渗滤液是指垃圾在堆放和填埋过程中由于自身发酵、雨水淋刷和地表水、地下水的浸泡而滤出来的污水。卫生填埋场产生的渗滤液是运行过程中产生的主要污染物,渗滤液中含有大量的有机污染物、无机污染物、重金属、细菌等有毒有害物质,并且COD、BOD浓度都较高,如果任其排放,对周围环境的污染及破坏程度是难以估量的,因此,必须严格控制垃圾渗滤液的产量,这是卫生垃圾填埋场设计成功与否的关键所在。
产生
垃圾渗滤液的数量和性质与许多因素有关,渗滤液主要来源于以下几个方面。
(1)大气降水
包括降雨和降雪,这是渗滤液的主要来源,它们的特性直接影响到渗滤液产生的数量。降雨的特性主要为降雨强度、降雨频率、雨量和降雨持续时间等;降雪的特性主要为降雪量、升华量和融雪量等。一般认为降雪量的1/10相当于等量的降雨量。
(2)地表径流
主要指来自场址表面上坡方向的径流水,对垃圾渗滤液的产生量有一定影响。其数量主要取决于场址的地势、场地的绿化植被、覆土的材料及渗透性能和有无排水设施等因素。
(3)地下水渗入
在许多卫生填埋场中,如果填埋场地下水位低于填埋场场底,可以不考虑地下水的渗入;但是如果地下水位高于填埋场场底,地下水就可能渗入填埋场内。渗滤液的数量和性质与地下水同垃圾接触的时间、接触量等有关。
(4)垃圾含的水分
除了垃圾本身所含的水分,还包括垃圾在填埋场内进行氧化分解过程中所产生的水分。
垃圾渗滤液的产生量受很多因素的影响,其具体值很难计算。根据国内外填埋场的运营经验,垃圾渗滤液产生量主要取决于进入卫生填埋场的大气降水。
性质
由于渗滤液的来源特殊,使得渗滤液的水质具有与城市污水不同的性质。渗滤液的性质主要包含以下几个方面。
(1)水质复杂
不同地区的卫生填埋场,以及同一卫生填埋场不同时段的渗滤液水质均有很大变化,且水量波动也比较大。渗滤液是一种高浓度的有机废水,除有机污染物外,还含有重金属和氮、磷等植物营养元素。影响渗滤液水质的因素主要为垃圾的成分、颗粒直径、压实程度、填埋年限以及填埋场所处位置的水文气象条件等。
(2)金属含量高
渗滤液中含有汞、铬、镉、铅等多种有毒有害的重金属离子。一般情况下,渗滤液中重金属离子的浓度不是很高,但重金属具有富集效应。重金属的富集对环境和人体健康危害比较严重。
(3)COD和BOD浓度高
渗滤液中有机污染指标浓度变化范围很大,如CODCr最高可达到90000mg/L、BOD5最高可达到38000mg/L。BOD/COD的值与填埋场运行时间有关,一般BOD/COD在开始的3~5年比较高,可达0.3以上,但随着运行时间的持续,其比值逐渐下降,最后可能小于0.1,使可生化性降低。
(4)氨氮含量较高
渗滤液中氨氮浓度很高,占总氮的90%以上,且氨氮浓度在一定时期随时间的延长会有所升高,主要是由于有机氮转化为氨氮造成的。在中晚期卫生填埋场中,渗滤液中氨氮浓度一般比较高,有时可达到1000~2000mg/L,这也是导致处理难度增大的一个重要原因。
卫生填埋场渗滤液的性质随着填埋场使用年限的不同而发生变化,渗滤液的性质与垃圾的稳定过程有着密切的关系。对于卫生填埋场而言,其稳定过程一般可以分为五个阶段。
(1)最初调节阶段
水分在固体垃圾中积累,为微生物的生存、活动提供了必要的条件。这一阶段的时间极短暂,因此,对渗滤液的最终产生量和水质影响不是很大。
(2)转化阶段
垃圾中的水分超过其含水能力后便开始渗沥,同时由于大量微生物的活动,系统从有氧状态转化为无氧状态。这一阶段所经历的时间也较短暂,因此,填埋场渗滤液水质在前期污染负荷普遍偏低,但对于大型卫生填埋场最终的垃圾渗滤液水质而言影响不很明显,持续时间难以推测。
(3)酸性发酵阶段
此阶段碳氢化合物分解成有机酸,并进一步分解为低级脂肪酸,渗滤液的pH值随之下降。这一阶段持续的时间受填埋场垃圾中有机成分含量的多少、填埋方式、渗滤液回灌情况的影响,一般厌氧型卫生填埋场在没有渗滤液回灌的情况下,持续时间可达4年以上,这使得在较长的时间内,渗滤液水质呈黑色、恶臭,SS高,具有pH较低、BOD5和CODCr浓度高、BOD5与CODCr的比值大和金属离子浓度较高等特点,其有机物中约90%为可溶的短链挥发性脂肪酸,以乙、丙、丁酸为多,其次是带有较多羧基、羟基和芳香基团的灰黄霉酸。
(4)产甲烷阶段
在酸化过程中,由于氨化细菌的活动,使氨氮浓度逐渐增高,氧化还原电位降低,pH上升,为产甲烷菌的活动创造适宜的条件,专性产甲烷菌将酸化阶段的代谢产物分解成甲烷和二氧化碳。这一阶段主要受填埋垃圾中有机物的影响,持续的时间一般比较长,pH在7左右,NH3-N浓度高,金属离子浓度低,但剩余有机物中大多为难降解有机物。渗滤液的特点表现为:BOD5和CODCr浓度都较低,BOD5与CODCr比值较低。
(5)稳定阶段
本阶段垃圾及渗滤液中有机物得到稳定,氧化还原电位上升,系统缓慢转为有氧状态。此时渗滤液中的CODCr、BOD5等各项污染指标均较低,氯离子浓度较高,但水质稳定。在填埋场的实际运营过程中,不同位置产生渗滤液的水质也不相同。
因此,在填埋场运营期内,整个填埋场的渗滤液水质是不同阶段的渗滤液综合的结果。
措施
(1)选择合理的场址
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。当然,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。
(2)设置必要的截洪沟
在北方地区,建设的垃圾填埋场多选用山谷式填埋场,这就需要在适宜的位置建设必要的截洪沟,截留填埋区上游山区地表径流和部分潜水。
(3)填埋场底部的防渗处理
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)、铺设不透水布建成人工不透水层,或两者结合。垂直防渗可以采用灌浆幕墙、不透水布等。
(4)规范化的填埋作业
严格、规范的填埋作业可以有效地控制降水的渗入量。对山谷式填埋场,多宜采用斜坡作业法,填埋单元按1~2d的垃圾量划分(冬季可扩大至5~7d),布置成矩形网格,每单元堆高2~3m,经压实后覆土,覆土层一般为0.2~0.3m,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2~5m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。
处理
目前,国内外渗滤液的处理方法一般分为两类,即合并处理和单独处理。
(1)合并处理
当填埋场附近有城市生活污水处理厂时,可以选择合并处理,这样能够减少填埋场的投资和运行费用。所谓合并处理就是将渗滤液引入城市生活污水处理厂进行处理,有时也包括在填埋场内进行必要的预处理。由于渗滤液的成分比较复杂,该方法必须选择性地采用,否则会造成城市生活污水处理厂的冲击负荷,影响污水处理厂的正常运行。
(2)单独处理
渗滤液单独处理的方法包括生物法、物理化学法和土地法等,有时需要几种工艺的组合处理,才能达到所要求的排放标准。