（环境工程专业论文）城市生活垃圾渗滤液对土壤、地下水的影响研究.pdf

摘要 摘要 城市生活垃圾露天堆放所产生的垃圾渗滤液水质恶劣、成份复杂，对周边 环境的污染影响已日益受到关注。 本文以北京西郊上庄垃圾堆放场作为研究对象，系统地监测和分析了垃圾 渗滤液对土壤、地下水的污染负荷状况、潜在的污染影响和变化规律，在此基 础上，研究了垃圾渗滤液对周边土壤、地下水的污染，重点探讨了渗滤液中的 氨氮、重金属铁锰等主要污染物在土壤中的迁移转化行为，初步阐明了受污染 土壤中共存污染物问的交互作用规律。 研究结果表明，生活垃圾渗滤液的污染主要表现为氨态氮污染和重金属污 染；污染物的浓度变化总趋势为夏秋季污染物浓度高于春冬季；渗滤液 b o d 。c o o 。值随垃圾场使用年限的增加而下降，垃圾场封场后，污染物浓度会显 著下降，预计垃圾场封场2 0 年后，1 3 0 1 9 。和c o o 。r 仅为4 0 m g l 和1 5 4 m g l ，已达 到国家污水允许排放浓度的二级标准；另外受垃圾渗滤液影响，堆放区周边土 壤的有机质含量明显增高，周围1 0 0 m 范围内的土壤已受到渗滤液的重金属污 染；堆放区地下水中的有机物、氨氮和重金属f e 、m n 浓度均出现较大幅度增长。 通过本论文的研究工作，为垃圾场污染的控制与预防、受污染土壤和地下 水的修复治理提供了切实有效的依据。 关键词生活垃圾；填埋场；渗滤液；污染 摘要 a b s t r a c t t h ee x u d a t e sf r o mt h e1 a n d f i l lo fm u n i c i p a ld o m e s t i cg a r b a g ep r o d u c ew a l e ro f v e r yd i s g u s t i n gq u a l i t ya n dt h e i rc h e m i c a lc o m p o s i t i o n sa r ec o m p l i c a t e d t h e i n f l u e n c eo nt h es u r r o u n d i n ge n v i r o n m e n th a sd r a w ni n c r e a s i n ga t t e n t i o n i nt h i st h e s i s ，as t u d yo nt h es u r r o u n d i n ga r e ao fs h a n g z h u a n gt r a s hl a n d f i l li n w e s t e r ns u b u r bo fb e i j i n gi sc a r d e e lo u t t h el o a do fe x u d a t e so nt h es o l 】a n d u n d e r g r o u n dw a t e r p o t e n t i a li n f l u e n c ea n dt h er u l eo fc h a n g ew e r em o n i t o t e da n d a n a l y z e ds y s t e m a t i c a l l y o nt h i sb a s i s ，t h ep o l l u t i o ne f f e e t so fe x u d a t e so nt h es o i l a n du n d e r g r o u n dw a t e ri ns u r r o u n d i n ga r e aa r ei n v e s t i g a t e d ，a n dt h et r a n s f o r m a t i o n b e h a v i o r so ft h ec h i e fp o l l u t a n t si n c l u d i n ga m m o n i a cn i t r o g e na n dh e a v ym e t a l s s u c ha si r o na n dm a n g a n e s ew e r ed i s c u s s e d f u r t h e r m o r e t h ei a wo ft h e i n t e r a c t i o na m o n gt h ep o l l u t a n t si nt h ep o l l u t e ds o i lw a so r i g i n a l l yc l a r i f i e d t h er e s u l ts h o w st h a tt h ep o l l u t i o nc a u s e db yt h ee x u d a t e so fd o m e s t i cg a r b a g e i sp r i m a r i l yi nt h ef o r m so fo r g a n i cm a t t e rp o l l u t i o n ，a m m o n i a cn i t r o g e np o l l u t i o n a n dh e a v ym e t a lp o l l u t i o n 而el e a d i n gc h a n g i n gt e n d e n c yo ft h ec o n c e n t r a t i o no f p o l l u t a n td u r i n gt h et e s t i n gt i m ei ns u m l m e rw a sr e l a t i v e l y “g h e l t h a ni nw i n t e ra n d i ns p r i n g t h ec o n c e n t r a t i o no ft h ei n f i l t r a t eb o d 5a n dc o d c rw i nd e c r e a s ea st i m e e l a p s e s a n dt h ec o n c e n t r a t i o no ft h ep o l l u t i o n sw o u l db ed e c r e a s e ds i g n i f i c a n t l y o n c et h eg a r b a g ef i e l di sc l o s e d i ti se s t i m a t e dt h a tt h ec o n c e n t r a t i o no f1 3 c i d 5a n d c o d c rw i l lb ed o w nt o4 0 m g la n d15 4 m g la f t e r2 0y e a r s ，w h i c hr e a c h e st h e s e c o n ds t a n d a r do ft h ep e r m i t t e dc o n c e n 竹a f i o no fd r a i n i n g p o l l u t e dw a t e r i n a d d i t i o n t h eo r g a n i cm a t t e ra n do t h e rn u t r i e n ti n g r e d i e n t si nt h es o i la r o u n dt h e g a r b a g ei n c r e a s eo b v i o u s l yd u et ot h ee x u d a t e s ，a n dt h eh e a v y m e t a l l i cp o l l u t i o nh a s a l r e a d yo c c u l t e di na b o u tah u n d r e dm e t e rs o l l a r o u n dt h eg a r b a g ew h i l et h e c o n c e n t r a t i o no fa m m o n i a cn i t r o g e na n dh e a v ym e t a l ss u c ha sf ea n dm nh a v e i n c r e a s e ds i g n i f i c a n t l y t h et h e s i sh a sp r o v i d e dap r a c t i c a la n de f f e c t i v eb a s i so nc o n t r o l l i n ga n d p r e v e n t i n gt h ep o l l u t i o nf r o mg a r b a g ef i e l d ，a n do nr e p a i r i n ga n dm a n a g i n gt h e p o l l u t e ds o i la n du n d e r g r o u n dw a t e r k e yw o r d ：d o m e s t i cg a r b a g e ；l a n d f i l l ；e x u d a t e s ；p o l l u t i o n 独创性声明 本人声明所旱交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。尽我所知，除了_ 义中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教 育机构的学位或i i f 书使h 过的材料。，我一同工作的同忐对研究所做的任何贞 献均已存论文巾作- r 明确的说明并表示了谢意。 始刻丝至 f 1 期：爱聊乎，肛列。 关于论文使用授权的说明 本人完全r 解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留送变论文的复印件，允许论文被查阅和借阅：学校可咀公布论文的全部 或部分内容，可以采用影日j 、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此舰定) 签名：立宰墼驻导师签名：二鸶每立二日期：霉 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 立题背景及意义 垃圾增长及其对环境的污染是困扰当今社会的重大环境问题之一。近几年， 我国的垃圾问题尤为突出，城市生活垃圾排放量甚是惊人。仅北京市，目前n 平 均垃圾产量达1 3 万吨，年产量超过4 0 0 万吨，周围垃圾总量达i 亿吨以上。1 。 长期以来，我国城市垃圾的处理处置主要是以堆放和填埋为主，真正实现无害化 处理的垃圾仅为2 3 ，换言之，有9 7 以上的城市生活垃圾只能运往城市郊区常 年露天堆放。迄今，我国历年垃圾堆放量已累计达到6 4 6 亿吨，占耕地5 6 1 0 “m 2 ， 有2 0 多座城市陷入垃圾的包围之中。8 0 年代初用航空遥感技术测得北京城郊直 径5 0 米以上的垃圾堆就有4 7 0 0 个，而每一个垃圾堆都是一个巨大的污染源“。 垃圾堆放不仅占据大量土地，而且最直接的后果就是产生大量的垃圾渗滤液。 渗滤液主要来源于降雨和垃圾本身内含水，因而其产生量及水质随季节变化较大， 对此m a t t i a sa k e s s o n 等人有报导”。，郝一琴等人在此方面也进行了研究。张兰 英等鉴定出垃圾渗滤液中的9 3 种有机化合物，其中有2 2 种被列入我国和美国环 保局( e n v i r o n m e n tp r o t e c t i o na g e n c y ，e p a ) 环境优先控制污染物的“黑名单” 中“。方满等对武汉垃圾中的重金属含量进行研究，结果表明垃圾中c u 、z n 、p b 、 c d 和h g 的含量均高于土壤背景值。1 。可见垃圾渗滤液的环境危害性极强。 在没有任何防渗措施的垃圾堆放场，垃圾渗滤液随降雨入渗到土壤、地下水 中，造成大面积土壤和地下水污染。水质极劣的渗滤液中的有害成分会直接进入 土壤，破坏土壤微生物的生存条件，对土壤结构和土质产生有害影响，并使土壤 重金属污染加重，危及植物的生长发育。香港曾报道由于垃圾渗滤液中过量的氮 素、重金属和其它一些有害物质影响了垃圾场周边树木的正常生长0 1 。廖利等人 曾对深圳盐田区垃圾场周围的土壤污染状况进行分析研究，结果表明受到渗滤液 浸蚀的土壤酸性降低，重金属富集，垃圾堆放场周围土壤已受到渗滤液的重金属 污染”1 。郭立书等对哈尔滨市垃圾堆放场土壤污染进行研究发现，垃圾场下部土 壤重金属污染程度大于垃圾场周围土壤，其重金属污染顺序是汞 镉 锌 铅 铜”1 。另对香港两个被填埋气体和渗滤液污染的填埋点进行研究发现，在覆盖土 层内存在着高浓度的n h 4 + - n 。填埋点的植物多样性、微生物活性和土壤动物都与 对照点有很大不同”1 。 垃圾渗滤液通过降雨淋溶入渗使污染物经过土壤到达地下含水层，对地下水 造成污染。根据1 9 7 7 年资料，美国共有1 8 5 0 0 个填埋场，几乎有r 一半因为垃圾渗 滤液对水体产生了污染。我国兰州东盐地雁滩水源地因垃圾渗滤液污染而放弃； 澳门与珠海市交界处的茂盛阻澳门垃圾渗滤液污染，便当地河流鱼虾绝迹、农阿 失收“。j 。据张兰英等人的研究结果，在距垃圾场最近的地下水中有机污染物的含 北京工业大学工程硕士学位论文 皇爵鲁邕曼鼍鼍皇囊_ - _ i i _ 皇舅田量_ _ 舅皇穗 量和种类最多，距1 0 0 0 m 处仍然存在有机污染物3 。c a l v e r t 曾报导距垃圾处理 场蓄水池5 1 2 m 远的口井中水，其硬度、钙镁浓度、总固体量和c o , 都有增加“。 n e v e n k am i k a e 等报导，渗滤液对含水层的影响不仅仅在于表层，而且贯穿于达 6 0 m 深的垂直截面“。由此可见垃圾渗滤液对地下水的污染往往延续很长时间， 是长期潜在的环境威胁，可以说“一旦地下水被垃圾渗滤液所污染，人工对地下 水的净化是有可能的，但实际上是不可能的”。 目前有关垃圾渗滤液对地下水污染的研究较多，国内外均有许多报导。而关 于垃圾渗滤液对土壤的污染特别是有关污染物在区域土壤以及在土壤、大气、水 体和生物之间迁移富集行为的研究鲜有报导，还有待于进一步的研究。此外，有 研究资料表明，垃圾堆放区土体净化能力日趋饱和，污染物不断积累，壤质量 明显下降“。因而研究垃圾渗滤液对土壤的污染影响，寻求有效措施进行污染土 壤的修复是当前环境科研领域的重要课题之一。本试验拟通过分析城市生活垃圾 渗滤液污染负荷状况，评估其潜在的污染影响，预测污染发展归趋。在此基础上， 分析垃圾渗滤液对土壤和地下水的污染影响，研究渗滤液重要污染物在土壤、地 下水环境中的分布状况及其在土壤中的迁移、转化、富集行为。通过这一研究， 昌在为垃圾场土壤的污染控制和污染土壤的修复、地下水的污染防治以及垃圾渗 滤液处理工艺的合理选择提供理论依据和基础数据。 1 ，2 国内外研究现状 1 2 1 我国城市生活垃圾现状 随着经济的高速发展，城市化的扩大和人民生活水平的不断提高，城市生活 垃圾与日俱增。为了消除垃圾对环境的恶劣影响，常采用焚烧、堆肥和填埋等方 法对垃圾进行处理。然而在我国现有的经济、技术条件下，垃圾无害化处理率极 低，仅占2 3 ，绝大部分垃圾只能运往城外郊区堆放腐烂。而垃圾堆放的一个 直接后果就是由于无任何防渗措施而使大量水质极劣的渗滤液对土壤、水体造成 了严重的污染，直接威胁着人类的生命健康。这已日益引起社会公众的关注。因 此在目前垃圾渗滤液污染日益严重的情况下，认识渗滤液的污染特性，研究污染 物的降解规律，采取措施控制和防止渗滤液对环境的污染影响已成为当前环境科 研领域的新课题之一。 1 2 1 1 城市生活垃圾产生量 垃圾是生产和人类生活的必然产物。在现代化的大城市里，生活垃圾的排放 量是惊人的，是世界各国面临的一大公害。有人估算，世界人均垃圾产生量为 4 4 0 5 0 0 k g 年，我国的人均垃圾产生量也处于这一水平上，每年以1 0 的速度递 增，少数城市如北京的垃圾增长率则达1 5 一2 0 。1 9 9 6 年我国城市垃圾清运量已 达1 0 8 2 5 万吨，到2 0 0 1 年垃圾年产生总量达到1 4 亿吨“。我国城市垃圾总量 的大幅度增长主要是由于城市规模、数量和城市人口的增加所造成的。目前我国 第l 章绪论 ! i l l l l l i * 城市人均年产生活垃圾4 4 0 k g ，人口多的城市其垃圾的绝对产量就高，全国生活 垃圾产量的6 0 集中在入口达5 0 万人以卜- 的5 2 个重点城市，其中以北京、上海 和沈阳所占比例最大，分别为4 1 2 、3 4 ；f 1 32 1 8 。1 9 9 7 年北京市的垃圾清运 量为4 9 3 万吨，1 9 9 8 年垃圾的清运量约为5 0 0 万吨。从卫星图片上看，北京周围 有大大i j , 1 , 的垃圾山几千座，北京城己陷入垃圾的包围。尽管现在已采取了很多 措施，政府也投入了大量资金，但全市垃圾的产量仍是有增无减，几个垃圾填埋 场，面对北京日产1 5 万多吨各色垃圾有杯水车薪之感。城市垃圾已成为影响城 市建设、人民生活和可持续发展的重要因素。 1 2 1 2 城市生活垃圾构成 城市生活垃圾的构成主要受城市规模、性质、地理条件、居民生活刊惯、生 活水平和民用燃料结构的影响。以前，我国大中城市的煤气使用率很低，人们主 要以煤作生活燃料，人们的食品主要以蔬菜为主，因此城市垃圾的组成成份主要 是煤灰和烂菜叶等，无机物含量较高。随着人们生活水平的不断提高，已加工的 半成品食品目益普及，煤气化比例目趋上升，城市生活垃圾的构成也发生了变化， 表现为有机物增加，可燃物增多，可利用价值增大。 1 2 1 3 城市生活垃圾的影响因素 城市生活垃圾的排放量以及垃圾构成主要受燃料结构、人口数量、生活水平 高低以及废品回收系统的健全与否所制约。气化率的高低是决定垃圾量和成份的 主要因素，气化率高，垃圾量少，垃圾中的有机物含量相对增加。人口是影响城 市垃圾量的最主要因素，城市越大，人口越多，其生活垃圾产生量越大。随着人 们生活消费水平的不断提高，生活日用品的淘汰率将不断上升，生活垃圾又难以 回收利用，垃圾量的增加也将是必然的。因而只有控制城市人口，增加废品回收， 提高气化率才能减少城市生活垃圾的排放量。 1 2 1 4 城市生活垃圾的处置现状 蚝期以来，我国城市垃圾的处理处置主要是以寻找合适地点加以“消纳”为 目的，一直采用填埋或堆置的方法处理垃圾，基本未进行无害化处理，因此在我 国各大中城市，都有相当数量的垃圾堆置在城郊。不少城市形成了“垃圾围城城 欲摧”的局面”1 。这些垃圾堆不仅占用了大量宝贵的土地，而且对城乡詹民生活 构成了威胁。目前，我国城市垃圾处理的最主要方式是堆放填埋，约占全部处理 量的7 0 以上；其次是高温堆肥，约占2 0 以上：焚烧量甚微。一些城市已建成 大中型城市生活垃圾卫生填埋场，如日处理量2 0 0 0 t 的北京阿苏卫卫生填埋场、 北京六罩屯卫生填埋场；在堆肥方面已建成堆肥场约2 0 余处，主要采用机械化 堆肥和简易高温堆肥技术；在焚烧方面。目前深圳已建成一座目处理量3 0 0 吨的 焚烧厂。这对提高城市垃圾的无害化处理率，逐渐改变垃圾污染现状将起到积极 作用。 但总体来说，目前我国大多数城市的生活垃圾处理仍然处于初期阶段，真正 实现无害化处理的垃圾只占年产量的2 3 。全国无害化处理处置设施严重不足， 只有少数城市建成达到无害化处理标准的处理场，大部分城市仍以简单填坑、填 北京工业大学工程硕士学位论文 弃滓地、地面堆放、挖坑掩埋、投入江河湖海、露天焚烧等处理方式为主，使垃 圾废物成为即时和潜在的长期污染源。 1 2 2 城市生活垃圾渗滤液概况 1 2 2 1 城市生活垃圾渗滤液的产生 垃圾渗滤液，是指垃圾在堆放和填埋过程中由于发酵和雨水的淋浴、冲刷， 以及地表水和地下水的浸泡而滤出来的污水“。垃圾渗滤液的产生主要来自三个 方面：一是大气降雨和径流；二是垃圾中原有的含水；三是在垃圾填埋后由于微 生物的厌氧分解作用而产生的水。可用下图表示： 厂一降水( 降雨、降雪) 一数量、强度、频度、持续时间 r 一地表流走水一遮盖物、植被、土壤及垃圾含水情况 渗滤液来源 _ 一 地下水入侵一地下水流向、速率及地点 l垃圾分解一有效水分及酸碱度、温度、成分、颗粒夫小、 液体废弃物混合处理一数量、含水量、压实度 垃圾中有机物不断地降解，垃圾渗滤液也会不断地产生，直至有机物彻底降 解后垃圾渗滤液才会终止。有研究表明垃圾中有机物降解极其缓慢，一般在垃圾 填埋后垃圾渗滤液要持续2 0 一3 0 年。垃圾渗滤液在垃圾中流动或渗透率很慢，一 般在降雨后7 天左右才出现渗滤液高峰期，渗滤液量一般为降雨量的3 0 一8 0 “”。 据有关资料表明，我国垃圾渗滤液总量从1 9 9 5 年的1 5 6 6 7 1 0 w 上升到1 9 9 9 年的2 2 9 3 8 1 0 7 玎1 3 ，平均每年递增1 0 ，年产上千万立方米，垃圾渗滤液污染浓 度是城市生活污水浓度的1 0 1 0 0 倍，因此每年的垃圾渗滤液相当于数亿立方米 的生活污水。，由此可见，垃圾渗滤液污染性强且量大，对环境的危害严重。 1 2 2 2 城市垃圾渗滤液水质特点 垃圾填埋堆放后，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浓度特 别高。再则由于垃圾降解产生的c 0 2 溶于垃圾渗滤液后使之偏酸性，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。因而垃圾滤 液含有多种污染物，且浓度变化往往很大。表1 1 n “列出了渗滤液的典型污染物 组成及浓度变化的综合数据。由表可见，渗滤液具有复杂的成份，含有多种污染 物质，各污染物的浓度变化范围很大，给处理工艺选择带来困难。 第1 章绪论 表卜1 垃圾渗滤液水质单位：g l 1 湎r 1 丽_ 二丽顽厂可护 t o c 1 5 0 0 2 0 0 0 06 0 0 0 c o d 3 0 0 0 一一4 5 0 0 0l8 0 0 0 s s 2 0 0 、1 0 0 05 0 0 氨态氮1 0 8 0 04 0 0 硝酸盐 5 4 02 5 总磷l 一7 03 0 总硬度3 0 0 0 1 0 0 0 03 5 0 0 p h 5 3 8 56 总铁 5 0 6 0 06 0 c a ”2 0 0 3 0 0 0 1 0 0 0 m g ” 5 0 1 5 0 02 5 0 k +2 0 0 一2 0 0 03 0 0 n a 2 0 0 一2 0 0 0 5 0 0 c i i 0 0 3 0 0 05 0 0 p b0 1 2 oo 、7 5 c d o 。3 一一1 7 o 5 e c o l i ( c f u l )2 3 1 0 6 2 3 1 0 8 垃圾渗滤液的主要成份是有机物降解过程中的中间有机化合物和溶解性营养 盐类，另外还含有大量的重金属元素及其它有害物质，如有害微生物等。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，从垃圾渗滤液中检出的 有机污染物7 7 种，其中芳烃类2 9 种烯烃类1 8 种，酸类8 种，酯类8 种，醇、 酚类6 种，酮、醛类4 种，酰胺类2 种，其它5 种。垃圾渗滤液中c o d c ，和氨氮 浓度很高，c o d c ，浓度变化大，氨氨浓度变化小。郝一琴等对太原生活垃圾填理场 进行监测分析，得出结论：垃圾渗滤液中的c o o c ，、3 0 1 ) s 、氨氮、总磷、砷分别超 出国家标准的1 0 0 、1 2 0 、5 4 7 、9 0 、1 2 0 倍。 经大量资料表明，垃圾渗滤液的水质特征为：( 1 ) c o d c ，和b o b , 浓度高。垃圾 渗滤液中的c o d e 。最高达9 0 0 0 0 m g l ，b o d s 最商达3 8 0 0 0 m g l ，和城市污水相比， 浓度相当高。( 2 ) 氨态氮的含量较高。垃圾渗滤液中的氨氮浓度，随着场龄的增 加也相应增加，晟高可达1 7 0 0 m g l 。( 3 ) 金属含量较高。垃圾渗滤液中含有十多 种金属离子，其中铁的浓度可达2 0 5 0 m g l ，铅的浓度可达1 2 3 r n g l ，锌浓度可 达1 3 0 m g l ，钙的浓度甚至达到4 3 0 0 m g l 。( 4 ) 渗滤液中的微生物营养元素比例 失调。主要是c 、n 、p 的比例失调。 1 2 ，2 3 影响垃圾渗滤液水质水量的主要因素 ( 1 ) 气候因素，即降雨渗透量和气温。降水是垃圾渗滤液量的主要来源。在 降水多的季节，垃圾渗滤液的水量也大。在没有降水时，几乎没有渗滤液产生。 气温是影响垃圾中污染物溶出的重要因素，较高的温度可加速微生物灯有机成份 的降解速度从而在短期内产生高浓度的渗滤液”“。 ( 2 ) 垃圾因素，即垃圾的组成、性质及其含水率。一般地，垃圾中易腐化的 有机物含量越高，则所含的水量就越多，相应的垃圾渗滤液量就越多。 ( 3 ) 垃圾填埋方式，如垃圾的压实密度、填埋深度等对渗滤液水质有定影 响。增加垃圾的填埋密度和填埋深度，即减少垃圾的含水量和土壤的渗水量，限 北京工业大学j 二程硕士学位论文 制外来水进入填埋区，可推迟垃圾中有机成份的降解作用，致使渗滤液的浓度较 低，延长渗滤波的产生时间。 ( 4 ) 士地因素，即垃圾场地形地质地貌植被等。这些主要决定入渗水量和排 渗水量，入渗水量越大，排渗水量越小，则垃圾产生的渗滤水量就可能越多。 ( 5 ) 时间因素，即垃圾填埋时间或填埋场场龄。般而言，垃圾填埋初期渗 滤液污染物浓度较高，其污染浓度一直延续到封场，此后随着场龄的增加，填埋 层f 1 趋稳定，渗滤液中的污染物浓度随垃圾中有机物的不断降解而逐渐下降。 1 2 2 4 垃圾渗滤液的控制 鉴于垃圾渗滤液的危害及其水量过大等原因，必须对其进行控制。 就渗滤液的产生量而言，一般采取以下方式减少渗滤液的产生量： ( 1 ) 减少垃圾填埋量。减少垃圾填埋量最主要措施为平衡发展垃圾处理方式， 使用堆肥和焚烧方式使垃圾处理得到分流：提高居民气体燃料使用率，减少垃圾 产生量；垃圾按类分装与收集，进行分类处理即可燃垃圾焚烧、厨余堆肥、废品 回收、灰渣填埋。垃圾填埋量的减少使填埋场的集雨面积随之减少，因而垃圾渗 滤液也随之减少。 ( 2 ) 控制填区内外地表径流，设置导流坝和疏导渠将渗滤液引走。在垃圾填埋 过程，利用机械通风，增大蒸发量，以减少渗滤水量。 ( 3 ) 改露天堆放为覆土填埋，并采用垃圾分层压实，减少渗入垃圾内部的降水 量，场区降水尽快由排洪井和截洪沟导出，减少雨水浸泡的面积和滞留时间。 就其水质控制而言，应控制有机垃圾进入填埋场。垃圾经初步分选后，将易 腐化的有机成份分离出来制作堆肥，以降低垃圾中有机物含量，从而降低垃圾含 水量和渗滤液的污染浓度。 1 2 2 5 垃圾渗滤液的处理处重 垃圾渗滤液的处理方法包括物理化学法和生物处理法。 生物处理方法可分为好氧和厌氧处理两种，主要是利用微生物的分解作用、 女肖化和反硝化作用来去除渗滤液中的有机物和氨氮。好氧处理包括活性污泥法、 曝气氧化塘、稳定塘、生物转盘和滴滤池。厌氧处理包括上向流污泥床、厌氧固 定化生物膜反应器及厌氧塘。将垃圾渗滤液进行生物处理，能有效地去除其中的 生物可降解有机物，硝化反硝化除氮效果也很好，其出水水质可达b o b 。2 5 m g l ， c o d c ，：4 0 0 l5 0 0 m g l 。 垃圾渗滤液的物化处理方法包括化学混凝沉淀、湿式氧化、电解氧化、活性 炭吸附等，主要是通过一系列的物理、化学反应去除渗滤液中的不可溶组分和卤 代芳香族化合物( o x ) ，周对将渗滤液中的难生物降解的有机物转化为易生物降 解的有机物并将其去除。和生物处理相比，物化处理不受水质水量变化的影响， 出水水质较为稳定，尤其对b o d 。c o d c ，比值较低( 0 0 7 0 2 ) ，难以生物处理的垃 圾渗滤液有较好的处理效果，能有效去除其中难生物降解的有机物( 腐植质、富 烯酸和卤代烃类化合物) 以及一些重金属。但该法成本较高，能耗大，不适于大 水量垃圾渗滤液的处理，因此目前垃圾渗滤液的处理主要采用生物方法。 第1 章绪论 - - - l i l l , i | g 曼g ! ! ! g 璺曼 1 2 3 城市生活垃圾及其渗滤液对环境的影响 1 2 3 1 生活垃圾堆放对环境的影响 我国传统的垃圾消纳倾倒方式是种不负责的“服务于当代，遗害于了孙” 的污染物转移方式。而现有的垃圾处理场的数量和规模远远不能适应城市垃圾增 长的要求，大部分垃圾仍呈露天集中堆放状态，对环境的危害很大，污染问题f 1 趋严重。主要表现为： ( 1 ) 侵占大量土地，对农田破坏严重。一般来说，一万人口的城市，一年m 产出的垃圾需要一个4 1 0 3 群大的地方，堆3 m 高。百万人口的大城市需4 1 0 4m 2 土地”。因而占用城郊土地，j j n 周j 人地矛盾是垃圾堆放的直接后果。此外，堆放 在城市郊区的垃圾，侵占了大量农田。未经处理或未经严格处理的生活垃圾直接 用于农田，后果果严重，破坏了土壤的团粒结构和理化性质，致使土壤保水、保 肥能力降低。 ( 2 ) 严重污染空气。在大量垃圾露天堆放的场区，臭气冲天，老鼠成灾，蚊 蝇孽生，有大量的氨、硫化物等污染物向大气释放。尤其在夏季，生活垃圾在商 温下霉烂，臭味传到方圆几公里外，严重污染当地环境，危及人民健康。 ( 3 ) 严重污染水体。生活垃圾进入水体后，不仅直接影响水生植物的生存环 境，造成水质下降、水域面积减少等直接的恶劣影响，而且还可以通过食物链的 作用，影响与水有关的动植物的生存。任意堆放或简易填埋的垃圾，其内所含水 量和淋入垃圾堆中的雨水产生的渗滤液流入周围地表水体和地下水体，造成地表 水和地下水的严重污染。 ( 4 ) 垃圾爆炸隐患多。由于城市生活垃圾中有机质含量的提高和由露天分散 堆存变为集中堆存，而且只采用简单覆盖，这样易造成产生甲烷气体的厌氧环境， 使垃圾产生沼气量增加，危害突出，爆炸事故r 益增多。 1 ，2 3 2 生活垃圾渗滤液对土壤及地下水的污染影响 我国大多数垃圾场的垃圾都不是卫生填埋，更谈不上有渗滤液处理设施。垃 圾渗滤液在降雨的淋溶冲刷下，直接进入土壤，渗滤液中的有害成份会破坏土壤 微生物的生存环境，对土壤结构和土质产生有害影响。而且垃圾渗滤液中大量的 重金属会在土壤层内富集，造成土壤严重的重金属污染，廖利0 7 1 等人曾对深圳盐 阐区垃圾场周围的土壤污染状况进行分析研究，结果表明，受到渗滤液浸蚀的土 壤酸性降低，有机质和其它营养元素明显增加，渗滤液中的重金属有在土壤中富 集的现象，垃圾堆放场周围土壤已受到渗滤液的重金属污染。香港曾报道由于垃 圾渗滤液中过量的氨素、重金属和其它一些有害物质影响了垃圾场周边树木的j 下 常生长。郭立书等对哈尔滨市垃圾堆放场土壤污染进行研究发现，垃圾场下部上 壤重金属污染程度大于垃圾场周围土壤，其重金属污染顺序是汞 镉 锌 铅 铜”。另对香港西个被填埋气体和渗滤液污染的填埋点进行研究发现，在覆盖土 层内存在着高浓度的n h ； - n 。表明土壤已被污染。”。 城市生活垃圾渗滤液对地下水的污染，主要是通过降雨淋溶入渗使污染物随 水经过土壤渗入地下含水层，对地下水造成污染。根据模拟试验资料，l 公斤粪 北京j ：业大学i ：程硕士学位论文 m l i | ! _ ! 目目_ _ | - e | 目_ _ 自e e 曼! ! 目_ ! | ! ! ! 曼曩蔓 便垃圾释放的污染物，可使1 吨水的硬度升高5 m g l ，n o 。一一n 和t d s 分别升高 0 2 m g l 和6 7 m g l ，s o , 和c l 一分别升高3 0 4 m g l 和0 7 8 m g l ，在大气降水的 淋溶作用f ，上述污染物随下渗水进入地下水，使之受到污染。对此，赵万有等 报道垃圾填理不采取防渗措施，对地下永必然造成严重污染，主要表现在地下水 浑浊，有嗅味，c o d c ，、三氮含量高，油、酚污染严重，细菌、大肠菌超标。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 o 。都有增加。德国l a n g 报导距填埋场4 k m 远的地表水下游，水质出现恶 化。n e v e n k am i k a c 等报导，渗滤液对含水层的影响不仅仅在于表层，而且贯穿 于达6 0 m 深的垂直截面”1 。 特别在我国现有垃圾填埋设备十分不完善、地下水防护条件差的情况下，大 量生活垃圾随意堆放在没有防渗措施的填坑中，对地下水的污染更为明显。以北 京市为例，全市除有8 个大的垃圾转运场外，在城近郊区广泛分布着大小垃圾堆 放场，对地区地下水形成污染威胁。据对某水源井区垃圾堆放场附近水源井的监 测表明，垃圾堆放的淋滤下渗对地下水有明显污染，井群周围地下水n 0 ，、硬度、 s o , 2 - 、c l 一平均每年分别以2 6 m g h 、5 m g l 、3 。9 6 m g l 、l 。3 6 m g l 的速度增高“。 大型畜禽养殖场周围由于畜禽粪便垃圾的额外堆放，造成区域地下水水质严重 污染。如房山窦店地下水n o 。一明显超标，峪山鸡场等地下水n o 。- - n 污染也比较明 显。目前水源八场潮河、怀河河滩口分别堆放的2 0 0 多万吨垃圾，对水源八场水 质己开始产生影响，是潜在危险较大的污染源，随时间推移对水环境的影响将会 越来越大。 总之，垃圾堆放及其产生的渗滤液对环境造成的恶劣影响已日益严重，城市 垃圾污染已经成为社会关注的焦点。如何尽快实现我国城市生活垃圾的综合利用 和无害化处理，进行污染土壤、水体及大气的修复治理，解决城市生活垃圾的污 染问题已追在眉睫，有必要从深层次、多角度探讨解决问题的对策与途径。 1 ，3 研究设计思路 1 3 1 试验内容 试验选择北京西郊上庄生活垃圾堆放场的垃圾渗滤液、污染土壤和地下水为 测试对象，测定不同环境条件下垃圾渗滤液的污染负荷状况，分析垃圾区土壤中 复合污染物的赋存形态、降解迁移特性以及垃圾渗滤液对地下水的污染影晌。并 在实验室内调控不同环境条件，研究土壤中共存污染物相互间的影响效应a 第1 章绪论 i i i 1 3 2 技术路线 城市生活垃圾 测定不同环境条件下 垃圾渗滤液污染负荷状况 确定垃圾渗滤液中的主要污染 研究渗滤液主要污染物 在土壤中的分布及其转化行为 1 3 3 论文思路 分析渗滤液主要污染物 在垫r - t j ( 环境中的分布状况 9 北京工业大学工程硕士学位论文 第2 章生活垃圾渗滤液污染状况 及其对土壤、地下水的影响 2 1 材料与方法 2 1 1 供试材料 供试垃圾渗滤液、土壤和地下水样皆采自北京市海淀区上庄垃圾场。该垃圾 场建f1 9 9 6 年，1 9 9 7 年投入使用，目输送垃圾1 0 0 0 吨。该垃圾场堆放区面积约 为2 9 2 3 5 0 m 2 ，现有垃圾堆放量约为2 0 万吨。垃圾常年露天堆放，场区内无任 何防渗措施。 2 1 2 试验方法 ( 1 ) 从2 0 0 1 年l o 月至2 0 0 2 年1 2 月，每月现场采集垃圾堆放区四周渗坑中 的垃圾渗滤液，混匀后测定其污染负荷状况，确定垃圾渗滤液中的主要污染物。 测定项目：c o d e ，、b o d 。、p h 、n h 4 * - n 、n o - n 、c a ”、p b 、c d 、f e 、m n 。 ( 2 ) 沿垃圾场地下水水流方向，布设4 口监测井，在远离堆放区上游方向处 设- - x , t 照监测井( 图2 一1 ) 。自2 0 0 0 年5 月起，每月采集地下水进行测定。 测定项目：c 0 1 3 c ，、b o d 。、p b 、硬度、n 4 + n 、n 0 2 - - n 、n o 。_ n 、c d 、p b 、f e 、 m n 。 表承地下水采样点 ( 1 、3 、4 号井深1 2 米；2 、5 号井深3 0 米) 图2 - 1 垃圾场监测井设置示意图 ( 3 ) 沿地表径流方向，在垃圾场现场距堆放区约1 米、1 0 米、2 0 米、5 0 米、 1 0 0 米、2 0 0 米处布点，四分法采集o - 2 0 c m 表层土样，风干、过筛，备试。对照 点设在远离垃圾场1 公里外的高地势处。 测定项目：全氮( t n ) 、全磷( t p ) 、速效镡、氨态氮( n m - n ) 、硝态氮( n o - n ) 、 p h 、有机质和重金属( f e 、m n 、c u 、z n 、c d 、p b ) 。 1 0 第2 章生活垃圾渗滤液污染状况及其对十壤、地i - j j ( 的影响 2 1 3 测定方法及仪器 ( 1 ) 水样： c o d 。重铬酸钾法；b o d 。稀释接种法；硬度e d t a 滴定法； p h 电位法( p h s 一3 c 精密p h 计) ；氨氮纳氏试剂分光光度法； 硝态氮酚二磺酸比色法( 7 2 1 分光光度计) ： 重金裾硝酸消解后，于原子吸收分光光谱仪上测定( 日立z8 0 0 0 型) 。 ( 2 ) 土壤样： p h 电位法( p h s 一3 c 精密p h 计) ； 全氮半微量开氏法( b s 一1 i 型半自动定氮仪) ： 全磷铝锑抗比色法( 7 2 3 分光光度计) ； 氨态氮n a c l 浸提一靛酚蓝吸光光度法； 硝态氮锌还原一紫外分光光度法； 速效例火焰光度法：有机质铬酸氧化还原滴定法； 重金属一经王水一高氯酸消解后，于原子吸收分光光谱仪上测定( 同屯 z 一8 0 0 0 型) 。 2 2 结果与分析 2 2 1 生活垃圾渗滤液污染状况 数量庞大的各种生活垃圾在堆放填埋过程中，由于压实、降雨和微生物的分 解作用，会从垃圾层中渗出，引起垃圾渗滤液污染负荷的原因主要有微生物的厌 氧分解作用和降雨的淋溶作用。虽然垃圾本身含有一定量的水分，但垃圾渗滤液 的主要来源还是降雨，也就是说，特定垃圾场渗滤液量的多少主要与气候变化、 水文条件、降雨渗透量及季节交替的变化有关，丽垃圾渗滤液的水质特征除与i = 述几个因素有关，还与垃圾性质、堆放时间、填埋方式及垃圾本身的含水率等因 素有关。因而，垃圾渗滤液水质水量变化很大，水质成分较为复杂 2 2 1 1 上庄垃圾场渗滤液主要污染物浓度年内变化动态 在京郊上庄垃圾场堆放的混合垃圾中，有机物含量约占5 9 5 、无机物占 2 0 8 、其他废物约占1 9 7 o ，可见垃圾堆放对周边土壤、地下水的主要污染影 响是因垃圾中有机废物的腐化分解产生的大量渗滤液。垃圾渗滤液的主要成分是 有机物降解过程中的中间有机化合物和溶解性盐类，另外还含有大量的重金属元 素及其它有害物质。 表2 - 1 所示为2 0 0 1 年l o 月至2 0 0 2 年1 2 月对上庄垃圾场渗滤液主要污染物 浓度变化的测定结果。 北京j ：业大学工程硕士学位论文 表2 - 1 上庄垃圾场渗滤液污染物浓度年内变化动态表 单位：除p h 外，均为m g l ；“一”表示该月耒测定渗滤液的重金属浓度。 由表2 1 可以看出，垃圾渗滤液的污染物成分与生活污水很相似，但各污染 物的污染浓度远高于生活污水。垃圾堆放后，在微生物作用下，垃圾中的有机物 经过好氧反应和厌氧反应产生降解，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渗滤液中，导致垃圾渗滤液污染浓度较高。再 之由于垃圾降解产生的c 0 2 溶于渗滤液后使垃圾渗滤液偏弱酸性，这种弱酸性环 境使得不溶于水的碳酸盐、重金属及其氧化物等无机物缓慢发生溶解，加剧了垃 圾渗滤液的污染浓度。渗滤液中的污染物浓度受垃圾成分、气候条件和使用年限 等因素的制约，变化幅度很大，变化规律复杂，很难得到准确的污染物浓度及其 变化过程。 综观整个监测期内垃圾渗滤液污染物的浓度变化，其总的趋势是夏秋季生活 垃圾渗滤液污染物浓度稍高于春冬季。 2 2 1 2 生活垃圾渗滤液主要污染物浓度分析 ( 1 ) 有机污染物浓度( d 。，、b o d 。，) 监测期内测得的渗滤液c o d a ，、b o d 。浓度如表2 一l 所示。据刘东等人对国 内部分城市垃圾成分及其相应的有机物浓度分析表明，垃圾中的有机物组分越 高，则其渗滤液中的有机污染浓度越高。该垃圾堆放场中生活垃圾的有机成份 大约为5 9 5 ，因而其c o d c r 、b o d 5 值较高。需要说明的是由于本试验中供试 渗滤液采集前在渗坑中有一定的停留时间，降雨和地表径流对其可能有一定的 稀释影响，因此新鲜渗滤液的实际有机污染物含量会高于试验测定的结果。 1 2 第2 章生活垃圾渗滤液污染状况及其对土壤、地下水的影响 0 1 e0 1 i 尊0 , 1 1o 奢2o 耋城so t 蕾a 奎毒0 2 删0 2 1 2 峙蠢 圉2 - 2 生活垃圾渗滤液c o d c ，、b o d s 浓度 n 慧 瓴飞 曩 鹣 a 垂奢产 舡 由圈2 2 可以看出，上庄垃圾场垃圾渗滤液的b o d 。c o d c ，值较高，在试验监 测时期内基本比较稳定，介于0 4 - 0 6 之间，渗滤液b o d j c o d c ，值与垃圾场的使 用年限有关。随垃圾场出“年轻”( 5 年以内) 逐渐向“中老年”( 5 1 0 年以上) 过渡时，渗滤液中的高分子复杂有机物相对含量的增加会导致b o d 。c o d c