（市政工程专业论文）生活垃圾渗滤液水质特性分析及对策.pdf

摘要 随着城市化进程的加快、城市规模的不断扩大和人们生活水平的闩益提高，城市垃 圾的产量也在逐年提高。目前垃圾的处理大都采用卫生填埋，垃圾卫生填埋会大大减少 因垃圾敞开堆放所带来的环境问题，但卫生填埋也同样带来了新的环境问题一垃圾渗滤 液对填埋场周围的地表水、地下水、土壤造成污染。垃圾渗滤液是指垃圾在堆放和填埋 过程中由于发酵和降水的冲刷、地表水和地下水浸泡而滤出的污水，渗滤液中不仅含有 大量的有机物、无机物、n h 3 一n ，有时还含有重金属。渗滤液的产生量受水文、土质、 气候等的影响，由于渗滤液水质水量的复杂性，目前国内外还无十分完善的渗滤液处理 工艺，目前处理垃圾渗滤液常用的方法主要包括生物处理法和物化法：常见的生物处理法 包括厌氧、好氧及二者的结合，生物处理对去除氨氮及易生物降解的渗滤液有效，且成 本低不易形成二次污染方式；物化处理方法包括混凝、沉淀、吸附、膜处理和深度氧化法， 物化法不受水质水量的影响，对b o d c o d 比值低的难生物降解的垃圾渗滤液较为有效。 本文首先对垃圾填埋场渗滤液的产生机理、产量及其影响因素、水质特征及其 变化规律和填埋垃圾中污染物的溶出规律进行了分析探讨。其次，对渗滤液的处理特性 作了深入的分析。处理特性指那些影响其处理工艺选择及处理效果的主要指标的特性及 其变化规律，! z l l ：水质的季节性变化( 可通过调节池进行调节) ；水质随填埋龄的变化问题 ( c o d 、b o d n h 3 n 、金属离子等随垃圾的初期调节、转化、产酸、产甲烷及成熟 阶段的进程而变化) ；污染成分及其变化的复杂性( 体现在渗滤液中所含污染物多、难降解 物多、有毒有害物多、地区差异大，短期和长期变化大) 。通过对现有研究成果( 处理方 案、处理方法及处理工艺) 的分析比较。得出用u a s b + 好氧生化池+ 氨吹脱+ 絮凝沉淀+ n f 工艺的可行性。 关键词：垃圾填埋场，垃圾渗滤液，u a s b ，混凝法，n f ，处理工艺 a b s r t a c t 、m t l lt h e c o u n t r yb e i n gt u r n e d i n t o c i t yq u i c k l y , t h ec i t y s c a l e b e i n g e x t e n d e d c o n t i n u o u s l y ，t h ei nc r e a s i n go fp e o p l e sl i v i n gl e v e l ，t h ey i e l do ft h ec i t yg a r b a g e a l s or a i s i n g y e a rb yy e a r 。c u r r e n t l yh y g i e n ef i l l ，w h i c h c a nr e d u c ec o n s u m ec a u s e db yt h eg a r b a g eo p e na h e a po fp u tb r i n go fe n v i r o n m e n tp r o b l e m ，i st h em a i nm e a n st op r o c e s sg a r b a g e ，b u tt h e g a r b a g e h y g i e n ef i l la l s ob r i n gt h en e we n v i r o n m e n tp r o b l e mt h a t l a n d f i l l l e a c h a t e c o n t a m i n a t es u r f a c ew a t e r , g r o u n d w a t e r , a n ds o i ls u r r o u n d i n gt h eg a r b a g eh y g i e n ef i l l l a n d f l l l e a c h a t ei st h ed i r t yw a t e rw h i c hi sp r o d u c e di nh e a pp u ta n df i l lc o v e ru pp r o c e s sb e c a u s eo f f e r m e n t i n ga n dd e c l i n i n gt h ef l u s ho fw a t e r ，t h ee a r t h ss u r f a c ew a t e ra n dg r o u n d w a t e r s s o a k i n g l a n d f i l jl e a c h a t ei s g e n e r a t e da sar e s u l to fp r e c i p i t a t i o ns u r f a c er u n o f f , a n d i n f i l t r a t i o no fi n t r u s i o no fg r o u n d w a t e rp e r c o l a t i n gt h r o u g hal a n d f i l l 。l e a c h a t ec o n t a i n sa l a r g ea m o u n to fo r g a n i cm a t t e r ( b o t hb i o d e g r a d a b l ec a r b o na n dn o n - b i o d e g r a d a b l ec a r b o n ) ， a m m o n i a n i t r o g e n ，h e a v ym e t a l s ，c h l o r i n a t e do r g a n i ca n di n o r g a n i cs a l t s 。t h el e a c h a t e p r o d u c t i o nd e p e n d so nm a n ya s p e c t ss u c ha st h eh y d r o l o g yo fl a n d f i l l ，t h es o i lq u a l i t yo f l a n d f i l l ，t h ew e a t h e ra n dt h ea g eo fl a n d f i l l 。s i n c et h ec o m p l e xo ft h el e a c h a t et h e r ei sn o t p e r f e c tt e c h n i q u ea l lo v e rt h ew o r l dt i l ln o w 。t h ec o m m o np r o c e s s e sa r ep h y s i c a l c h e m i c a l p r o c e s s a n db i o l o g i c a lt r e a t m e n t p r o c e s s 。t h ep h y s i c a l - c h e m i c a lp r o c e s s i n c l u d e s c o a g u l a t i o n ，d e p o s i t i o n ，a d s o r p t i o n ，m e m b r a n e ，a d v a n c eo x i d a t i o na n d s oo n 。b i o l o g i c a l p r o c e s si n c l u d e s a e r o b i c ，a n a e r o b i cp r o c e s sa n dc o m b i n a t i o no fb o t hp r o c e s s e s 。t h e p h y s i c a l c h e m i c a lp r o c e s si sn o ta f f e c t e db yt h el e a c h a t eq u a l i t ya n dp r o d u c t i o n 。i t i se f f e c t i v e f o rt h en o n b i o d e g r a d e dl e a c h a t et h a th a sal o wr a t i ob o dt oc o d c r ，f u r t h e r m o r em a n y a d v a n c e do x i d a t i o np r o c e s s e ss u c ha sp h o t o c h e m i c a la n de l e c t r o c h e m i c a lp r o c e s sc a n i m p r o v e t h el e a c h a t e b i o d e g r a d a b i l i t y b i o l o g i c a lp r o c e s s i se f f e c t i v ef o rt h e a m m o n i a - n i t r o g e n ( n h 3 一n ) a n de a s y - b i o d e g r a d e d l e a c h a t e f u r t h e r m o r e b i o l o g i c a lp r o c e s s c a n tl e a dt os e c o n dp o l l u t i o na n dh a sl o wc o s t 。 f i r s t l y ，t h eg e n e r a t i o np r i n c i p a l s ，t h eq u a n t i t y ，t h ei n f l u e n t i a lf a c t o r s ，q u a l i t yc h a r a c t e r sa n d i t sc h a n g i n gl a w ，t h el e a c h i n gr u l eo fc o n t a m i n a n t sa r es t u d i e d s e c o n d l y ，i ta n a l y z e st r e a t m e n t c h a r a c t e r s t i c so ft h el e a c h a t et r e a t m e n tw h i c hr e f e rt ot h em a i ni t e m s c h a n g i n gl a w ，f o r e x a m p l e ：t h eq u a l i t yc h a n g i n gl a r g e l yw i t ht h es e a s o n ( s o l v e db yb u i l d i n gab a l a n c i n gp o n d ) ； t h eq u a l i t yc h a n g i n gw i t ht h ea g eo ft h el a n d f i l l ( i nt h ed i f f e r e n tr e f u s ed e c o m p o s i t i o ns t a g e t h ec o n c e n t r a t i o no fc o d ，b o d 5 ，n h 3 - n ，h e a v ym e t a l sa r eq u i t ed i f f e r e n t ) ，t h ec o m p l e x i t y o ft h ec o n t a m i n a n t s ( r e p r e s e n t e db yt h ec o m p l e xp o i s o n o u sp o l l u t i o nm a t t e rw h i c hv a r yi n d i f f e r e n ta r e a s ) 。g e tu a s b + a e r o b i cb i o c h e m i c a lp o o l + a i r - s t r i p p i n g + c o a g u l a t i o n + n f t e c h n o l o g yf e a s i b i li t y 。 k e y w o r d s ：l a n d f i l l ，l e a c h a t e ，u a s b ，c o a g u l a t i o n ，n f ( n a n o f i l i t r a t i o n ) ，t r e a t m e n tp r o c e s s e s n 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究工 作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何 未加明确注明的其他个人或集体己经公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 器稻 瑚6 1 年f 月z ge t 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学 校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权 利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成 果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名： 营黟 导师签名：冤蟊寺 年r 月馏曰 刎年f 月曙e t 长安大学硕l 学位论文 1 1 前言 第一章绪论 城市生活垃圾是指在城市日常生活中或者为城市日常生活提供服务的活动中产生 的固体废物以及法律、行政规定视为城市生活垃圾的固体废弃物。城市生活垃圾污染， 已成为世界各国的一大公害，许多现代化的城市为生活垃圾所困扰。近十年来，我国城 市化进程发展迅速城市垃圾以平均每年( 8 1 0 ) 的速度增长。有一些城市，如北京 的增长率更是高达( 1 5 - - - 2 0 ) 。据预测，按现在的增长速度，到2 0 1 0 年我国城市生 活垃圾将达到2 6 4 亿吨，2 0 3 0 年为4 0 9 亿吨，2 0 5 0 年为5 2 8 亿吨。产生的垃圾大多 堆放在城市郊外，形成“垃圾围城”的严重局面。这样既侵占了大量的土地，又污染了 土地，同时还成为蚊蝇孳生、传染疾病的源头。在垃圾填埋过程中会产生污染性极强的 垃圾渗滤液，虽然量不大，但若处理不当会对生态环境和人体健康带来巨大危害，因此 垃圾渗滤液的有效处理迫在眉睫。 城市生活垃圾对环境的污染问题正变得同益突出，垃圾包围城市的现象非常普遍n 3 。 由于经过2 0 多年的堆放，垃圾裸漏腐败分解，加之风吹雨淋，产生含有大量污染物的垃 圾渗滤液，其不断污染土壤并通过包气带下渗污染地下水，给周围环境带柬严重影响， 同时垃圾作为老鼠、蚊蝇以及磊种病菌的孽生地，给城市居民的身体健康造成严重威胁。 环境污染问题是一个世界性的问题，生活垃圾对环境的污染及其处理一直是困扰社会经 济可持续发展的一大问题，而垃圾填埋场对环境的影响又主要是垃圾渗滤液问题。垃圾 渗滤液是由生活垃圾填埋作业后滤出或垃圾分解以及因为降水的原因形成的一种高浓 度的有机废水。其中含有致癌物、促癌物、辅致癌物的苯环等有机物和环境优先污染物 “黑名单”上的二十多种有毒有害污染物。它成份复杂，可生化性差，水质和水量波动 性大，这些特点使得渗滤液的处理仍然是目前尚未彻底解决的世界性难题。国内外有许 多专家学者对渗滤液的水量和水质进行了研究，研究方法通常采用实验室模拟心3 3 ( 一般 是几公斤至几十公斤垃圾量) 和小规模现场试验n 3 ( 如几十吨垃圾量) ，由于大型填埋场 占地面积、填埋作业工艺、垃圾填埋规模受水文地质等环境条件的影响程度等多方面与 实验室和小规模现场试验的差异极大，因此我国城市垃圾无害化处理率仅为2 3 ，剩下 9 7 的城市垃圾只得运往城郊常年堆放。目前我国有6 6 8 个露天堆场或简易填埋场没有 垃圾渗滤液处理设施。6 3 5 座垃圾填埋场渗滤液处理成本高，大多数未达到国家渗滤液 第一章绪论 处理标准。垃圾渗滤液是地表水和地下水有机污染物的主要来源之一，垃圾渗滤液未经 无害化处理，直接捌放到河流、水库和土壤中，会严重污染农作物和水生物，并通过食 物链直接或间接进入人体组织与细胞中，导致各种疾病的产生，危害人类的身体健康和 生态环境，而且对周围的地下水和地表水均会造成严重的环境污染嫡1 ，根据1 9 7 7 年的资 料阳3 美国共有1 8 5 0 9 个填埋场，几乎有一半对水体产生了污染。我国兰州东瓮地雁滩水 源地因垃圾渗滤液污染而废弃，西盆地马滩水源地部分水井报废订1 ：澳门与珠海市交界 处的茂盛围因澳门垃圾渗滤液污染，使当地河流鱼虾绝迹、农田失收哺1 。1 9 9 2 年， r r o b i n 四1 等对美国佛罗里达中北部的垃圾填埋场的地下水和地表水中的优先有机污染 物的研究结果表明，水体中存在着芳香族有机组分及固体废物中未被分解的优先有机污 染物。国内郑曼英报导n 们广州市老虎窿填埋场虽然1 9 9 2 年封场，但直至1 9 9 5 年其排出 的渗滤液中b o d 、c o d 、氨氮和磷仍然超标，其中以氨氮为甚。福州红庙岭填埋场建场之 前，红庙、桂湖溪水质清洁，长期以来保持着良好的生态平衡。建场后，由于垃圾填埋 场产生的渗滤液，给填埋场下游的红庙、桂湖溪带来严重的水污染，造成重大的水污染 事件：红庙溪水色常年灰黑浑浊冒泡，散发异臭；用红庙溪水灌溉己给沿村造成近十公 顷农田绝收，红庙溪、桂湖溪水质下降，还影响了桂湖沿岸水生生态与养殖业。目前沿 溪的几十公顷鱼池绝大部分都处于荒置状态1 。因此，妥善处理垃圾渗滤液，彻底消除 渗滤液对环境的影响是防止二次污染最重要的措施。对垃圾渗滤液的处理各国研究的时 间较长，但迄今尚无比较切实有效的处理方法2 j 。我困垃圾渗滤液处理技术研究“七五” 期间才起步。随着国内城市垃圾卫生填埋场的建设，渗滤液处理站也在不断建设与发展， 其处理技术目前处于多样化，但存在着不少问题，己形成的处理方法有待进一步完善， 新的处理工艺和方法也急待研究开发。寻找一套经济合理，适应我国垃圾渗滤液处理的 工艺流程，开发新型的渗滤液处理技术，推动我圈垃圾填埋场的技术发展是当前迫切的 研究课题，具有广阔的前景引。 1 2 研究背景 目前国际上的垃圾处理问题已不仅停留在如何控制和销毁的阶段，而是积极采取有 力措施，进行最大限度的回收和综合利用，以创建具有良好经济生态效益的“垃圾产 业”。达到即净化城市生态环境的目的，又提高资源的综合利用效益，保持人与自然的 和谐共处，促进人类社会的可持续发展。 2 长安大学硕上学位论文 据不完全调查表明，国内几乎所有卫生填埋场产生的垃圾渗滤液均未实现达标排 放。因此，发展垃圾渗滤液的控制和治理技术己经成为当前一项迫切的研究课题。我国 的垃圾成分与国外垃圾成分有很大不同，决定了我国垃圾渗滤液成分不同于国外渗滤 液，垃圾渗滤液处理技术应该走自己的路线，而不能简单地效仿国外渗滤液管理模式， 寻找一项经济、合理的渗滤液处理技术，以达到经济、社会、环境效益的统一是必要的。 垃圾是人们在生产生活过程中产生的废弃物，垃圾的处理处置发展历程完全贯穿于 现代人类文明的发展史中。史前时期人类将生活垃圾就地堆放可以说就是垃圾土地处理 的雏形，而随着垃圾产量的增多和垃圾组成的复杂化，垃圾简易堆放所带来的卫生、安 全和社会伦理问题日渐突出，迫切要求对垃圾进行无害化处理处置n 制。随着二十世纪3 0 年代后期垃圾填埋场的问世，大量的城市垃圾才了较先进和科学的处置手段。到6 0 年 代许多欧美国家制定了有关垃圾卫生填埋场的设计、施工、运行、管理和维护等标准和 规范后，现代的城市垃圾卫生填埋场才得以成型n 5 l 。 由于在垃圾的卫生填埋过程中，要对填埋单元进行防渗处理、疏导沼气、用无毒无 害的覆盖材料覆盖垃圾表面，并对收集到的渗滤液和沼气进行处理，因而现代的城市垃 圾卫生填埋场是一种城市垃圾的“无害化”处置方式。 尽管人们处理垃圾的手段随着社会的发展和科技的进步而越来越丰富，但由于城市 垃圾卫生填埋具有其它处理方式所无法比拟的经济和技术优势，在过去数十年中甚至现 在，许多发达国家仍将垃圾卫生填埋作为其处理处置垃圾的首要方式n6 。19 9 7 年全美国 有垃圾卫生填埋场3 0 9 1 个，除少数几卅i j l - ，其它州都以卫生填埋作为其处理处置垃圾 的主要方式n 引。 我国从二十世纪8 0 年代开始采用垃圾卫生填埋技术，至今全国己有十多个城市建 有严格的垃圾卫生填埋场n 引，尚有大量城市难在建设和准备建设垃圾卫生填埋场。我国 建设部、国家环保总局、科技部联合制定的城市生活垃圾处理及污染防治技术政策 明确指出，垃圾卫生填埋足我国现阶段城市垃圾的主要处理手段，“在具备卫生填埋场 地资源和自然条件适宜的城市，以卫生填埋作为垃圾处理的基本方案 n9 i 。因此完全可 以预计城市垃圾卫生填埋场将在我国得到越来越广泛的应用。 尽管城市垃圾卫生填埋场具有众多优势，但其在填埋阶段以及填埋场封场后监管期 间产生的渗滤液却是一个比较棘手的问题。填埋场产生的渗滤液不仅数量大，污染强度 和污染特征还随填埋时间而不断发生变化。众多研究和实践表明，填埋场渗滤液不仅难 3 第一章绪论 处理，并且处理费用很高。同时由于填埋场设计、施工和运行监管的缺陷易使填埋场渗 滤液控制系统发生故障，最终对填埋场地下水体造成污染。1 9 7 7 年，美国1 8 5 0 0 个填埋 场中几乎有一半对周围水体造成了污染3 ，1 9 9 7 年英国4 0 0 0 个填埋场中对水体环境造 成污染的比例也达到3 3 乜。我国现己建成的卫生填埋场中同样有渗滤液污染周围环境 的现象。因此为使城市垃圾卫生填埋场真j f 成为“无害化”的城市垃圾处置方式，正确 控制填埋场产生的渗滤液非常关键。 1 3 本文研究的目的和研究内容 1 3 1 本文研究的目的 目前我国的垃圾处理方式主要是填埋。渗滤液的污染控制是填埋场设计、运行和封 场的关健性问题，也成为大力发展垃圾卫生填埋技术的瓶颈，因此研究垃圾渗滤液的处 理技术对保护我国的环境尤为重要。近十几年来国外学者就垃圾渗滤液的处理进行了大 量的探索和研究，取得了一些成功经验，有的己用于工程实践。我国在垃圾渗滤液的处 理研究方面起步较晚、起点较低，有不少失败的教训，但也获得了一些宝贵的经验。但 目前的处理工艺组合也并没有真正彻底地解决访问题。由于垃圾渗滤液具有水质水量变 化大等特征因素，所以处理工艺应根据填埋场的气候特征、周围环境、渗滤液的水量及 水质特点及处理的程度不同等因素进行合理的选择，以达到最高效的处理效果。 本文通过对大量现行技术及工程实例的对比，分析，较全面地总结了现行的垃圾渗 滤液处理工艺特点，提出生活垃圾渗滤液水质特性分析及对策，并针对五种不同特点的 填埋场的渗滤液处理，提供了具有针对性的处理工艺流程，并系统地分析了各自的优缺 点及适用性，对今后的渗滤液处理工作有着一定的参考价值。 ： 1 3 2 本文研究的内容 ( 1 ) 对生活垃圾中的污染物进行了详细的介绍，并由此分析了渗滤液的来源、产生原 因、特性成分及其产生量的估算方法。 ( 2 ) 详述了生活垃圾渗滤液的水质变化特性和范围，并详细分析了影响渗滤液水质的 各项影响因素。 ( 3 ) 综述我国现行污染控制标准对渗滤液的排放要求。 ( 4 ) 对目前的渗滤液处理方法分类总结，并详细归纳了各自的优缺点及适用范围。 ( 5 ) 归纳出较为合理的渗滤液处理工艺，并分析总结了优缺点及目前所存在的问题。 4 长安大学硕士学位论文 第二章生活垃圾渗滤液中的污染物 2 1 渗滤液的来源和主要成分 2 1 1 渗滤液的来源 由于雨水及地表水渗入填埋场，再加上垃圾的生物化学和化学降解作用，产生了一 种含有高浓度悬浮物和高浓度有机或无机成分的液体，即渗滤液，也叫渗沥液乜2 | 。 渗滤液的产生是水或其他液体通过废物和废物挤压( 由废物重力而致) 时的渗透结 果，可以把渗滤液定义为当水或其他液体与废物接触时产生的一种液体。影响渗滤液产 生的因素很多，归纳起来，主要有以下几方面：区域降水及气候状况、垃圾性质与成分、 垃圾场水文地质条件、填埋场作业区大小、垃圾覆盖层状况等，下图为垃圾填埋场中的 水分循环示意图。 降水 地表径流 图2 - 1垃圾填埋场水分循环示意图 填埋场渗滤液的来源主要如下： ( 1 ) 直接降水 降水是渗滤液的主要来源，其大小直接影响着渗滤液产生量的多少。降水一部分形 成地表径流，另一部分则下渗垃圾填埋体成为渗滤液。影响地表径流和下渗的主要因素 有降雨量、降雨强度、降雨历时和填埋场覆盖状况等。在相同的条件下，降雨强度越大， 前期雨量越高，越渗产流越高，则地表径流将越大；降雨历时越长，覆土和垃圾含水率 越高，蒸发就越少，下渗增加，造成渗滤液增加；填埋场覆盖层植被越好，地表径流就 越小，而下渗量就越大，反之，下渗量就越小。此外，垃圾成分中有机物含量高，持水 能力较高，降水下渗速率会降低。 ( 2 ) 地表径流 5 第一二章生活垃圾渗滤液中的污染物 地表径流是指来自场地表面上坡方向的径流水，对渗滤液产生量也有较大的影响。 具体数字取决于填埋场地周刚的地势、覆土材料的种类及渗透性能、场地的植被情况及 排水设施的完善程度等。 ( 3 ) 地表灌溉 与地面的种植情况和土壤类型有关。 ( 4 ) 地下水 如果填埋场地的底部在地下水位以下，地下水就可能渗入填埋场内，渗滤液的数量 和性质与地下水同垃圾的接触情况、接触时间及流动方向有关。如果在设计施工中采取 防渗措施，可以避免减少地下水的渗入量。 ( 5 ) 垃圾中的水分 随垃圾进入填埋场中的水分，包括垃圾本身含水以及从大气和雨水中的吸附量。入 场垃圾的含水是渗滤液的主要来源之一。 ( 6 ) 覆盖材料中的水分 随覆盖层材料进入填埋场中的水量与覆盖层物质的类型、来源以及季节有关。覆盖 层物质的最大含水量可以用田间持水量来定义，即克服重力作用之后能在介质孔隙中保 持的水量。典型田间持水量对于砂而言为6 , - - - 1 2 ，对于黏土层的土壤为2 3 3 1 。 ( 7 ) 垃圾降解生成水 垃圾中的有机组分在填埋场内的微生物作用下，分解会生成水，其产生量与垃圾的 组成、p h 值、温度和菌种等因素有关。 ( 8 ) 蒸发作用 填埋场地表( 垃圾层或覆盖土) 的蒸发以及植被的蒸腾作用，虽然不会产生渗滤液， 但是，它是使填埋场水分消耗的重要途径。影向蒸发和蒸腾的因素主要是辐射、温度、 湿度和风力等气象条件，其次是植被及土壤和垃圾含水量的大小及分布。填埋场的覆盖 土层对渗滤液的产生既有正面影响，也有负面影响，因为覆盖土层既阻隔了降雨的下渗， 同时也限制了垃圾层中的水分蒸发。 垃圾渗滤液的水质特征除与上述几个因素有关，还与垃圾的性质、垃圾填埋的时间 及填埋方式等因素有关。垃圾渗滤液不仅是一种高浓度的有机废水，而且其水质和水量 的变化很大，水质成分也较为复杂。渗滤液是在填埋场实际运行和封场期间产生出来的 有害液体，它的性质和数量对填埋场的设计和管理起着重要的作用。 6 长安大学硕1 ：学位论文 2 1 2 渗滤液的主要成分 生活垃圾填埋场渗滤液的成分主要有以下五类 ( 1 ) 有机物：常以t o c 、c o d 、b o d 。计 垃圾渗滤液中有机物可分为三类，即低分子量的脂肪酸类、中等分子量的富里酸类 物质和腐殖质类高分子量碳水化合物。渗滤液中除含有常规的污染物质外，还含有包括 某些致癌、促癌和辅促致癌物质。尤其是当生活垃圾与部分工业垃圾混合时，成分更为 复杂。 ( 2 ) 微量金属元素：m n 、c r 、n i 、p b 渗滤液中含有多种金属离子，其浓度与所填埋的垃圾类型、组分及时间密切相关。 对仅填埋城市生活垃圾的填埋场渗滤液而言，金属离子的浓度通常是比较低的；但对工 业垃圾和生活垃圾混合填埋的垃圾场来说，重金属的溶出量将会明显增加。浙江大学沈 东升等的研究表明，当废电器拆解垃圾与生活垃圾一起填埋时，其渗滤液中的c u 、z n 、 p b 、n i 和h g 等重金属离子的浓度可分别达到3 m g l 、1 1 5 m g l 、1 7 m g l 、1 6 m g l 和 6 5pg l 。 ( 3 ) 常见的元素和离子：氨氮、硝态氮、c d 、m g 、f e 、n a 、n h 。、c 0 。2 。、s 0 。争、c l 垃圾填埋场渗滤液的含磷量通常较低，尤其是溶解性的磷酸盐浓度更低。渗滤液中 溶解性磷酸盐主要以c a 。o h ( p 0 4 ) 。形式存在。渗滤液中的c a 2 + 浓度和总碱度水平均很高， 可分别达到7 2 0 0 m g l 和2 5 0 0 m g l ，而总磷( t p ) 的浓度仅为o 1 2 5 m g l 。在北美几个 垃圾填埋场瞳4 j ，渗滤液中的b o d 。t p 都大于3 0 0 ，此值与微生物生长所需要的碳磷比( 1 0 0 - 1 ) 相差甚远。渗滤液中的溶解性磷酸盐含量受到c a 2 + 浓度和碱度水平的影响较大，会导 致渗滤液生物处理中的缺磷问题。“中老年”填埋场渗滤液中很高的n h 。一n 浓度是其重要 水质特征之一，也是导致其处理难度增大的一个重要原因。由于目前多采用厌氧填埋技 术，因而渗滤液中的n h 。一n 浓度在填埋场进入产甲烷阶段后不断上升，并在达到高峰值 后延续很长的时间，直至最后封场，甚至当垃圾填埤场稳定后仍可达到相当高的浓度 ( 1 0 0 0 0 m g l 。) 。 ( 4 ) 微生物 垃圾中含有大量的微生物，它们对垃圾的降解起着重要作用。这些微生物一部分是 垃圾本身含有的：由于填埋场条件比较适宜于微生物的生长繁殖，因此不同种类的微生 物在填埋垃圾的降解过程中得以大量繁殖生长；此外如果采取污泥回灌等措施，也将引 7 第二章生活垃圾渗滤液中的污染物 入大量的微生物。渗滤液中微生物的种类与填埋场垃圾中所含的微生物种类基本相同， 主要含有亚硝化细菌和硝化细菌，反硝化细菌、脱硫杆菌、脱氮硫杆菌、铁细菌、硫酸 盐还原菌以及产甲烷菌等七类细菌。 此外，渗滤液中还含有大量的病原菌及致病微生物，例如沙门氏菌属等。在非法填 埋的医院垃圾中，还可以检出克萨奇病毒等可能引起传染性疾病的病毒。 由于垃圾的收集、储运以及填埋过程处于无保护的露天状态，因此地面的微生物、 大气中漂浮的微生物都可能进入到垃圾中，但其能否在垃圾中生长繁殖与其所处的环境 密切相关。 ( 5 ) 固体物 垃圾渗滤液中含有较高浓度的总溶解性固体。这砦溶解性固体在渗滤液中的浓度通 常随填埋时间的延长而变化，一般在填埋6 个月至2 5 年间达到高峰值( 总溶解性盐可 高达1 0 0 0 0 m g l ) ，同时含有高浓度的n a + 、k + 、c 1 + 、s 0 。2 一等无机类溶解性盐。此后随填 埋时间的增加，这些无机盐类的浓度将逐渐下降，直至达到最终稳定。 2 填埋场垃圾的组成 不同的垃圾组分，分解速率不同。果类、蔬菜和粮食等食品类有机物分解的速率快， 而塑料、橡胶等人工合成高分子材料的分解则很缓慢。 适量的碳、氢、氮、钾、钠、钙、镁、磷和微量的铁、锰、钼、铜、锌、钴、钨、 镍等金属，都是微生物生长必不可少的营养成分。 垃圾中某些组分不利于垃圾的分解。垃圾中过量的重会属汞、银、铜及其化合物能 与酶的s h 基结合，使酶失去活性，或与菌体蛋白结合使之变性或沉淀，因此对垃圾的 分解有抑制作用。卤素及其他氧化剂的杀菌能力很强，酚、醇、醛等有机化合物能使蛋 白质变性，它们都会抑制微生物的活动，从面减缓垃圾的降解速度。当垃圾内作为电子 受体的硫酸盐含量过高时，硫酸盐还有反应在与利用h 2 c h 4 或醋酸盐产甲烷的反应竞 争电子供体h 2 时处于优势地位，硫酸盐优先被还原成h 2 s ，从而使h 2 c 0 2 或醋酸盐生 成甲烷的反应受到抑制。所以，垃圾内硫酸盐含量过高，会缓解垃圾降解速度。 因此，垃圾中某些组分含量不足或过多，都不利于垃圾的降解。在对垃圾渗滤液进 行分析后，针对性地加入所缺少的营养成分，或采取措施减轻或消除某些组分含量过多 而带来的不利影响，都能使垃圾的降解得到不同程度的加快。 8 长安人学硕士学位论文 朱青山、赵由才 2 5 】1 2 6 1 等通过实验表明，向垃圾中加入少量的k h 2 p 0 4 、k c l 、 ( n h 4 ) 2 c 0 3 或f e c l 3 ，都能加快垃圾的降解，而少量的n a 2 m 0 0 4 、n a 2 m n 0 4 、c u s 0 4 或k 2 c r 2 0 7 对垃圾的降解则有一定的抑制作用。 2 3 污染物的降解 污染物质的化学组成和结构，决定其在环境中的微生物降解行为。生物降解是一个 酶促反应过程，而酶与污染物质的结合是污染物可被酶催化降解的第一个关系步骤。这 种结合常常是以某个基团的作用为前提，或者是污染物的空问结构形态等，即酶的活性 中心具有特定的空间构象。如果污染物的空间构象正好能与酶活性中心的空间形态吻 合，则两者在空间上具有了亲和力。酶与污染物质结合后，生成一种复合中间产物，这 种产物存在的过程就是酶对污染物质进行激活的相互作用过程。经过这一激活过程，污 染物质可能在结构上发生某种变化，或者被部分地降解。酶又恢复原有的性状，进行新 轮的酶促反应。污染物质的某个基团与酶蛋白质的表面基团的亲和性是酶能与污染物 质结合的一个必要的性质，它与空间构象共同决定着酶促反应是否能发生，如污染物质 的疏水性、与酶结合后的细胞膜穿透性等都可能成为酶促反应的控制性过程。污染物质 的降解过程与许多种酶的活动相关。当污染物质与酶结合并被转送到微生物细胞体内 时，细胞内酶与经过转移的污染物相互作用，但污染物质能否进一步降解，还是取决于 污染物质的化学性质，例如亲脂性、电子效应等，这些性质决定了其在细胞内进一步发 生酶促反应的过程与速率。 污染物分子结构与生物可降解性有多方面的密切关系。首先是分子大小，或者说是 碳原子个数，也就是有机物碳链长度。基本规律是碳链越长越难降解，或者说酶在空间 构象上能适应大分子的较少。但是有一些污染物则有相反的特性，如醇类，8 个碳原子 以下的醇类化合物、碳原子越多越容易降解。二是碳键的连接方式。一般直链比支链易 降解；碳链的环形结构更难降解；环的数目越多，降解越难；环k 具取代基时，难降解 程度又有所增加。三是取代基的影响，不同的取代基对生物降解的影响也不同。被卤化 的芳香烃化合物将更难被降解。取代基的个数越多，越难降解。在芳香烃的环上，取代 基的位置也会影响到可降解性。如以两个氯原子取代笨坏上的氢，则两个相邻位置的氯 原子具有更稳定的性质，相间位置上的两个氯原子比相对位置上的两个氯原子更稳定。 取代基越稳定，就越难被降解。对于直链脂类化合物而言，取代基接近端部，可以增加 9 第二章生活垃圾渗滤液中的污染物 脂类分子的生物可降解性降低。脂肪烃分子支链越多，越难降解，支链上取代基越多， 可降解性越低，但有些取代基，如羧基、羟基等能使降解性有所提高。四是有机分子的 聚合度，分子结构越复杂，生物可降解性越低，如一些人工合成的高分子聚合物，聚乙 烯是最典型的难降解物质。两个以上笨环连结在一起，同时又被多个氯取代的多氯联笨 类物质的难降解性与其结构的复杂性有关。 此外，有机物的理化特性对有机污染物的生物降解也有很大的影响。如有机污染物 的水溶性对其生物降解性影响很大，溶解度差的有机污染物其生物降解性能也差。这主 要是由于其在水中扩散能力较差，且比较容易被其他物质捕及或吸附在其表面上，难于 与微生物接触。另外，其在生物膜上的较低的传质性能，也影响了胞内酶对有机污染物 的降解。其他的亲水性、吸附性能等也会影响有机污染的生物降解。 2 4 垃圾水分含量 水是微生物的必不可少的组成部分，它占到微生物机体的7 0 - 0 0 ，又是微生物 代谢过程中必不可少的溶剂，有助于营养物质的溶解，并通过细胞质膜被微生物吸收， 保证细胞内、外各种生物化学反应在溶液中正常进行。垃圾水分含量高，能使垃圾内微 生物容易得到营养物质，有助于微生物生长繁殖，从而加快垃圾降解速率。 r e s s 2 7 】研究表明，在厌氧条件下当垃圾的水分含量为2 5 0 0 7 0 时，其气体产率的 对数值与水分含量成正比。k a s a l i 2 8 1 在室温( 2 0 2 8 c ) 下对水分含量分别为5 5 、6 0 、 7 0 、7 5 、8 0 的垃圾柱的垃圾降解进行了研究，结果发现：水分含量为5 5 、8 0 的垃 圾柱的产甲烷量明显低于其他垃圾柱、且5 5 垃圾柱的甲烷产量低于8 0 的垃圾柱，而 其他的垃圾柱甲烷产量则相差不大。 2 5 渗滤液的产生量估算方法 由于垃圾渗滤液的水量变化较大，一定程度上，客观地提高了渗滤液的处理难度， 所以，本小节介绍两种渗滤液的水量估算方法及其具体公式 ( 1 ) 平衡估算法捌 以填埋场为主体，根据进出物料平衡，渗滤液产生量的计算公式如下： l = p + w + q 1 + q 2 一e l e 2 一q 3 一q 4 一日 式中，l 为渗滤液产生量；p 为填埋场作业区域的降水量；w 为垃圾中的含水量；q 。 1 0 长安大学硕十学位论文 为作业区域的地下水入渗量；q ：为地表径流流入量：e ，为填埋场地表自然蒸发量；e ：为 填埋场地表植被叶面蒸发量；q 。为填埋场地表流失量；屯为作业单元底部衬层渗出量；h 为填埋场持水量。 上述各项指标中，降水量和蒸发量可以从当地气象部门获得；外部渗入的水和从填 埋场地表流失的水可通过径流系数来计算。 ( 2 ) 经验公式 q ：c i a 1 0 0 0 删 其中： q ：渗滤液水量，m 3 d ； i ：降雨量，m m d ： c ：浸出系数； ( 一般取0 2 o 8 ) a ：填埋区面积。 上述两种算法的主要区别在于对降水量的不同处理上。从气象部门获得的一年中最 大月降水量，其平均日降水量远比最大日降水量小得多，因此从理论一k 用多项代数和来 估计渗滤液产量，会使暴雨期问渗滤液大量积存，影响j 下常工作。当然，由于设计流量 减小，各级生化处理设施相应减小，使得基建投资降低。因此，若在生化处理设施前有 足够大的调节池调节容纳暴雨期问的渗滤液，就会避免积水问题，同时造价也降低。 用经验法公式算出的最大日渗滤液产量，是通过对大量暴雨后渗滤液的逐日产量数 掘进行统计后得出的，它反映了降水量最多月份中最大日产渗滤液量，用它作处理的设 计流量，工程上的保险系数较大，不会遭受较多的污水冲击负荷，不过处理设施的容易 及造价也相应提高了。 2 6 本章小结 从渗滤液的来源及主要成分入手，详细地阐述了垃圾渗滤液的基本属性。垃圾渗 滤液的来源主要由直接降水、地表径流、地表灌溉、地下水、垃圾中的水分、覆盖材料 中的水分、垃圾降解生成水、蒸发作用等方面因素有关。主要成分主要分五大类：有机 物( 常以t o c 、c o d 、b o d 。计) 、微量金属元素、氨氮及各种离子、微生物、固体物等。 其中，有机物和氨氮的处理为垃圾渗滤液处理中的重点和难点。垃圾渗滤液的水质水量 第- 二章生活垃圾渗滤液中的污染物 变化很大，是一种高浓度的有机废水。 填埋场的垃圾的降解也和垃圾的组成成分有着密切的关系。不同的垃圾组分，分 解速率不同。果类、蔬菜和粮食等食品类有机物分解的速率快，而塑料、橡胶等人工合 成高分子材料的分解则很缓慢。适量的碳、氢、氮、钾、钠、钙、镁、磷和微量的铁、 锰、钼、铜、锌、钴、钨、镍等金属，都是微生物生长必不可少的营养成分。垃圾中某 些组分，如过量的重金属汞、银、铜及其化合物不利于垃圾的分解。降解主要依靠微生 物的酶促反应。 渗滤液的水量变化范围较大，渗滤液的产生量估算方法主要有平衡估算法和经验 公式法两种。平衡估算法的公式为：l = p + w + q 1 + q 2 一e 1 一e 2 - q 3 一q t h ，经验法 的公式为：q = c i a 1 0 0 0 ，并列出了计算公式中各个参数的不同意义。两种算法的主要 区别在于对降水量的不同处理。 1 2 长安大学硕上学位论文 第三章生活垃圾渗滤液的水质变化特性及范围 1 垃圾渗滤液的水质特征 3 1 1 渗滤液的水质特点 垃圾填埋后，在微生物作用下，垃圾中有机物经过好氧反应和厌氧反应产生降解。 垃圾中溶有的氧气少，好氧反应速度快，致使好氧反应很快终止而进入厌氧反应。一般 好氧反应可持续几十天，而厌氧反应则要持续许多年。垃圾中有机物的降解主要是厌氧 反应所致。 经过溶解、淋洗等作用使垃圾中原有的、以及垃圾降解后产生的大量污染物进入 垃圾渗滤液中，以致垃圾渗滤液污染物浓度特别高。再之由于垃圾降解产生的c 0 ：溶于 垃圾渗滤液以后使垃圾渗滤液偏酸性，这种酸性环境使得不溶于水的碳酸盐、金属及其 金属氧化物等无机物发生溶解。一般垃圾渗滤液组成及其浓度变化如表3 一l 所示 表3 1 垃圾渗滤液的成分( m g l ) 项目变化范围一般值项目变化范围一般值 颜色 黄褐色黄褐色有机酸 4 6 - 2 4 6 0 0 嗅觉恶臭恶臭氯化物 j8 9 3 2 6 2 p h 3 7 - 8 56总铁5 0 - 6 0 06 0 总残渣2 3 5 6 3 5 7 0 3 c a 2 +2 0 0 - 3 0 01 0 0 0 总硬度 3 0 0 0 - 1 0 0 0 03 5 0 0 m 9 2 + 5 0 - 1 5 0 0 2 5 0 c o d c r 12 0 0 4 5 0 0 ( )1 8 0 0 0p b0 1 2 o b o d 。 2 0 0 - 3 0 0 0 01 0 0 0 0 硝酸盐 5 - 4 02 5 t o cl5 0 0 2 0 0 0 06 0 0 0c r0 0 1 - 2 6 15 0 0 n h 3 一n 2 0 - 7 4 0 02 0 0k +2 0 0 - 2 0 0 03 0