生活垃圾填埋场渗滤液的产生、变化规律和组成

生活垃圾填埋场渗滤液的产生、变化规律和组成

孔维芳

苏州北控环保科技有限公司

摘要 总结和分析生活垃圾填埋场渗滤液的产生、变化和组成，指导渗滤液处理设施的设计适应封场前后渗滤液不断变化的特点，减少重复建设和投资浪费的现象。

关键词：生活垃圾、填埋场、渗滤液

生活垃圾进入填埋场后在复杂的物理化学和微生物作用下将会不断地分解和腐殖化，并逐渐趋于稳定。随着填埋垃圾稳定化进程的推进,渗滤液性质和组成也将发生明显变化。 目前大多数生活垃圾填埋场渗滤液处理设施的设计无法全过程适应封场前后渗滤液不断变化的特点，导致运行一段时间后无法适应水质变化而影响渗滤液设施继续运行，需要重新优化或增设设施，出现重复建设和投资浪费的现象，因此熟悉和掌握生化垃圾填埋场渗滤液的产生、变化和组成可以有效指导渗滤液处理设施的设计。

1、生活垃圾填埋场与外界的水分迁移过程和污染物的来源

(1)填埋场中垃圾本身所含水分和自身降解，形成的渗滤液；(2)在垃圾填埋场中，降水一部分以地表形式流失，另一部分通过渗透渗透进入填埋场表层；(3)渗透到填埋场表层的水量，一部分直接蒸发或通过表层植被蒸发，一部分仍留在覆土层中；(4)覆土层中水分达到饱和度后，将直接进入填埋场，与垃圾进行能质交换，渗透到填埋场底部后最终形成渗滤液； (5)非卫生填埋场中，可能有部分地下水进入填埋场形成渗滤液。

从渗滤液的形成过程可看出，垃圾渗滤液中的污染物中的污染物来源复杂，污染物主要有以下三个来源：(1)垃圾本身含有的大量可溶性有机物和无机物；(2)垃圾通过生物、化学、物理作用产生的可溶性物质；(3)覆土和周围土壤中进入渗滤的可溶性物质。

2、生活垃圾填埋场的渗滤液的变化规律

垃圾渗滤液的性质随着填埋场运行时间的不同变化而发生变化，这主要是由填埋场中的稳定化过程所决定的。垃圾填埋场的稳定化过程可以分为5个阶段，即初始调整阶段、过渡阶段、酸化阶段、甲烷发酵阶段和成熟阶段。

第一阶段

垃圾填入填埋场内，填埋场稳定化即进入初始调试阶段。

此阶段内垃圾中易降解组分迅速与垃圾中所夹带的氧气发生好氧生物降解反应，生成CO2和水，同时释放一定得热量，填埋场内部温度明显升高。本阶段的主要生化反应可表示如下：

(1)碳水化合物：

CxHyOz+（x+y/2-z/2）O2       xCO2+1/2 y H2O+热量

(2)含氮有机物：

CxHyOzNv·aH2O+bO2       CsHtOu+eNH3+dH2O+fCO2+热量

在此阶段的初期，除了微生物生化反应外，还包括许多昆虫和无脊椎动物等对降解组分的分解作用。此阶段渗滤液中含有高浓度的有机物质，其中BOD5/CODcr﹥0.4，pH≤6.5。

第二阶段(过渡阶段)

在此阶段，填埋场内氧气被消耗净，填埋场内开始形成厌氧条件、垃圾降解由好氧降解过渡到兼性厌氧降解，此时起主要作用的微生物室兼性厌氧菌和真菌。

此阶段垃圾中的硝酸盐和和硫酸盐分别被还原为N2和H2S，填埋场内的氧化还原电位逐渐降低，渗滤液pH开始下降。

第三阶段(酸化阶段)

当填埋气体中的H2含量达到最大值，意味着填埋场稳定化进入酸化阶段。

在此阶段，对垃圾降解起主要作用的微生物室兼性和转性厌氧细菌，填埋气体的主要组分是CO2，渗滤液COD、VFA和金属离子的浓度继续上升至中期达到最大值，此后逐渐下降。同时pH值继续下降至中期的=达到最低值，此后慢慢上升。

第四阶段(甲烷发酵阶段)

当填埋气体H2含量下降，达到最低值时，填埋场进入甲烷发酵阶段，此时产甲烷菌将乙酸和其它有机酸及H2转化为甲烷。

此阶段转性厌氧菌缓慢却有效的分解所有可降解垃圾至稳定的矿化物或简单的有机物。这一过程的主要生化反应如下：

5nCH3COOH         2(H2O)n+4n(CH4)+4nCO2+热量

在此阶段前期，填埋气CH4含量上升至50%左右，有机物质浓度逐渐下降，渗滤液COD浓度、BOD5浓度、金属离子浓度和电导率迅速下降，BOD5/CODcr＜0.4，渗滤液pH值上升至6.8~8.0；此后填埋气体CH4含量和渗滤液pH值分别稳定在55%左右和6.8~8.0，渗滤液COD浓度、BOD5浓度、金属离子浓度和电导率则缓慢下降。

第五阶段(成熟阶段)

当垃圾填埋场垃圾中易生物降解组分基本被充分降解完后，填埋场稳定化即进入成熟阶段。

此阶段由于垃圾中大量营养物质已随渗滤液排出，可生物降解有机物逐渐减少，只有少量微生物对垃圾中的一些难降解有机物质进行分解，只有少量微生物对垃圾中的一些难降解物质进行分解，填埋气的主要组分依然是CO2和甲烷为主，但产率显著下降，BOD5/CODcr≤0.1，常含有一定量难生物降解的腐殖质。

3、不同地区垃圾渗滤液性质差异

西方国家与亚洲国家地区的气候条件、饮食习惯的不同，使得垃圾组成相差较大，这样一来，垃圾填埋场中产生的渗滤液性质也变化较大。亚洲国家的生活垃圾填埋场产生的渗滤液一般含有60%~90%的有机污染物和3%~18%的难降解物质，同时亚洲国家的饮食结构与西方国家明显不同，使得生活垃圾中厨余含量较高，从而造成渗滤液中的钾、钠、氯的含量都较高。一般西方国家老龄渗滤液的钾、钠、氯的含量分别为50~400mg/L、100~400mg/L、100~400mg/L，而在亚洲国家的老龄垃圾渗滤液、甚至是新鲜渗滤液中，其含量分别为400~1940mg/L、1500~5640mg/L、875~3500mg/L。

在CODcr、BOD5、氨氮、总氮等的浓度也是随地区的差异，较为显著，例如中国的垃圾填埋场的垃圾渗滤液总氮在2000~4000mg/L，韩国、英国等一些地区的垃圾填埋场的渗滤液总氮的含量在1000~2500mg/L。

4、不同时间垃圾渗滤液的差异

渗滤液性质变化特征主要包括渗滤液扩散衰减过程中的物理、化学和生物等的作用，其具体污染指标可包括COD、BOD、TOC等的C素污染，N、P等的营养元素污染；Pb、Cd等重金属污染，CL-1、SO4-2和钾、钠、钙等阳离子的组成的盐度污染，以及一些低浓度、多种类的持久性有机物污染等。

垃圾渗滤液的时间变化主要是垃圾渗滤液的形成和物理、化学和生物作用对其性质的改变，一般初期的垃圾渗滤液COD、BOD的含量较高，且氨氮的含量相对较低，随着时间的推移COD、BOD的含量开始下降，同时BOD/COD的比值也在一般0.45或有可能更高，逐渐下降到0.3一下，根据有的调研数据表明甚至降低到0.1以下，生化性非常低；而氨氮的含量则增加明显，有的地区调研数据表明可以达到3200mg/L，同时总的COD/NH3-N的比值也接近1，完全利用生化处理实现达标排放是不可能实现的。

5、渗滤液的组成

渗滤液作为一种水溶性的组分，其污染组成按不同标准可分为不同形式。目前应用较多的是Christensen(1994年)等的分类方法，认为渗滤液可以定义为一种包含以下四种污染物的水基溶液：(1)溶解性有机物，可表示为CODcr或TOC，包括挥发性脂肪酸和一些难降解有机物，像富敏酸类和腐殖酸类化合物；(2)无机常量成分(macrocomponents):Ca、Mg、Na、K、NH4+、Fe、Mn、Cl-、SO42-、HCO3-等常见的一些无机元素；(3)重金属:Cd、Cr、Cu、Pb、Zn、Ni以及Hg和类金属As等8种有毒重金属；(4)异型生物的有机物(XOCs)，主要来源于家庭和工业化学制品，但渗滤液中的含量较低(一般每种物质浓度低于1mg/L，包括一系列的芳香族碳氢化合物、苯类物质和氯代脂肪烃)。同时渗滤液中可能还含有一些其它微量元素物质，像B、As、Se、Li、Co等，一般总量很低，对自然界的作用也小。当然作为一种复杂水体，特别是经过长期稳定化后出来的水，渗滤液中微生物含量必定较多，成为渗滤液中另外一种不能忽略的物质。

6、结论和建议

(1)总的来说，填埋场的渗滤液污染物的组成和浓度与填埋方式、时间、季节、气温等密切联系，同一填埋场中的不同采样地点、不同采样深度、渗滤液的特征也不尽相同。从渗滤液形成过程可看出，渗滤液的性质也必将呈现多样性特征。在不同地区，不同时期的渗滤液其污染状况相差较大，因此，掌握填埋场的一些基本数据，是进行渗滤液处理工艺设计的基础。因为不同地区、不同时间垃圾渗滤液性质差异较大。

(2)渗滤液处理设施的设计一方面需要根据一般生活垃圾填埋场渗滤液产生、变化规律和组成，同时又需根据项目本身所处地域对其进行综合分析，使得渗滤液处理设施的设计全过程适应封场前后渗滤液不断变化，减少重复建设和投资浪费的现象。