（环境工程专业论文）垃圾渗滤液回灌处理过程中无机离子变化特征的实验研究.pdf

摘要 目前在我国有9 0 左右的城市使用填埋法处理垃圾。垃圾渗滤液是垃圾在卫生填 埋或堆放过程产生的一种高浓度有机废水，水质水量变化大，含有多种有害污染物质， 对环境危害极大。回灌法即为垃圾渗滤液的一种处理技术。 本论文在前期研究的基础上，结合回灌处理中c o d 及氨氮类物质的变化，重点对 渗滤液中无机离子( c l 一、s 0 4 2 一) 做相应的测定和研究，完善整个回灌处理垃圾渗滤液 理论体系，为渗滤液回灌处理技术的应用提供基础参数。 通过实验研究得出以下主要结论： ( 1 ) 渗滤液中s 0 4 2 一采用铬酸钡分光光度法测定，比较重量法与容量滴定法，具 有测定速度快，数据较准确的优点。 ( 2 ) s 0 4 2 一为微生物生长的营养物，回灌处理让渗滤液与垃圾填埋柱体接触频繁， 其中的无机硫酸盐为柱体中微生物生长提供了无机硫源，不回灌处理的2 号装置s 0 4 2 一 含量维持在3 3 0 - - 4 3 0 m g , 之间，并呈现不明显累积。好氧兼氧的5 号装置比较厌氧兼 氧的3 号、4 号装置，s 0 4 2 一含量降低更为明显。 ( 3 ) 整个实验过程中，不回灌处理的2 号装置渗滤液的c l 一呈累积趋势，至实验 结束稳定在6 8 0 0 m g l 左右；回灌处理的3 号、4 号、5 号装置，在回灌初期，氯离子 含量降低明显，之后时有增长与降低，进入实验第二阶段后基本平稳，略有累积。比较 好氧兼氧与厌氧兼氧回灌处理，无机氯离子的变化未体现差异。 ( 4 ) 结合整个实验过程中无机氯离子与c o d 的监测数据结果，分析可得当渗滤液 中c l - 处于高含量时，其中测得的c o d 值亦很大。降低渗滤液中无机c l - 含量，经过一 个月回灌后，含量依然呈现累积趋势；同时，回灌处理渗滤液中的c o d 效果更佳，但 当c l - 含量累积至一定含量后( 3 0 0 0 m g l ) ，则c o d 含量会出现上升。 ( 5 ) c l 一的存在对c o d 的测定带来误差，并且随着c l - 含量增加，产生的误差也 呈增大趋势，当c l - 浓度 3 5 5 0 m g l 时产生的误差小于4 ，处于可接受范围。掩蔽剂 的加入会降低重铬酸钾回流法测定c o d 的误差，最佳的掩蔽剂的加入量与c l 一浓度的 比例为1 0 ：1 。 关键字：渗滤液回灌处理无机离子监测方法 a b s t r a c t a tp r e s e m ，a l m o s t9 0 o ft h em u n i c i p a lr e f u s ei no u rc o u n t r yw a st r e a t e dw i t ht h e t e c h n o l o g yo fl a n d f i l l l e a c h a t ei s k i n do fh i g hc o n c e n t r a t e do r g a n i cw a s t e w a t e ry i e l d i n g f r o mt h ep r o c e s s e so fm s w ( m u n i c i p a ls o l i dw a s t e ) l a n d f i l lo rp a c k i n g s i n c et h ef l u c t u a t i o n o fq u a l i t ya n d q u a n t i t y ，a n df u l lo fh a r m f u lp o l l u t a n t s ，l e a c h a t e sp o s ep o l l u t i o n t ot h e e n v i r o n m e n t r e c i r c u l a t i o ni sak i n do fp r o c e s s i n gt e c h n o l o g yt ot r e a t m e n tt h el e n c h a t e s t h i sp a p e rb a s e do nt h ep r e v i o u ss t u d i e s ，c o m b i n e dw i t ht h ec h a n g eo fc o da n d n h 3 - n ，e m p h a s i so nt h ei n o 唱a n i ci o n s ( c l s 0 4 2 ) ，t od of u r t h e rm e 嬲u r e m e n ta n dr e s e a c h i t c a ni m p m v et h e t h e o r e t i c a ls y s t e mo fr e c i r c u l a t i o n ，a n dp r o v i d et h eb a s i cp a r a m e t e r st o a p p l i c a t et h et e c h n o l o g yo fl e a c h a t er e c i r c u l a t i o n 。t h ee x p e r i m e n t a ls t u d yf o u n dt h ef o l l o w i n gc o n c l u s i o n s ： i t h es 0 4 2 o fl e a c h a t ed e t e r m i n e db yb a r i u m c h r o m a t e s p e c t r o p h o t o m e t r y , c o m p a r i s o no fw e i g h ta n dc a p a c i t yt i t r a t i o nm e t h o d ，i th a sa d v a n t a g e so fh i g hd e t e r m i n e d s p e e da n d m o r ea c c u r a t ed a t a i i a san u t r i e n t so fm i c r o b i a lg r o w t h , s 0 4 2 。p r o v i d et h ei n o r g a n i cs u l f u rs o u r c e d o n t r e c i r c u l a t i o n2d e v i c e ，t h es 0 4 2 c o n t e n tb e t w e e n3 3 - 4 3 0 m g l ，a n dd o n tp r e s e n t e do b v i o u s a c c u m u l a t i n g a e r o b i ca n do x y g e n5d e v i c ec o m p a r e dw i t ha n a e r o b i ca n do x y g e n3 ，4 d e v i c e s ，s 0 4 2 c o n t e n tl o wi sm o r e o b v i o u s t h ee x p e r i m e n t a lp r o c e s s ，n o tr e c i r c u l a t i o np r o c e s s i n g2d e v i c el e a c h a t ec l a c u m u l a t i v et r e n d ，t oe n do fe x p e r i m e n ti n6 8 0 0 m g l o rs os t a b l e ；r e c i r c u l a t i o np r o c e s s i n g3 ， 4 ，5 ，d e v i c e ，r e c i r c u l a t i o ne a r l yc h l o r i n ei o ni nt h el o w e ro b v i o u s l y ，w h e ng r o w t ha n dr e d u c e a f t e re n t e rl a b o r a t o r ya f t e rt h es e c o n ds t a g e ，t h eb a s i cs m o o t h ，s l i g h t l ya c c u m u l a t i n g b e t t e r o x y g e na n do x y g e na n da n a e r o b i ca n do x y g e nr e c i r c u l a t i o n gp r o c e s s i n g ，i n o r g a n i cc h l o r i d e i o n sc h a n g ed i dn o tr e f l e c td i f f e r e n c e s c o m b i n e dw i t ht h ee x p e r i m e n t a lp r o c e s so fc h l o r i d e i o na n dc o di n o r g a n i c m o n i t o r i n gd a t ac a nb ea n a l y z e d ，p r o p e rl e a c h a t ea tah i g hc o n t e n to fc l 。m e a s u r e d ，o n ec o d v a l u ea l s og r e a t l y r e d u c el e a c h a t e ，t h ei n o r g a n i cc l 。c o n t e n t ，a f t e ram o n t ho fi n j e c t i o n ， c o n t e n ti ss t i l lp r e s e n ta c c u m u l a t i o nt r e n d s ；m e a n w h i l e ，t h el e a c h a t er e c i r c u l a t i o np r o c e s s i n g c o db e t t e re f f e c t b u tw h e nc l 。c o n t e n ta c c u m u l a t e dt oac e r t a i nc o n t e n t ( 3 0 0 0 m g l ) a f t e r ， 1 1 1 t h ec o dc o n t e n t 、l ua p p e a rt or i s e v c 1 d e t e r m i n a t i o no fc o dt h ee x i s t e n c eo fs o m ee r r o r s ，a n da l o n g 、i t l lt h ec i i n c r e a s e st h ee r r o ra l s og e n e r a t e di n c r e a s i n gc o n c e n t r a t i o n , w h e nc 1 p r o d u c e dw h e n 3 5 5 0 m g l ，e r r o rl e s st h a n4p e r c e n t , i nt h ea c c e p t a b l el i m i t s m a s k i n ga g e n tt oj o i nw i l l r e d u c ep o t e s s i u md i c h r o m a c ed e t e r m i n a t i o no ft h ec o dp o t a s s i u mb a e k f l o wo fe r r o r , b e s t m a s k i n ga g e mw i t ht h ea d d i t i o no f t h ec o n c e n t r a t i o no fr a t i of o re l 。10 ：1 k e y w o r d s ：l e a e h a t er e c i r c u l a t i o n i n o r g a n i ci o n s m o n i t o r i n gm e t h o d i v 长安大学硕士学位论文 1 1 引言 第一章绪论 在我国快速工业化、城市化的进程中，1 3 亿人民生活水平得以不断提高，同时产 生的巨量生活垃圾的处理问题对环境管理提出了严峻挑战。据统计，2 0 1 1 年我国6 0 0 多座主要城市每年产生垃圾1 6 亿吨，人均垃圾年产量4 4 0 公斤，且以每年超过1 0 的 速度增长。城市生活垃圾又称城市固体废弃物，它是指在城市居民日常生活中或为城市 日常生活提供服务的活动中产生的固体废物，其主要成分包括：厨余垃圾、废织物、废 纸、家用什具、玻璃陶瓷瓦片、废电器制品、煤灰渣、废塑料制品等。表1 1 和1 2 列 出了不同国家和城市的城市生活垃圾组成部分i l 】。 表1 - 1 不同国家垃圾成分组成单位： 成分 英国法国 荷兰瑞典意大利美国 日本德国 有机质( 厨余) 2 72 222 02 51 21 8 61 8 纸张3 83 42 54 5 2 05 0 4 6 2 3 l 灰渣 l l2 02 02 02 576 12 2 金属 983539 1 6 41 8 玻璃 981 0579 塑料 2 5443551 2 7 4 其他 3 5 4 1 721 58 7 水分2 53 52 53 53 0 2 5 产量【k ( 人a ) 】 3 2 02 7 0 2 1 0 2 5 02 1 0 8 2 0 衰l - 2 中国不同城市生活垃圾组成 有机质 无机质 城市( 省) 纤维竹子和树塑料和硅金玻璃和陶煤灰混凝 其他 厨余纸 素 木 胶属 瓷 土砾石 北京市 3 9 0 01 8 1 83 。5 6l o 3 52 9 61 3 0 2 1 0 9 32 0 0 天津市 5 0 1 15 5 3o 6 80 7 44 8 i 上海市 7 0 1 l8 0 02 8 00 8 91 2 0 0o 1 24 0 02 1 9 重庆市 3 8 7 61 0 40 9 71 5 89 1 00 5 39 0 33 7 9 91 o o 杭州市 5 2 4 84 9 03 8 01 6 61 1 3 0o 6 71 1 52 4 0 3 南京市 5 2 0 0 4 9 0 1 1 8 1 0 8 1 1 2 01 2 84 0 9 2 0 6 43 o o 第一章绪论 合肥市 4 4 9 73 5 72 9 82 5 21 0 2 2o 8 04 2 42 8 4 02 3 0 武汉市 3 9 1 64 3 31 3 33 2 07 5 00 6 96 5 53 2 7 44 5 0 广州市 6 3 0 04 8 03 6 02 8 01 4 1 03 9 04 0 03 8 0 深圳市 5 8 0 03 5 72 8 05 1 91 3 7 01 2 03 2 08 0 0 宜昌市 2 9 5 44 3 30 7 31 0 51 1 80 4 l8 0 35 5 8 42 o o 无锡市 4 1 0 02 9 04 9 83 0 59 8 3o 9 09 4 72 5 2 92 5 8 西安市 4 8 0 04 2 81 7 01 0 11 0 0 21 1 05 8 02 5 0 93 0 0 台湾省 2 6 5 01 2 3 02 01 3 6 02 1 2 92 1 6 01 8 0 垃圾处理的方法很多，有卫生填埋、焚烧、热解、厌氧发酵、堆肥等。我国垃圾无 机成分含量高，可燃物质少，热值低。而垃圾填埋技术成熟，具有处理费用低、管理和 运输方便等特点，决定了卫生填埋可以作为我国目前处理城市垃圾的主要方式。卫生填 埋存在一个很关键的问题，即垃圾渗滤液的收集和处理。 1 2 垃圾渗滤液的产生及特点 1 1 1 垃圾渗滤液的产生 垃圾渗滤液主要是由垃圾在堆放或填埋过程中由于压实和微生物的发酵作用使垃 圾中原含有的水、垃圾降解反应生成的水、场内渗入的雨水、地表水、地下水，垃圾层 过滤后渗出的水等形成的【2 】。垃圾渗滤液的产生主要来自三个方面1 3 ：一是大气降水和 地表径流：二是垃圾中原有的含水；三是在垃圾进行填埋后由于微生物的降解作用而产 生的水。其作用方式如下所示： 渗滤液来源 降水( 降雨、降雪) 数量、强度、频度、持续时间 地下水入侵地下水流向、速率及地点 地表流走水遮盖物、植被、土壤及垃圾含水情况 体废弃物混合处理数量、含水量、压实度 垃圾分解有效水分及酸碱度、温度、成分、颗粒大小液 渗滤液的产生具有一定的滞后性，填埋场刚开始作业时，渗滤液的产量比较少，封 场以后，渗滤液仍然有一定的产量，甚至在封场一二十年以后，仍然有少许的渗滤液产 生。 1 1 2 垃圾渗滤液的特点 垃圾渗滤液中有机污染物浓度极高，其中含有大量易生物降解的挥发性有机酸 2 长安大学硕士学位论文 ( v f a ) 、可生物降解的中等分子量有机物以及难以生物降解的有机物，同时含有大量 的无机重金属离子和氨氮等【4 】o 表1 3 展示了渗滤液一般的物理化学特性。 表l - 3 垃圾渗滤液性质单位m g ，l ，除p h 无单位 参数浓度范围参数浓度范围参数浓度范围 化学需氧量 l0 0 - - 9 0 0 0 0 n 0 3 n 0 2 0 2 一1 2 4 m g 1 7 1 5 6 0 生化需氧量4 0 7 3 0 0 0 挥发性脂肪酸 1 0 1 7 0 2f e0 0 5 2 8 2 0 总有机碳 2 6 5 8 2 8 0 大肠杆菌 2 3 0 0 - - 2 3 x10 8z n0 2 0 7 0 p h 5 8 6c 1 5 - 6 4 2 0 c u0 - - 9 9 总固体 0 5 9 2 0 0 s 0 4 。 1 一1 6 0 0c do 0 0 3 l7 悬浮固体 1 0 7 0 0 0 总铬 0 0 1 8 7n i0 1 o 8 总碱度( c a c 0 3 ) 0 - 忍5 0 0 0l c2 8 3 7 7 0p b0 0 0 2 2 总磷0 一1 2 5n a +0 7 7 0 0 n h 4 + 6 一1 0 0 0 0c a +2 3 7 2 0 0 由表1 5 可以看出，垃圾渗滤液的水质有以下特点【5 】： ( 1 ) 污染物浓度高，变化范围大。 垃圾渗滤液污染物浓度高且变化范围大是其他污水所无法比拟的，其中的c o d 和 b o d 5 浓度最高可达每升几万毫克，主要是在酸性发酵阶段产生。p h 值达到或略低于7 ， 此时b o d 5 与c o d 比值为0 5 0 6 。一般而言，c o d 、b o d 5 、b o d 5 c o d 随填埋场的 “年龄”增长而降低，碱度则上升。 ( 2 ) 水质、水量变化大。 垃圾渗滤液水质水量变化大，主要体现在以下方面： 产生量随季节变化大，雨季明显大于旱季； 污染物组成及其浓度也随季节变化，例如，平原地区填埋场在于冷季节渗滤液中 的污染物组成和浓度较低； 污染物组成及其浓度随填埋时间而变化。 ( 3 ) 有机污染物种类繁多，水质复杂，危害性大； 垃圾渗滤液中含有大量的有机物，含量较多的有烃类及其衍生物、醇酚类、酮醛类、 酰胺类和酸酯类等。高文毅于2 0 0 9 年对长安大学家属区生活垃圾模拟填埋，并对其渗 滤液中有机物质组成采用气相色谱质谱定性分析，得出其有机污染物5 1 种，其中酸类 7 种，醇、酚类物质7 种，烷烯烃类1 种，酯类1 种，醚类9 种，酮、醛醛类物质1 种， 其它6 种1 6 l 。张兰判7 】等采用g c m s d s 联用技术测定出垃圾渗滤液中含有9 3 种有机 3 第一章绪论 化合物，其中2 2 种被列为我国和美国e p a 环境优先污染物名单。 ( 4 ) 氨氮含量高。 城市垃圾渗滤液是一种组成复杂的高浓度有毒有害有机废水，其中高氨氮浓度是城 市垃圾渗滤液的重要水质特征之一。渗滤液中的氨氮浓度随着垃圾填埋年数而增加，可 以高达上万毫克每升以上。渗滤液中的氮多以氨氮的形式存在，约占t n 的7 0 0 0 - 8 0 。 当氨氮( 尤其是游离氨) 浓度过高时，会影响微生物的活性，降低生物处理的效果。 ( 5 ) 金属含量高。 垃圾渗滤液中含有1 0 多种金属离子，由于国内垃圾不像国外某些城市那样经过严 格的分类和筛选，所以国内城市垃圾渗滤液的金属离子浓度与国外某些城市垃圾渗滤液 中金属离子浓度有差异。其中铁的浓度可高达2 8 2 0 m g l ，铅的浓度可达2 m g l ，锌的 浓度可达3 7 0 m g l ，铬的浓度可达1 7 m g l 羽。 ( 6 ) 营养元素比例失调。 由于影响垃圾渗滤液水质的因素很多，其可生化性b o d 5 c o d 和营养素c n 的比值 是变化的，在不同场龄的垃圾渗滤液中，c n 的比值常出现失调的现象； b o d 5 c o d 比值变化大，常给生化处理带来一定难度。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，直至最后封场，浓度可高达1 0 0 0 r a g l 。而且一 般的垃圾渗滤液中的是b o d s p 大都大于3 0 0 ，与微生物生长所需要的磷元素相差较大。 1 3 垃圾渗滤液的回灌处理 国内外城市垃圾填埋场渗滤液的主要的处理技术有生物处理法、物化处理法、土地 处理法以及上述方法的综合【9 】。垃圾渗滤液回灌处理正是土地处理法的一种，将收集后 的垃圾渗滤液再次回灌入填埋场，利用填埋场堆体内的微生物对垃圾渗滤液进行处理，垃 圾渗滤液回灌改变了填埋层的水分的饱和度和土壤蒸发条件，土壤蒸发能力接近甚至可 能大于水面蒸发量，从而可以削减垃圾渗滤液量。渗滤液回灌处理具有投资省、操作简单、 运行费用低等优点。在英国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 场采用此项技术【l o l 。填埋场渗滤液回灌的工艺流程见图1 1 【1 。 4 长安大学硕士学位论文 ( 进行填埋) ( 进后续处理设施) 圈1 1渗滤液回灌工艺流程示意图 1 3 1 垃圾渗滤液的回灌处理原理 ， 垃圾渗滤液回灌处理技术是把填埋场的填埋层看做一个巨大的“生物反应器”，把 渗滤液收集系统收集到的渗滤液重新流进填埋层，使渗滤液与垃圾填埋层反复接触作 用，利用填埋层中土壤净化作用，及其所含有的大量微生物对渗滤液中的有机物进行吸 附、降解、过滤等一系列物理、生物作用而达到降解垃圾渗滤液的目的。 土壤净化作用，即栖息于土壤中的土壤微生物( 包括好氧和厌氧微生物) 的降解转化 作用、生物固定化作用，以有机物为饵料的土壤动物等的自然净化作用。土壤中有机和 无机胶体的吸附、络合、鳌合作用，土壤的离子交换作用、机械阻留作用等对垃圾渗滤 液的净化也有一定的作用。 由于垃圾中富含微生物，被压实的垃圾层就相当于厌氧生物器。将渗滤液回灌到垃 圾填埋层内，使得最大范围的微生物都能利用渗滤液中的有机污染物。在微生物大量繁 殖的同时，渗滤液得到降解。同济大学的李国建、徐迪民等人对渗滤液回灌填埋场后的 微生物镜检结果表明，经回灌处理后的垃圾填埋层，空隙多并且发育良好，微生物种类 明显增多，出现一定数量原生动物及大量菌胶团，垃圾填埋层相当于一个生物滤池【1 2 】。 由于作为“填料”的垃圾自身不断降解，提供了比普通滤池更大的空隙率，微生物一般会 对渗滤液中的污染物具有很强的适应性和降解能力，不需长时期的驯化培养。 ( 1 ) 对一般有机物污染物的净化原理 渗滤液回灌不仅提高了垃圾填埋场的湿度还增加了有机物和微生物，若再配合营养 添加和p h 调节等操作，就完全可以创造一个适合厌氧微生物生长繁殖的环境，众多研 究者均一致认为此时的填埋场完全就是一个天然的厌氧生物滤池【1 2 15 1 。此时，垃圾中易 5 第一章绪论 降解和中等易降解的有机组分以及回灌的渗滤液中的有机组分在微生物作用下迅速发 生水解、酸发酵和甲烷发酵等反应，从而在比传统填埋场短得多的时间内场内垃圾和回 灌渗滤液中的有机污染物得到有效去除，而不仅仅是转嫁了污染途径。 ( 2 ) 对重金属的阻滞原理 渗滤液回灌处理的垃圾填埋场对重金属的阻滞受渗滤液性质的影响。早期填埋场处 于产酸阶段。渗滤液的p h 一般较低，许多金属离子都能迁移，此时渗滤液更具危害性。 随着产甲烷阶段的快速形成，填埋场的氧化还原电位( e h ) 迅速降低，处于还原条件下 的低e h 促使微生物将渗滤液中的s 0 4 2 。还原成s 2 。，使众多金属离子形成极难溶的硫化 物沉淀。填埋场迅速向中性或弱碱性转化，也有利于金属离子形成碳酸盐沉淀和氢氧化 物沉淀，而垃圾在降解过程中生成的大分子类腐殖质也易与重金属离子形成稳定的鳌合 物。形成沉淀和鳌合物后，重金属得以大量滞留，渗滤液中f e 、n i 、c d 、z n 、p b 等 浓度降至极低的水平【1 6 1 。 ( 3 ) 对有毒有机物的去除原理 垃圾填埋场通过渗滤液回灌延长了渗滤液在场内的水力停留时间，使微生物与有毒 有机物、必须营养物能保持连续的接触，强化了专性微生物的同化作用及其对有毒有机 物的生物转化、去除过程【1 6 1 。 垃圾渗滤液回灌技术是一种有效促进垃圾填埋场稳定化、既实现渗滤液的处理又 可减少渗滤液的排放量的有效处理措施，它具有投资少、操作简单、运行费用低、加速 填埋场稳定、缩短填埋场维护期、减少填埋场维护费用等优点，因此用回灌处理技术处 理垃圾渗滤液在国内外都得到不断的研究和发展 1 3 2 垃圾渗滤液回灌法的特点 l 、垃圾渗滤液回灌技术的优点 减少对填埋场的维护费用 填埋场封场后，垃圾在漫长的稳定化过程中产生大量有毒有害渗滤液，释放出易 燃气体甲烷，同时填埋场发生不均匀沉降。需定期对其进行监测处理，保证不对环境造 成危害。填埋场进行回流处理以后，垃圾的稳定过程缩短，垃圾稳定后不需再进行维护， 因此，渗滤液回灌也可以减少填埋场的维护时间和费用。 加快垃圾填埋场的稳定化 垃圾渗滤液回灌使垃圾填埋层的含水率增加，有效提高生物降解速率，加快了垃 6 长安大学硕士学位论文 圾的分解，提高了填埋场的稳定化进程，缩短了填埋场稳定化所需要的时间。据资料介 绍，未实施回灌的填埋场，其维护期一般在2 0 年以上，而进行回灌的填埋场的稳定过 程可缩短2 3 年。同时，有机物的加快降解和向腐殖质方向转化促进垃圾堆提前沉实， 缩小体积，从而腾出更多的空间以堆积更多的垃圾，延长了垃圾填埋场的服务年限。 通过垃圾层截留和蒸发作用能减少渗滤液总量 有利于垃圾中有机物的气化 为了不造成循环污染，人们希望填埋场中的有机物尽多尽快地转化为腐殖质或碳 氢化合物，而不是大量的渗滤液。德国的实验表明，加大回流，可大大促进垃圾填埋场 的产气率和产气量【1 7 1 。为此把渗滤液中的有机物重新送回填埋场，可促使其转化为气体， 如c 0 2 、c o ：c h 4 等。 垃圾渗滤液回灌技术操作简单，投资省，运行费用低。 2 、垃圾渗滤液回灌技术的缺点 对地下水污染的可能性增加回灌中由于水力负荷增加，致使填埋场整体压强 增大，如果防渗处理不好的话，对地下水污染的可能性就会增大。 水流可能形成短路垃圾渗滤液长期重复地流经垃圾体，很容易产生固定的通 道而形成短流，达不到渗滤液与垃圾体重复接触的目的，使回灌失去了意义，填埋场的 稳定化速率得不到提高，污染物去除效果差。 需配合后续处理垃圾渗滤液回灌可以缩短填埋场稳定化时间，但是只能作为 预处理，不能实现填埋场以及渗滤液的完全无害化处理，还需要后续处理才可以达到排 放标准。 1 3 3 垃圾渗滤液回灌处理的发展现状 l 、国外垃圾渗滤液回灌技术的发展i l 明 国外对垃圾渗滤液回灌处理的研究较多，美国在2 0 世纪7 0 年代最早提出了垃圾 渗滤液回灌处理技术的方法。7 0 年代初，美国p o h l a n d 在实验室内进行研究，发现将垃 圾渗滤液循环回灌到填埋场一段时间后，其污染物浓度比不经过循环回灌处理的渗滤液 大大降低。在英国5 0 的填埋场进行了渗滤液回灌处理。一般的厌氧填埋场渗滤液通过 回流对b o d 5 、c o d 有较好的净化效果，但对氨氮处理效果不明显，反而会随着回流时 间的延长出现氨氮积累现象，对渗滤液的后续处理非常不利。 2 、国内垃圾渗滤液回灌技术的发展【1 8 】 7 第一章绪论 国内从2 0 世纪8 0 年代末期开始进行垃圾渗滤液回灌处理技术的研究，研究主要 以垃圾渗滤液处理为主，通过回灌削减垃圾渗滤液水量以及其中的污染物质。近年来我 国虽建设了大型的现代化的生活垃圾卫生填埋场，但由于防渗材料、气体收集装置等的 限制，回灌处理技术仅在广州、上海等地兴建的现代化、防渗性能好的填埋场采用，如 广州的兴丰生活垃圾卫生填埋场。因此需要我们积极探索，因地制宜，使回灌技术更好 的发挥作用。 1 4 课题组前期研究成果 本课题组从2 0 0 5 年起，以长安大学生活区垃圾为原料，采用填埋回灌处理方法，历 时五年今已对回灌处理技术的多个影响因素做了较系统的研究，主要研究成果总结如 下： ( 1 ) 回灌对渗滤液中c o d 、氨氮、s s 、色度等均有一定的去除效果，好氧兼氧的 环境有利于微生物的存活，c o d 和氨氮的处理效果较好； ( 2 ) 渗滤液回灌能加速垃圾填埋场的稳定化进程，增加填埋效率； ( 3 ) 水力负荷是影响处理效果的关键因素，原液回灌的处理效果较好； ( 4 ) 回灌渗滤液的日均减少量与温度呈线性关系，夏季温度以及弱碱性环境是保 证处理效果的重要因素； ( 5 ) 回灌过程中，填埋柱中发现有藻类、变形虫、纤毛虫、轮虫等显微镜可见的 微生物( 出现藻类可能是取样时覆土层中原有的藻类) ： ( 6 ) 回灌可以加快渗滤液中羧酸类、醇类、酚类物质的降解转化，也可去除渗滤 液中的危险化学品呋喃及其衍生物、噻吩及其衍生物。 1 4 本课题的研究内容及方案确定 1 4 1 课题的提出 在 生活垃圾填埋场污染控制标准( g b l 6 8 8 9 2 0 0 8 ) 实施之前，渗滤液在处理到 c o d 1 0 0 0 r a g 1 ，b o d 6 0 0 m g l ，s s 4 0 0 m g l 时，即可排入城市生活污水处理厂合并 处理。所谓合并处理就是将渗滤液引入附近的城市生活污水处理厂进行处理，通常认为 加入渗滤液的体积不超过生活污水体积的0 5 时都是安全的，而根据不同的渗滤液浓 度，国外研究证明这个比例可以提高到扣1 0 。而在新标准实施之后，根据标准要求， 8 长安大学硕士学位论文 在生活垃圾填埋场应建设渗滤液处理设施，以在填埋场得运行期和后期维护与管理期内 对渗滤液进行处理达标后排放。而根据黄新文，林春绵，何志桥等人的研究【1 9 l ，当n a c l 、 n a 2 s 0 4 的浓度分别达到3 5 和4 5 时，常规活性污泥生化处理系统的c o d 没有去除， 系统失去处理意义。而往常研究中往往只关注c o d 、氨氮等水质常规指标，忽略渗滤液 中另一大类无机离子，比如c 1 - 、s 0 4 2 研究。而此类无机离子为微生物生活必须的营养 物质，浓度过高则会成为抑制污泥活性及微生物生长的因子，忽略其存在往往会对渗滤 液的后续处理带来影响。因此，选取恰当的渗滤液中无机离子的监测方法、研究回灌过 程中无机离子变化情况，探讨其含量对回灌处理效果的影响变得十分必要。 1 4 2 研究内容 本论文在课题组前期的研究基础上，侧重对渗滤液中无机离子( 诸如氯离子、硫酸 根) 等做相应研究，本次研究的主要内容包括： ( 1 ) 在课题组前期研究结论的基础上，继续对垃圾渗滤液回灌处理过程中常规指 标( 渗滤液产生量、垃圾柱体沉降高度、垃圾体温度、p h 、c o d 、氨氮) 进行监测， 并比较不同回灌条件( 不回灌、厌氧兼氧回灌、好氧兼氧) 的影响； ( 2 ) 比较废水监测中硫酸根的不同监测方法( 重量法、铬酸钡光度法及容量滴定 法) ，得到渗滤液中硫酸根的较准确快捷的监测方法； ( 3 ) 定期监测渗滤液中氯离子及硫酸根，得到其在整个回灌过程中变化趋势，并 比较不同回灌条件对c l 一、s 0 4 2 的影响； ( 4 ) 降低渗滤液中氯离子含量，测试渗滤液中c o d 变化的情况，探讨氯离子含量 对c o d 含量的影响。 1 4 3 研究方案 本实验主要分为五个部分，分别是：垃圾填埋、水质常规检测、渗滤液中硫酸根监 测方法研究及在无机离子影响下对回灌处理研究。 ( 1 ) 垃圾填埋 本试验在完全自然的条件下，采用长安大学家属区生活垃圾填埋并覆土的模式。填 埋过程中，垃圾的填埋量约为i l o l 左右( 未压实) ，垃圾与覆土体积比约为6 ：l 5 ：l ， 覆土层土砂比为7 ：1 【2 0 1 。垃圾填埋前均经过简单分类，主要将垃圾中的大部分塑料、玻 璃制品剔除。填埋过程中保证填埋垃圾的数量及类别，使生成的垃圾渗滤液在与生活垃 9 第一章绪论 圾填埋场渗滤液特性基本一致。 ( 2 ) 水质常规检测 在自然状态下，定期对垃圾渗滤液进行水质分析，包括c o d 、n h 3 - n 、c l 、s o ? 。、 总磷和p h 值等，对比其与垃圾填埋场渗滤液的特性的差别。并记录气温、垃圾填埋柱 体温度、渗滤液颜色及垃圾柱体沉降高度等常规环境指标。 ( 3 ) 渗滤液s 0 4 2 监测方法研究 选取常用的废水中s 0 4 2 的监测方法：重量法、铬酸钡分光光度法、容量滴定法。分 别测定渗滤液中的s 0 4 2 。的含量，选取快捷准确的s 0 4 2 的监测方法。 ( 4 ) 回灌处理研究 对垃圾渗滤液进行回灌试验，研究在回灌法对垃圾渗滤液中c o d 、n h 3 - n 、c l 。、s 0 4 2 - 、 总磷等各项指标的去除效果；并改变氯离子含量，测定渗滤液中c o d 的变化情况，探讨 高氯含量对回灌法处理渗滤液技术的影响。 ( 5 ) 探讨重铬酸钾回流法测定c o d 含量时c l 的影响。 研究不同浓度c l 。对渗滤液中c o d 测定值的影响及掩蔽剂的加入量分析。 1 0 长安大学硕士学位论文 第二章实验内容与监测方法研究 本试验在完全自然气候条件下，采用模拟城市生活垃圾填埋并覆土的模式，收集垃 圾渗滤液并研究回灌法处理渗滤液时无机离子的变化情况。 2 1 方案设计 2 2 1 实验装置 试验采用五个i o o l 垃圾桶为填埋容器，垃圾取自长安大学南院垃圾中转站，主要 成分为居民生活垃圾，用五个i o l 的柱状垃圾桶为渗滤液收集装置，填埋装置底部安装 塑料软管，将渗滤液引流至收集装置。实验装置结构示意图见图2 1 。 渗滤液收集装置 图2 - 1 实验装置结构示意图 填埋装置的上层是垃圾、覆土交替层，垃圾覆土为长安大学建筑施工工地土、砂。 根据同济大学徐迪民等的研究，为改善覆盖土层的透水性和透气性，选取处理效果最佳 的土砂比7 ：l 作为覆盖土层，与垃圾层进行交替1 1 2 1 。渗滤液回灌过程中，经过覆土层、 垃圾层和碎石层后，由垃圾柱下端的小孔流出，通过出水管进入渗滤液收集桶。碎石层 是为了防止出水管的堵塞而铺设的。 垃圾填埋系统的实物图见图2 2 。 第二章实验内容和监测方法研究 2 1 2 填埋垃圾的成分 图2 2 实验装置实物图 试验用垃圾取自长安大学南院生活区垃圾压缩站，垃圾成分主要以居民区生活垃圾 为主。填埋前经过简单的分类筛选，主要剔出了大部分塑料、玻璃制品。垃圾成分详下 表2 1 与图2 3 。 表2 1 填埋垃圾的主要成分表 垃圾成分厨余纸 布 塑料木条橡胶金属煤屑细土石块其他 比例( ) 5 41 451 0210 54531 5 注：垃圾比例为体积百分比 图2 - 3 垃圾填埋操作图 课题的前期研究已证实实验产生渗滤液具备高c o d 值、高n h 3 - n 的特性，其他污 1 2 长安大学硕士学位论文 染物指标等方面也基本与国内外的城市垃圾渗滤液相符，因此能够代表城市垃圾填埋场 实际产生的渗滤液进行实验【2 2 1 。由于本次实验考虑到渗滤液回灌处理对塑料、玻璃等物 质基本没有降解效果而将其去除，且垃圾取自居民生活小区，垃圾成分相对简单，主要 以厨余物和果皮为主，填埋数量也比较有限，这与国内城市垃圾填埋场渗滤液存在差异。 2 1 3 实验分析指标及方法 实验分析在实验室中进行，分析方法均按照国家环保总局水和废水监测分析方 法( 第四版) 瞄】规定的方法。具体的测定指标、测定方法和实验用仪器见表2 2 。 表2 - 2 实验主要分析指标及实验仪器表 分析指标分析方法 实验仪器 p h 值直读精密p h 试纸 c o d 重铬酸钾加热回流法全玻璃回流装置，电炉 n h 3 - n纳氏试剂比色法 u 2 0 01 型紫外可见分光光度计 氯离子硝酸银滴定法5 0 m l 酸式滴定管 硫酸根铬酸钡光度法u 2 0 0 1 型紫外可见分光光度计 2 2 实验内容 2 2 1 实验条件设置 本次实验设置五个垃圾桶，均放置于室外( 即处于完全自然状态下) ，分别编号l 号、2 号、3 号、4 号、5 号；从填埋后产生渗滤液开始到垃圾体不再产生渗滤液为一个 回灌实验周期，进行渗滤液水质变化分析。 对l 、2 、3 、4 号填埋装置加盖，避免雨水对渗滤液的影响，同时使桶内处于厌氧 兼氧状态，与填埋场中垃圾层的生物态基本相同；5 号填埋装置半加盖，使其与空气接 触，处于好氧兼氧状态。 每个桶的实验条件设置见表2 3 。 1 3 第二章实验内容和监测方法研究 表2 - 3 实验条件设置表 编号体积 回灌方式 反应环境 l 号1 0 0 l 不回灌厌氧兼氧 2 号 1 0 0 l 不回灌厌氧兼氧 3 号 1 0 0 l 原液回灌厌氧兼氧 4 号 1 0 0 l 原液回灌厌氧兼氧 5 号 1 0 0 l 原液回灌好氧兼氧 如表2 3 所示，l 号装置保持原状态，用于同组其他成员渗滤液预处理及堆肥研究， 2 号装置保持原有状态不回灌作为对比，3 号、4 号装置是前期渗滤液回灌处理研究的 最佳反应条件，即在厌氧兼氧条件下用原液回灌。在此最佳反应条件下比较回灌处理渗 滤液无机离子的变化特征。5 号装置是基于本课题组2 0 0 8 年在好氧兼氧条件下原液回 灌的处理成果，研究好氧兼氧条件下无机离子的处理效果。 2 2 2 实验安排 回灌次数为每天一次，上午九点进行渗滤液的收集与回灌，同时记录当日气温、垃 圾体温度、填埋柱体沉降高度以及渗滤液的p h 值。回灌方法是以表面漫灌的人工回灌 方式，尽可能使布水均匀。由于l 号实验装置渗滤液仅用于同组成员预处理及堆肥研究， 此次实验数据监测只针对2 、3 、4 、5 号实验装置。实验安排及监测指标如下表2 4 所 示 表2 - 4 实验安排及监测指标 监测频 阶段 实验内容 监测指标 次 水质及环境指标常规监测 温度、沉降高度、p h 、渗滤液 每天一 第一阶段：实验初期( 7 月 产生量、颜色、c o d 、n h 3 - h i 次 每天一 2 0 号 7 月3 1 日) 无机离子监测c i 。、s 0 4 2 - 次 硫酸根监测方法的比较 第二阶段：实验中期( 8 月1 水质及环境指标常规监测 温度、沉降高度、p h 、渗滤液 e l 一1 0 月1 4 号) 产生量、颜色、c o d 、n i l 3 n 母血大 一次 无机离子监测c 1 、s 0 4 2 第三阶段：实验后期( 1 0 月渗滤液中无机离子与c o d c o d c r 母血大 1 5 号一1 1 月1 5 日关系一次 第四阶段：实验末期( 1 1 月c l 对重铬酸钾回流法测定 1 6 日一1 2 月1 5 日c o d 的影响分析 c o d 、c r 1 4 长安大学硕士学位论文 2 3 渗滤液中s 0 4 2 。的监测方法比选 在试验准备阶段，取前期课题组残留渗滤液进行s 0 4 2 。含量检测，发现其较大的色 度和浊度对检测带来极大的干扰，而作为国标法的重量法由于其繁杂的操作和较长分析 时间，使其难以作为渗滤液中无机s 0 4 2 。常规监测方法。为研究渗滤液中无机s 0 4 2 含量 的变化情况，首先要选取一种操作简单，准确度高的监测方法。 2 3 1 常用的s 0 4 2 检测方法 ( 1 ) 重量法：硫酸盐在盐酸溶液中，与加入的氯化钡形成硫酸钡沉淀。在接近沸 腾的温度下进行沉淀，并至少煮沸2 0 m i n ，使沉淀陈化之后过滤，选沉淀至无氯离子为 止。烘干或者灼烧沉淀，冷却后，称硫酸钡含量。此法可用于测定地表水、地下水、咸 水、生活污水及工业废水中硫酸盐。水样的色度不影响测定。检出限为硫酸盐含量 1 0 m g l ，上限为5 0 0 0 m g l 。 ( 2 ) 铬酸钡分光光度法：在酸性溶液中，铬酸钡与硫酸盐生成硫酸钡沉淀，并释 放出铬酸根离子。溶液中和后多余的铬酸钡及生成的硫酸钡仍是沉淀状态，经过滤除去 沉淀。在碱性条件下，铬酸根离子呈现黄色，测定其吸光度可知硫酸盐的含量。测定浓 度范围为8 - 8 5 m g l 。样品中的碳酸根会对测定带来干扰。 ( 3 ) 容量滴定法：在酸性介质中，氯化钡与样品中的硫酸根生成难溶的硫酸钡沉 淀，过剩的钡离子在p h = 1 0 的介质中以铬黑t 作指示剂，用e d t a 标准溶液滴定，间接测 定硫酸根含量。 重量法作为一种经典的测定硫酸根的方法，准确度高，以此法测得的值作为标准值。 2 3 2 检测