垃圾滲濾液是指垃圾在堆放和填埋過程中，由于發酵和淋溶、沖刷，以及地表水和地下水的浸泡而過濾出來的污水。目前，我國城市垃圾處理中 70 %以上是采用衛生填埋法，而衛生填埋的一個直接后果就是產生大量滲濾液。這種滲濾液水質水量變化大，有機物濃度高、重金屬含量高、氦氮含量高，對周邊環境及填埋場場底土層污染嚴重，而且污染持續時間長，易引起二次污染，有機污染物進入食物鏈將直接威脅人類健康。

土壤重金屬污染的生物修復技術研究廣泛，技術逐漸成熟，其污染土壤的植物修復的原理、技術與類型都是近年的研究熱點。其次，通過了解土壤環境中多環芳烴的來源歸宿生物轉化機理影響因素，結合生物修復技術研究進展，能夠提出利用生物技術治理土壤環境中多環芳烴的思路及方法。然而，對于垃圾滲濾液污染土壤的生物修復技術的研究少之又少。因而，對滲濾液污染土壤進行有效的收集和處理己成為城市環境中亟待解決的問題，垃圾滲濾液污染土壤的生物修復技術的研究不僅對生物修復處理廢水、土壤和大氣的優化有極其重要的指導意義，而且對今后擴大工業化規模的可行性研究提供了依據，同時對其他類型的土壤修復技術也有重要的參考價值。

1、 垃圾滲濾液的產生及其性質

1.1 垃圾滲濾液的產生

垃圾滲濾液是由大氣降雨和徑流、垃圾有機物中本身的含水、填埋后由于微生物的厭氧分解作用而產生的液體等而形成的，產生的垃圾滲濾液其性質與氣候變化、水文條件、季節交替、填埋垃圾的種類與性質、垃圾填埋的時間、填埋方式及垃圾本身的含水量等因素有關。如垃圾填埋時間短的滲濾液\\(<5a\\)水質特點表現為 pH 值較低，BOD5、CODCr濃度高，且 BOD5/CODCr的比值高，各類重金屬離子的濃度也較高，而填埋時間長的滲濾液\\(>5a\\)，尤其是長期處于產甲烷階段的滲濾液 pH 接近中性，BOD5、CODCr 濃度降低，BOD5/CODCr的比值也低，重金屬濃度雖低，但 NH4+-N 濃度較高，并含有大量的異源有機化合物，從而構成滲濾液的長期污染性。

1.2 垃圾滲濾液的毒性

垃圾滲濾液的毒性是由其所含有的污染物有關，而垃圾滲濾液所含的污染物種類及濃度均與所在填埋場的垃圾類型、組分、填埋方式及填埋時間等密切相關，由于垃圾滲濾液中含有許多誘導基因突變的污染物，首先表現為基因毒性，Schrab 等人通過微生物的生物測試包括 Salmonella 誘變測試、Bacillus subtilis DNA的修正測試、Aspergillusnidulans 雙倍染色體的損傷測試等證實了這一結論。Sang 等人用滲濾液對幾種植物進行毒性試驗，發現垃圾滲濾液中的有機污染物影響植物生長并誘導植物的生理突變如細胞有絲分裂指數下降、細胞核分裂增加及細胞分裂后期失常等。

1.3 垃圾滲濾液對水環境的影響

垃圾滲濾液是一種成份復雜、污染性很強的有機廢水，對地表水、地下水均會產生嚴重的污染。研究表明垃圾滲濾液中不但含有病原微生物，也含有大量的酸性和堿性有機污染物，并能將垃圾中的重金屬溶解出來，成為有機物質、重金屬和病原微生物三位一體的污染源，如果控制不當如雨后垃圾場內滲濾液的間歇入滲和排污干渠內污水的連續入滲就會造成地表水或地下水的嚴重污染。因此垃圾滲濾液致使環境污染的事件國內外屢有發生。

1.4 垃圾滲濾液在土壤中的環境行為及其環境影響

像許多有機污染物一樣，垃圾滲濾液污染物進入土壤后或被土壤顆粒所吸附；或被土壤微生物所降解；或隨土壤水滲濾到地下水，使地下水受到污染；或吸附于懸浮物隨地表徑流遷移造成地表水的污染等等。隨著垃圾填埋場滲濾液造成環境污染的案例出現，垃圾滲濾液在土壤中的環境行為已引起人們的關注。

1.4.1 垃圾滲濾液在土壤中的吸附行為

垃圾滲濾液在土壤中的吸附行為對環境中污染物質的遷移、轉化和歸宿有著直接的影響。而影響垃圾滲濾液在土壤中的吸附因素有以下幾項：土壤有機質；粘粒含量；pH 值的影響；垃圾填埋年限。

研究表明，土壤有機質含量越高，對污染物吸附相對越弱，其中土壤 DOM 對其吸附作用有很大的貢獻；如利用砂礫與蘆葦床處理滲濾液，吸附作用對 NH4+-N 的去除起著關鍵作用；紅壤pH 值低，土壤表面的正電荷密度較高，有利于對垃圾滲濾液中有機物的吸附；隨著垃圾填埋年限的增加，其產生的滲濾液在土壤中的吸附量也增加。

1.4.2 垃圾滲濾液的生物降解行為

垃圾滲濾液進入土壤及地下含水層后由于受對流、彌散、擴散作用的影響而被遷移，也會被土壤吸附，甚至被土壤微生物所降解。垃圾滲濾液在土壤中的降解動態不僅極大影響自身對環境的危害程度，也影響到在含有垃圾滲濾液的土壤中有機、無機污染物的環境行為。

垃圾滲濾液在土壤中的降解量和降解速率不僅與垃圾滲濾液的性質、填埋年限相關，也與土壤的礦物組成、土壤粘粒含量、有機質含量、土壤 pH 等關系密切。如不同填埋年限垃圾滲濾液在潮土中降解速率比在紅壤中快，在相同土壤中，填埋年限越短的垃圾滲濾液在土壤中表觀降解率越大，這與分子量或親水\\)疏水性組分不同等性質有關，填埋年限越短的垃圾滲濾液中低分子量組分或親水性組分含量相對較高，而土壤對低分子量組分或親水性組分的水溶性有機物\\(DOM\\)較之高分子量或疏水性組分的DOM 吸附弱，從而易被土壤微生物降解。在沒有土壤介質條件下\\(消除土壤因素對垃圾滲濾液的降解影響\\)，垃圾滲濾液降解速率遠比在土壤中的降解速率低。

1.4.3 垃圾滲濾液在環境中的遷移行為

垃圾滲濾液污染物在土壤中的遷移，既受各種物理、化學和生物反應作用的影響，也受土壤結構及含水層水動力條件的影響。

李建萍等人采用土柱模擬試驗研究了垃圾滲濾液有機污染組分在不同厚度包氣帶介質中的運移規律，結果表明有機污染物在土壤中遷移是對流、機械彌散、分子擴散、吸附等共同所致，其遷移大小與土層結構與成分如礦物組成、水和水動力條件等有關。

當填埋場滲濾液存在水頭過高或污染物濃度較高時，垃圾滲濾液可能會通過襯墊系統向地下水體遷移。

2、 垃圾滲濾液污染土壤的修復技術

2.1 滲濾液在土壤和地下水中的遷移轉化規律

了解地下水中滲濾液污染物的分布和轉移機制對于確定采樣點和繪制等濃度線是絕對必要的。滲濾液在土壤和地下水各種飽和度條件下遷移轉化主要有三種影響：對流遷移，主要是污染物隨水體遷移；水動力彌散，包括分子擴散和水動力彌散：源和漏項，包括流體源、污染物入流濃度、化學反應、放射性衰減、固相吸附及植物吸取等。因此，描述滲濾液在土壤和地下水中的基本方程式如公式 1。

式中：C-滲濾液在土壤和地下水中的濃度，mL-3；θ-體積含水率，無量綱；t-時間，T；Dn-彌散系數張量，L2T-1；SS-源漏項，nL-3T-1；Rk-第 k 個反應器溶解物的產率，ML-3T-1；V-土壤空隙流速，LT-1。

土壤水分及污染物遷移方程描述了滲濾液在土壤和地下水中遷移轉化的一般規律，必須給出邊界條件和初始條件才能求解污染物的濃度分布狀況。結合現場中試實驗和數學模型，預測滲濾液有機污染物在地下水中的濃度分布是修復工程供給系統，表面活性劑、微生物、阻塞控制以及通風供氧設計的基礎。

2.2 垃圾滲濾液污染土壤的傳統修復技術

對于土壤污染的修復技術與方法，國外自 70 年代末 80 年代初己開始研究。初期多用物理和化學方法進行污染土壤的修復，如熱處理法和化學浸出法，但費用昂貴，不適于大面積應用 80年代末和 90 年代初期，國外開始研究基于物理、化學過程的微生物、植物分解代謝土壤污染物的生物修復方法，近幾年來發展非常迅速，不僅較物理、化學法經濟，同時也不易產生二次污染，更適于大面積土壤的修復。目前，生物修復技術已開始成為土壤污染修復的主要處理技術，可以預見，生物修復技術在污染土壤、污泥和地下水修復工程中將扮演越來越重要的角色。

2.3 垃圾滲濾液污染土壤的生物修復技術

迄今為止，污染土壤的生物修復技術主要有兩類：原位生物修復技術和地上處理技術又稱異位處理技術。原位修復技術包括:投菌法、生物培養法、農耕法、植物修復法等多種修復技術。原位生物修復不需將土壤挖走，其優點是費用較低易實施。通常采用向污染區域投放氮、磷等營養物質或供氧，促進土壤中依靠有機物作為碳源的微生物的生長繁殖，或接種經馴化培養的高效微生物等方法，利用其代謝作用達到消耗某些有機污染物的目的。

許多國家應用這種技術處理被石油污染的土壤，取得了較好的效果。如美國猶他州某空軍基地對航空發動機油污染的土壤采用原位生物降解方法，處理過程是：噴濕土壤，，使土壤濕度保持在 8%~12 %范圍，同時添加氮、磷等營養物質，并在污染區打豎井抽風，以促進空氣流動，增加氧氣供應。經過 13 個月后，土壤中平均油含量下降了 90 %。在原位修復技術上也有通過種植特種植物有針對性地吸收和富集某些重金屬污染物的方法。

地上生物處理法則需要把污染土壤挖出，集中起來進行生物降解?？梢栽O計和安裝各種過程控制器或生物反應器以產生生物降解的理想條件。這樣的處理方法包括:生物反應器法、預制床法、土壤堆肥法和生物泥漿法。地上生物處理法由于處理成本高一般只適合于污染含量極高，面積較小的土壤。生物修復技術方法因為投資少、風險小、效果顯著而備受各方面的關注，這其中又以土壤微生物降解為主的修復技術為研究熱點。微生物降解有機化合物的巨大自然容量是生物修復的基礎。土壤中的微生物具有范圍很寬的代謝活性，因此消除污染物的一個簡單方法就是將污染物或含有這些污染的物質加到土壤中去，依靠上壤中的土著微生物群落降解。反過來，對于被污染的土壤，也可以通過提高土壤微生物的代謝條件，人為地增加有效微生物的生物量和代謝活性或添加針對性的高效微生物來加速土壤中污染的降解過程。

3、 生物修復技術處理垃圾滲濾液污染土壤的機理

生物修復治理方法主要有原位修復技術和異位修復技術。原位修復技術是指在人為控制條件下進行不飽和土壤、飽和土壤和地下水蓄水層的不飽和土壤帶污染物的生物降解與污染治理。其過程主要包括投加營養物質和提供氧源\\(通常是用過氧化氫\\)，有時需采用一些特殊的微生物以加強降解。處理的程度一般取決于養分的利用。原位生物修復技術因不需要污染物的運移，具有省時、高效的優點，可以將污染物徹底轉化為無害成分，如二氧化碳和水。異位修復技術是指將被污染的土壤或地下水從被污染地挖掘或提取出來，經運輸后，再進行治理的技術，一般常借助于生物反應器進行處理。

3.1 微生物降解轉化污染物質的動力學機理研究

3.1.1 速度模型

有機化合物微生物降解動力學一直是研究者的熱門課題。國內外專家學者提出了許多有機化合物降解的速率模型，其中雙曲線速率方程式適用于土壤中有機化合物的微生物降解。雙曲線速度模型的表達式為：

式中，速度直接取決于濃度，同時取決于濃度和它項之和。

在條件最單一情況下，所謂的“它項”為單一常數。K1是隨濃度增加而漸進的速度最大值。K2稱假平衡常數，因為由 K2所表示的平衡實際上在反應中被不斷的打破。

3.1.2 有機化合物降解過程與降解反應速度方程的擬合性

微生物對某種化合物降解時，首先要經歷一個對基質化合物適應的過程。在此期間，化合物濃度降低很慢，微生物處于遲滯期。而后，參與降解的微生物增殖，降解速度漸增，并與微生物數量和微生物對化合物的降解率增加成正比。當微生物進入對數生長期，化合物濃度迅速下降。隨后，微生物增殖減慢，此時化合物若不再補充就會停止增殖直至化合物被耗盡；至于降解速度，先是不再增加，而后隨剩余化合物濃度降低近似衡定的降低，此時即一級反應階段。若反應速度發生變化，反應級數將介于零和一級之間，其值隨化合物濃度而定。在經歷第一次適應降解過程之后，接著第二次投加同一化合物，該化合物濃度就會迅速下降而無遲滯期。

微生物通過共代謝而致化合物降解的反應速度，對于未被微生物優選能源的化合物，通?？抗泊x反應降解。這個反應過程沒有遲緩期，降解速度從高濃度下的零級反應速度轉為低濃度下的一級反應速度。

3.2 微生物降解轉化污染物質作用機理

隨著人們對環境污染認識越來越深，對環境治理力度就越來越大，用以前的物理化學方法治理受污染土壤越來越顯不夠、不徹底。微生物可以利用污染物進行生長和繁衍。轉移或降解有機污染物是微生物正常的活動或行為。有機污染物對微生物生長有兩個基本的用途：為微生物提供碳源，這些碳源是新生細胞組分的基本構建單元；為微生物提供電子，獲得生長所需的能量。微生物通過催化產生能量的化學反應獲取能量。

微生物通過催化產生能量的化學反應獲取能量，這些反應一般使化學鍵破環，使污染物的電子向外遷移，形成氧化一還原反應。其中，氧化作用是使電子從化合物向外遷移過程，氧化一還原過程通常供給微生物生長與繁殖的能量，氧化的結果導致氧原子的增加和\\(或\\)氫原子的丟失；還原作用，則是電子向化合物遷移的過程，當一種化合物被氧化時這種情況可發生。在反應過程中有機污染物被氧化，是電子的丟失者，獲得電子的化學品被還原，是電子的接受者。通常電子接受體是氧、硝酸鹽、硫酸鹽和鐵，是細胞生長的最基本要素，它們用來保證微生物生長的電子接受體和電子給予體。

許多微生物是在微尺度上的有機體，能夠通過對食物源的降解作用生長與再生，這些食物源也包括有害污染物，它們都是利用氧分子作為電子接受體。這種借助于氧分子的力量破壞有機化合物的過程稱為好氧呼吸作用。在好養呼吸作用過程中，微生物利用氧分子將污染物中的部分碳氧化為二氧化碳，而利用其余的碳產生新細胞質。在這個過程中，氧分子減少，水分子增加。好養呼吸作用的主要副產物是二氧化碳、水以及微生物種群數量的增加。

3.3 強化微生物降解轉化污染物質的途徑及方法

土壤遭受生活垃圾滲濾液污染后，其有機物的降解速度，除受滲濾液本身的化學組成、物理性質影響外，還受土壤水勢、土壤中有效養分高低等因素的影響。降解過程可以由改變土壤理化條件\\(包括土壤 pH，溫度、濕度、通氣狀況及添加營養\\)來完成。

研究適宜的土壤水分、氮磷比，并加以調節，有利于加快土壤微生物對有機污染物的降解。為了強化有機污染的生化治理過程，目前有以下幾種途徑。

\\(1\\)營養物質的添加及量的配比生物修復技術是利用生活的有機體處理污染物，因而必然受到許多外界環境的影響。在被污染的土壤和地下水中，滲濾液中含有大量的碳和氫，是微生物可以利用的大量底物，同時土壤中存在各種無機鹽，基本可以保證降解過程中細菌對碳、氫以及各種微量元素的需求。但它只能夠提供有機碳而不能提供其他營養物，因而氮、磷元素的缺乏是影響細菌生長繁殖的主要原因。適當的添加外源營養物具有重要的作用。

\\(2\\)添加適當的電子受體微生物的活性除了受營養盆的限制，土壤中污染物氧化分解的最終電子受體的種類與濃度也極大的影響著生物修復的速度和程度，包括 O2、H2O2和其他的一些離子。

在土壤中，特別是有機污染物濃度高時，氧的供給就成為生物降解的控制因素。微生物氧化還原反應一般以氧為電子受體，可以直接采用氧氣，或壓縮空氣，另外有機物分解的中間產物和無機酸根也可作為最終的電子受體。H2O2是一種強氧化劑，它既可直接氧化一部分有機污染物，又可為微生物的氧化過程提供充足的電子受體，強化它們對有機污染物的氧化降解作用，但濃度過大時，將對微生物產生毒害作用。

\\(3\\)添加其他物質研究表明，生物修復技術除了受營養物和電子受體的影響，還與土壤特性、有毒有害污染物的物理化學性質具有密切的關系。如何改善生物修復的條件，己經成為生物修復研究的熱點問題。

\\(4\\)同生菌群的強化作用混合培養菌對石油的降解作用效果明顯高于單株培養菌。這種具有協同降解作用的微生物群稱為同生菌群。但目前對于具有協同關系的菌株的篩選和組合還是一個隨機的過程，其協同作用的機制有待進一步研究。

4、 結論與展望

\\(l\\)垃圾衛生填埋是目前處理城市生活垃圾的主要方式，此方法產生大量的垃圾滲濾液。滲濾液屬于高濃度有機廢水水質特征是：濁度高、CODCr濃度高、氨氮濃度高，表現形式為大量的有機的、親水的、帶負電荷的膠體。

\\(2\\)垃圾滲濾液對土壤的污染，經過雨水的淋溶對地下水會產生有機及重金屬污染，今后可以研究垃圾滲濾液經土壤過濾后對地下水產生的污染。

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