生活垃圾填埋場反滲透膜濃縮液回灌垃圾堆體對滲濾液水質(zhì)的影響分析

摘要：生活垃圾填埋場反滲透膜濃縮液常用于回灌垃圾堆體，但可能影響滲濾液水質(zhì)。選取3座生活垃圾填埋場作為研究對象，分析2023年上半年的監(jiān)測數(shù)據(jù)，探究水質(zhì)指標與反滲透膜濃縮液回灌量的關(guān)系。研究結(jié)果表明，懸浮物（Suspended Solids，SS）、五日生化需氧量（Biochemical Oxygen Demand after"5 days，BOD5）和電導(dǎo)率等指標存在明顯的臨界回灌量現(xiàn)象，呈現(xiàn)出顯著的季節(jié)性變化特征。其間通過分析物理、化學(xué)和生物三重作用機制，闡明濃縮液回灌過程的污染物控制原理，確定回灌量、pH值、溫度、含水率和有機負荷等關(guān)鍵參數(shù)的最佳范圍，提出優(yōu)化方案，為生活垃圾填埋場反滲透膜濃縮液回灌系統(tǒng)的科學(xué)管理提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：生活垃圾填埋場；反滲透膜；濃縮液回灌；垃圾堆體；滲濾液水質(zhì)

中圖分類號：X703.1 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2025）02-0-03

Analysis of the Impact of Domestic Waste Landfill Reverse Osmosis Membrane Concentrated Solution Backfilling into Garbage Heap on the Water Quality of Leachate

CHEN Junfei

（GRG Metrology amp; Test Group Co.， Ltd.， Guangzhou 510000， China）

Abstract： The concentrated solution of reverse osmosis membrane in domestic waste landfills is often used for recharging the garbage heap， but it may affect the quality of leachate. Three domestic waste landfills are selected as research objects， and the monitoring data are analyzed from the first half of 2023， and the relationship between water quality indicators and the amount of reverse osmosis membrane concentrate reinjection is explored. The research results indicate that there is a significant phenomenon of critical reinjection rate in indicators such as Suspended Solids （SS）， Biochemical Oxygen Demand after 5 days （BOD5）， and conductivity， showing significant seasonal variations. During this process， by analyzing the triple action mechanisms of physics， chemistry and biology， the principle of pollutant control in the concentrated solution reinjection process is elucidated， and the optimal ranges of key parameters such as reinjection volume， pH value， temperature， moisture content， and organic load are determined， and the optimization plans are proposed to provide a theoretical basis for the scientific management of reverse osmosis membrane concentrated solution reinjection systems in domestic waste landfills.

Keywords： domestic waste landfills; reverse osmosis membrane; concentrated solution recharge; garbage heap; water quality of leachate

反滲透膜分離技術(shù)是一種高效的滲濾液處理方法，雖然可以解決出水達標問題，但同時產(chǎn)生難以處理的濃縮液。濃縮液含有高濃度的難降解有機物、重金屬、氨氮和鹽分等污染物，處理難度大，已成為制約該技術(shù)推廣應(yīng)用的瓶頸。目前，濃縮液回灌垃圾堆體的工藝因其成本低、操作簡單等優(yōu)勢在國內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用[1]。然而，對于回灌對滲濾液水質(zhì)的影響，學(xué)界存在不同觀點[2-3]。部分研究表明，回灌處理效果良好，而另一些研究則發(fā)現(xiàn)，回灌存在微生物活性抑制和鹽分累積等問題。鑒于此，選取某城市3座生活垃圾衛(wèi)生填埋場作為研究對象，通過現(xiàn)場監(jiān)測，系統(tǒng)研究濃縮液回灌對滲濾液水質(zhì)的影響，以期為填埋場的科學(xué)運營管理提供依據(jù)。

1 場地概況

1.1 生活垃圾填埋場運行現(xiàn)狀

選取A、B、C 3座生活垃圾填埋場作為研究對象，均采用標準化衛(wèi)生填埋工藝運行。3座填埋場在規(guī)模和運營特征上存在顯著差異。B填埋場規(guī)模最大，設(shè)計庫容為167萬m3，但實際存量已超過設(shè)計值，達171.60萬m3；A填埋場規(guī)模最小，設(shè)計庫容為45萬m3，目前存量為41.30萬m3，接近設(shè)計容量；C填埋場設(shè)計庫容為107萬m3，現(xiàn)存量為71萬m3，尚有較大庫容空間。從占地面積來看，C填埋場最大，達13.23萬m2，這與其分散的場地布局有關(guān)；B填埋場次之，為8.42萬m2；A填埋場最小，為5.04萬m2。

目前，3座生活垃圾填埋場均處于臨時封場狀態(tài)。

3座生活垃圾填埋場投入使用的時間相近。

C填埋場始于2016年，運行時間最長；B填埋場始于2017年；A填埋場始于2018年。所有填埋場均采用集裝箱式兩級碟管式反滲透工藝處理滲濾液，處理規(guī)模根據(jù)實際需求配置。A填埋場處理規(guī)模為400 m3/d，B填埋場處理規(guī)模為600 m3/d，C填埋場處理規(guī)模為200 m3/d。

1.2 濃縮液回灌系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)

對3座生活垃圾填埋場2023年上半年的運行數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)監(jiān)測，包括回灌量及水質(zhì)指標。A填埋場保持穩(wěn)定運行，回灌量維持在1 300～1 500 m3，6月最高，達1 450 m3，3月最低，為1 300 m3；B填埋場回灌量呈逐月增長趨勢，從1月的1 800 m3增至6月的3 900 m3；C填埋場回灌量最小且平穩(wěn)，保持在850～1 300 m3。

水質(zhì)指標方面，各生活垃圾填埋場呈現(xiàn)不同特征。A填埋場懸浮物（Suspended Solids，SS）濃度波動較大，保持在40～820 mg/L，3月達到峰值，可能與降雨增加有關(guān)；B填埋場SS濃度比較穩(wěn)定，保持在30～250 mg/L；C填埋場SS濃度波動最小，保持在15～180 mg/L。有機物方面，A填埋場污染負荷最高，化學(xué)需氧量（Chemical Oxygen Demand，CODCr）最高達4 800 mg/L，五日生化需氧量（Biochemical Oxygen Demand after 5 days，BOD5）保持在1 050～3 000 mg/L；B填埋場CODCr濃度保持在1 500～2 600 mg/L，BOD5濃度多低于1 250 mg/L；C填埋場CODCr濃度保持在1 700～3 800 mg/L，BOD5濃度普遍低于600 mg/L。

從氨氮濃度來看，A填埋場波動明顯，最高接近2 000 mg/L；B填埋場和C填埋場相對穩(wěn)定，分別保持在950～1 450 mg/L和700～1 250 mg/L?？偟矫?，A填埋場濃度最高，達2 200 mg/L，B填埋場和C填埋場分別保持在1 100～1 900 mg/L和1 400～1 800 mg/L。A填埋場總磷濃度最高值達15 mg/L，B填埋場和C填埋場均低于此水平。電導(dǎo)率方面，A填埋場最高達22 000 μS/cm，B填埋場和C填埋場則保持在13 000～20 000 μS/cm，顯示較低的無機鹽負荷。這些數(shù)據(jù)為研究濃縮液回灌對滲濾液水質(zhì)的影響提供重要基礎(chǔ)。

2 濃縮液回灌對滲濾液水質(zhì)的影響規(guī)律

2.1 水質(zhì)指標隨回灌量的變化特征

生活垃圾填埋場水質(zhì)指標隨濃縮液回灌而變化，分析顯示，3座生活垃圾填埋場均表現(xiàn)出獨特的臨界回灌量特征。就SS濃度而言，3座填埋場均存在明顯臨界值，其中B填埋場臨界回灌量最高（3 323 m3），與其較大垃圾存量（171.60萬m3）相關(guān)，而A填埋場、C填埋場臨界值較低，分別為1 314 m3和1 061 m3。A填埋場、B填埋場回灌量分別達到1 141 m3和1 293 m3后，BOD5濃度開始上升，而C填埋場則呈持續(xù)上升趨勢，未見明顯臨界值。A填埋場、C填埋場回灌量分別達到1 140 m3和698 m3后，電導(dǎo)率開始升高，B填埋場則表現(xiàn)為持續(xù)緩慢上升，無明顯臨界值。A填埋場月均回灌量為1 400 m3，超過臨界值后，3項指標均呈上升趨勢；B填埋場月均回灌量為2 633 m3，僅SS和BOD5表現(xiàn)出超臨界上升特征；C填埋場月均回灌量為1 067 m3，SS和電導(dǎo)率超臨界后上升。這些差異反映出各填埋場在垃圾特性和降解程度方面存在明顯區(qū)別。

2.2 水質(zhì)指標與回灌量的時間序列分析

基于2023年上半年監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析3座生活垃圾填埋場水質(zhì)指標與回灌量的時間序列特征。A填埋場呈現(xiàn)明顯季節(jié)性波動，SS濃度在3月達到峰值，為820 mg/L，6月降至40 mg/L；BOD5冬春季高值保持在2 600～3 000 mg/L，夏季降至1 050～1 150 mg/L；電導(dǎo)率從1月的22 000 μS/cm逐月下降；回灌量穩(wěn)定在1 300～1 500 m3。B填埋場整體呈逐月遞增趨勢，回灌量從1 800 m3增至3 900 m3，SS濃度波動范圍為30～250 mg/L，BOD5濃度在4月達到峰值（1 250 mg/L），然后降至250 mg/L，電導(dǎo)率相對穩(wěn)定，保持在13 000～17 000 μS/cm。C填埋場回灌量表現(xiàn)為逐月遞減趨勢，從1 300 m3降至1 000 m3，SS濃度穩(wěn)定在15～180 mg/L，BOD5濃度變化范圍為300～600 mg/L，電導(dǎo)率緩慢下降，由19 000 μS/cm降低到16 500 μS/cm，其變化趨勢與回灌量減少趨勢相關(guān)。

3 濃縮液回灌與水質(zhì)調(diào)控機制

濃縮液回灌過程中，污染物濃度變化受物理、化學(xué)和生物三重作用影響。物理作用主要體現(xiàn)在垃圾堆體對懸浮物的過濾吸附，但隨著回灌量增加，吸附會出現(xiàn)飽和；化學(xué)作用通過離子交換和沉淀-溶解過程影響電導(dǎo)率，過量回灌會導(dǎo)致鹽分累積；生物作用則通過微生物降解有機物影響B(tài)OD5，但高濃度回灌和低溫會抑制微生物活性。

根據(jù)監(jiān)測分析結(jié)果，確定5個關(guān)鍵調(diào)控參數(shù)?；毓嗔繎?yīng)控制在臨界值80%以下，通過分區(qū)輪灌避免污染物累積；pH值維持在6.8～7.5，以優(yōu)化微生物環(huán)境；溫度保持在25～35 ℃，確保降解效率；含水率控制在55%～65%，改善滲透條件；有機負荷控制在2.5 kg BOD5/（m3·d）以下，防止系統(tǒng)超負荷。通過協(xié)同調(diào)控這些參數(shù)，可有效提升處理效果。

4 管理優(yōu)化措施

4.1 優(yōu)化回灌工藝參數(shù)

針對3座生活垃圾填埋場的監(jiān)測結(jié)果，采取工藝參數(shù)優(yōu)化措施。嚴格控制回灌量，使其低于臨界值的20%，A填埋場、B填埋場、C填埋場分別不超過1 050、2 660、850 m3。采用分區(qū)輪灌制度，將填埋區(qū)劃分為3～4個子區(qū)域，每個區(qū)域輪流回灌7～10 d后休養(yǎng)。在回灌過程中，濃縮液pH值應(yīng)保持在6.8～7.5，必要時添加緩沖劑調(diào)節(jié)。通過調(diào)節(jié)回灌頻率，堆體含水率維持在55%～65%的最佳范圍。冬季氣溫較低時，可采取保溫措施，確保堆體溫度維持在25～35 ℃的適宜范圍，避免低溫抑制微生物活性。采取稀釋和回灌方式控制有機負荷，使BOD5負荷維持在2.5 kg/（m3·d）以下，防止微生物系統(tǒng)超負荷運行。

4.2 完善運行管理制度

為確保濃縮液回灌系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，必須完善管理制度。建立健全水質(zhì)監(jiān)測體系，對SS、CODCr、BOD5和氨氮等關(guān)鍵指標進行每周一次的常規(guī)監(jiān)測，電導(dǎo)率需要進行逐日監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)異常，及時調(diào)整。制定季節(jié)性運行方案，根據(jù)氣溫變化適時調(diào)整回灌參數(shù)，冬季需要采取保溫措施。建立回灌量動態(tài)管理機制，根據(jù)各填埋場的臨界回灌量設(shè)定警戒值，當月累計回灌量達到警戒值的80%時，應(yīng)及時調(diào)整回灌策略。建立應(yīng)急預(yù)案，發(fā)現(xiàn)水質(zhì)指標異常時，快速響應(yīng)并采取相應(yīng)措施。加強運行人員的專業(yè)培訓(xùn)，確保其掌握工藝參數(shù)調(diào)控要點和應(yīng)急處置方法。

5 結(jié)論

3座生活垃圾填埋場濃縮液回灌系統(tǒng)的實地監(jiān)測可以揭示濃縮液回灌對滲濾液水質(zhì)的影響規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)，各項水質(zhì)指標存在明顯的臨界回灌量現(xiàn)象，超過臨界值后，SS濃度、BOD5濃度和電導(dǎo)率等指標呈現(xiàn)上升趨勢。時間序列分析表明，水質(zhì)指標的變化具有顯著的季節(jié)性特征，這與溫度變化導(dǎo)致的微生物活性變化密切相關(guān)。通過物理過濾、化學(xué)反應(yīng)和生物降解三重作用機制，濃縮液回灌過程實現(xiàn)對污染物的有效控制。

參考文獻

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3 梁 冰，張 柴，劉 磊.基于優(yōu)勢流效應(yīng)的填埋場滲瀝液回灌過程預(yù)測[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2021（8）：3399-3406.

收稿日期：2024-12-11

作者簡介：陳俊飛（1989—），男，山東新泰人，助理工程師。研究方向：生態(tài)環(huán)境咨詢與管理。