丁爱中等：垃圾填埋场渗滤液地下原位脱氮技术综述 1815

部分NH 4＋在有氧存在时可经亚硝化菌和硝化菌作用氧化为NO 2－和NO 3－，NO 2－和NO 3－可以在兼氧／厌氧环境中被反硝化菌还原为N 2。填埋场内是固体垃圾－微生物－渗滤液－填埋气混合的微生态系统，包含多种无机和有机的营养物质[18]。场内的生化反应类型比传统硝化反硝化反应更多更复杂。厌氧条件下，厌氧氨氧化菌能以NO 2－作为最终电子受体，进行厌氧氨氧化作用，将NH 4＋转化为N 2[19]。可能发生的反应如下：

-+32222NO +5H +2H N +6H O → '=G ∆︒-560 kJ/mol

--+2-32248NO +5HS +3H 4N +4H O+5SO → 'G ∆︒=-465 kJ/mol

-++

34223NO +5NH 4N +9H O+2H → 'G ∆︒=-297 kJ/mol

-+

3422NO +NH N +2H O → 'G ∆︒=-358 kJ/mol

+-+24322O +NH NO +H O+H →

'G ∆︒=-349 kJ/mol

+

+24226O +8NH 4N +12H O+8H → 'G ∆︒=-315 kJ/mol

NH 4＋还可以被异养反硝化细菌作为最终电子受体，通过生物异化还原；通过自养反硝化细菌如反硝化硫杆菌的作用，利用含硫化合物和无机碳化合物作为能源进行反硝化被还原[20]。

2-+

4422SO +2NH S+N +4H O → 'G ∆︒=—47.8 kJ/mol

传统厌氧填埋条件下蛋白质水解较慢，使得垃圾

填埋场中的氨氮的释放可以持续很长时间[10,17,21]

。因此，很多学者认为NH 3-N 是垃圾填埋场中重要的长期污染，在运行和封场之后仍是主要的污染源[14,22]。传统厌氧填埋的条件通常不利于氨氮的降解，通常随着填埋场年限的增加，垃圾渗滤液中的氨氮比例也相应增加。

3 原位处理技术

鉴于垃圾填埋场渗滤液中高浓度的氨氮对地下水的污染问题，渗滤液的妥善处置是垃圾填埋的首要任务。氨氮浓度高、可生化性差的渗滤液的处理成为长期困扰环境工作者的难题。渗滤液的处理可采取物理化学和生物的方式处理，如离子交换、空气吹脱、化学絮凝，反渗透、膜分离和生物处理等。物理化学方法的处理成本高，应用受到限制。相比之下，生物脱氮方法的成本较低，常被用于渗滤液脱氮处理[23]。但是由于渗滤液的低碳氮比，在生物处理中需要添加反硝化碳源，或者是在生物处理前进行物化絮凝和空气吹脱预处理[23~26]。这不仅

增加了运行成本，也提高了管理难度。不是等生化

性差、氨氮高、难处理的渗滤液已经大量产生再进行处理，而是从―源头‖解决渗滤液氨氮浓度高的问题：改进垃圾填埋方式，以减少渗滤液产量提高渗滤液水质。这是城市垃圾处理处置的新思路，为城市垃圾管理提供可行的替代方案。

原位脱氮的垃圾填埋场在功能上与传统厌氧填埋场类似，并通过改进填埋方式和结构、结合渗滤液回灌和原位通风等技术将传统填埋场改造成一个巨大的生物反应器的形式。填埋场原位处理系统，可以加速垃圾的稳定化过程、减少渗滤液的产量或者提高渗滤液的性能，节省渗滤液处理的成本也就降低了垃圾处理的总成本。填埋场渗滤液地下原位脱氮技术成了近年来渗滤液处理研究的热点。 3.1 厌氧渗滤液回灌

渗滤液回灌技术开展较早，国外在上世纪70年代就开始采用洒水和回灌的方式加速填埋垃圾的降解，国内从1995年开始进行研究[27,28]。回灌的基本操作是将在填埋场底部收集的渗滤液从场体覆盖层或覆盖层下部重新注入填埋场。回灌处理主要是利用填埋场覆盖层的土壤净化作用、垃圾填埋层的―生物滤床‖作用等进行的[29]。填埋场中微生物丰富，渗滤液的回流，增加填埋垃圾的湿度，可提高微生物的活性；同时渗滤液在场体内的停留时间增长，微生物对渗滤液中的有机物的水解和发酵作用也增强，这样填埋垃圾和渗滤液的降解速度都增加。有报导称渗滤液回灌可以将垃圾填埋场的稳定时间缩短为2~3 a ，从而使得填埋场长期的负面环境影响达到最小[30]。Šan 和Onay 的研究表明在适当的pH 控制条件下，夏天渗滤液回流率21％、每周回灌四次可以得到最快的垃圾稳定化速度[31]。渗滤液回灌应根据垃圾的稳定状态、季节和气候进行调整。实际应用中高频率的渗滤液回灌会造成积水、溢流或堵塞等问题。

回灌渗滤液作为渗滤液原位土地处理方法，与物化和生物方法相比，能较好地适应渗滤液水量和水质的变化，是一种投资小、运行费用低、且能加速垃圾稳定、增加甲烷产出和能源回收的方法。但也面临挑战：厌氧条件下回灌渗滤液主要作用是脱碳，随着填埋垃圾的降解，回灌后产生渗滤液具有―老龄‖渗滤液的特征，不宜于生物处理，需辅助的要异位处理设施。传统厌氧填埋场中回灌渗滤液，硝化反应很难在场体内部进行，无法通过硝化－反硝化反应脱除氨氮，氨氮积累较严重[3,32]。 3.2 强制通风好氧填埋

强制通风好氧填埋是利用鼓风机直接向垃圾填埋场场体内鼓风供氧来实现的。通风好氧填埋与传统厌氧填埋相比具有下列特点：1）可以加速好氧降解，有效降解垃圾中可生物降解的有机质，缩