又增加处理费用。Onay等[37]根据硝化（N）和反硝化（DN）原理及渗滤液喷洒后在垃圾层中流态，提出了缺氧（An）→厌氧（A）→好氧（O）的三段式垃圾填埋系统。位于上部的缺氧区和底部的好氧区用于NH4+-N的转化和去除，中间的厌氧区用于产气。该模型运行时，通过渗滤液的循环，将脱氮过程所需要的碳源和硝态氮从底部的好氧区送至顶部的缺氧区，而厌氧区中残留的C和N则相应地送至好氧区，从而实现硝化和反硝化。同时，渗滤液中硫化物也可得到有效的去除。（3）填埋气产气速率加快引发的安全问题[38]。