（环境工程专业论文）好氧回灌法处理城市垃圾填埋场渗滤液的机理研究.pdf

摘要 本论文通过在北京市海淀区六里屯卫生填埋场内设置垃圾填埋模拟柱对新鲜垃圾产生的渗 滤液进行好氧和厌氧两种条件下的循环回灌，并对好氧和厌氧两种情况下回灌前后渗滤液的产生 量、常规水质指标等分别进行监测和分析，比较好氧和厌氧两种情况下回灌处理技术对城市垃圾 渗滤液的处理效果，探讨好氧条件对渗滤液进行回灌处理的工艺机理，找出好氧回灌的工艺参数。 研究结果表明： ( 1 ) 在好氧垃圾填埋柱中，空气经布气管强制释放到垃圾填埋层内，通过压力扩散和分子 扩散作用而使得填埋层达到好氧状态，填埋层内微生物利用氧气进行生物氧化还原反应，渗滤液 c o d 和凯氏氮浓度下降较快，比在厌氧情况下提前进入稳定阶段，进而加快了填埋垃圾的稳定 化进程。 ( 2 ) 弱碱性的渗滤液回灌到垃圾层中缩短了垃圾酸性发酵阶段，抑制了高浓度的渗滤液产 生，使c o d 有较大幅度的降低。在好氧情况下回灌过程中渗滤液产生量比厌氧情况下少，所以 为减少渗滤液产生量，宜发展好氧或准好氧填埋。 ( 3 ) 在垃圾填埋作业时，加入一定量的污泥，对新鲜垃圾进行驯化接种，可以缩短微生物 的适应期，在适宜的环境中尽快大量繁殖，增加微生物的数量，加快垃圾的降解。垃圾填埋柱中 添加蚯蚓可以改善垃圾中的水气循环，同时通过蚯蚓本身的同化和代谢作用也能够使垃圾中的有 机物质逐步降解。 ( 4 ) 好氧回灌对渗滤液中的c o d 和凯氏氮有很好的去除效果，好氧柱中凯氏氮的去除率在 初始阶段呈现稳步上升，最后稳定在9 0 左右。各填埋柱渗滤液回灌前后c o d 的去除率变化较 大，好氧柱普遍高于厌氧柱好氧柱c o d 能够稳定在8 0 左右。 ( 5 ) 厌氧柱中随着水力负荷的增大，凯氏氮和c o d 的去除率均呈现逐渐下降，水力负荷增 加到约2 0 m l l d ，凯氏氨的去除率直线下降到6 0 以下；水力负荷增加到2 1 2 3m l l d ，c o d 的去除率直线下降至2 0 。好氧柱在水力负荷持续增加到约2 6 m l l d 时，凯氏氮和c o d 的去 除率一直稳定9 0 左右，变化不大。 ( 6 ) 在以上实验的基础上，本论文分析在渗滤液回灌过程中，尤其是好氧回灌过程中垃圾 填埋柱中发生的反应过程和回灌效果的影响因素。并对渗滤液中c o d 和凯氏氮去除的机理做了 进一步的探讨。 关键词：生活垃圾填埋渗滤液回灌好氧厌氧 a b s t r a c t t h et h e s i se s t a b l i s hs o m ec o l u m n sw h i c hf i l l e dw i t hg a r b a g ei nl i u l i t u nl a n d f i l l ，c o m p a r e dw i t h a n a e r o b i c ，w em a k et h el e a c h a t ew h i c hf r o mn e wg a r b a g er e c i r c u l a t eu n d e rt h ea e r o b i cc i r c u m s t a n c e ， a n dm e a s u r et h en o r m a lw a t e ri n d e x s oa st ol o o kf o rt h ei m p a c to fr e c i r c u l a t i o nt r e a t m e n to ni a n d f i l l i e a c h a t e t h er e s u l t so b t a i n e dw e r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) i nt h ea e r o b i cm b b i s hl a n d f i l lc o l u m n s ，t h ea i ri sr e l e a s e di nt h er u b b i s hl a n d f i l ll a y e re v e n l y b yt h ep i p e l i n e ，a n ds p r e a db yt h ep r e s s u r ea n dt h em o l e c u l es p r e a d ，w h i c hm a k et h el a n d f i l ll a y e r a e r o n i c ，t h em i c r o o r g a n i s mu t i l i z et h eo x y g e nt oh a v eb i o l o g yo x i d a t i o n r e d u t i o nr e a c t i o n ，w h i c h r e d u c et h ec o da n dk j e l d a h ln i t r o g e nv e r yf a s t ，e n t e rs t e a d ys t a g eq u i c k l y , a n dt h e na c c e l e r a t e dt h e p r o c e s so fs t a b i l i z a t i o no ft h el a n d f i l l ( 2 ) t h el e a c h a t eo fa l k a l i n ei sr e c i c u l a t e d w h i c hw i l ls h o r t e nt h ea c i df e r m e n t e ds t a g eo ft h e r u b b i s h ，s u p p r e s s e dt h eg e n e r a t i o no fl e a c h a t eo fh i g l ld e n s i t y , m a k e nt h ec o dr e d u c ew i t hal a r g e r a n g e t h ea m o u n to fl e a c h a t ei na e r o b i cc o l u m n si sl i t t l et h a na n a e r o b i c ，s ow es h o u l dd e v e l o pt h e l a n d f i l lt e c h n o l o g yw h i c hp r o d u c e sl i t t l el e a c h a t e ，a sa e r o b i cl a n d f i l l ( 3 ) i nt h el a n d f i l l ，a d dac e r t a i na m o u n to fs l u d g e ，t a m ei n o c u l a t i n gt ot h ef r e s hr u b b i s h ，c a l l s h o r t e nt h ea d a p t a t i o np e r i o do ft h em i c r o o r g a n i s m ，b r e e di nal a r g ea m o u n ti nt h es u i t a b l ee n v i r o n m e n t a ss o o na sp o s s i b l e ，i n c r e a s et h eq u a n t i t yo ft h em i c r o o r g a n i s m ，t oa c c e l e r a t et h ed e g r a d a t i o no ft h e r u b b i s h ，a d dt h ee a r t h w o r mi nl a n d f i l lc a ni m p r o v ea q u e o u sv a p o rc i r c u l a t i o no fr u b b i s h ，m a k er u b b i s h a n dm i c r o o r g a n i s ms p o r ta tt h es a m et i m e ，a n dt h ee a r t h w o r mm a k eo r g a n i co fm b b i s hd e g r a d e p r o g r e s s i v e l yt h r o u g ha s s i m i l a t ea n dm e t a b o l i s mt o o ( 4 ) t h e r ea r eg o o dr e m o v e le f f e c to nt h ek j e l d a h ln i t r o g e na n dc o do fl e a e h a t ei na e r o b i c r e c i c u l a t i o n ，t h er a t eo fe x o r c i z eo fk j e l d a h ln i t r o g e ni na e r o b i cc o l u m n sr i s es t e a d i l yt oa b o u t9 0 i n t h es t a r t s t e a d ya b o u t9 0 f i n a l l y t h ec h a n g ei sv e r yd i s t i n c t l yo ft h er a t eo fe x o r c i z eo fc o di ne v e r y c o l u m n s ，t h er a t eo fe x o r c m eo fc o di sa b o u t8 0 j na e r o b i cc o l u m nw h i c hb e t t e rt h a na n a e r o b i c c o l u m n f5 ) w i t ht h ei n c r e a s eo fh y d r a u l i cl o a d i n gi na n a e r o b i cc o l u m n s ，t h er a t eo fe x o r c i z eo fk j e l d a h l n i t r o g e na n dc o dd r o pg r a d u a l l y , w h e nt h eh y d r a u l i cl o a d i n gi n c r e a s et o2 0m l l d t h et h er a t eo f e x o r c i z eo fk j e l d a h ln i t r o g e nd r o pt o6 0 ；w h e nt h eh y d r a u l i cl o a d i n gi n c r e a s et o2 1 2 3m l l d ，t h e r a t eo fe x o r c i z eo fc o dd r o pt o2 0 w h e nt h eh y d r a u l i cl o a d i n gi n c r e a s et o2 6m l l di na e r o b i c c o l u m n s ，t h er a t eo fe x o r c i z eo fk j e l d a h ln i t r o g e na n dc o dc a ns t e a d ya b o u t9 0 ，d on o tc h a n g em u c h ( 6 ) b a s e do nt h ee x p e r i m e n t t h er e a c t i o np r o c e s so c c u i si ng a r b a g eb u r y i n gc o l u m na n dt h e i n f l u e n c i n gf a c t o ro fr e c i r c u l a t i o ne f f e c th a v eb e e nd i s c u s s e di nt h i sp a p e r f u r t h e rd i s c u s s i o no nt h e r e m o v a lm e c h a n i s mo fc o da n dk j e l d a h ln i t r o g e ni nl e a c h a t eh a sa l s ob e e nm a d e k e yw o r d s ：m u n i c i p a ls o l i dw a s t e ；l a n d f i l l ；l e a c h a t e ；r e c i r c u l a t i o n ；a e r o b i c ；a n a e r o b i c 独创性声明 本人声明所呈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，除了文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，也不包含为获得中国农业大学或其它教育机构的学位或证书 而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示了谢意。 研究生签名： 老匕时间：眦h p o h 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国农业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留 送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或扫描等复 制手段保存、汇编学位论文。同意中国农业大学可以用不同方式在不同媒体上发表、 传播学位论文的全部或部分内容。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 躲害粥乞帆 名：饵 加厶谚日 时间：己胪畸年月2 0 日 中国农业大学硕士论文 第一章文献综述 1 1 问题的提出 第一章文献综述 城市生活垃圾又称城市固体废物，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：厨余物、废纸、废塑料、废织物、废金属、废玻璃 陶瓷碎片、砖瓦渣土、粪便，以及废家用什具、废旧电器、庭园废物等。 城市生活垃圾问题，已经成为当今世界最严重的公害之一，及时清理和处理城市垃圾是建设 优美、整洁、文明的现代化城市不可或缺的条件。目前我国城市垃圾人均年产生量达到4 4 0 公斤， 1 9 9 6 年城市生活垃圾清运量己达1 亿吨，而且每年以8 - l o 的速度增长。垃圾的历年堆存量达 6 0 多亿吨，全国有2 0 0 多座城市陷入垃圾的包围之中。2 0 0 0 年，我国城市生活垃圾年产生量约 为1 5 亿吨( 盛利平，2 0 0 2 ) 。大、中城市，尤其是特大城市的人均垃圾产生量相对较高，其城市 垃圾的增长速度有的已经高达2 0 ( z l a e n g y i s h e n g ( 郑易生博，2 0 0 1 ) 。 据了解，北京市目前严格控制垃圾焚烧处理，首先是次性投资工程较大，垃圾焚烧的运行 成本是卫生填埋的4 倍，不适合本市的实行情况；其次，垃圾物质成分复杂，焚烧处理技术工艺 要求高。按照建设部、国家环保总局、科技部公布的垃圾污染防治技术政簧总方针，华北、东北 地区由于地下水位低，经济欠发达。应以卫生填埋为主。 近年来，我国垃圾填埋也进入高峰期，北京市目前已经相继建成了阿苏卫、北神树、安定、 六里屯四座大型和通州区、平谷县两座中小型垃圾卫生填埋场。随着现代科学技术的发展，垃圾 填埋技术在工程设计、污染防治、维护等方面取得了很大的进步，但垃圾渗滤液仍然因臭味难闻、 成分复杂、有机污染物浓度高而成为困扰垃圾填埋场的难题之一。 由于缺乏必要的基础研究和技术开发，我国目前渗滤液处理大多照搬一般污水处理的技术， 而没有充分考虑垃圾填埋和渗滤液的特点，因而绝大多数达不到排放要求，甚至渗漏污染地下水 的现象屡有发生，已经引起各界密切关注。因而寻找一条经济合理，能够适应我国垃圾渗滤液处 理的工艺流程，开发新型的污水处理技术，推动我国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( 卢成洪。1 9 9 7 ) 。 我们比较了近期国内外垃圾渗滤液处理技术的发展状况，结合我国的实际，认为垃圾渗滤渡 的【回灌技术在我国具有很大的发展前景。目前的组合工艺尽管在处理后达到或接近日益严格的渗 滤液排放标准，但是高额的费用对于经济不发达的地区是很难接受的，发展以土地法为基础的简 单经济实用的渗滤液回灌处理技术具有重大的现实意义。同时考虑到垃圾好氧堆肥法、蚯蚓处理 垃圾和生活污水的良好效果，我们着手研究应用好氧回灌法处理垃圾渗滤液的工艺参数、生物降 解机理及其限制性因素，同时更深入的探讨在回灌过程中的垃圾稳定化进程，为以废( 垃圾) 治 废( 渗滤液) 提供科学依据。本实验与六里屯垃圾填埋场合作，在进行理论研究的同时，本论文 还将在工程应用参数和应用前景等方面作初步研究。 中国农业大学硕士论文第一章文献综述 1 2 垃圾填埋场 1 2 1 填埋场垃圾降解过程分析 垃圾被填入填埋场后，就开始发生一系列复杂的降解过程。废物中有机物被缓慢的分解为稳 定的化合物。在填埋场漫长的垃圾降解与稳定化过程中，所经历的过程可分为三个明显的阶段( 赵 由才，2 0 0 0 ) ： 第一阶段是好氧过程，易降解废物迅速与被填埋场填入垃圾时所夹带的氧气( 空气) 发生好 氧生物降解反应而生成c 0 2 和水，同时释放出一定的热量，从而使填埋场内部的垃圾温度比外界 高出好几度。此时，降解微生物也在生长。部分c 0 2 溶于水后形成弱酸，使垃圾中的部分矿物质 也进一步溶解成其他化合物。本阶段的好氧生物化学反应过程可简单地表示如下： 好氧微生物 垃圾中有机物+ 氧气菌细胞+ c 0 2 + 水+ 热量 当所有的氧气被消耗完毕后，就发生兼性的生物降解。在这一阶段，依靠氧气生存的微生物 不能继续存活下去，而那些厌氧的微生物又不成熟，因此，既能在好氧条件下生存又能在厌氧条 件下生长的微生物就起主要作用了。食品、纸和其他类似的废物中大分子被分解为小分子，如氢 气、氨、c 0 2 和有机酸。此时，沼气中的c 0 2 含量一般为5 0 6 0 。其生物化学反应可表示如下： 无氧气存在 垃圾中有机物 菌细胞+ 有机酸+ 热量 起主要作用的微生物是好氧式兼性茵和真菌。垃圾中复杂有机物是靠兼性菌来降解的。 在垃圾降解的第三阶段( 厌氧过程的第二阶段) ，能产生甲烷的微生物开始繁殖。此时，产 甲烷菌利用c o z 、h 2 和有机酸来产生甲烷气体，同时微生物缓慢但却很有效地分解所有可降解 废物至稳定的矿化物或简单的无机物。温暖湿润的环境( 1 0 1 6 c 以上) ，严格厌氧，不存在 毒害性物质，适当的营养物和c n 、c k 比，近中性的p h 值，是产甲烷苗生长繁殖的必要条件。 在这一阶段，所产生的气体中，约有5 0 为c 0 2 ，其余的基本上是甲烷。甲烷在气体中的含量 与废物组成有关。从理论上讲，每千克干垃圾可产0 5 0 的甲烷。 1 2 2 垃圾填埋场存在问题分析 垃圾填埋场设计存在缺陷，处理设施和环保措施不到位。我国不少城市是利用自然凹坑和自 然塌陷区形成的填埋场来处理生活垃圾的，不少填埋场环保设施没有按设计要求完成，无垫层处 理、无渗滤液收集系统、无地下水污染监视井、无废气引出口等环保设施。 许多垃圾填埋场管理上存在问题。不少城市生活垃圾填埋场没有设置与周围环境隔离的绿化 防护带，垃圾场破乱不堪，塑料袋随处飘散，白色污染严重。 垃圾填埋场处理效果差，二次污染突出。大多数填埋场未对渗滤液进行处理或简单经过一个 氧化塘或沉淀池简易处理就外排，超标现象普遍，二次污染突出。目前，8 0 以上的填埋场的渗 2 中国农业丈学硕士论文 第一章文献综述 滤液超标( 主要超标项目为化学需氧量、氨氮和大肠菌值等) ，约4 0 的填埋场因渗滤液污染导致 当地地下水氨氮超标( 张宪生，2 0 0 3 ) 。 垃圾填埋场的综合利用率低。8 0 的填埋场对产生的沼气无任何收集或处理设旖，直接外排， 这不但对所处功能区的空气环境质量产生不良影响，对填埋场本身的运行安全也构成威胁，更是 一种资源的浪费。 不少垃圾填埋场已“超期服役”，产生出许多新的环境问题。 1 3 垃圾填埋场渗滤液 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冲游以及造表水和地下水的浸 泡，超过垃圾及所覆盖土层持水容量以及表面蒸发潜力而产生的污水。 1 3 i 渗滤液产生过程 按渗滤液的p h 值及有机物质含量的变化可将渗滤液的产生分为四个阶段： 第一阶段为好氧分解、甲烷加速产生阶段。此时，渗滤液中含有高浓度的有机物质。 b o d s j c o d 1 4 ，p h 0 4 。 第三阶段为持续多年的稳定产气阶段。此时，p h 值上升到最大，渗滤液中有机物浓度下降， b o d s c o d 0 1 ；同时，填埋气产量及甲烷浓度上升到最大值。 第四阶段为厌氧分解、甲烷减速产生阶段。在这一阶段，可降解有机物逐渐减少，p h 值保 持不变，渗滤液中有机物的浓度下降。b o d 5 c o d 0 1 。填埋气产量下降，填埋气中甲烷浓度基 本不变。 1 3 2 影响渗滤液产生的因素 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、填埋场水文地质条件、填埋场作业区大小、垃圾覆盖层状况等。垃圾填埋场中的水分 循环示意图见图i - i ( 王里奥等, 2 0 0 0 ) 。 ( 1 ) 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。降水一部分形成地袭 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、填埋场覆盖状况等。在相同的条件下，降雨强度越大，前期雨量影响越高， 超渗产流越高，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，填埋场覆盖层植被越好，地表径流就越小，而下渗量大，反之，下渗量小。此外，垃圾 成分中有机物质含量高，持水能力较高，降水下渗速率会降低。 3 场外径流、：。写 ：一一，地表径流 士卜二，地表径沅 垃圾层：垃圾分解 1 寸1 叶 地下水侵入 ! 一渗滤液 囤1 - 1 垃圾填埋场中的水分循环示意图 f i g l 一1w a t e rc i r c u l a t i o ni nl a n d f i l l ( 2 ) 场外水 场外水包括填埋场四周地表来水和地卜水。 ( 3 ) 垃圾出水 垃圾出水包含垃圾本身含水和有机物厌氧降解过程中产生的水。垃圾在处理过程中受压、分 解以及垃圾中物质的转化，导致垃圾初始含水量的释放。垃圾分解出水量主要取决于垃圾的成分、 温度、覆盖层性质等。 ( 4 ) 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，是使填埋场水分消耗的重要途径。 影响蒸发和蒸腾的因素主要是辐射、温度与湿度、风力等气象条件，其次是植被及土壤和垃圾含 水量的大小和分布。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份蒸发。 1 3 3 渗滤液的产生量 目前，国内外计算渗涟液的方法多为水量平衡法，其基本原则就是考虑产生渗滤液的各种影 响因素，然后综合得到某个时段渗滤液产生量。该法概念明了，应用简单，并能基本反映出填埋 场内水分的时空分布，因而在国内外填埋场的设计中得到较为广泛的应用。但该法没有考虑填埋 场内水分的运动过程，计算出的渗滤液量偏高。 根据填埋场水量平衡状况可得下式： l p ( 1 一r 、一e a s 式中：l 一垃圾渗滤液水量： p 一填埋场区域的降水量； r 一地表径流系数； e 一地表及植物蒸发水量； a s 一垃圾层及覆土层的饱和持水量与原内含水量之差。 还有一种计算方法综合考虑了水量平衡以及水分在填埋场内的运动，即美国的填埋场水文评 价模型h e l p 模型和凡u 。模型。这些模型认为地表垂直渗入量符合垂直下渗的运动规律。潜水 面以下的渗滤液在静水压力作用下，发生水平方向的渗流，并且考虑了降雨量、地表径流量、蒸 发量，通过求解达西渗透定律和连续方程，得到水分在填埋场内的运动规律。 4 中国农业大学硕士论文 第一章文献综述 1 3 4 渗滤液污染特性分析 ( 1 ) 水质复杂，c o d 、b o d 5 和n h 3 - n 浓度高 不同地区的填埋场和同一填埋场不同时段的渗滤液水质均有很大变化。表1 - 1 ( 国家环境保 护总局污染控制司，2 0 0 0 ) 和表1 - 2 ( 陈学群等，2 0 0 i ) 分别列出了国内外渗滤液成分的典型数据。 从表中可以看出，垃圾渗滤液是一种高浓度的有机废水，除有机污染物外，还含有熏金属和植物 营养素r 如氨氮等) 。如工业固体废物进入城市垃圾填埋场，携带有毒、有害物质，水质会更加复 杂。 表1 - 1 国内外一些垃圾填埋场渗滤液水质( 除p h 外单位均为m g l ) t a b l - 1 t h e c a c h a t cq u a l i t y i n l a n d f i l la t h o m ea n da b r o a d ( m g l ) 垃圾渗滤液是一种高浓度的有机废水，在新的垃圾填埋场里，挥发性酸的存在可能会产生高 昀c o d 和b o d 5 ，c o d 最高达8 0 0 0 0 m g lb o d 5 最高达3 5 0 0 0 m g 几( 陈长太，2 0 0 1 ) 。上海某填 埋场的新鲜垃圾渗滤液c o d 高达8 8 1 2 9 m g l ( 唐家富，1 9 9 7 ) 。渗滤液中n h 3 - n 浓度也很高，在 填埋进入产甲烷阶段后不断上升达到高峰值后延续很长的时间并直至最后封场，甚至当垃圾填 埋场稳定后仍达到非常高的浓度( 1 0 0 0 0 r a g l ) ( 沈耀髓，1 9 9 9 ) 。北京六里屯垃圾填埋场渗滤液2 0 0 2 年度n h j - n 最高值3 2 8 3 9 r a g l ，最低值为1 1 4 8 8 m g l ，且呈现冬季偏低、夏季偏高的特点。 ( 2 ) 水质波动大 垃圾渗滤液的性质呈现季节性变化，受气候影响较大，雨季明显大于早季，六里屯垃圾填埋 场渗滤液5 月份c o d 最高2 2 8 5 0 m g l ，1 0 月份c o d 最低2 2 8 0 m g l ，见图i - 2 。 n a n c y r a g l e 等人曾对美国西雅图的一座城市垃圾填埋场作过调查，结果显示，渗滤液水质的 时变化系数、日变化系数竟高达2 0 0 和3 0 0 ，且“老龄”填埋单元的水质随时间变化相对较大 ( n a n c y r a g l e 等1 9 9 5 ) 。 5 中国农业大学硕士论文 第一章文献综述 2 0 0 0 0 1 5 0 0 0 j 型1 0 0 0 0 吕5 0 0 0 o 月份 囤1 - 22 0 0 2 年北京市六里屯垃圾填埋场渗滤液c o d 变化 f i g l 2v a d c t yo f l c a c h a l c c o d i n i m u t u n l a n d m l i n2 2 ( 3 ) b o d 5 ，c o d 逐年减小 “新鲜”垃圾渗滤液b o d j c o d 比值一般为0 5 棚7 ，表现出良好的可生化性f 陈长太, 2 0 0 1 ) 。 北京市六里屯垃圾填埋场1 9 9 9 年底开始使用，2 0 0 2 年1 月至7 月渗滤液b o d s ，c o d 在0 6 和0 3 4 之间，可生化性较好。c 蜘( 】9 9 6 ) 和s c o n ( 】9 8 1 ) 等人分别对不同年龄的填埋场渗滤液的 b o d j c o d 研究表明，使用5 年以内的垃圾填埋场b o d j c o d 为0 3 左右，使用5 1 0 年间的 b o d 5 ，c o d 为0 1 加5 ，而使用超过1 0 年，因垃圾的稳定化，其渗滤液的b o d 5 c o d 小于0 1 。 法国某镇使用1 0 年以上的填埋场渗滤液的的可生化性很差，b o d s c o d 仅为o 0 5 ( s c 0 i t m p 1 9 8 1 ) 。 ( 4 ) 营养元素比例失调 垃圾渗滤液中的磷含量较低。尤其是受渗滤液c a 2 + 浓度和总碱度的影响溶解性的磷酸盐浓度 更低，磷含量较低不利于微生物生长( 申锐莉等 2 0 0 3 ) 。例如北美几个垃圾填埋场渗滤液中的 b o d s r p 都大于3 0 0 ( m a n i l l 等，1 9 9 1 ) ，此值与微生物生长所需要的碳磷比( 1 0 0 ：1 ) 相比甚远。 垃圾渗滤液营养素。啊的比值也不是固定不变的，在不同场龄的垃圾渗滤液中，c 肘的比值常出 现失调的现象，给生化处理带来一定难度( 陈长太，2 0 0 1 ) 。 ( 5 ) 渗滤液中的重金属浓度 不同的填埋地点、不同的填埋年限以及不同的生活垃圾产生的渗滤液中的重金属的浓度是不 同的。渗滤液中的重金属的浓度与垃圾中的重金属的含量有着密切的关系。渗滤液中的重金属离 子必须去除这是维持生物处理过程正常运行的关键。因为微生物对于重金属离子的吸附能力是有 限的。当蘑金属离子含量较高时，将产生冲击负荷而使微生物中毒甚至死亡( 沈耀良等，1 9 9 4 ) 。 当溶液中的金属离子( 镍、钾、钠、钼、锌、铬、钙、镁等) 达到一定浓度时会对厌氧细菌活动 产生抑制作用，当浓度较小时，有的金属离子( 镍、钾、钠、钙、镁) 对厌氧细菌的活动有促进 作用。垃圾渗滤液中含有十几种金属离子，有些填埋场渗滤液中铁离子的浓度高达2 0 0 0 m g l ， 锌的浓度可达到1 3 0 m g l ，均超过一般的排放标准，需要进行处理。 表l 一3 列出了国外渗滤液中重金属浓度的数值，并与市政污水污泥中重金属浓度进行比较 ( 冯晓西等，2 0 0 1 ) 。但是，渗滤液中的重金属浓度随垃圾填埋时间的增长而降低，一般来说，生 活垃圾中的重金属浓度不会超标。 6 1 蔓1 - 3 国外渗滤液、市政城市污水污泥中重金属浓度的粗略值( p 班) 1 3 5 渗滤液水质特性的估算 影响垃圾填埋场渗滤液水质的因素极其复杂，其估算也相当困难。目前采用的方法主要有以 下几种： ( 1 ) 类比分析法：根据其他填埋场的有关渗滤液水质的资料进行估算，要求两个填埋场所填 埋的垃圾性质、填埋作业方式和填埋场的气象条件相同或相似。 ( 2 ) 进行填埋实验：模拟实际填埋场的操作方式进行分层填埋，并且模拟降雨，对渗滤液水 量和水质进行监测，从而对实际填埋场的情况做出预测。 ( 3 ) 指数法：估算渗滤液水质经验公式法：c = c o e x p ( - k 0 ； 式中：c 、c d - - t 时刻和初始时刻的污染负荷； k - - 溶出系数： 此法的运用，关键在于确定初始污染负荷c d 和溶出系数k 。溶出系数和垃圾填埋方式、所填 埋垃圾的成分和性质、气象条件以及填埋场管理方式等有关。实际填埋场测得的溶出系数要比实 验测得的值小得多。 ( 4 ) 机理模型：它从质量守恒定律和基本的流体力学方程出发，考虑到填埋场内发生的各种 变化和影响因素，推导出渗滤液水质及其变化的估算方法。根据对水流情况的不同考虑。叉可 分为单个反应器模型或完全混合连续流反应器模型( c s t r ) 、非饱和水流和污染物迁移模型 ( u f c t m ) 和垂向反应器串联模型( v c r m ) 。下面对这几个模型做出简单的介绍： j ， c s t r 模型：q i + v r - v o 睾4 - q o c o 口i 式中：c 一反应器进水浓度( r a g l ) c 0 一一反应器出水浓度( r a g l ) o i 、q r 一进、出水水流量( l s ) v _ 一反应器体积( l ) r 一污染物在反应器中的反应速率( m g l s l p 一填埋场垃圾含水率 v o 竽一单位时间内反应器内污染物的累积量( m l ) 7 中国农业大学硕士论文 第一章文献综述 u f c t m 模型： i 0 0 = 警+ 去【。c 回詈卜r ；詈一、( q 臼 胆o c + 吾壹p 篆) + 尺+ 等 式中：0 城埋场垃圾含水率( 无量纲) z 坐标方向，向下为正 k ( o ) 一非饱和水力传导度( l s ) d ( 0 ) 一非饱和水力扩散度( l 2 s ) r 水分源汇项 q 一水流速度( u s ) e 一污染物或微生物的弥散系数化弧) v c r m 模型：在垂赢方向上，把填埋场看作是有限个c s t r 的串联，第i 个c s t r 的出 水作为第i + 1 个c s t r 的进水，其余都与c s t r 相同。 以上三种模型中，c s t r 模型比较简单，而u f c t m 考虑比较周到，同时也需要更多的参数。 在要求不高的情况下，用c s t r 模型即可。如果要比较准确的估计渗滤液水质以采用v c r m 和 u f c t m 为佳。以上模型很难求得解析解，一般用差分或有限元法求解。 1 3 6 渗滤液处理的难点 垃圾填埋场的稳定化是一个漫长的动态过程。垃圾成分、降解环境等的复杂性决定了垃圾渗 滤液的降解过程也是极其复杂的，不同的填埋场、同一填埋场的不同时段，垃圾渗滤液的水质水 量都有着不同的特点，且周期性不明显，很难找到某种处理方法对任何性质的渗滤液都能适合。 因此，垃圾渗滤液的处理方法必须因地制宣，针对不同的渗滤液采取不同的处理方法。渗滤液处 理的难点主要体现在以下几个方面： ( 1 ) 渗滤液中营养成份比例的严重失调是造成渗滤液处理不彻底的主要原因。渗滤液中的 n h 4 - n 含量普遍较高，造成了c n 比过低，没有足够的碳源来实现n 1 4 一n 的硝化和反硝化，并 且由于高n h 4 - n 浓度对微生物有抑制作用，降低了微生物体内的脱氢酶活性，严重影响了生物处 理的效果。 ( 2 ) 渗滤液的色度问题也十分严重。渗滤液初期呈黑色，到中、后期，颜色逐渐变成褐色。 渗滤液的色度主要是由腐殖质类物质引起，这类物质难于降解，仅靠生物处理难以脱色，需考虑 物理化学的方法进行脱色处理。 ( 3 ) 渗滤液水量、水质受气象和环境条件的影响，其波动范围较大，不利于渗滤液处理工艺 的生产管理。 1 4 渗滤液回灌 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， 有的已用于工程实践。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。纵观国内外垃圾渗滤液处理的现状，目前渗滤液主要处理工艺 8 中唇农业大学颈士论文第一章文献综述 有物化法、生物处理法、土地法以及上述方法的综合( 沈耀良。2 0 0 0 ) 。 用土地法处理渗滤液的主要形式是渗滤液回灌和土壤植物处理系统。自2 0 世纪7 0 年代起， 美国、英国、加拿大、澳大利亚、德国、丹麦、意大利、瑞典和日本等国相继开始了生物反应器 填埋场的研究。r o b i n s o n 等人( 1 9 8 3 ) 的研究表明，通过渗滤液回灌可以缩短填埋垃圾的稳定化 进程( 使原需1 5 2 0 a 的稳定过程缩短至2 - 3 a ) 。日本学者在“准好气填埋”理论的基础上进行了 循环式准好气填埋”的实验，并且已经用于实践中( 花岛正孝，1 9 9 4 ) 。 国内最早有关垃圾渗滤液回灌是1 9 9 5 年同济大学徐迪民等进行的研究。研究表明渗滤液回 灌能较好地适应渗滤液水质水量的变化、加速填埋场稳定化进程、投资省、运行费用低，具有较 为r 阔的应用前景。 1 4 1 原理 回灌法处理渗滤液的工艺流程如图1 - 3 所示( 卢成洪，1 9 9 7 ) 。 田1 - 3 渗滤液回灌工艺渡程 f i g l - 3p r o c e s s i n gc h _ c o i t s o f l c a c h a t er e c i r e u l a t i o a 1 4 2 操作方式 根据工艺流程中布水系统的不同，渗滤液回灌可以分为表面灌溉、喷灌、针注、竖式井、和 水平并等五种方法，其操作方式及优缺点见表1 - 4 ( t a l a w s o n 1 9 9 7 ) 。 9 中国农业太学硕士论文 第一章文献综述 表1 4 渗滤液回灌分类厦其优缺点 t a b l - 4 t h ea d v a n t a g e sa n d d i s a d v a u t a g e s o f l c a c , h a t c m c i r c u l a t i o n 1 4 3 回灌优缺点分析 ( 1 ) 优势分析 设施简化，基建投资省，在合适的情况下不需设置专门污水处理厂；运行费用低，主要 用泵送渗滤液；操作管理方便，便丁二实现自动化。 耐冲击负荷。同济大学唐家富( 1 9 9 7 ) 的小试研究表明：土壤柱和垃圾柱均有相当强的抗冲 击负荷能力。何厚波等( 2 0 0 3 ) 研究结果表明：回灌处理系统具有较强的抗水质、水量冲击负荷的 能力，并且系统的抗冲击负荷能力随垃圾堆体高度的增加而加强。因此回灌法同常规污水处理工 艺在冲击负荷下不稳定的缺陷相比，具有极大的优势。 通过回灌，不仅可降低渗滤液的污染物浓度，还可以因灌洒过程中挥发等作用而减少渗 滤液的产生量，对水量和水质起稳定化的作用。有利于废水处理系统的运行。 李国建( 1 9 9 7 ) 等利用土壤一垃圾混合柱来模拟填埋场垃圾填埋层的研究表明，当渗滤液进水 c o d 浓度为1 3 0 0 0 3 0 0 0 0 m g l ，b o d s 浓度为5 0 0 - 1 7 0 0 0 m g l 时，该柱对渗滤液c o d 和b o d 5 的去除率分别为9 8 和9 9 ，每千克垃圾每天的处理总量分别为9 8 6 8 m g 和4 1 0 4 m g 。 王琪等( 2 0 0 0 ) 通过回灌实验初步得出：渗滤液回灌可以将渗滤液中有机物浓度大大降低， c o d 去除率最高可以达到9 5 以上，在半好氧状态下n h 3 - n 浓度由初期的2 8 8 0 m g l 下降到稳 定2 4 3 m g l ，去除率达到9 9 9 ；沼气产生速率大大高于未回流的填埋层；同时填埋层渗滤液中 有机物浓度大大降低。 渗滤液回流有助于在填埋层中建立有机物降解的微生物优势菌群；在较小的负荷条件下， 1 0 中国农业大学硕士论文 第一章文献综述 渗滤液经过兼性填埋层的回流处理，有机物浓度可以最大程度地降低，特别是n h 3 - n 处理效果极 佳，有可能不用进一步处理就达到排放标准。 李彦明( 2 0 0 3 ) 等加速垃圾卫生填埋场稳定方法的研究结果表明：渗滤液回灌能够使产气速 率和填埋场沉降速率增大，特别是提早回灌时间、增加回灌次数，加速了微生物的活动能力，使 微生物与有机物、必需营养物能保持连续接触，生化反应加快，从而对加速稳定化进程起到较明 显的作用。 通过回灌可提高垃圾层的含水率f 由2 0 2 5 提高到6 0 7 0 1 ，增加垃圾的湿度，从 而增加垃圾中微生物的活性，加速产甲烷的速率、垃圾中污染物溶出及有机物的分解。垃圾的湿 润性利于厌氧发酵，与非回流渗滤相比其b o d ，降解率可提高2 倍。因此，它可以使垃圾加速 腐熟，缩短填埋垃圾的稳定化过程，使填埋场更早地用于它途。 ( 2 ) 存在问题 回灌也存在许多问题，例如，进水悬浮物过高或者微生物过量繁殖容易造成土壤堵塞，这个 缺陷可以通过对渗滤液进行预处理，如控制进水s s 浓度或翻耕表层土壤等方法解决；垃圾层中 因厌氧消化而出现的酸积累等：对氨氮的去除效果不够理想，这可以通过采用后继处理工艺，如 好氧生物处理等方法解决；表面喷灌时散发臭味，这可咀通过采用地下回灌方法解决。 1 4 4 影响渗滤液回灌效果的因素 渗滤液回灌可以改善渗滤液的水质情况，并加速填埋堆体的稳定。为了使渗滤液回灌获得较 好的效果应尽量使填埋堆体内湿度均匀，避免短流现象、局部饱和及顶部、边坡穿透现象的发 生。在此，本文将就渗滤液回灌效果的影响因素进行论述分析，并提出操作建议。 ( 1 ) 垃圾堆体特性 垃圾堆体各向同性就是指在各个方向上，垃圾具有相同的渗透性。渗滤液回灌时垃圾堆体 各向同性可使其持水均匀，达到比较好的渗滤液回灌效果。但实际上，由于目前大部分城市采用 由环卫工人上门收集袋装垃圾的收集形式，而且，盛装垃圾的塑料袋很少采用可生物降解的垃圾 袋，因此，大大影响了生活垃圾各向同性的性能，在渗滤液回灌的过程中，容易导致渗滤液的短 流或渗滤液在垃圾堆体内的聚集，而不能均匀分布在垃圾堆体内，达不到充分利用填埋场内的生 物群体降解渗滤液的目的。 在生活垃圾填埋前进行垃圾破碎是达到垃圾堆体各向同性的一种比较有效的方法。但是在 许多城市，由于日产垃圾量较大，填埋前对袋装垃圾进行破碎不太可行，因此向居民宣传使用可 快速生物降解的环保垃圾袋是非常有必要的。 ( 2 ) 压实度 垃圾在填埋时，先由推土机将垃圾均匀推开，然后由压实机来回压实，到达一定的压实度后 再堆填另一层垃圾。在一定程度上，垃圾的压实度也影响渗滤液的回灌效果。有研究表明 ( m c c r e a n o r , 2 0 0 0 ) ，随着垃圾竖向渗透性的减少，渗滤液的横向扩散度将增加，这主要是在实际旆 工作业时，由于边坡比较难压实，垃圾堆体的纵向匝实度通常都大于横向压实度，即横向渗透性 大于纵向渗透性，因此很容易造成渗滤液的横向边坡穿透。 在敷设渗滤液回灌系统时，为了避免因纵、横向压实度不均匀而造成的边坡穿透，建议渗滤 液的回灌系统的安装位置至少应距边坡6m 远。 中国农业大学硕士论文 第一章文献综述 ( 3 ) 中间覆盖层 当填埋单元轮换，前一个垃圾作业面上较长时间不再填垃圾时，会在其表面敷盖一层渗透性 较低的中间覆盖层，以减少雨水渗入形成渗滤液，该单元继续填埋时。若是采用粘土作中问覆盖 层