（环境工程专业论文）垃圾渗滤液回灌处理的中试研究.pdf

武汉理工大学硕士学位论文 摘要 回灌法处理垃圾渗滤液已有多人研究，但国内目前大多仅限于实验室研 究阶段，现场应用报道较少。由于受环境和规模等因素的限制，实验室研究 结果与现场之间存在一定的差距。本课题将结合福州红庙岭填埋场的实际情 况，研究现场大环境下回灌法处理垃圾渗滤液的效果，为大规模应用提供更 准确的工艺参数，同时也为理论研究提供依据和工程设计参数。 试验地点选在福州市红庙岭卫生填埋场，试验装置由一个上表面为1 8 x 1 3m ，下表面为1 0 5 4m ，边坡7m 的向下开挖的梯台组成。四周采用土 工布一土工膜一土工布防渗，重新回填约5 9 7 6t n 3 的垃圾，回灌进水方式为喷 灌。通过改变回灌迸水水力负荷、有机负荷、回灌次数和回灌速率，分别研 究了晴天和阴雨天两种天气情况下回灌对c o d 、b 0 风和n 地- n 去除的影响，同 时对环境效应作了相应评价，并与实验室结果进行对比，找出两者差异，使 结果更合理。 研究表明，垃圾填埋床对新鲜渗滤液c o d 的去除效果显著。试验用垃圾 经过1 2 天的回灌驯化后，微生物活性显著提高，进水c o d 浓度为1 6 0 0 0 2 4 0 0 0 唱1 时，去除率达到9 5 。当垃圾床稳定后，水力负荷在3 4 9 1 6 m l 1 d 、有机负荷在4 3 8 1 6 7 2 m g 1 d 、回灌速率为5 81 m i n 、回灌次数 为3 次时，c 0 1 ) 的去除率可稳定在8 0 9 6 以上，但单次回灌水力负荷不宣过大， 以4 5m l 1 d 为宜。阴雨天情况下回灌水力负荷受降雨等因素的影响，单 次回灌水力负荷不超过3 4 1m ：d 时，c o d 去除率也可达到8 0 9 6 以上。垃圾 床对n h 广n 和b o d ；同样有一定的去除效果，其中b 0 瑰去除率较相同条件下的 c o d 去除率要高，进水哟d 。浓度为7 6 0 0 1 3 9 7 0 m g i 、n i a - n 浓度为1 4 0 0 1 6 0 0 m g l 时，b o d 5 去除率基本可维持在9 5 以上，册b n 去除率也能维持在 5 0 7 0 的水平。回灌过程中对地热研究发现，当垃圾床上方lm 处温度为 1 9 时，出水口水温为3 l 。由此可推知垃圾床内部温度至少在3 1 以上。 通过气体检测仪器对大气中h 2 s 等气体的检禊4 发现。采用回灌法处理渗滤液 符合国家相关政策法规。 关键词：垃圾渗滤液， 回灌，中试 武汉理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t l e a c h a t er e c i r c u l a t i o nt r e a l m e n th a sb e e nr e s e a r c h e db ym a n yr e s e a r c h e r s , b u ti ti s m a i n l yr e s t r a i n e di nl a b - s c a l ee x p e r i m e n ta n df u l l - s c a l ea p p l i c a t i o ni s s e l d o mr e p o r t e d a sf o rt h el i m i t a t i o no f e x p e r i m e n t a le n v i r o n m e n ta n d 娥q l i ei n l a b t h e r ea r es o n 硷d i t 茧c r c l t c e sb a h v nt h er e s u l t so f l a b - s c a l ee x p e r i m e n ta n do f p i l o t - s c a l ee x p e r i m e n t t h ep u r p o s eo ft h i s r e s e a r c hi st of i n dt h ee f f e c to f l e a c h a t er e c i r c u l a t i o nt r c a l m e n ti np i l o t - s c a l ee x t e n t , w h i c hp r o v i d em o r e a c c u r a t e t e c h n i q u ep a r m n e l e r s f o rf u l l - s c a l ea p p l i c a t i o n ，a n da l s op r o v i d e p r o o f f o r t h e o r e t i c a lr e s e a r c ha n d p a r a m e t e r s f o r p r o j e c td e s i g n t h e p i l o t - s c a l ee x - p e r 洫e n t w a s o p c r a i c d a tf u z h o u h o n gm i a o l i n g l a n d f i l l ac e l lw a sd u gd o w n w a r dw h o s es u r f a c ed i m e n s i o nw a s1 8 1 3 ma n db o t t o m d i m e n s i o nw a s1 0 5 4 r m np r e v e n t e df i q u i df x n nt r a n s i t i o nb e t w e e nt e na n d s u r r o u n d i n gb yg e o c l o t h - g e o m e m b r a n e - g e o c l o f l lb yc h a n g i n g i n f l u e n t c o n c e n t r a t i o n 、h y d r a u l i c l o a d 、 o r g a n i c l o a da n d i r r i g a t i n gf r e q u e n c y , t h e i n f l u m e eo f i r r i g a t i o n0 1 1c o d 、b o d 5 a n dn h 3 - nr e m o v a lr a t i ow a sr e s e a r c h e d u n d e rt h es u n n yc o n d i t i o n sa n dc l o u d yc o n d i t i o n sr e s p e c t i v e l y m e a n w h i l et h e e f f e c to ne n v i r o n m e n tw a se v a l u a t e da c c o r d i n g l y t h r o u g hc o m p a l - i $ o l lo f r e s u l t s o f l a b - s c a l ea n d p i l o t - s c a l ee x p e r i m e n t , d i f f e r e n c e w a sf o u n d t h er e s e a r c hs h o w e dt h a ti tw a se f f e c t i v ef o rm u n i c i p a ls o f i dw a s t e ( m s w ) t od e a lf r e s hl e a c h a t e a f t e r1 2 - d a y - l o w - v o l u m ei r r i g a t i o n , t h ea c t i v i t yo f m i c r o b e w a si m p r o v e ds oo b v i o u s l yt h a tc o dr e m o v a lr a t i or e a c h e d9 5 w h e nt h e i n f l u c n tc o dc 0 i l c _ 删枷蚰w a s1 6 0 0 0 2 4 0 0 0 i i l 妒舡i e rt h ew a s t eb e dw a s s t a b l e , c o dr e m o v a lr a t i oc o u l dr e a c h8 0 w h e nh y d r a u l i cl o a dv a r i e d 觚3 4 t o9 1 6m l 1 d o r g a n i cl o a d4 3 8t o1 6 7 2m 鲈d v e l o c i t y5 8i h n i na n df r e q u e n c y 3t i m e s b u ti tw a sm o a p p r o p r i a t ea t4 5m l 1 do f h y d r a u l i cl o a d e v e r y a m e a 5f o r l l l ei n f l u e n c eo f t h ef a c t o rs u c h a sr a i n f a l la n d f o g ，t h ei r r i g a t i n g h y d r a u l i cl o a d s h o u l db e1 1 om o r et h a n3 4 1 m l 1 de v e r y t i m e u n d e r t h a tc o n d i t i o n , c o dr e m o v a lr a t i oc o u l dr e a c hm o 陀t h a n8 0 m s , 舡t i eh i 咖r e m o v a lr a t i o i i 武汉理工大学硕士学位论文 c o u l da l s ob er e a c h e df r o mb o d sa n d n h 3 - n ，w h i c h t h eb o d 5r e m o v a lr a t i ow a s h i g h e rt h a nt h a to fc o d u n d e rt h es a m cc o n d i t i o n sa n dc o u l dm a i n t a i na tm o r e t h a n9 5 t h er e m o v a lr a t i oo f n h 3 - nm a i n t a i n e da t5 0 7 0 b yt h er e s e a r c ho f t e r r e s t r i a lh e a td u r i n gi r r i g a t i o n , t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h et e m p e r a t u r ea tt h e o u t l e t r e a c h e d3 1 w h e r e a s i t a t t h e h g i g h t o f lm o v e r t h e w a s t e b e d w a s o n l y1 9 s ot h er e s u l t sc o u l db er e f e r r e dt h a tt h et e m p e r a t u r ei nw a s t eb e dw a so v e r3 1 t h r o u g h c h e c k i n g t h e c o n c e n t r a t i o n o f h 2 s b y i n s t r u m e n t , i t a c c o r d e d w i t h t h e c o r r e l a t i v e p o l i c y a n d r e g u l a t i o n s i i i 武汉理工大学硕士学位论文 1 选题背景 绪论 随着我国城市化进程的加快和人民生活水平的不断提高，城市生活垃圾 产生量平均以每年4 8 的速度持续增长。据统计，到1 9 9 9 年底全国6 6 8 个 城市生活垃圾清运量达到1 1 4 4 亿吨，已建成各类生活垃圾处理场( 厂) 6 9 5 座，全年生活垃圾处理量为7 2 4 1 1 万吨，处理率为6 3 2 皇右。但根据目前已 建成的垃圾处理设施数量和处理能力测算，真正达到无害化处理的比率约为 1 5 ，大量城市生活垃圾露天堆放或简易填埋，对环境造成巨大危害。 垃圾是一种特殊的混合物资，根据国内外的实践经验，到目前为止可以 达到工业化生产水平的垃圾处理技术主要有以下四类：卫生填埋处理技术、 焚烧处理技术、生化处理技术( 含高温堆肥处理技术) 和回收利用技术。 表肛1城市生活垃圾常用处理技术对比 t a b l e o lc o m p a r i s o no fc o n o nt e c h n i q u e st od e a l i n gm s w 内容 操作安全性 技术可靠性 占地 卫生填埋 较好，注意防火 可靠 大 较困难，要考虑地形、 地质条件。防止地表 水、地下水污染，一 般远离市区运输距 离较远。 无机物 6 嘶 含水量 o 5 t d 焚烧 好 可靠 小 易，可靠近市区建设， 运输距离较近 垃圾低位热值 4 1 8 0 k j k s 时不需添 加辅助燃料。 仅残渣需作填埋处 理，为初始量的l o 。 能产生热能或电能。 选址要求 适用条件 最终处置 产品市场 无 可回收沼气发电。 好 可靠。国内有经验 中等 较易，仅需避开居民密集 区气味影响半径小于 2 0 0 1 ，运输距离适中。 从无害化角度垃圾中可 生物降解有机物1 帆。从 肥效出发应 4 傩。 非堆肥物需作填埋处理， 为初始量的2 0 2 5 。 建立稳定的市场较困难。 武汉理工大学硕士学位论文 表o 2 国外生活固体废弃物处理技术过程应用比例。1 t a b l e 0 - 2 a p p l i c a n tr a t i oo fm s wd e a li n gt e c h n i q u e si nf o r e i g nc o u n t r i e s 国家统计应用比例( ! 年份填埋焚烧 堆肥资源化 美国 1 9 9 66 2 1 0 2 8 英国 1 9 9 9 8 6 25 7 3 05 1 法国 2 0 0 04 5 4 21 0 3 加拿大1 9 9 5 7 34 2 3 德国 1 9 9 8 3 0 21 2 3 1 7 93 7 1 意大利 1 9 9 7 6 8 45 7 i i 48 1 亘壅墅! ! ! ! ! ! ：! ! ：! ! ：! ! ：! 一 表o - 3 我国2 0 0 1 年城市生活垃圾处理情况 t a b l e0 - 3c h i n am s wd e a l i n gc o n d i t i o ni n 2 0 0 1 堕堡 茎缝丝墨墼塑坐 含量比例 9 3 33 3 3 4 丝童些型丛! ! ：! ! ! ：! 2 武汉理工大学硕士学位论文 从表0 1 o - 3 可以看出，城市生活垃圾卫生填埋在今后相当长的一段 时间内仍将作为我国和其它许多国家的主要处理方法。 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等 原因形成的一种高浓度的有机废水。在已检测出的有机污染物中，有2 2 种被 列入我国和美国e p a 环境优先控制的污染物黑名单中。1 ，并且由于渗滤液具 有水质水量波动大、有机浓度高、可生化性差等特点，传统的厌氧和好氧工 艺难以达到较好的效果，即使达到了也要付出昂贵的经济代价。另外由于人 口不断膨胀与土地资源紧缺的矛盾日益尖锐，新的填埋场很难找到，使得优 化已有填埋场可利用空间，加速填埋场中垃圾稳定化进程，大幅度减少直至 消除填埋场潜在的污染尤为重要。渗滤液回灌就是解决上述矛盾的一种新方 法和新工艺。张瑞明等在杭州天子岭填埋场的直径4 0 m 、深2 m 试验填埋 场回喷研究表明：c o d 可由初期1 0 9 0 0r a g 1 降至一年后的1 4 3r a g 1 ，去除率超 过9 8 9 6 , 出水达到g b l 6 8 8 9 1 9 9 7 中二级标准。由此可见，回灌处理垃圾渗滤 液的效果显著。 2 研究的目的和理论意义 渗滤液回灌处理方法的提出已有多年，并且在国外有广泛的应用。英国 5 0 的填埋场进行了渗滤液回灌，美国已有2 0 0 多座垃圾填埋场采用此技术处 理渗滤液翻。近几年来，国内也相继开展了这方面的研究，研究方法通常采 用实验室模拟，其规模小、试验环境单一。而实际填埋场占地面积、填埋作 业工艺、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的差 异极大，国内垃圾成分、气象、水文地质等条件不同于国外，上述研究得出 的研究成果不能完全照搬到国内现场应用。本研究是在实验室已开展的初步 研究成果啪的基础上，进一步深入的进行现场中试研究，为今后工程实施提 供科学的理论依据和设计参数。 3 选题的经济意义 垃圾填埋层及土壤中存在大量的微生物，在合理操作条件下填埋场是一 个良好的生物处理装置，再辅之土壤胶体和颗粒的吸附、螯合、离子交换等 物理化学作用可使渗滤液得到完全处理。与本课题相关的实验室研究成果已 武汉理工大学硕士学位论文 证明：夏季c o d 进水浓度为1 5 0 0 m g l 左右，水力负荷在7 6 0 m 1 几d 范围 内逐渐增加时，出水水质变化不大，去除率基本稳定在7 0 以上；氨氮的去 除也十分显著，去除率稳定在9 6 以上。通过此工艺可使后续待处理的水量 和处理负荷大大降低，加速填埋场稳定速率，使得渗滤液处理费用及填埋场 封场后的管理人力物力投入大大节省。p o h l a n d 以每公顷填埋场的年总费用 单位( t o t a la n n u a lc o s t su n i t s ，t a c u 一包括垃圾处理和渗滤液处理的投资 及运转费用) 对渗滤液处理的不同方案所作的经济比较表明，循环喷洒法可 比其它方法节省一个平均t a c u ，是最省的方法叫。 总之，回灌法工艺简单，操作维护方便，与过去一般使用的混凝沉淀一 吹脱一厌氧一好氧一混凝沉淀一生物塘的工艺相比，投资和运行费用均可节省 4 0 5 0 。另外，回灌可加速填埋场的稳定化，使填埋场封场之后的管理时间 大幅度缩短，加速了土地资源的利用，经济效益可观。 4 选题的环境意义及社会意义 垃圾渗滤液是高浓度、高污染、生化性差的难处理废水，现有处理工 艺每处理一吨水的建设投资和运行费用都很高。因此能找到一个既经济又有 效的处理方法，对于像我国这样一个发展中的国家尤为重要，有很好的社会 效益。由于本研究是在实验室研究的基础上深入进行，立足于福州红庙岭填 埋场现场环境开展，因此本研究成果可直接应用于工程设计和大规模应用。 本研究得到了福州市红庙岭填埋场的人力协助和财政资助。 4 武汉理工大学硕士学位论文 第1 章垃圾渗滤液的处理 本章将从渗滤液的产生产量预测、控制方法和现有常用处理方法及工艺 的研究现状和进展予以介绍，重点介绍国内回灌法的研究现状及其进展。 1 1 垃圾渗滤液的产生及其产量的预测 1 1 1 影响渗滤液产量的因素 垃圾渗滤液的产生决定于水分来源、填埋场的表面状况、垃圾特性、填 埋场底部状况、填埋操作运行方式五个条件。b a g c h i 指出嘲，影响其产生量 的因素包括降水量、地表水的浸入量、遮蔽条件、顶盖设计、气候条件、填 埋时间。其中降水量对渗滤液总量的影响尤为显著，其数量由地理位置决定。 渗滤液的产生一般随填埋时间的增加，产出速率逐渐降低，但其可生化性也 随之降低，污染物浓度大幅增加。 1 l 2 渗滤液产生量的预测 渗滤液数量主要依赖于难以预测的降水量。填埋场在工作条件下和封闭 条件下渗滤液产生的速率相差很大“”，其计算方法也是不同的。 ( 1 ) 工作条件下渗滤液产出率的估算 工作条件下渗滤液产生率的估计用来决定位于填埋场底部的渗滤液收 集管的空间位置及渗滤液收集池尺寸。渗滤液主要是由降水和填埋场中废弃 物挤出的孔隙液体而产生的，易腐烂的废弃物分解也产生水和其它液体a 产 生速率可由下列方程导出： l a = p + s e - ( f c - m ) ( 1 1 ) 式中i 一工作条件下渗滤液产生速率c m h ； p 一降水量； s 孔隙挤出水，c m l e _ 水份蒸发量； f c 废弃物持水率； 聃填埋场废弃物初始含水量 武汉理工大学硕士学位论文 由于孔隙挤出水是由废弃物细孔中液体在其自重和上面各层的重力作 用下排放出来的，由孔压作用排出的液体不会多“。吸收作用在废弃物渗滤 液减少使其持水率未达饱和时应予考虑，但当达到饱和时，按水量平衡观点 可认为吸收作用而引起的渗滤液体积减少可忽略不计。蒸发作用依赖于以下 几个因素，如环境温度、风速、蒸发表面与大气之间的气压差、大气压力、 蒸发液体的相对密度等。浅层表土的水可持续蒸发直到该层达到凋焉湿度。 利用这一特性进行的回灌实验表明：蒸发作用能大幅减少渗滤液的总量，水 量通过土壤蒸发作用可以大量削减“。夏越青等通过冬季渗滤液回灌研究“” 发现，即使在气温相对较低的冬季，回灌水量仍可通过土壤蒸发得到大量削 减。 ( 2 ) 封闭条件下渗滤液产出率的估算 封闭后渗滤液产生速率的估计用于决定长期的管理费用，有五种方法可 用于预测长期渗滤液产生速率：水量平衡法、与水量平衡法相关的计算机模 拟( 娅l p ) 、经验方程、数学模型和直接渗流测定法。 a 水量平衡法 通常用于预测渗滤液长期产生速率。最简单的方程如下： l c = p - e t - r - a s 一( f s l d( 卜2 ) 式中i c 填埋场封闭后的渗滤液产生速率，c 栅； e 1 一由于蒸腾散发作用而损失的水，c m , l 卜最面流失的水，c m ； s 土体水分积蓄 与( 1 ) 式不同的是，顶盖最终建成后只有渗透过顶盖的水才能透过废 弃物并产生渗滤液。当降水降落在已封顶的填埋场上时，一部分水沿表面流 失( r ) ，一部分被土体内植物耗用掉( 盯) ，剩余部分渗透过顶盖，其中有一 部分水份被保留在顶盖土体内( s ) ，此法仅适用于易透水性粘土作为顶盖 的填埋场。 b h e l p 模型 该模型是依据美国环保局计算垃圾填埋下渗量的水力模拟模型( h s s w d s 模型) 和美国农业部计算农田管理系统中化学径流和腐蚀的c r e a m s 水力模型 发展起来的准二维水量预测模型。利用气候、土壤和设计数据来估计每天流 武汉理工大学硕士学位论文 进、通过和流出填埋场的水量，用s c s 径流曲线数值法计算径流量，对限定 的土壤水分条件用修正p e n m a n 方法可估计其蒸腾散发量，但没有考虑地面水 流和地下侧向水流。 c f i l l 模型 该模型是m k h a n b i l v a r d i “”等人提出的二维非稳态水分运动模型。模型 中考虑了填埋表面坡度和粗糙度的影响，地表径流用水文学的运动方程求解， 下渗量是水分含量、水力传导率、土壤表面水深的函数，蒸发量的求法用修 正p e n m a n 法。 非饱和区二维非稳态水分运动可用下列方程组求解： 詈= 昙 。p ) 署 + 妄 。p ) 罢卜掣 川咄( m 。， 荆= 聒p 献 h e l p 模型和f i l l 模型，都是以水文学基本原理为依据，综合考虑了水 量平衡和水分在填埋场内的运动，通过对填埋场水分迁移各个环节的平衡计 算，得到渗滤水量，区别在于计算因素的包容量和经验公式的形式。 d 经验公式 假设渗滤水量主要取决于降雨量和蒸发量，同时认为蒸发量变化比降雨 量小很多，渗滤水量由降雨量确定。 e ：1 1 0 0 0 xi ( c 。x a 。_ h e x a 2 ) ( 1 5 ) 式中q 渗滤水产生量 i 一降雨量； 武汉理工大学硕士学位论文 a 。一正在填埋且未排除表面水的区域面积( m 2 ) ： a 厂填埋完成区且排除地表水的区域面积( m 2 ) ： c 。、c 2 _ 与h 。、a ：相对应的入渗系数，c f 卜e i ，c 2 - 0 6 c 该方法适用于填埋场没有表层阻水层，且能取得相对规模调节设备容 量的场合，但没有考虑垃圾降解产水对渗滤液的影响，同时忽略了覆土土质 和排水坡度、垃圾种类、降雨强度及土壤前期含水量对c 、巴的影响。 另外，从渗滤液产生的水分来源以及水分运动的角度出发，提出了精确 计算公式为： q = 1 0 4 l 【( 倪z 4 0 + a a 2 + 4 i ) 芷，+ ( 1 一且) x 4 d 】 ( 1 6 ) 式中，i n - 一重现期为r 1 年的日降雨强度( m m d ) ： a 一区域外部流入填埋场内的雨水流入率； 九表面流出系数； d 一由集水区域的中心部位到集水管中心的平均到达天数； k r _ 渗出系数，k r = 1 0 1 ( o 0 0 2 r 0 1 6 r + 2 1 ) ； i 卜_ n 年概率的日降雨强度i 。( 姗d ) ； 蝴埋场外围的集水区域面积( m 2 ) ； a 填埋区面积( 开) ； a 。一填埋完成区面积( m 2 ) 该公式适用于山谷型坡度较大的填埋场，但没有考虑垃圾降解产生水对 渗滤液总量的贡献，并且计算较为复杂。 1 2 垃圾渗滤液的控制方法 1 2 1 山谷型填埋场渗滤液的控制方法 我国现有的填埋场大约7 0 为山谷型填埋场。大多数填埋场在建设过程 中，十分重视填埋场的选址工作，将填埋场建在工程地质和水文地质条件比 较好的三面环山的盆地或山谷中，注意充分利用有利条件，以达到保护环境 和减少工程投资费用，同时也十分重视区域场地表径流的控制，设置导流坝、 环场截洪沟和场区内分区截洪沟组成的完整防洪排水系统，其过水能力一般 安排1 0 年一遇降水设计，用3 0 年遇最大降水校核，避免区域地表径流进 武汉理工大学硕士学位论文 入填埋场，产生过多的渗滤液。 目前我国绝大多数山谷型填埋场采用垂直防渗技术，在地质条件较好的 基岩上设置截污坝及帷幕灌浆垂直防渗墙，防止产生的渗滤液污染地下水， 其基本形式有下面两种“： ( 1 ) 在峡谷处建造垃圾坝和垂直防渗帷幕。根据填埋库区地形、地质、 水文地质条件，在地下水汇集的出水口处建筑防渗帷幕，利用压力灌浆的方 法将地下水出口处岩石裂隙充填封闭，使填埋场内产生的渗滤液阻集于帷幕 前的水池中，不向下游及邻区渗透。以杭州天子岭垃圾填埋场为代表，防渗 帷幕孔距为3 米，主帷幕采双排帷幕，孔距也为3 米，第二排孔设在第一排 孔之间，整条帷幕线设计7 8 个灌浆孔，灌浆孔深度都打在隔水层以下，平均 深度2 5 米，在地质情况复杂和岩层破碎的地方灌浆孔加密加深，最后形成双 排帷幕长8 0 米，两端单排帷幕7 0 米，共1 5 0 米。灌浆后的岩石吸水率小于 0 0 3 l s 酽，与下面岩石的单位吸水率基本一致。帷幕的位置与截污沟轴线 一致，截污坝和帷幕灌浆隔断了场区含水层与下游含水层间的关系，切断了 污染空隙潜水向下游径流的通道，从而达到防渗的目的。我国大多数山谷型 填埋场，均以杭州天子岭垃圾填埋场为样板，但相当一部分填埋场没有考虑 应用此技术的前提条件。 ( 2 ) 在填埋场四周建造垂直防渗帷幕。个别填埋场，如燕山石化危险 废弃物填埋场，沿填埋场四周进行封闭型的灌浆帷幕防渗处理措旋，地下断 层采用混凝土填塞封堵，以防止填埋场渗滤液渗漏至地下水。 应该强调指出，目前我国山谷型城市生活垃圾填埋场垂直防渗中存在的 主要问题，不是防渗帷幕的渗透系数不能达到国家标准中针对水平防渗衬层 所规定的标准( 小于l o m s ) ，而是功能过于单一。一个防渗性能良好的填 埋场垂直防渗系统，其作用应该包括： 1 ) 尽量封闭渗滤液于填埋场之中，使其进入渗滤液收集系统，防止其 渗透出填埋场之外，造成对土壤和地下水的污染。 2 ) 防止地下径流进入填埋场，避免产生过多的渗滤液。 3 ) 避免填埋场气体侧向迁移到填埋场之外，使之得到有控释放和提高 收集效率。 就上述两种防渗方式来说，第二种垂直防渗方式具有上述三种功能，但 9 武汉理工大学硕士学位论文 第一种垂直防渗方式则只具有第一种功能。我国山谷型填埋场普遍存在渗滤 液产生量大，很多填埋场出现污水调蓄能力差，容量不够，以至于发生污水 池水溢事故等情况，究其原因是没有认识到防止地下渗流进入填埋场的重要 性，所采用的垂直防渗方式功能较为单一。一般来说，即使建在独立水文地 质单元内的山谷型填埋场，填埋场的使用面积也远小于区域地下径流的补给 区域。补给区越大，地下径流量就越大。而且鉴于垂直防渗帷幕位于区域地 下径流出口处，该区域的地下径流最终将完全进入填埋场，成为渗滤液的一 个重要来源，大大增加填埋场渗滤液的产生量。 我国现行的山谷型填埋场控制渗滤液产生量的措施主要是通过截洪沟 或截洪坝阻止场区外地表径流进入填埋场，场底和边坡未采取必要措施排除 地下径流。对于降水量少并集中且流域面积不大的北方地区填埋场，这种技 术措施是可以有效减少渗滤液的产生量。但是，对于汇水面积较大的填埋场， 由于地表水入渗产生的地下径流汇入填埋场，则会大大增加填埋场渗滤液的 产生量。特别是对于位于南方山谷中的填埋场，由于降水量大、降水周期长， 梅雨季节降水虽不产生地表径流，但可能大部分降水进入填埋场。除深圳红 梅危险废弃物填埋场外，我国其它山谷型填埋场几乎都没有设置地下径流导 排系统，其中某些填埋场的渗滤液产生量要比采用最保守渗滤液产生量预测 公式算出的还大很多，使与之配套的渗滤液处理场一再扩建而不能满足处理 要求。 要减少流域面积大的山谷型填埋场渗滤液的产生量，应在填埋场上游设 置地下防洪坝、在填埋场底部衬层下设置砾石层和排水管，以降低地下水位， 使填埋场底部距地下水最高水位距离大于l 米，避免区域地下径流汇入填埋 场，增加渗滤液产生量；同时，要注意边坡防渗，最好采用四周防渗，防止 场外地表入渗水侧渗进入填埋场。 1 2 2 平地型填埋场渗滤液的控制方法 除山谷型填埋场外，我国还有一些平地型垃圾填埋场，个别城市的垃圾 填埋场则是围海而成。虽然建设部颁发城市垃圾卫生填埋标准规定，填 埋场底部应在最高地下水位2 米以上，但实际上大多数平地型填埋场位于地 下潜水水位较高的区域内，多为半地下半地上式平地型填埋场( 如北京阿苏 1 0 武汉理工大学硕士学位论文 卫垃圾卫生填埋场) ，少部分为地下式填埋场( 如江苏常熟南胡垃圾卫生填埋 场) 。 早期建成的平地型填埋场，在选址、设计时虽然也考虑避免造成对地下 水污染，但误认为地下水是指可作为资源使用的承压水，而较少考虑潜水对 填埋场的影响，将填埋场设计在承压水层上隔水层中，在填埋场底部采取了 适当防渗措施，但对边坡的防渗没有很好考虑，致使地下水的侧向入渗会大 大增加渗滤液的产生量。 近年来相继建成了一批以高密度聚乙烯( 皿p e ) 防渗膜为核心的层状结 构作为防渗衬层的卫生填埋场，如北京、天津等，采用h i ) p e 防渗膜人工水平 防渗技术建设城市生活垃圾卫生填埋场己成为主导。但是，采用h d p e 防渗膜 并不一定就会提高填埋场的防渗效果，如果填埋场防渗衬层结构设计不合理， 如将册p e 防渗膜直接铺设在透水性强的粉砂土等基础土层上，施工和使用工 程中造成防渗膜的破损，则防渗效果会很差。因此，根据填埋场场区的水文 和工程地质条件，在满足环境要求的条件下，选择技术经济性能合适的衬层 结构。经济可行性是衬层系统选择中始终要考虑的基本因素。衬层系统应该 在技术可行的前提下选择更为经济的衬层系统。 填埋场衬层系统通常包括导流层( 捧水层) 、防渗层和保护层。防渗层 又称隔离层、阻隔层或分离层，其功能是通过阻隔渗滤液于填埋场中，防止 其迁移到填埋场之外的环境中，阻隔地下水和地表水进入填埋场中。保护层 的作用是对防渗层和导流层提供合适的保护。粘土等矿物质衬层容易受侵蚀 以及受到天气变化、干涸和渗滤液收集系统砺料对其上表面的剌穿等因素的 影响。柔性膜容易被刺穿，同时其它点状集中应力也会造成膜的破损。必须 对排水层系统提供保护，过滤渗滤液中的悬浮物和其他固态和半固态物质， 否则这些物质将在排水层中累集，造成排水系统的堵塞，使排水系统效率降 低或者完全失效。 根据渗滤液收集系统、防渗系统和保护层、过滤层的不同组合，填埋场 的衬层系统有不同的结构，如单层衬层系统、复合衬层系统、双层衬层系统 和多层衬层系统等。 1 3 垃圾渗滤液的处理方法及其研究进展 武汉理工大学硕士学位论文 垃圾渗滤液是重要的地下水污染物，在已检测出的有机污染物中，有2 2 种被列入我国和美国e p a 环境优先控制的污染物黑名单中0 1 。目前就其总体 的处理方案有场内处理、场外处理和场内外相结合处理，处理方法主要包括 生物法、物化法和土地法及几者相结合的综合方法。随着城市垃圾卫生填埋 技术的不断应用，对垃圾渗滤液的研究越来越广泛，其处理方法和处理工艺 均得到了较大的进展。 1 3 1 垃圾渗滤液处理方法的研究进展 1 3 1 1 渗滤液的生物处理 生物处理法包括活性污泥法、氧化塘、氧化沟、生物转盘及接触氧化等 好氧和厌氧生物处理方法。v e n k a t a r u m a n i 等和k e e n a n 等分别采用活性污泥 法对渗滤液处理的结果表明，b o d 5 的去除率可达8 0 9 9 ，当进水中有机碳 浓度高达1 0 0 0 m g l 时，污泥生物相也能较快地适应并起降解作用“”。 r o b i n s o n 采用连续流活性污泥法对渗滤液的处理能力作了研究，结果表明： 当泥龄 5 天时，处理结果波动较大，并出现污泥丝状菌膨胀问题，且当运行 温度从1 0 降至5 时，处理效果受很大影响；当泥龄1 0 天时，处理出水 b o d , 和c o d 可分别低于2 0 m g 和1 5 0 m g l ，f e 、m n 、z n 等重金属离子的去除 率可分别达9 8 、9 2 和9 8 。运行温度从1 0 降至5 时，处理效果无多大 的影响。但同时发现，当n b o d 。之比超过3 6 ：1 0 0 时，多余的n h + - n 将不 能为微生物利用而残留在处理出水中“”。胡慧青等人对天子岭垃圾填埋场渗 滤液采用传统活性污泥法处理工艺的实际运行效果考察发现：当进水c o d 和 咖；浓度分别为9 3 8 i 3 6 4 0 m g i 和4 7 2 6 2 3 8 0 m g i 、两级曝气池的停留 时间分别为2 0 h 和1 5 h 、有机负荷分别为0 7 6 k g 呲g m l s s d 和 0 0 7 k g b o d 5 k g m l s s d 时，c o d 和b o o 的去除率可分别达6 2 3 9 2 3 和 7 8 6 9 6 9 9 6 n 钔。运行还表明，吨渗滤液的处理费用达3 2 5 元( 处理规模为 3 0 0 t d ，即日运转费为9 7 5 元，年运转费则为3 5 6 万元) ，去除i k g c o 瞻需 i 4 6 元。 生物膜法具有抗冲击负荷能力强的优点，且生物膜内微生物相较丰富， 含有生长世代期长、具有硝化作用的微生物，能实现较好的硝化效果，因而 得到较多的研究。加拿大b r i t i s hc o l u m b i a 大学的p e d d i e 等人采用直径为 武汉理工大学硕士学位论文 0 9 m 的生物转盘对c o d 浓度 1 0 0 0 m g 1 、n h 4 + - n 浓度 1 2 0 0 0 ) 对重金属离子吸 附处理时，获得了3 0 9 6 、5 3 和6 5 的c d 、n i 和c u 去除率。在混凝过程中 投加非离子、阳离子及阴离子高分子助凝剂可改善絮体的沉降性能，但无助 于提高浊度的去除率。 ( 5 ) 膜分离。微孔膜、超滤膜和反渗透膜在渗滤液深度( 精) 处理中 应用研究也有较多的报道，其对c o d 和s s 的去除率均可达9 5 嘶咖。但膜分 离方法费用昂贵，尤其对于较高的渗滤液而言，其处理费用相当高，因而目 前在我国较难加以实际应用。 ( 6 ) 吹脱。氨吹脱就是将渗滤液的p h 值提高到1 0 5 1 1 5 ，这时游 离氨将占总氨量的绝大部分( 约9 5 左右) ，鼓入空气就会使游离氨逸入大气。 渗滤液中含有高浓度的n 时n 可以在生物处理之前通过氨的吹脱去除。国外 的研究结果在空气水体积比为2 5 0 0 的条件下，采用氢氧化钠为中和剂时氨 武汉理工大学硕士学位论文 氮去除率为9 0 ：采用石灰为中和剂时氨氮去除率为5 3 。沈耀良嘲的研究结 果表明：在p h ：1 1 ，t = 2 2 5 c ，供气量为l o l m i n 的条件下，经5 h 曝气吹脱 ( 气水比为6 6 6 ) ，获得了6 6 7 8 2 5 的氨氮去除率。氨吹脱的主要缺点是 低温时效率急剧下降和运行费用较高。费用较高主要是在吹脱前需要将渗滤 液的p h 值从8 3 左右调节到1 l 的碱消耗和吹脱过程需很大的气水比( 吹脱 的气水i - 1 0 0 0 ) ，远大于生物曝气硝化一反硝化的气水比。 ( 7 ) 辐照法和超声波法。辐照法在其他工业领域已经早有应用。近年 来，有人开始用y 射线和电子束进行处理有机污水。此项技术的反应原理一 般认为是当y 射线或高能电子束射入污水中时，水分子就会被电离或激发而 形成离子、激发态分子等，然后向四周介质扩散。辐射产物一部分与其他离子 复合生成分子或次级辐射产物，另一部分扩散到周围水溶液中，可自由反应以 及传递能量。超声波技术就是应用超声波加速电子，当高速运动的电子不断碰 撞水分子或其他分子时，产生不稳定的反应基其中起氧化作用的是羟基，造 成水中的污染物加速分解。y a m a z a k i 等人叫采用y 射线照射垃圾渗滤液，结 果表明，渗滤液中的难降解的腐殖酸明显降低。b a d e ，b u y i n g - u k 等嘲采用活 性污泥法与辐照法相结合处理渗滤液，其中难降解的腐殖酸经辐照后由 鹋6 降至5 2 9 ，影响辐照效果的因素是辐照剂量和p h 值。陆永生等d 町利用 超声波技术对水中的单环芳香烃降解进行探索性研究，结果表明，超声辐照 7 0 m i n ，含单环芳香烃废水的降解规律基本遵循一级反应动力学关系，超声辐 照9 0 r a i n ，初始浓度为2 2 9 5 1 4 5 7 m g 1 的含苯废水，有机物去除率可达到 9 9 以上。虽然辐照法和超声波法对有机物的去除率高、操作简便，但也存在 许多弊端，如用以联系工作的大功率高能电子发生装置造价昂贵、技术要求高， 为了防止射线辐射，需要特殊的保护措施等。此外，此法能耗较大，能量利用率 不高。该技术尚处于研究阶段，若要真正投入实际运行，需进一步完善。常见 的氧化剂，如臭氧和双氧水，由于处理成本高，工程上难以实现。而近年来发展 起来的超声波和辐照法等都是借助羟基自由基的强氧化性来达到分解有机物 的目的，这样可以提高渗滤液的可生化性，便于进一步处理。 王琳等报道了臭氧固定床催化氧化法技术、复合式a o p s 工艺光化学氧 化和撞击式臭氧化反应器c h e m o x 法在渗滤液处理中的应用研究“”。c h i a n g 等人采用电化学方法( 电解) 对渗滤液进行了处理，结果表明。在电流密度 武汉理工大学硕士学位论文 为1 5 a d m 2 、投加7 5 0 0 m g 1 氯化物、采用s p r 阳极( 一种s n p d r u 氧化镀层 钛电极) 的条件下，可获得9 2 的c o d 去除率和1 0 0 的n 盱n 去除率啪1 。 目前，渗滤液的处理尚没有成熟和完整的工艺可以借鉴，上述的氧化技 术虽有良好的应用前景，但还只是处于实验阶段。相反，若几个物理化学处理 单元联合处理渗滤液，运行成本不但低廉，且工艺操作简便，值得推广。 1 3 2 渗滤液处理工艺的研究进展 由于不同垃圾填埋场操作和环境条件的不同、使用年限的不同，渗滤液 的水质特征也往往不尽相同，加之对处理出水水质要求的不同，所需采用的 处理工艺也有较大的差别。虽然目前渗滤液的处理工艺总体上采用以生物处 理为主体工艺的系统，但其中工艺方法因处理目的的不同而往往相去甚远。 主要的生物处理工艺有：厌氧好氧、缺氧好氧、传统活性污泥法等。 王宝贞等采用：a ( 缺氧活性污泥) b ( a 0 淹没式生物膜) 复合系统对 渗滤液处理的研究结果表明，在a 段有机负荷( o l r ) 为3 5 4 5 k g c 0 d k g 儿s s d ，溶解氧( d o ) 为0 2 m g l 。m is s 为2 5 0 0 3 0 0 0 i l l g 1 ， 污泥龄为3 天；b 段溶解氧分别为2 5 3 5 l ( 好氧段) 和0 2 o 5 r a g 1 ( 缺氧段) ，混合液回流比为1 5 0 ，总h r t 为2 4 h 的条件下，可使c o d 由 1 7 0 0 m g 1 降至l o o m g 1 ，n h 3 - n 由1 7 0 m g 1 降至l o m g 1 1 。 邹莲花等采用复合式厌氧反应器一吹脱一淹没式生物滤池( a o ) 一混 凝沉淀一城市管网的处理工艺对深圳市玉龙坑填埋场渗滤液进行了研究“”。 结果表明，当进水c o d 和b o d 。浓度分别为2 1 7 8 1 2 5 5 2 8 i i l g l 和1 4 7 5