（工程力学专业论文）垃圾填埋场渗滤液运移数值模拟.pdf

摘要 本文总结了垃圾渗滤液对地下环境系统污染的国内外研究动态， 对渗滤液的产生、危害及影响因素等进行了系统分析。基于多孔介质 流体力学理论、溶质运移理论以及土壤水动力学的理论研究了渗滤液 传输过程的动态特征，建立了垃圾淋滤污染物在土壤水环境中传输的 动力学模型，其数学模型包括两类：一类是地下水流动数学模型；另 一类是污染物运移数学模型。并对一维情况下的地下水水流和污染物 迁移控制方程进行了解析求解；对二维情况下的数学模型，采用有限 差分方法进行数值求解，给出了数值离散格式，定量分析了填埋场中 渗滤液污染过程中的浓度分布情况及其变化趋势。由数值计算结果可 以看出，渗滤液污染范围随着时间的增长不断扩大，在填埋初期甚为 明显。在前2 0 天，渗滤液浓度随时间的增长迅速增加，后期则趋于平 缓。渗滤液的控制主要包括水量和水质的控制，在减少渗滤液产出量 的基础上，对其水质进行均化处理，并据此提出了渗滤液污染控制思 路和相应的控制措施。本文的研究成果可为填埋场渗滤液控制系统的 设计和管理提供科学的理论依据和技术支持。 关键词：渗滤液，地下水污染，数学模型，有限差分，数值模拟 a b s t r a c t t h er e s e a r c ht r e n do fl a n d f i l ll e a c h a t ei ng r o u n d w a t e rs y s t e ma th o m e a n da b r o a dw a ss u m m a r i z e d ，a n dt h eg e n e r a t i o n ， d a n g e r o u s n e s s ， a n d i n f l u e n c ef a c t o r so fl e a e h a t ew e r es y s t e m a t i c a l l ya n a l y z e di nt h i sp a p e r b a s e do nt h et h e o r i e so ff l u i dm e c h a n i c s ，s o l u t et r a n s ；f e ra n ds o i l - w a t e r d y n a m i c s i n p o r o u sm e d i u m ，t h ed y n a m i c c h a r a c t e r i s t i co fl e a c h a t e t r a n s p o r t a t i o np r o c e s sw e r es t u d i e d t h em a t h e m a t i c a lm o d e lo fl e a c h a t e t r a n s m i s s i o ni ns o i l w a t e re n v i r o n m e n th a db e e nd e v e l o p e d ，w h i c hc o n s i s t s o f g r o u n d w a t e r f l o we q u a t i o na n dc o n t a m i n a n tt r a n s p o r te q u a t i o n t h e o n e d i m e n s i o n a ia n a l y t i cs o l u t i o na n dt h et w o d i m e n s i o n a ln u m e r i c a l s o l u t i o n b y f i n i t ed i f f e r e n c em e t h o dw e r e g i v e n t h e c o n c e n t r a t i o n d i s t r i b u t i o no fl e a c h a t ep o l l u t i o ni nl a n d f i l lw a sq u a n t i t a t i v e l ya n a l y z e da n d i t st e n d e n c yw a sp r e s e n t e d t h er e s u l t so fm a t h e m a t i c a lm o d e ls h o w e dt h a tt h el e a c h a t ep o l l u t i o n r e g i o n sw e r ec o n s i s t e n t l ye x p a n d e dw i t ht h e t i m ee l a p s e d ，a n dw e r em o r e o b v i o u si nt h ee a r l ys t a g e a tt h eb e g i n n i n g ( e a r l y2 0d a y s ) ，t h ec o n c e n t r a t i o n i n c r e a s e dr a p i d l y ，a n dt h e nt h er i s i n gv e l o c i t yb e c a m es t a b l e t h el e a c h a t e t r e a t m e n tc h i e f l yc o n s i s t e do fo u t p u t sa n dc h a r a c t e r i s t i c s b a s e do nr e d u c e d t h eo u t p u t s ，t h ec h a r a c t e r i s t i c so fl e a c h a t es h o u l db eh o m o g e n i z e d t h e nt h e t h o u g h to fl e a c h a t et r e a t m e n ta n dt h ec o n t r o l l i n gs y s t e mw e r eg i v e n t h e r e s u l t so ft h i sp a p e rc a dp r o v i d et h e o r e t i c a le v i d e n c ea n dt e c h n i c a ls u p p l yf o r d e s i g na n dm a n a g e m e n to fl e a c h a t ec o n t r o l l i n gs y s t e mi nl a n d f i l l k e yw o r d s ：l e a e h a t e ，g r o u n d w a t e rp o l l u t i o n ，m a t h e m a t i c a lm o d e l ，f i n i t e d i f f e r e n c e ，n u m e r i c a ls i m u l a t i o n ，c o n t r o l l i n gs y s t e m 辽宁工程技术大学硕士学位论文 1 概述 1 1 引言 随着城市的发展和人民生活水平的提高，城市生活垃圾量日益增 长，垃圾的处置是一项紧迫的任务。通常垃圾的处理方式有填埋、焚 烧、和堆肥三种主要处理方式。考虑到堆肥方法的局限性和焚烧方法 所需的技术、资金以及可能带来严重的大气污染等问题，我国目前大 多数情况下采用的是卫生填埋法，建造卫生垃圾填埋场。垃圾填埋场 设计和管理的一项重要任务是渗滤液的控制和处理。 填埋场渗滤液是一种成分复杂的高浓度废水，主要来源于降水和 废物本身的内含水，其对环境的污染是填埋场最主要的环境问题之一。 但是，由于受投资的限制和对渗滤液的危害认识不足等多种原因，我 国真正能满足标准的固体废物填埋场并不多，填埋场渗滤液的控制仍 是必须认真对待的问题。因此，总结填埋场建设中渗滤液控制的经验 和教训，对于发展我国的填埋技术无疑是非常重要的。 本文对垃圾渗滤液的研究动态进行归纳，对渗滤液的产生、危害、 影响因素等进行分析，并建立垃圾淋滤污染物在土壤水环境中传输的 数学模型，找出渗滤液的运动规律，将其运用于垃圾渗滤液控制系统。 1 2 垃圾填埋场渗滤液的产生过程及其危害 1 2 i 垃圾渗滤液的产生 垃圾填埋场在开始填埋垃圾以后，由于地表水和地下水的流入， 雨水的渗入，以及垃圾本身的分解产生了大量的污水，称为垃圾渗滤 液。渗沥液中的化学成分主要产生于以下3 个方面【1 j ： 垃圾本身含有的水分及通过垃圾的雨水溶解了大量的可溶性有 机物和无机物； 辽宁工程技术大学硕士学位论文 垃圾由于生物、化学、物理作用产生的可溶性生成物； 覆土和周围土壤中进入渗滤液的可溶性物质。 渗滤液中不仅含有大量的有机污染物，还含有重金属和高浓度的 植物性营养物，某些工业垃圾的渗滤液中甚至还有剧毒有害污染物。 如果不加以妥善处理，渗入到地下水后会污染地下水水质，给当地的 地下水系造成极大的破坏。因此，在设计和规划垃圾填埋场时，一定要 考虑到渗沥液的处理问题，避免渗沥液带来的“二次污染”。 图1 1 九龙岭垃圾渗滤液 f i g 1 1l a n d f i l ll e a c h a t eo fj i u l o n g l i n g 1 2 2 垃圾渗滤液的危害 垃圾填埋场渗滤液对周围地下水和地表水均会造成严重的环境污 染b j ，c a l v e r t 曾报导距垃圾处理厂的蓄水池5 1 2 m 远的一口井中水， 其硬度、钙、镁浓度、总固体量和c 0 2 都有增加。德国l a n g 报导距 离填埋场4 k m 远的地表水下游，水质出现恶化。国内郑曼英【3 】等报导 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 年其排出的浸出 液b o d 5 ，c o d ，氮和磷仍然超标，其中以氮为甚。赵万有等报导， 垃圾填埋不采取防渗接旌，对地下水必然造成严重污染，主要表现在 地下水的水质混浊有臭味，c o d ，三氮含量高；油、酚污染严重：细 菌及大肠菌超标。综合起来有以下三方面的危害【4 】： 污染水源。一般情况下的水质污染有三个主要原因：有机物污 染、重金属污染、农药及其他人工有机化学物质的污染。垃圾渗滤液 2 辽宁工程技术大学硕士学位论文 引起污染的主要原因是上述有机污染物，当渗滤液流入或渗入地下、 地表水源及供水管渠时。就会扩大污染。 污染土壤。浸渗或随雨水流入农田污染土壤，因渗滤液中的氨 氮含量过高，造成农作物减产和质量下降。 引发其他污染。比如与浸渗有机物作用，产生沼气等有害气体， 产生污染或引发火情。 1 3 垃圾填埋场渗滤液控制处理的有关技术标准 自1 9 9 5 年以来，我国相关法律的制定和管理的强化不断得以进 行。关于防渗层，生活垃圾填埋污染控制标准( g b l 6 8 8 9 1 9 9 7 ) 中规 定生活垃圾填埋场的防渗层的防渗系数需在1 0 - 7 c m s 以下；另外，在 城市生活垃圾填埋污染控制标准( c j j l 7 - 8 8 ) 中规定生活垃圾填埋场 的防渗层的防渗系数需在1 0 - 7 c m s 以下。从2 0 0 1 年1 2 月1 日起实施 城市垃圾填埋技术规范( c j j l 7 - 2 0 0 1 ) ，城市垃圾填埋技术规范的内 容己经被强化，在单复合防渗结构的基础上，还规定了双复合防渗结 构在双复合防渗结构中规定在防渗层之间铺设检测渗滤液是否漏水 的检测层，同时根据需要还须采取垂直防渗措施。在防渗层的性能方 面，与日本对照，中国与日本有同等的标准。在渗滤液排放方面，我 国根据渗滤液排放的收纳水体不同，渗滤液的排放标准也不尽相同， 生活垃圾填埋污染控制标准( g b l6 8 8 9 1 9 9 7 ) 对悬浮物( s s ) 、生化 需氧量( b o d ) 、化学需氧量( c o d ) 、氨氮、大肠杆菌等指标规定了三级 标准，没有规定的指标标准，由地方环境部门根据垃圾成分、依据污 水综合排放标准( g b 9 8 7 8 1 9 9 6 ) 确定。在日本，垃圾渗滤液排放要符 合排放水标准。关于填埋场的环境检测和技术监督方面，我国的规定 与日本相比不够完善。我国根据渗滤液排放的收纳水体不同，渗滤液 的排放标准也不尽相同，具体见表1 1 。 辽宁工程技术大学硕士学位论文 表1 1 渗滤液的排放标准 t a b l e i 1t h ee f f l u e n ts t a n d a r do fl e a c h a t e c o d n h 3 - n 排放标准 b o d ( m g l ) s s ( m g l ) ( m g l ) ( m g l ) 三级 1 0 0 06 0 0 4 0 0 二级3 0 015 02 5 2 0 0 一级1 0 03 0 1 57 0 ( 注：三级标准是排市政管网的标准，二级和一级分别是排地表水的标准) 1 4 本文的研究目的及研究内容 1 4 1 本文的研究目的 垃圾卫生填埋是我国目前广泛运用的城市垃圾处理方法之一。对 垃圾填埋场渗滤液水质特征的分析及其变化规律的研究是垃圾填埋场 环境污染控制的重要内容，更是合理选择渗滤液处理工艺方案的先决 条件。在研究垃圾组成的基础上，考虑垃圾填埋体工程性质与土壤具 有很大的相似性，故采用土壤水动力学的理论来研究渗滤液的流动情 况。 1 4 2 本文的主要研究内容 研究内容包括：国内外对垃圾渗滤液研究的动态；垃圾的组 成及影响渗滤液产生的因素分析；垃圾渗滤污染物在土壤水环境中 传输的数值模拟研究；垃圾渗滤液控制系统研究。 通过对武汉市5 座主要的垃圾填埋场的实地考察，发现卫生填埋 中存在的问题，分析渗滤液的特点、产量及影响因素，并进行渗滤液 在土壤水环境中传输的数值模拟研究，掌握渗滤液的流动规律，建立 良好的渗滤液控制系统，为环境设计和质量控制提供依据。 4 辽宁工程技术大学硕士学位论文 2 国内外对垃圾渗滤液研究的动态 2 1 渗滤液处理工艺及现状 渗滤液的特点是污染物浓度高、持续时间长、流量不均匀、水质 变化大。渗滤液的处理作为城市垃圾填埋场正常运行的必不可少的环 节之一，目前，虽然活性炭吸附、化学沉淀、密度分离、化学氧化、 化学还原、离子交换、膜渗析、汽提及湿式氧化法等物理、化学方法 在有害废物渗滤液的处理中的可能运用已被讨论过，但城市垃圾填埋 场渗滤液处理的方法主要是生物处理，包括好氧生物处理、厌氧生物 处理以及二者之结合。 受到经济发展水平的限制，我国卫生填埋起步较晚，真正意义上 的卫生填埋场从2 0 世纪8 0 年代末才开始建设。渗滤液处理场的建设 就更晚，从时间上看，渗滤液的处理经历了三个阶段。 第一阶段 。 此阶段在9 0 年代初期，处理工艺主要参照城市污水的处理方法， 代表性的工程实例有杭州天子岭、北京阿苏卫等。 杭州天子岭渗滤液处理厂简介： 渗滤液处理厂处理量为3 0 0 m 3 d ，采用三沉二曝活性污泥法工艺。 设计进水指标为：c o d 为6 0 0 0 m g l ，b o d 为3 0 0 0 m g l ；出水标 准为：c o d 为3 0 0 m g l ，b o d 为6 0 m g l ，s s 为1 0 0 m g l ，p h 为6 - 9 。 工艺特点为；采用两段式活性污泥法，对d o 和m l s s 的浓度控 制要求不一样，一段利用细菌和低级霉菌占优势的混合种群，二段培 养原生动物占优势。 渗滤液处理厂从1 9 9 1 年开始投产，在填埋初期，由于渗滤液的有 机物、氨氮浓度较低、可生化性较好，因此可以满足排放要求。随着 填埋时间的延长，垃圾渗滤液的浓度越来越高、成分越来越复杂、可 生化性降低。且变化幅度大、交化规律复杂，使得处理难度越来越大。 北京阿苏卫渗滤液处理厂简介： 辽宁工程技末大学硕士学位论文 渗滤液处理厂处理量为1 0 0 0 m 3 d ，工程投资为7 0 0 万，采用厌氧 + 氧化沟的处理工艺。 设计进水指标为：c o d 为5 0 0 0 m g l ，b o d 为2 0 0 0 m g l ：出水标 准为二级排放标准。 阿苏卫渗滤液处理厂的运行情况与天子岭情况类似。 在此阶段，由于渗滤液处理厂主要参照城市污水处理厂进行建设， 没有考虑到渗滤液水质特性，因此都存在不能稳定运行的状况，出水 也不能稳定达标。以生物处理为主的处理工艺处理成本一般为3 - 5 元 m 3 。 第二阶段 此阶段在9 0 年代中后期，研究人员考露到渗滤液水质的独特性， 如高浓度的氨氮、高浓度的有机物等，采取了脱氨措施，采取的处理 工艺一般为氨吹脱+ 厌氧处理+ 好氧处理，代表性的工程实例有深圳下 坪、香港新界西等。 深圳下坪渗滤液处理厂简介： 渗滤液处理厂处理量为8 0 0 m 3 d ，采用氨吹脱+ 厌氧复合床+ s b r 的处理工艺。 设计进水指标为：c o d 为5 0 0 0 - 1 0 0 0 0 m g l ，b o d 为 1 0 0 0 6 0 0 0 m g l ，n h 3 一n 为2 0 0 0 3 0 0 0 m g l ；出水标准为三级排放标准。 该工程投资1 5 0 0 万，工程于2 0 0 2 年投入使用，通过为期一年的 运行，设备运行良好、出水稳定达标，处理成本1 2 元，m 3 。 工艺特点：采用了化工规整填料塔，有效地解决了渗滤液的脱氨 闯题，出水的氨氮保持在1 0 m g l 左右。 香港新界西渗滤液处理厂简介： 渗滤液处理厂处理量为1 8 0 0 m 3 d ，采用氨汽提+ s b r 的处理工艺。 设计迸水指标为：c o d 为1 0 0 0 0 m g l ，b o d 为4 0 0 0 m g l ，n h 3 一n 为3 0 0 0 m g l ；出水标准为：c o d 1 0 0 0 m g l ，n h 3 一n 2 0 万t d ) 的污水处理厂，渗滤液是否经过预处理都不会 影响污水处理厂的运转。尽管渗滤液与污水合并处理技术上可行，但 一般填埋场都远离城区，其渗滤液与城市污水合并因涉及到管道投资、 7 辽宁工程技术大学硕士学位论文 输送成本及维护等问题，有很大的困难。因此，往往对渗滤液进行单 独的处理。垃圾渗滤液的场内单独处理包括物理化学法和生物法处理。 2 2 1 预处理 垃圾渗滤液水质的重要特征之一就是含有很高的n h 3 - n 浓度。对 于高浓度n h 3 n 的渗滤液，为确保后续能进行有效的生化处理，有必 要对渗滤液进行预处理，以降低n h 3 n 浓度。 目前常见的脱氮方法有；微生物法、折点氯化法、离子交换法、 活性碳吸附法、土地处理法、吹脱法等。较为经济、有效的方法为吹 脱法。吹脱法是在碱性介质条件下鼓入空气使n h 4 + 转化为n h 3 释放出 来。吴方同等 9 1 在温度为2 5 ，p h 值为1 0 5 1 1 0 ，气液比为2 9 0 0 3 6 0 0 时得到的氨吹脱效率达9 5 以上。影响吹脱效果的因素主要有气液比、 p h 值、水温、气温等。随着气液比的升高，氨吹脱效率逐渐升高。当 气液比达到4 0 0 0 以上时，氨吹脱效率升高交缓。当试验气液比为 3 7 5 6 7 时，随着p h 值的升高，氨吹脱效率逐渐升高。p h 值在9 0 1 0 0 之间，氨吹脱效率急剧升高。当p h 值达1 0 5 以上时，氨吹脱效率升 高交缓。继续提高渗滤液的p h 值，氨吹脱效率升高不明显。水温、 气温降低，会使氨吹脱效率明显降低。 王宗平等【10 】采用表面曝气吹脱处理，可使氨氮去除率达6 8 、 c o d 去除率达7 6 。沈耀良等在渗滤液p h = 1 1 ，t = 2 2 5 ，气液比为 6 6 6 ，经5 h 曝气吹脱，可获得6 6 7 8 2 5 的氨氮去除率。 2 2 2 生物法处理 2 2 2 1 好氧生物处理 好氧生物处理包括活性污泥法、生物转盘、氧化塘等。这些方法 处理渗滤液都有成功的经验。好氧处理法可以有效地降低c o d 、b o d 5 和氨氮，还可以去除铁、锰等金属。 辽宁工程技术大学硬士学位论文9 徐迪民等】用低氧好氧两段活性污泥法，在水温1 6 ，2 3 5 时实 验处理垃圾填埋场渗滤液，并探讨了有关运行参数的确定。其磷的平 均去除率为9 0 5 ，氮的平均去除率为6 7 5 。胡志红采用两段活性 污泥法( a b 法) 处理渗滤液，a 段c o d 的去除率为5 4 6 ，b 段c o d 去除率为7 5 8 ，总停留时间为5 2 5 h 。张望军等提出采用单池s b r 技术对城市垃圾填埋场渗滤液进行处理，c o d 的去除率为 8 7 3 2 9 5 9 6 ，b o d 5 的去除率为9 5 2 2 9 9 3 3 ，n h 3 n 的去除率 为9 0 6 9 9 9 3 4 ，达到了国家排放标准。与活性污泥法相比，生物 膜法具有抗水量、水质冲击负荷的优点，而且生物膜上能生长世代较 长的微生物，如消化细菌等。p e d d i e 等 12 1 用直径0 9 m 的生物转盘处 理c o d 1 0 0 0 m g l ，n h 3 一n 5 0 m g l 的“弱性”渗滤液。其出水 c o d 2 5 m g l ，n h 3 一n ，也适用于场内外相结合的处理( 垃圾壤埋场离城 市污水处理厂距离较近或城市污水处理厂规模较大的情况。如美国多 采用此方案，并就此对其中预处理工艺的设计和处理目标提出了明确 的要求【3 3 ；) 。 其次，就具体的处理工艺方法而言，国外的预处理大多采用混凝 沉淀、吸附、膜分离及电化学等工艺方法，由于膜分离和电化学方法 多适用于小规模和出水水质要求较高的情形。且存在运转费用昂贵的 问题，因而国内则主要采用混凝沉淀、气浮及吹脱等经济性适用工艺。 生物处理的工艺方法较多，目前大多以活性污泥法为主。鉴于渗滤液 中含有高浓度的n h 。+ n ，生物脱氮工艺的研究也日益增多。但由于渗 滤液的有机污染物浓度和n h 4 + n 浓度均很高，且成分复杂，因而采 用此工艺时往往致使工艺流程很长，操作运转管理复杂。厌氧一好氧处 理工艺是高浓度有机废水的适用工艺，该工艺具有良好的经济性，且 通过合理的工艺设计具有抗冲击负荷能力强的特点。国内外已有这方 面的研究并取得了一定的成果 1 7 辽宁工程技术大学硕士学位论文 ，1 8 第三，由于渗滤液的水质存在明显的时间( 垃圾填埋场的年龄) 和空间( 不同的垃圾填埋场及填埋方式) 变化特征，因而具体采用何 种处理方案和工艺技术，务须根据具体情况加以确定。 2 4 2 存在的问题 随着城市垃圾卫生填埋技术的不断应用，对渗滤液处理工艺技术 的研究也日趋增多，提出了多种方案和工艺。虽然渗滤液的总体 b o d 5 c o d 在0 , 3 0 7 ，但渗澹液在产生后往往要在填埋场的大容积渗 滤液贮存池内停留较长的时间，贮存池中也发生着一定程度的降解作 用，致使其b o d 5 c o d 有所下降。此外，渗滤液有机污染物中大部分 为较难生物降解的大分子复杂有机物。因而如何通过合理豹工艺选 择，进一步改善渗滤液的可生化性，则是目前国内外研究较少的问题。 另外，国内对渗滤液的生物处理研究较多，而对必要的预处理工艺技 术研究尚较欠缺，尤其对于适合我舀目前国情所采用的合并处理的可 行性( 合并处理时渗滤液与城市污水的比例) 研究则更较少见报道。 因而有必要对上述问题作进一步深入的研究。 2 5 我国垃圾渗滤液处理的技术缺陷与存在的问题 在渗滤液处理技术上，我国的渗滤液处理多数是废水处理技术的 简单应用，处理系统抗冲击负荷能力较差，尤其是较高浓度的氨氮处 理不当，这是处理水质不稳定并且有机污染物浓度较高所致。目前， 我国垃圾填埋场渗滤液处理存在如下问题：进填埋场填埋的垃圾没 进行分类或分类不充分、不系统；填埋场不具备完善的渗滤液收排 系统；处理渗滤液投资大、运行费用高。解决上述问题的关键所在 就是大力提倡垃圾分类回收和分类填埋，真正傲到垃圾“减量化、无害 化、资源化”，这极其有利于填埋场渗滤液成分的减量、稳定及分析， 对渗滤液后续处理十分有益，这是控制垃圾填埋场渗滤液污染环境最 根本的途径：其次应建立完备的垃圾填埋场体系，包括行之有效的沼 气和渗滤液收集系统，坚决杜绝垃圾的露天随意堆放及垃圾渗滤液的 辽宁工程技术大学硕士学位论文 肆意外漏；再次坚决发展投资小、效果佳的渗滤液处理技术，快速提 高我国的垃圾渗滤液处理技术水平和适用性。目前，在国际上开展了 应用各种水处理方法处理填埋场渗滤液的研究工作中，国内渗滤液的 处理一般以生物法处理为主，而国际上以物理化学法的研究和运行为 主。我国垃圾填埋场渗滤液处理技术还处于探索阶段，为建设标准化 的城市垃圾卫生填埋场，对渗滤液的处理技术应作更深入、更全面、 更系统的研究是十分必要的。 9 辽宁工程技术大学硕士学位论文 3 垃圾的组成及影响渗滤液产生的因素分析 3 1 垃圾的组成 表3 ，1 、表3 2 t 3 4 】分别列举了国内、国外部分城市垃圾组成。分析 表3 1 、表3 2 城市生活垃圾组成，国内垃圾中厨余含量一般比国外高， 而且炉灰( 深圳除外) 含量也很高，为6 2 - 8 2 ，原因是国外净菜进城及 燃气所致：而国内垃圾中厨余含量高低与城市居民生活水平有关，居 民生活水平越高，垃圾中厨余含量越高。 表3 1国内主要大城市生活垃圾组成 t a b l e 3 it h ec o m p o n e n t so fu r b a nr e f u s ei nc h i e fc i t i e si f lc h i n a 城市北京上海天津广州杭州哈尔滨深圳 厨余( ) 3 22 92 93 22 51 66 0 炉灰( ) 6 5 6 7 6 76 27 l8 2 砖陶、脏土( ) 7 纸类( ) 1 3 1 2 1 41 6 1 3 0 6 l o 塑料( ) 1 01 41 32 61 5o 813 玻璃( ) o 4 1 00 81 21 00 4 4 金属( ) o 30 ，4o 5o 6o 20 2l 表3 2部分国外城市垃圾组成 t a b l e 3 2t h ec o m p o n e n t so fu r b a nr e f u s ei np a r t i a lc i t i e so v e r s e a s 国家或地区 美国日本德国 英国 法国台湾 厨余( ) 1 71 8 61 618152 6 5 塑料、橡胶、皮革( ) 61 2 ，741 54i 3 6 纸类、竹木( ) 4 4 4 6 2 3 1 3 33 42 6 织物( ) 2 1 6 4 2 3 531 2 3 玻璃、金属( ) 2 01 6 41 81 51 32 1 6 灰烬、碎石、瓦片( ) 1 16 12 2 1 92 22 1 6 有机物含量( ) 6 8 6 5 5 3 5 66 67 8 ，4 2 0 辽宁工程技术大学硕士学位论文 3 2 生活垃圾填埋场渗滤液产量的影响因素 渗滤液主要由垃圾填埋场范围的降水渗透、地下水侵垃圾本身所 含的水分形成。影响渗滤液产量的因素十分复杂，主要有降水、地下 水侵入、垃圾成分、填埋场顶部的地表径流和水分蒸发等。垃圾填埋 后因微生物分解作用而产生的水可以忽略。 垃圾填埋场一般不会建造在承压地下水有可能侵入的地方，因此 “地下水的侵入”是指地表的潜水，这部分潜水的量与降水密切相关： 除夏季的瓜果、蔬菜叶根等垃圾富含水分外，一般没有大量的富含水 分的垃圾；所以降水是渗滤液的主要来源。 垃圾填埋场顶部的地表径流量的大小与垃圾的密实度、覆土材料、 覆土厚度、表面的植被和排水条件有关，在北方干早地区，由顶部蒸 发转移的水分是比较可观的，而在南方多雨地区，这部分水分相对较 小。主要影响因素列于表3 3 中1 3 5 1 1 36 1 。 表3 3影响渗滤液产量的主要因素 t a b l e 3 3t h ec h i e ff a c t o r si m p a c t e do nt h eo u t p u to fl e a c h a t e 主因素 子因素 降水降雨量、强度、频率、降雪的雪堆特点和场地条件等 地下水侵地下水的流向，流速、位置；填埋场工程地址情况；填埋场 入底部防渗系统 地表径流地表地形、顶盖材料，覆土材料、土壤及填埋垃圾初始的水 和蒸发分状况；温度、风、湿度、植被、太阳辐射等 垃圾成分初始水分含量、层的高度及均一性、压实度 3 3 生活垃圾填埋场渗滤液水质的影响因素 到目前为止，国内外尚无十分完善的处理各种垃圾浸出液工艺， 因为浸出液的可处理性很难把握，并且各种浸出液的成分变化很大， 对浸出液的类型也很难以判断。影响渗滤液水质变化的因素很多，如 垃圾的成分，填埋场的水文地质及气候等。由于众多因素的影响，渗 滤液水质很复杂。 辽宁工程技术大学硕士学位论文 从表3 4 和3 5 中可以看出 t l ( 3 8 】，垃圾渗滤液内不仅含有有机污 染物，还含有重金属和植物性营养物( 含氮为主) ，如果工业部门使用 垃圾填埋场，渗滤液中还含有有毒有害有机污染物，水质十分复杂。 郑曼英等对垃圾渗滤液有机污染物进行探讨，分析结果表明，从垃圾 渗滤液中捡溯出有机污染物7 7 种，其中芳烃类2 9 种，烷烯烃类1 8 种，酸类8 种，酯类5 种，醇、酚类6 种，酮、醛类4 种，酰胺类2 种，其它5 种。由于垃圾填埋场的特殊性，张志强等人建议，将垃圾 填埋场定为特种行业，对渗滤液申的c o d ，b o d 5 ，n h 3 一n 采用以下 排放标准，即c o d c r _ 4 5 0 m g l ，b o d s _ 1 5 0 m g l ，n h 3 n 8 0 m g l 。 表3 ，4 国外城市垃圾渗滤液的水质( m g l ) t a b l e 3 ，4l a n d f i l ll e a c h a t ec h a r a c t e r i s t i c si nf o r e i g nc i t i e s 项目浓度( 闯值)项目浓度( 阂值) i 一般特性 p b 0 0 0 2 1 2 3 p h 5 2 8 2 n i 0 o l 一6 1 c a c o ，3 7 1 4 0 0 0 z n0 0 1 1 3 0 s s1 0 0 7 0 0 3 非金属 t s5 0 - l5 8 0 0 2 金属 n h 3 一n1 17 0 0 c d0 0 0 0 5 0 0 0 7 硝态氩 o 1 一1 0 t p0 6 7 5 a s0 0 0 6 0 2 4 有机物 b a0 1 0 3 t o cl9 5 2 3 0 0 0 c a2 9 - 4 3 0 0 b o d 51 1 3 8 0 0 0 c r0 0 0 2 1 0 d o d2 0 7 0 0 0 0 c o0 0 1 1 8 有机氮 3 7 7 0 c u0 0 1 0 3 凯氏氮 4 7 6 2 f e0 3 - 2 0 5 0 表3 5 我国部分城市垃圾渗滤液的水质( m g l ) t a h i e 3 5l a n d f i l il e a e h a t ec h a r a c t e r i s t i c si ns o m ec i t i e si nc h i n a 上海杭州广州深圳台湾某市 c o d c r1 5 0 0 8 0 0 0 1 0 0 0 5 0 0 01 4 0 0 5 0 0 05 0 0 0 0 8 0 0 0 04 0 0 0 ，37 0 0 0 b o d 52 0 0 4 0 04 0 0 - 2 5 0 04 0 0 - 2 5 0 02 0 0 0 3 5 0 0 0 6 0 0 2 8 0 0 0 t nl o o 7 0 08 0 8 0 01 5 0 9 0 04 0 0 2 6 0 02 0 0 2 0 0 0 s s3 0 5 06 0 6 5 0 2 0 0 6 0 0 2 0 0 0 7 0 0 0 5 0 0 2 0 0 0 n h 3 n6 0 4 5 05 0 5 0 01 6 0 5 0 05 0 0 2 4 0 01 0 0 1 0 0 0 p h 5 6 ，56 - 6 56 5 7 86 2 6 65 6 7 5 2 2 辽宁工程技术大学硕士学位论文 3 3 1 垃圾成分对渗滤液水质的影响 垃圾填埋场渗滤液水质受填埋垃圾成分影响很大，垃圾中厨余物 含量的高低直接影响渗滤液c o d 、b o d ，浓度高低；另外炉灰、脏土 等对有机物有吸附、过滤作用，因此垃圾中炉灰、脏土的含量也会影 响渗滤液的有机物浓度。此外由于生活水平、生活习惯以及环保意识 的不同，城市的垃圾组成相差较大，致使不同填埋场渗滤液的c o d 、 b o d 5 在数千m g l 至数万m g l 之间变化。 表3 ，6 为国内部分城市垃圾填埋场渗滤液水质，分析表3 1 、表3 6 可知：当垃圾中炉灰含量相近时，垃圾厨余含量越高，渗滤液中c o d 、 b o d 5 、n h 3 n 浓度越高。深圳是一个以经贸、旅游为主的城市，人们 生活水平较高，垃圾中厨余含量高，而燃煤量极少，所以深圳市垃圾 填埋场渗滤液c o d ，b o d 5 、n h 3 - n 浓度很高。 表3 ，6部分城市垃圾填埋场渗滤液水质 t a b l e 3 6l a n d f i l ll e a c h a t ec h a f a c t e r i s t i c si ns o m ec i t i e s 城市上海杭州广州深圳 c o d ( m g l ) i5 0 0 。8 0 0 0l0 0 0 5 0 0 01 4 0 0 1 0 0 0 03 0 0 0 6 0 0 0 0 b o d ( m g l ) 2 0 0 4 0 0 04 0 0 6 0 0 04 0 0 2 5 0 010 0 0 3 6 0 0 0 t n ( m g l ) 1 0 0 7 0 08 0 8 0 01 5 0 9 0 0 n h 3 一n ( m g l ) 6 0 4 5 05 0 5 0 01 3 0 6 0 0 1o o 6 0 0 0 s s ( m g l ) 3 0 5 0 06 0 6 5 02 0 0 6 0 010 0 6 0 0 0 p h 5 6 56 6 56 5 7 86 2 8 o 3 3 2 填埋场填埋时间对渗滤液水质的影响 渗滤液水质不仅与垃圾组成有关，而且随填埋时间及各阶段填埋 场内垃圾分解而有很大变化，填埋场各阶段垃圾分解形态与水质变化 如下1 3 9 1 4 。】： 调整期 垃圾填埋场初期或垃圾填埋作业进行中，水分逐渐积累且尚有氧 辽宁工程技术大学硕士学位论文 气存在，厌氧发酵作用及微生物作用缓慢，本阶段渗滤液水量较少。 过渡期 本阶段水分达到饱和容量，垃圾及渗滤液中的微生物渐由好氧性 转变为兼氧性及厌氧性；因厌氧和缺氧情况下电子受体自0 2 转变成 n 0 3 及s 0 4 。，o r p ( 氧化还原电位) 约在1 0 0 + 1 0 0 m v 之间，此阶 段尚无甲烷形成。 酸形成期 由于垃圾及渗滤液的兼性和专性厌氧微生物的水解酸化作用，垃 圾中的有机物迅速分解为脂肪酸，而含n 、p 的有机化合物经氨化和 磷酸盐化转化为氨氮和磷酸盐，同时一些金属( f e 、m n ) 也会与有机酸 发生络合作用，致使渗滤液呈深褐色，在此期间所产生的渗滤液c o d 极高，b o d s c o d 为0 4 0 6 ，可生化性好，而且颜色也相当深，是属 于初期渗滤液。 甲烷形成期 在酸形成期间，如果有机酸未随渗滤液流出填埋场，则将进入甲 烷形成期，在这期间有机物经甲烷菌分解转化为c h 4 、c 0 2 ，同时产氢 产乙酸菌的存在，也会产生一些氢气。c 0 2 溶解于水形成h c 0 3 、c o ， 、 h 2 c 0 3 等不同形态的碳酸化合物，p h 值则由于重碳酸盐的缓冲系统而 维持在6 - 8 ，同时也给甲烷菌提供了较好的生存条件，此时o r p 为最 低值，约为3 0 04 0 0 m v 之间，由于有机酸的急速分解，渗滤液的 c o d 、b o d s 浓度会急剧降低，b o d 5 c o d 也降为0 1 o 0 l 左右，渗滤 液的可生化性变差，此时渗滤液为后期渗滤液。 成熟期 此时垃圾渗滤液中可利用的有机成份已大量减少，细菌的生物稳 定作用趋于停止，并停止产生气体，渗滤液中剩余腐殖质易和重金属 离子发生络合作用，所以渗滤液的颜色还是很深，而水中o r p 增加， 氧气及氯化物也随之增加，自然环境状况逐渐恢复。 因此在垃圾填埋稳定过程中存在两种主要作用，是固体垃圾中 有机物分解，形成可溶性或可挥发性的产物，进入渗滤液或大气，而 2 4 辽宁工程技术大学硕士学位论文 最终离开填埋场；另一作用是稳定的腐殖质的合成，这些腐殖质有可能 留在垃圾中，也可能进入渗滤液。这两种作用的综合结果是使渗滤液 中高分子有机物增加。 但是，用填埋场处理生活垃圾，实际上是一个垃圾填充、覆土的 多次重复过程，填埋场的各个部分可能处于不同的稳定阶段，或者说 其各部分的“年龄”是不同的，而且各部分有各自的物理、化学和生物 活动条件。 渗滤液通常可根据填埋场的“年龄”分为两大类，一类是“年轻”填 埋场( 3 5 a 以下) 的渗滤液，其特点是低p h 值、高b o d 5 、c o d ，高 b o d 5 c o d 值，另一类是较“老”的填埋场( 3 5 a 以上) 的渗滤液，其特 点是b o d 5 、c o d 较低，b o d 5 c o d 值也较低，n h 3 n 浓度高，p h 值 通常为7 5 左右。上述各阶段 4 1 j 可见图3 1 。 渗 滤 液 特 性 i 一初始调整阶段；i i 一过渡阶段； i i i 一酸化阶段；一甲烷发酵阶段；v 一成熟阶段 图3 1填埋场稳定化过程中渗滤液水质的变迁 f i g 3 1t h ec h a r a c t e r i s t i c st r a n s i t i o no fl e a c h a t ei nt h ep r o c e s so fl a n d f i l l s t a b i l i z a t i o n 3 3 3 填埋工艺对渗滤液水质的影响 填埋工艺不同对渗滤液出水水质也有影响，假如填埋场外设有截 洪沟排除场外地表径流，场底铺设h t p e 衬垫或粘土( 渗透率 1 0 。c m s ) 或采用帷幕注浆工艺防止渗滤液污染下游地下水，地表径流 未截流或截流效果不佳。这些情况都会使渗滤波浓度降低。 另外，渗滤液水质还与填埋方式有关，大部分垃圾填埋场为山谷 型填埋场，填埋场一般要使用几十年不等，也有的填埋场因地形的影 响，一般一个填埋区只能填埋几年。 3 4 垃圾填埋场渗滤液水质预测 采用填埋法处理生活垃圾，人们最担心的问题是二次污染，处理 好垃圾填埋过程中产生的渗滤液，是防止二次污染最重要的措施。渗 滤液是由大气降雨、地表径流、地下水的渗入和垃圾自身分解水等组 成，其水质随垃圾成份、当地气候、水文、填埋时间及填埋工艺等因 素的影响而有显著变化，而垃圾渗滤液水质的确定又是渗滤液处理设 计的关键和基础，所以渗滤液水质预测是兴建填埋场的一个重要课题。 一般渗滤液含高浓度有机物质和无机盐类，外观呈深褐色乃至黑 色，色度深且有恶臭。填埋初期渗滤液有机物浓度高，填埋3 5 年后 渗滤液有机物浓度将大大降低。 前面已论述了影响填埋场渗滤液水质主要因素，我们进行垃圾填 埋场渗滤液处理研究及设计时，必须预测渗滤液主要污染物浓度，通 常有两种方法： 参考自然条件接近的同类填埋场的设计值或实际运行监溯资 料 由于填埋场渗滤液水质受多种因素影响而有显著变化，因此国 内、外普遍采用这种方法进行渗滤液水质预测。深圳市下坪垃圾卫生 填埋场和麦园垃圾卫生填埋场渗滤液设计值是参照国内外自然条件相 近的同类填埋场渗滤液运行监测资料预测的，表3 ，8 为深圳、南昌垃 圾填埋场不同填埋时期渗滤液水质。前面已论述了填埋场填埋龄不同， 渗滤液水质有较大差异，从表3 7 中看出：填埋初期渗滤液中有机物 含量较高，而填埋约5 a 压，渗滤液中有机物浓度大大降低。 辽宁工程技术大学硕士学位论文 表3 7 渗滤液b o d 、c o d 及b o d c o d 随填埋龄逐年变化表 t a b l e 3 7t h ec h a n g e so fb o d ，c o da n db o d c o do fl e a c h a t ea f t e rc l o s u r e 填埋龄( a ) l23456789 1 0 l l b o d ( m g l )2 5 0 0 01 0 0 0 02 9 0 2 6 0 2 4 0 2 l o1 9 0 1 6 0 1 3 01 0 0 8 0 c o d ( m g l )3 6 0 0 01 6 0 0 0 18 5 0l5 0 01 4 0 01 2 0 0 l1 2 0 01 l5 01 1 0 0 1 0 6 0 1 0 0 0 b o d c o do 1 7o 6 0o 1 7 o 1 7 o 1 6 o 1 6 o 1 4o 1