城市生活垃圾填埋場滲濾液性質綜述

顧宗斌

摘 要：對生活垃圾、垃圾填埋場滲濾液的產生、水質特性及滲濾液的影響因素進行了較為全面的綜述分析，描述了生活垃圾的分類、滲濾液的來源及產生的過程、垃圾滲濾液的水質特征，分析了影響生活垃圾填埋場滲濾液產生的因素。

關鍵詞：生活垃圾；垃圾填埋場；滲濾液；水質特性；特征污染物

隨著我國城市化進程的不斷加快，城市人口日益增加，城市垃圾數量與日俱增。據統(tǒng)計，目前我國600多座大中城市有近三分之二的城市陷入“垃圾包圍城市”的局面，這些垃圾占用了相當數量的城市郊區(qū)土地，已形成的生活垃圾大多沒有經過防護處理，有的甚至露天堆放或簡單填埋，垃圾在填埋過程中會產生大量高濃度的有毒有害的垃圾滲濾液。若垃圾滲濾液不能有效的處理，會造成空氣、地表水、地下水、土壤污染等許多生態(tài)環(huán)境問題，間接影響城市和人類的可持續(xù)發(fā)展。隨著城市生活垃圾產量增加和成分的迅速變化也使得垃圾處理難度增加，給城市環(huán)境和持續(xù)發(fā)展帶來了困難。因此，世界各國就城市生活垃圾處理與管理體系進行了大量的研究，其中處理技術逐漸向深度處理、無害化、資源化方向發(fā)展；同時，各國相繼制定了一系列政策法規(guī)并增加財政撥款，以制定符合本國國情的垃圾管理體系[1]。

目前，國內外應用較成熟的處理技術主要有：衛(wèi)生填埋、堆肥處理、焚燒等[2]。衛(wèi)生填埋是當前國內外廣泛采用的一種垃圾處理方法。但在填埋及填埋封場期間產生的垃圾滲濾液，由于其有機物種類復雜、COD濃度含量高、氨氮含量高、重金屬種類多、水質變化大、

后期可生化性差，對其無害化處理作為一種新的技術難題，在國內外一直沒有得到很好的解決。因此，如何有效、經濟地處理垃圾滲透液是目前環(huán)境研究者持續(xù)探索的一個難題。

本文在前人研究的基礎上，綜述了國內外垃圾滲濾液的研究情況，包括垃圾分類及性質、滲濾液的來源、組分、性質和影響因素等，從而比較全面地掌握垃圾滲濾液的性質和污染來源，為切實可行的垃圾滲濾液處理方案提供借鑒。

1 生活垃圾定義及分類

生活垃圾主要是指人們在日常生活中或者為日常生活提供服務的活動中產生的固體廢物。一般分為四大類：可回收垃圾、餐廚垃圾、有毒有害垃圾和其他垃圾。生活垃圾產生量大，成分復雜，有機物含量高，隨意堆放或處理不當，都將對周邊土壤、水體、大氣環(huán)境以及景觀造成嚴重污染。常用的垃圾處理方法主要有綜合利用、衛(wèi)生填埋、焚燒和堆肥。垃圾衛(wèi)生填埋場因其成本低、衛(wèi)生程度好，是當前國內外廣泛采用的一種垃圾處理方法。目前，我國最大的垃圾填埋場是廣州興豐垃圾填埋場，日處理生活垃圾約7000噸左右。

表1 中國生活垃圾分類情況

垃圾填埋場是采用衛(wèi)生填埋方式下的垃圾集中堆放場地，一般采用分層覆土填埋的方式對垃圾進行處理，堆積一層垃圾后再覆蓋一層黃土，這樣很容易降低垃圾的污染。我國根據環(huán)保措施是否齊全、環(huán)保標準是否達標，將生活垃圾填埋場分為三個等級：

（1）簡易填埋場：簡易填埋場是中國這幾十年來一直使用的填埋場，其主要特征是基本沒有任何環(huán)保措施，也談不上遵守什么環(huán)保標準。目前中國相當數量的生活垃圾填埋場屬于這一類型，可稱之為露天填埋場，已經成為土壤和地下水主要污染源之一。

（2）受控填埋場：受控填埋場在我國填埋場所占比重也較大，而且基本上集中于大中小城市。其主要特征是配備部分環(huán)保設施，但不齊全，或者是環(huán)保設備齊全，但是不能完全達到環(huán)保標準。主要問題集中在場底防滲、滲濾液處理和每天覆土達不到環(huán)保要求。

（3）衛(wèi)生填埋場：所謂衛(wèi)生填埋場就是能對滲濾液和填埋氣體進行控制的填埋方式，被廣大發(fā)達國家普遍采用。其主要特征是既有完善的環(huán)保措施，又能滿足環(huán)保要求。

2生活垃圾滲濾液的來源[3]

生活垃圾滲濾液主要是生活垃圾自身所含水分、生活垃圾進入填埋場后發(fā)生的一系列厭氧、好氧反應產生的水以及降水淋洗后的下滲液等，扣除生活垃圾、覆土層的飽和持水量以及填埋場的表面蒸發(fā)量，并歷經生活垃圾層和覆土層而形成一種高濃度有機廢水。其主要來源于：

（1）降水和徑流。降水包括了降雨和降雪，徑流則包括地表徑流和地表灌溉，其中，降雨的淋溶作用是滲濾液的主要來源。

（2）填埋垃圾含水。填埋垃圾含水包括垃圾本身攜帶的水分以及收運填埋過程中從大氣和雨水中的吸附量。

（3）垃圾填埋后產生的水。由于微生物發(fā)酵分解作用、有機組份厭氧分解均會產生水分。降雨量和蒸發(fā)量是影響滲濾液產量最主要的影響因素。

圖1 垃圾填埋場中的水分循環(huán)示意圖

3生活垃圾滲濾液水質特征及特征污染物

3.1垃圾滲透液水質特性[3 ][4]

（1）有機污染物濃度含量高、組分復雜

垃圾滲濾液中CODCr最高達80000mg/L ，BOD5最高達到35000mg/ L，和城市污水相比，濃度極高。可生化指標BOD5/COD的值一般在0.1-0.7的范圍變化，極難被生化處理，并隨著填埋時間的增加而降低，堿度含量則升高。滲濾液有機污染物種類繁多且復雜，有資料顯示，垃圾滲濾液中有上百種有機污染物[5]。由于生活垃圾其本身組成復雜，經過微生物代謝后，產生了大量的有機污染物，并且含有多種致癌、致畸、致突變的物質。根據王松林[6]利用GC-MS技術檢測垃圾滲濾液中有機物，共檢出39種有機污染物，其中被列入我國水污染優(yōu)先污染物“黑名單”的有兩種，被確定為致癌、致畸和致突變物的有一種。Oman[7]和Hynning[7]在對多個垃圾填埋場中檢測發(fā)現了150種有機污染物。

（2）氨氮含量高

滲濾液的氨氮濃度隨著填埋時間的增加而增加，有時可高達2000-3000 mg/L，如此高的氨氮含量，而磷元素嚴重缺少，且比例嚴重失調，影響微生物的活性，不利于微生物的生長，降低了生物處理的效果。高濃度的氨氮是垃圾滲濾液的重要水質特征之一，也是導致其處理難度較大的一個重要原因。

（3）金屬含量高

垃圾滲濾液中含有多種金屬離子，其中Fe和Zn的含量較高，滲透液中Fe的濃度最高可達2050 mg/L，Zn的濃度最高可達130 mg/L。重金屬含量隨著生活垃圾來源的不同而不同，生活垃圾滲透液中重金屬含量較少，特別是工業(yè)垃圾進入城市生活垃圾填埋場后，滲濾液中重金屬含量較高。

（4）營養(yǎng)元素比例失調

由于影響垃圾滲濾液水質的因素很多，其可生化性 BOD5/CODCr和營養(yǎng)素 C/N 的比值也不是固定不變的，在不同場齡的垃圾滲濾液中，C/N 的比值常出現失調的情況，BOD5/CODCr比值變化也大，常給生化處理帶來一定難度。隨著垃圾填埋場年限的增加，垃圾滲濾液中氨氮占的比例也相應增加。

（5）水質變化大

垃圾滲透液的水質會隨著季節(jié)、時間、填埋場齡等及其垃圾的種類和數量的變化而變化。填埋初期的滲濾液呈黑色，有較好的可生化性，偏酸性水質，滲濾液隨填埋時間的延長逐漸呈褐色，可生化性變差，偏堿性水質。如5年以下的垃圾滲濾液，其特點是CODcr、BOD5濃度高，可生化性強，對于5年以上的垃圾滲濾液，其pH值接近中性，CODcr 和 BOD5濃度有所降低，BOD5/CODcr 比值減小，氨氮濃度較高[8]。

3.2垃圾滲濾液的特征污染物

一般來說，垃圾滲濾液中的特征污染物主要有以下三大類[9][10]：

（1）有機污染物

有機污染物是垃圾滲濾液中的主導污染物，是出流滲濾液COD很高的原因，主要是由于填埋垃圾中的有機質的代謝而來。垃圾滲濾液中的有機物主要有三類，即低分子量的脂肪酸類、中等分子量的富里酸類和高分子量的腐殖酸類。滲透液中除了常規(guī)的污染物，還含有某些致癌、致畸和促進致癌的物質。凌輝等[11]通過GC-MS檢測垃圾滲透液中有機污染物成分，發(fā)現多種有機污染物（包括酯、胺、烯、烷、醇、苯、酮、醛、吡咯、吡啶、呋喃酮、苯酚、吲哚、硅氧烷等）。而其中芳烴、烷烴、烯烴三大類的種類最多。一般地說，滲透液中有機污染物成分與填埋垃圾成分有很大的關系，垃圾的有機成分越大，滲濾液中有機污染物濃度就越大[12]。

（2）無機物質

滲濾液中無機物主要包括 Ca、Mg、Na、K、NH4+、Fe、Mn、Cl-、SO42-、HCO3-等常見的一些無機陰陽離子。滲濾液的非金屬無機類污染主要是N和P，隨著填埋場運行時間的推移，濃度升高，并保持較高的濃度。這是由于垃圾在填埋場厭氧、缺氧的條件下的分解是一個長期而緩慢的過程，N和P作為垃圾厭氧發(fā)酵的主要產物，對垃圾滲濾液的影響將是長期的。尤其是N，它是垃圾生化處理較難處理的一個指標。此外，滲濾液中的無機物質對滲透液的pH有一定的影響。

（3）微量重金屬污染

垃圾滲濾液中有多種重金屬，其濃度與垃圾組分、垃圾類型及時間密切相關。滲濾液的重金屬污染較其他污染濃度低很多。據報道，生活垃圾滲濾液中重金屬溶出率是很低的；但對于工業(yè)垃圾和生活垃圾混合填埋的垃圾場而言，重金屬的溶出率將會明顯增加。由此可見，工業(yè)垃圾進入填埋場，是導致滲濾液中某重金屬濃度增加的直接因素。垃圾的不分類收集是導致滲濾液重金屬濃度高的一個間接因素。另外，生活垃圾中一些重金屬含量較高或含有某些有毒有害物質的廢品，在填埋場中長時間的堆積、腐化分解，也會導致滲濾液中重金屬含量偏高。劉珊等[13]在西安市江村溝垃圾滲濾液中檢測出了14種重金屬離子，其中Zn、Pb、Ni、Cr、Cu5種被列入環(huán)境保護部（USEPA）優(yōu)先控制污染物名單。

3.3影響垃圾滲濾液水質的因素

（1）垃圾組分對滲濾液水質的影響

垃圾填埋場滲濾液水質與垃圾組分有著密切的關系。其中餐余垃圾和灰渣的含量直接影響滲濾液中COD、BOD濃度的高低。另外，垃圾中的灰渣、殘土對滲濾液中有機物具有吸附和過濾作用，因此垃圾中灰渣、殘土的含量也會影響滲濾液的濃度。 此外，城市發(fā)展水平、生活習慣以及公民環(huán)保意識的不同，不同城市生活垃圾組分相差較大，致使不同填埋場滲濾液的COD、BOD濃度相差較大。

（2）填埋時間對滲濾液水質的影響

滲濾液水質不僅與垃圾組分有關，而且隨著填埋時間的推移，滲濾液水質有很大的變化。Kjeldsen等[14]將垃圾填埋場的內部狀態(tài)理論上分為五個階段：調整期、過渡期、酸化階段、甲烷形成期、成熟期。按填埋年限劃分，可分為填埋時間在5年以下的“年輕”填埋場，5-10年的“中年”填埋場，10年以上的“老年”填埋場[15]。對于時間較短的填埋場，其滲濾液中COD、BOD濃度明顯較大。主要是由于初期填埋，垃圾中易分解的成分多，代謝較快。研究人員在進行垃圾填埋場滲濾液處理設備和防護措施中應充分考慮滲濾液水質隨時間變化的特點。

（3）填埋工藝對滲濾液水質的影響

填埋工藝不同，滲濾液水量及水質也不同。在上世紀80年代，我國還沒有一個真正意義上的填埋場，城市生活垃圾主要靠自然衰減。到了90年代，衛(wèi)生填埋工藝已經發(fā)展的較廣泛。這也對垃圾滲濾液的水質性質造成了一定的影響。如填埋場外設有排洪溝排除場外地表徑流，場底鋪設襯墊或黃粘土（滲透系數<10-7/cms-1），較好地控制了地表徑流和地下水進入填埋場，使?jié)B濾液中有機物濃度相對較高。假如填埋場采用一般的粘土或采用帷幕灌漿工藝防止?jié)B濾液污染地下水，或地表徑流未截流、截流不好，這些情況都會使?jié)B濾液濃度降低，滲濾液水量大量增加。

（4）填埋操作運行方式對滲濾液的水質的影響

填埋操作運行方式，如覆蓋、分區(qū)、壓實等也對滲濾液的水質有影響。增加垃圾的填埋深度和填埋密度，即減少垃圾的含水量和外來水的滲入量，能有效抑制垃圾中有機成分的降解作用，致使?jié)B濾液的濃度較低，延長滲濾液的產生時間。

此外，填埋場所處環(huán)境溫度、濕度、有效氧以及填埋場的構造都會對滲濾液水質有一定的影響。通常在一定范圍內環(huán)境溫度升高，濕度增加，有利于微生物的生長和堆體內營養(yǎng)物質的遷移，加快垃圾的降解，使垃圾滲濾液水量增加。

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