（环境工程专业论文）垃圾卫生填埋场渗滤液控制和处理技术的研究.pdf

垃圾卫生填埋场渗滤液控制和处理技术的研究 专业：环境工程 硕士生：刘王富 指导教师：张承中教授 陈峰高级工程师 摘要 本文分析了城市生活垃圾填埋场渗滤液产生的影响因素，介绍和分析了垃圾准需氧填埋 结构控制和处理渗滤液的机理，结合山东潍坊示范项目的概念设计，阐述了垃圾卫生填埋场 渗滤液控制和处理系统的设计原则和设计思路，对其特点和技术经济性进行了比较研究，归 纳了准需氧填埋结构的填埋场设计及运营管理的要点。 垃圾在活性细菌作用下进行稳定。渗滤液的控制和处理应充分考虑渗滤液在填埋层所经 历的生化分解作用，通过对垃圾填埋结构的研究分析，得知利用填埋结构所构成的渗滤液处 理设施来控制和处理是十分经济的。降水伴随渗滤液起形成渗滤液，很难从渗滤液中排除， 但尽可能使渗滤液数量最少是必要的，因为渗滤液数量影响处理设备的舰模和处理费用。必 须采用的填埋技术，首先能防止雨水进入填埋场：其次，可除去降到填埋覆土上的雨水：再 次，使填埋的没覆盖的垃圾表面( 工作面) 要尽可能小。通过蒸发和再循土不准需氧阶段中使渗 滤液返回到填埋场的方式来减少渗滤液数量也是一个有效方法。 在潍坊市利用准需氧填埋结构( 福冈技术) 的主要处理工艺为：填埋场底部铺设出砾石 和横向、竖向有孔管组成的渗滤液收集管，将垃圾渗滤液尽早排出填埋场，以消除填埋垃圾 层内部的渗滤液滞水现象；渗滤液收集管开口始终裸露在空气中，靠垃圾分解产生的发酵热 造成内外温差，保证大气可以通过收集管道上部空间和排气管道进入垃圾堆体内，扩大垃圾 堆体内的需氧区域，促进垃圾分解。这种填埋结构可以减少渗滤液产量，使渗滤液水质易处 理，抑制甲烷等有害气体产生，加快垃圾中有机质的分解，缩短场地稳定时间。该项目在国 内气象和地理条件下通过对福网技术的有效研究予以实用化，包含了工艺、材料等方面大量 经验技术的积累。 在对渗滤液排水设施、渗滤液处理设施、渗滤液调整池等进行设计时，要充分把握和研 究当地的降雨量和降雨形式。具体需考虑以下几个要点：渗滤液集排水设施要具有在降南后 迅速排出渗滤液的能力，为此，集排水管间隔的适当配置和配管大小的适当选择是必要的 同时要考虑和避免因垃圾填埋两造成的集排水管堵塞现象：渗滤澉处理没施能力应确保渗滤 液能迅速从填埋场排出的需要，其处理能力不是按年平均降婀量计算面应按多雨期的降肉量 来计算；渗滤液调整池容量应确保满足渗滤液迅速从填埋场排出的需要，其存储能力不是按 年平均降雨量计算而应按多阿期的降雨量柬计算。为充分发挥准需氧填埋的特长，应特别注 意观测雨期填埋场内的渗滤液产生量，在产量变化、滞留、浓度变高等情况下，调查原因并 迅速采取相应对策。 采用一个有效控制渗滤液产量同时表现最大自净能力结构的方案，是一条很好的途径， 它不仅创造个低成本宜管理的卫生填埋场，而且对环境也是安全的，并且意味着能够不断 提高的废物利用水平，而废物利用对保护办或创造土地资源是必要的。 关键词：垃圾填埋场；渗滤液：控制；处理 s t u d i e so nc o n t r o la n dd i s p o s a lo f l e a c h a t e s p e c i a l i t y ：e n v i r o m e n te n g i n e e r i n g n a m e ：l i uy u t u i n s t r u c t o r ：z h a n gc h e n g z h o n g c h e n f e n g i nt h i st h e s i s ，s o u r c el e a c h a t ew a sd r a wu p ，a n dt h em e c h a n i s mw a sa n a l y z e da n dd e s c r i b e d ，o f w h i c hc o n t r o la n dd i s p o s a lo fl e a c h a t eu s i n gc o n s t r u c t e dg r a n t e d o x y g e n s u p p l yl a n d f i l lf i e l d ， b a s e do nt h e p r o j e c t o f w e i f a n g f u k u o k at e c h n o l o g y ，e x p a t r i a t e d o l l e l e m e n t ，p r i n c i p l e ， t h o u g h t f u l n e s s w h e nd e s i g n ac o n s t r u c t e d g r a n t e d - o x y g e n s u p p l y l a n d f i l l f i e l d t h e n ，g a v e a s t a n d p o i n to f e c o n o m i c a lm a n a g e m e n to fl e a c h a t e ，a n ds u mu pt h eg i s to fd e s i g no fc o n s t r u c t e d g r a n t e d - o x y g e n s u p p l yl a n d f i l lf i e l d g a r b a g et e n d e dt os t a b i l i z er e s t f l t o fb a c t e r i u ma l i v e a c t i o n so fl e a c h a t ed e c o m p o s i t i o nb y b i o l o g i c a l c h e m i c a l r e a c t i o n ss h o u l db et a k e ni n t oc o n s i d e r a t i o n t h er e s u l to fo b s e r v a t i o no f l a n d f i l lc o n s t r u c t i o n ss h o wt h a t u s i n g l e a c h a t ec o n t r o la n dd i s p o s a l s y s t e m f o r mo fl a n d f i l l c o n s t r u c t i o n si s q u i t ee c o n o m y i ti sn e c e s s a r yt o r e d u c ei e a c h a t e o u t p u t a s p o s s i b l e ，b e c a u s e p r e c i p i t a t i o ni n c r e a s e sl e a c h a t eo u t p u t ，a n da f f e c t ss i z e so f l e a c h a t et r e a t m e n te q u i p m e n ta n dc o s to f t r e a t m e n t a n o b l i g a t o r yt e c h n o l o g y i s c a p a b l e o fp r e v e n t i n gr a i n w a t e re n t e rl a n d f i l l f i e l d ， e l i m i n a t i n gr a i n w a t e ro ns u r f a c eo fs o i l c o v e r ，e n s u r i n gs u r f a c eo f b a r eg a r b a g es m a l l e ra sp o s s i b l e a n da n o t h e re f f e c t i v em e t h o dt or e d u c el e a c h a t eo u t p u ti sv a p o r i z i n gw a t e ro n s u r f a c e ，o rp u m p i n g l e a c h a t eb a c ki n t og a r b a g ei nr e c y c l a b l eg r a n t e d - o x y g e n - s u p p l y p h a s e t h em a i nt r e a t m e n tp r o c e s so fw e i f a n g f u k u o k at e c h n o l o g yi s l a yl e a c h a t ec o l l e c t i o np i p e c o m p o s e d o f g r a v e la n dp i p e sw i t ls o m eh o l e sa ti t st r a n s v e r s ea n dv e r t i c a ld i r e c t i o no i lt h eb o t t o m o ft h el a n d f i l l f i e l d ，d i s c h a r g et h el e a c h a t ef r o mt h eg a r b a g ea s s o o na sp o s s i b l et or e m o v et h e q u e s t i o nr e t a r d e d 。t h en o z z l e so f l e a c h a t ec o l l e c t i o np i p ea l w a y su n c o v e rt ot h ea i r , e n s u r et h ea i r c a ng e ti n t ot h ei n s i d eo f g a r b a g ep i l ep a s s i n gt h r o u g ht h eu p p e rs p a c eo fc o l l e c t i o np i p ea n dv e n t p i p eb yu s i n gt h ed i f f e r e n t i a lt e m p e r a t u r eb e t w e e ni n s i d ea n do u t s i d ec a u s e db yt h ef e r m e n th e a t w h i l e g a r b a g ed e c o m p o s i t i o n ，e n l a r g e t h ea e r o b ea r e aa n da c c e l e r a t et h e g a r b a g eq u i c k l y d e c o m p o s i t i o n ，i t sc h a r a c t e ri st h a tr e t r a i nt h ep r o d u c t i o no fm e t h a n e ，q u i c k l yd e c o m p o s eo r g a n i c m a t e ri nt h eg a r b a g e ，e a s i l yt r e a tt h el e a c h a t e ，r a p i ds t a b i l i z a t i o no fl a n d f i l l a n de a s yt or e - u s et h e l a n d u n d e re x i s t i n gc o n d i t i o n so fw e a t h e ra n dg e o g r a p h y t h i sp r o j e c ts t u d i e dt h r o u g hf u k u o k a t e c h n o l o g ya n dp r a c t i c e di t ，g e tag r e a td e a lo fe x p e r i e n c ea n dt e c h n o l o g yi n v o l v e st e c h n i q u e sa n d m a t e r i a l s d e s i g n i n ge s t a b l i s h m e n to fl e a c h a t ed i s c h a r g e ，l e a c h a t ed i s p o s a l ，a n d l e a c h a t er e g u l a t i n g s t o r i n gt a n k ，t h el o c a lp r e c i p i t a t i o na n dc h a r a c t e rs h o u l db et h r o u g hg r a s pa n ds t u d i e d c o n c r e t e l y , t h ef o l l o w i n gp o i n t ss h o u l db ed u ec o n s i d e r e d ：t h ee s t a b l i s h m e n to fl e a c h a t ec o l l e c t i o n & d i s c h a r g e i s c a p a b l e o fd i s c h a r g i n gl e a c h a t e r a p i d l y a f t e rr a i n f a l l s o ，s u i t a b l e s p a c i n g c o l l o c a t i o na n d d i m e n s i o ns e l e c t i o no fp i p ei sn e e d e d ，a n da v e r t i n gp h e n o m e n o no fp i p e s t o p p e ds h o u l db et a k e n i n t oa c c o u n t t h ee s t a b l i s h m e n to fl e a c h a t ed i s p o s a li s c a p a b l eo fd e m a n do fd i s c h a r g el e a c h a t e f r o mg a r b a g ea ss o o na sp o s s i b l e ，i t sc a p a b i l i t yi sa c c o u n t e da c c o r d i n gt op r e c i p i t a t i o ni np e r i o do f r a i ns e a s o n ，i n s t e a do fa v e r a g ep r e c i p i t a t i o n t h ec a p a c i t yo fl e a c h a t er e g u l a t i n g & s t o r i n gt a n ki s c a p a b l eo f d e m a n do f d i s c h a r g el e a c h a t ef r o mg a r b a g er a p i d l y ，a c c o u n t e da c c o r d i n gt op r e c i p i t a t i o n i n p e r i o do f r a i ns e a s o n ，i n s t e a do fa v e r a g ep r e c i p i t a t i o n t oe x e nt h es t r o n gs u i to fc o n s t r u c t e d g r a n t e d o x y g e n s u p p l y l a n d f i l l w e l l ，t h el e a c h a t eq u a n t i t y i n p e r i o do fr a i n s e a s o ns h o u l db e o b s e r v e de s p e c i a l l y s e a r c ht h er e a s o n sa n dt a k er e l e v a n tc o u n t e r m e a s u r e su n d e rc i r c u m s t a n c eo f l e a c h a t eq u a n t i t yc h a n g i n g ，r e t a r d i n g ，c o n c e n t r a t i o n i n c r e a s i n g ，e t c i t sav e r yg o o da p p r o a c ht h a t a d o p ta ne f f e c t i v ec o n s t r u c t i o ns c h e m et oc o n t r o ll e a c h a t e o u t p u ta n dt od i s p l a yt h em o s tc a p a c i t yo fs e l f - d e p u t a t i o n ，i tc a nc r e a t eas a n i t a r yl a n d f i l lf i e l dt h a t i ss a f et oe n v i r o n m e n t ，a n dm e a n st h a ti sp o s s i b l ei n c r e a s i n g h i g h e f f i c i e n c yu t i l i z eo fw a s t e s k e y w o r d s ：l a n d f i l lf i e l d ，l e a c h a t e ，c o n t r o l ，d i s p o s a l 声明 本人郑重声明我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， 论文中不包含其他入已经发表或撰写过的研究成果，也不包含本人或其他 人在其它单位己申请学位或为其它用途使用过的成果。与我一间工作的同 志对本研究所做的所有贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了致谢。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 敝储姆声 嗍瓣，埠 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安建筑科技大学有关保留、使用学位论文的规定，即 学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借闳；学校可以公布 论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或者其它复制手段保存论文。 “果密的论文在论文解密后应遵守此规定) 论文作者签名： 狍彳 注：请将此页附在论文首页。 导师签名：；簪寻、中日期： 西安建筑科技大学硕士学位论文 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 = 1 益增长，垃圾的处置是一项 紧迫的任务。目前比较经济的方法是卫生填埋，建造垃圾填埋场。填埋场设计和管理的一项 主要内容是渗滤液的控制和处理。本文讨论的是渗滤液的影响因素、控制和减少其产量的技 术，研究渗滤液量质控制处理的工程措施。 1 2 垃圾填埋场渗滤液的产量因素及污染问题 1 2 1影晌垃圾填埋场渗滤液产量的因素 渗滤液主要由垃圾填埋场范围的降水渗透、地下水侵入以及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。 影响渗滤液产量的主要因素归纳于表1 1 【2 3 i 。 表1 1 影响渗滤液产封的土要因素 主因素子冈素 降水 降雨龋、强度、频率、降雪的雪堆特点和场地条件等 地下水的流向、流速、位置；填埋场j 口鼙地质情况：填埋场底部 地下水侵入 防渗系统 地表地形、项盖材料、覆十材料、士壤及填埋垃圾初始的水分状 地表径流和蒸发 况：褊度，风、湿度、植被、太r 辐射等 垃圾成分 初始水分含姑、层的高度及均性、乐实度 1 2 2 垃圾填埋场渗滤液对环境的污染 a 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、重会属污染、农药 及其他人工有机化学物质的污染。垃圾渗滤液引起污染的主要原因是上述有机污染物，当渗 西安建筑科技大学硕士学位论文 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。 b 危害农作物。浸渗或随雨水流入农f 开，因渗滤液中的氪氮含量过高，造成农作物减产 和质量下降。 c 引发其他污染。比如与浸渗有机： j ；：j 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现行技术措施 1 3 1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i o - 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已经被强化，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削铺设检测渗滤 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，与日本卜一 般废弃物的最终处分场及工业废弃物的最终处分场的技术标准1 对照，中国与r 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 l 6 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。 1 3 2 国内外垃圾填埋场渗滤液控制处理的技术现状及水平 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。深圳下坪垃圾卫生填埋场正在瞄准现代化卫生填埋场的目标并取得令 人欣慰的成绩。北京的北神树、阿苏维、六里屯和安定等填埋场几年来有很大的进步，也正 在向现代化填埋迈进件l 。目前大多数城市的垃圾填埋主要还是厌氧方式。 在渗滤液控制方面，我国的技术措施主要是控制渗滤液产量，即：一j 填埋场选址，合 理地选择填埋场场址，要求集雨面积较小、库容大、地下水位较低的区域。同时综合考虑垃 圾运距、周围环境、地形地质、交通、覆土来源等。二、截洪沟的设置，截留填埋区地表径 流和部分潜水，也采取引流措施减少进入填埋场的潜水量。三、填埋场底部防渗处理，根据 场址的工程地质和水文地质情况，对填埋场底部进行防渗处理，一方面防止渗滤液渗入地下， 污染地下水，另一方面防止地下水侵入填埋场，造成渗滤液水量大幅度上升。防渗处理因地 制宜，水平防渗利用天然不透水层( 要求透水率小于1 0 一7 c m s ) ，或铺设不透水布建成人工不透 水层，或两者相结合：垂唐防渗采用灌浆幕墙、不透水相等。通过填埋作业规范化来控制降 蕊安建筑科技大学硕士学位沦文 水的渗入量。填埋场使用初期，未进行填埋的区域设临时排水沟，将地表径流引出。这些技 术措旌的实现往往因不同的地质、地理、水文和人文环境条件而有所限制。而发达国家，已 经突破厌氧填埋方式，进一步改善了填埋结构与功能。以福网技术为例，采取的是准厌氧机 理：在填埋场底部，渗滤液收集和排放管道由砾石和有孔管道组成，渗滤液从填埋层尽快地 排出，通过渗滤液不滞留于填埋层，来防止渗滤液渗透到土壤中。同时，空气经渗滤液收集 管道进入填埋层，可以使渗滤液尽可能多地得到净化和消耗减量。 在渗滤液处理方面，我国的渗滤液处理厂建设虽然较晚，但通过几年政策管理的强化， 我国的有关标准已接近同本同等水平，实践上也有了积极而广泛的探索。针对厌氧填埋所存 在的渗滤液高浓度氨氮和可生化性差等主要问题，目前我国垃圾渗滤液处理工艺的关键主要 集中在以下两个方面：高浓度氨氮处理技术和渗滤液深度处理技术。 高浓度氨氮处理技术，目f j 应用较多的主要有氨吹脱和生物脱氨技术，氨吹脱技术大多 用空气为吹脱介质，低效率的吹脱设备吹脱的方式。对生物脱氮技术也有了很多新的认识， 如好氧反硝化、同时硝化反硝化、厌氧氨氧化、短程硝化等，这些技术具有需氧量低、能耗 低、负荷高、对碳源碱度需求低等优点。新型高效吹脱装置的丌发，脱氨尾气的妥善处理和 生物脱氮成为了研究的方向。渗滤液氨氮浓度很高，c n 值较低，无法通过单一的生物脱氮 方式解决渗滤液的脱氨问题。e 1f j m a v i n i cd s 等人的研究表明【5 。7 1 ，在外加碳源的条件下， 采用前置反硝化的m l e 工艺处理高氨氮渗滤液( 氨氮浓度最高达到1 2 0 0m g n 几) 时，试验 取得了较好的结果，并在研究中提出了厌氧氨氧化去除氨氮的概念。 渗滤液深度处理技术以物化为主，一般有深度氧化法，如臭氧氧化、臭氧+ 光催化氧化、 臭氧催化氧化，以及膜处理技术等。国内曾进行了用负钛型t i 0 2 作为催化剂进行光催化氧化 的研究。国外对渗滤液的深度处理研究颇多，主要集中在光催化氧化和反渗透，a w e n z e l 等人通过用鼓泡塔+ 薄膜光反应器对比u v h 2 0 2 、u v h 2 0 2 0 3 、u v 0 3 等方法处理垃圾渗 滤液的研究表明：从运行成本和去除效率来考虑，采用u v 0 3 方法处理渗滤液是最为有效的 方法捧j 。深度氧化技术的研究主要集中在高效反应器的研制，以提高单位能耗的处理效率， 降低反应的能量输入。高级的处理技术也意味着较高的投资和运行费用，因此，人工湿地处 理技术由于具有建设和运行成本低、设备简单、易于维护等优点，用该技术处理渗滤液在近 几年得到了一定应用，且对于处理“老化”渗滤液具有较好的效果，因此也可作为渗滤液深 度处理的方法【9 i ，但受到建造湿地条件的限制。 渗滤液处理由于需要较高的投资和运行费用，在对其进行处理时一般根据当地情况，采 取综合处理的措施。对于北方降雨量少，垃圾含水率较低的填埋场，采用回灌措施是较为经 济、有效的方法，但对于南方城市，其应用受到一定的限制。 1 4 本课题的目的意义及主要研究内容 1 4 1 本课题的目的意义 西安建筑科技大学硕士学位论文 社会经济的发展、城市化速度的加快和居民生活水平的提高，导致城镇工业和生活垃圾 量及种类不断增多，垃圾对环境的污染已成为社会普遍关注的问题。我国现有的6 0 0 多座城 市，2 0 0 2 年城市生活垃圾清运量达i 5 0 0 多万吨，且每年按1 0 左右的速度增长，久均日产 垃圾已超过l 蚝，接近工业发达国家水平。而垃圾处理量却不足三分之一，真f 达到无害化 处理和能源利用的比例更低。目鲋，我国城市生活垃圾主要采用填埋处理，有机物是城市生 活垃圾的主要成分，但如果不是严格意义上的垃圾填埋，产生的高浓度渗出液会造成地下水 及地表水的严重污染对水资源造成威胁，同时大量有害气体的产生也对空气环境质量形成 危害。 根据我国垃圾处理”无害化、减量化、资源化”的原则，将有一大批生活垃圾卫生填埋场 得到新建。而垃圾渗滤液是否得到有效收集处理、实现达标排放，是衡量一个填埋场是否为 卫生填埋场的重要指标之一。作为一种高浓度有机废水，渗滤液的处理近几年得到了广大研 究人员的关注，进行了大量的试验研究，取得了不少成果，并有一批渗滤液处理厂已经或正 在兴建。同本“福冈技术”是联合国人居中心认证推广的国际上先进的垃圾卫生填埋方法， 本课题结合采用同本福冈技术所进行的垃圾填埋工程设计，分析渗滤液的影响因素，研究讨 论收集和处理渗滤液的工程技术措施。这对进一步推广建设技术先进、经济有效的垃圾卫生 填埋设施和保护生态环境具有重大实际意义。 1 4 2 本课题的主要研究内容和拟解决的问题 结合采用日本福n 技术所进行的垃圾填埋工程设计，分析渗滤液的影响因素，研究讨论 渗滤液控制和处理的工程措施。 研究内容主要包括：采用准需氧填埋结构控制和处理垃圾渗滤液的机理；结合潍坊 市工程实践，阐述、归纳采用准需氧填埋结构控制处理垃圾渗滤液的工程措施和技术要素； 总结分析准需氧结构控制处理渗滤液的特点和设计运营的要点。通过技术经济分析，提出 发挥垃圾自净能力来有效控制和处理渗滤液同时表明先进经济性的方案途径。 2 采用准需氧填埋结构来控制和处理垃圾渗滤液的机理 2 1 填埋稳定性的原理 垃圾填埋的稳定通常是一个生化过程，易生化降解的生活垃圾经历个生化过程，而不 易生化降解的生活垃圾不能经历这样一个过程。 2 1 1 生活垃圾填埋的生化降解过程 易生化降解的生活垃圾有许多不同的特性，包括易降解的材料( 如厨房垃圾和焚烧中难 以燃烧的残留物等) 和难以降解的材料( 如纸、木屑、稻草、草、淤泥等) 。微生物以这些材 料作为食物来源，同时微生物自身也成了垃圾。微生物从覆土或空气中进入填埋层，填埋层 西安建筑科技大学硕士学位论文 中微生物的活性是根据垃圾层的环境条件柬变化的。垃圾分解过程非常复杂，基本上可以看 作是一个稳定的过程，在这个过程中，垃圾通过高分子复台物糖类、蛋白质等降解为中间产 物如淀粉、有机酸、乙醇等，最后降解为水、气体和无机盐，从而减少了生活垃圾的体积。 2 1 2 垃圾层中细菌的活性 垃圾层的稳定主要是由于微生物作用。通过微生物的新陈代谢途径产生的物质是渗滤液 和气体产物中的污染物。因为通过好氧分解和厌氧分解产生渗滤液和气体的组成成分是不同 的，所以当我们考虑垃圾的管理时，可以将垃圾层的微生物种类和填埋垃圾的特性排除在外， 重点去考虑微生物的生活环境。 按照新陈代谢的不同途径，将微生物分为三类：好氧菌，厌氧菌和兼性厌氧菌。这些菌 中，好氧菌采用和动植物一样的呼吸方式，即通过新陈代谢氧化营养物释放能量，放出c 0 2 ； 厌氧菌在无氧条件下通过厌氧发酵释放能量，放出乙醇、脂肪酸、含碳气体、甲烷和h 2 s 等： 兼性厌氧菌在有氧条件下和好氧菌一样，在无氧条件下和厌氧菌一样。从填埋垃圾和稳定性 来说，好氧分解是比较快的，不象厌氧分解那样产生b o d 的污染源如有机酸、易燃气体( c h 4 ) 和难闻气体( h 2 s ) 。故此，在设计填埋场时，应创造一个易发生好氧分解的环境，这样既利于 垃圾的稳定，也对控制二次污染有效。 2 1 3 好氧分解和厌氧分解“ a 好氧分解生活垃圾中的有机成分，如糖类、蛋白质和脂肪等，通过好氧新陈代谢 过程，被分解为脂肪酸和乙醇，最后分解为c 0 2 和h 2 0 ：有机氮被氧化成硝酸氨之后，通过 硝化菌作用变为硝酸盐和亚硝酸赫，达到稳定状态。当分解过程进行时，好氧分解比厌氧分 解快，其特征是产生没有气味的简单物质，如c 0 2 、水和硝酸哉。 b 厌氧分解厌氧分解通过两个反应来进行，一是水解反应，将复杂的有机物分解为 有机酸、乙醇等物质；二是气化反应，将有机酸分解成最终产物c h 4 和c 0 2 。 2 2 填埋结构和垃圾自；争能力下的渗滤液收集 2 2 1 填埋结构的基本原理 日本在6 0 年代中后期发现垃圾层的自净能力，为了充分发掘这种自净能力，有关组织开 展了对填埋结构的研究。福冈大学的花岛证孝( h a n a s h i m d ) 等人提出了填埋结构的概念，其 原理是“如果填埋是好氧的，将获得令人满意的净化面积。”也就是说，要加速垃圾的稳定性， 应加大垃圾的净化面积，而不主要依赖垃圾的露天面积。 研究发现，不同填埋结构中渗滤液性质随时间的变化规律如图2 1 。如果填埋层是好氧 的，则渗滤液中低浓度污染物会越来越多，而且c h 。、h 2 s 等有害气体的产量将大大减少， 这将明显地加速填埋垃圾的稳定性。 研究发现。填埋结构和微生物之川的联系如下： ( 1 ) 相对于厌氧填埋，好氧填埋中有更多的微生物： 西安建筑科技大学硕士学位论文 ( 2 ) 在好氧填埋的填埋层中，生活着许多孢子菌，稳定降解不因环境变化而受影响： ( 3 ) 好氧填埋中的微生物有很强的降解纤维素能力： ( 4 ) 厌氧填埋中，垃圾填埋产生有机酸，阻止微生物的生长，使填埋的稳定变慢。 由于以上原因，填埋层采取好氧条件对加速填埋场的稳定具有很重要的作用，这就是填 埋结构的基本原理】。 1 0 ， 1 0 4 售1 0 3 邑 凸 基1 0 2 1 0 l 1 0 0 时间 幽2 1 填埋结构与渗滤液中b o d 浓度的时效变化 厌氧性填埋 、渗滤液 填埋的 准蒋氧性填埋 幽2 2 填衅结构年| 渗滤液收集系统 西安建筑科技大学硕士学位论文 2 2 2 准需氧填埋中渗滤液收集和排放装置的作用 准需氧填埋也可以说是“福冈技术”。在填埋场的底部，渗滤液收集和排放管道由砾石和 有孔管组成，使渗滤液从填埋层尽快地排出，而不是滞留在填埋层中，既能够防止渗滤液渗 入土壤中，也能使空气经渗滤液收集管道进入填埋层，结果是，渗滤液在就尽可能多地得到 净化。换言之，在准需氧填埋中，由于微生物分解垃圾产生热量，使温度升高，填埋层的内 外温度差导致热量对流，空气( 氧气) 通过渗滤液收集管道流入垃圾层【1 2 】。这就是准需氧性填 埋结构的功能，如图2 2 所示。 渗滤液收集管道的作用如下： ( 1 ) 促进渗滤液的排出，防止渗滤液滞留在填埋场底层，使空气容易进入，扩大垃圾层的 好氧区域； ( 2 ) 随着好氧区域的扩大，增强好氧菌活性，加快垃圾分解： ( 3 ) 砾石和有孔管的混合使用，改善渗滤液的性质： ( 4 ) 减少渗滤液收集管道的堵塞。 幽2 3 十壤微生物的白净机理 西安建筑科技大学硕士学位论文 图2 3 说明在准需氧填埋中垃圾分解的机理。刚填埋时，垃圾中存有空气，在填埋层的 顶部和底部，好氧菌和兼性厌氧菌组成了a b 区：在中| - 白j 层，兼性厌氧菌和专性厌氧菌大 部分是活跃的，组成了b c 区：下部的a b 区是出填埋区下部空气的渗透度、填埋的内 部温度和密度来确定的，而上部a b 区是由覆盖土的性质和密度来确定的。从填埋层里面 气体的运动来看，土壤覆盖区比较窄，对填埋的稳定性作用不大。另一方面，b c 区的宽度 受a b 区影响，虽然当垃圾层厚度增加的时候，b c 区会增宽，但这些区没有明显的分界， 经常地随时间变化而移动、变化。 填埋垃圾在b c 区通过兼性厌氧菌被分解成有机酸和乙醇，这些分解产物的一部分被 溶解在渗滤液中，从一侧转移，丌始填埋垃圾的生化需氧量的组分和垃圾中剩余物被专性 厌氧菌分解成c i - h 和c 0 2 ，在a b 区通过好氧菌取代专性厌氧菌分解兼性厌氧菌分解过程 产生的有机酸产生c 0 2 和h 2 0 。好氧菌的分解率远大于专性厌氧菌和兼性厌氧菌，因此下部 a b 区在垃圾填埋层净化方面有较大作用。但是，填埋垃圾中并非所有的易降解物质都被微 生物气化和分解，那些气化、分解的物质和微生物新陈代谢过程产生的难生化降解的物质， 经过无机化学反应和中间产物一起构成腐殖质，腐殖质慢慢分解保留。填埋层中，腐殖酸等 产物不断积累，并随着渗滤液排出，通过生化反应形成难以进行生化反应的有色物质c o d 组 成留在渗滤液中。 图2 ，4 所示为填埋溶度计，填埋垃圾厚度有8 m 。它是根据深度来测量溶入水的性质和 气体浓度。 图2 5 给出了渗滤液中总有机碳( t o c ) 和总氮( t - n ) 浓度的数据。在上层，因为从填埋垃 圾中提取的污染成份比分解时更活跃，所以污染物浓度随高度而增加。渗滤液收集管道最低 层达到1 5 0 e m 时候，总有机碳和氮的浓度都会变化，渗滤液中的总有机碳和总氮的浓度大大 降低。据此可以判断，准需氧填埋结构中，渗滤液中污染物的净化能力在渗滤液收集管道周 围是高的。 国外例证工程： 图2 6 ( a ) 是日本填埋场底部渗滤液收集管道的一般横截面。渗滤液收集管道是由覆盖着 砾石的有孔管和大口径的渗滤液收集管组成，主渗滤液收集管的直径( d ) 依据降水量、填埋场 地型和垃圾组分的变化而变化，日本的标准是4 5 0 。6 0 0 m m ，大多数普遍应用的渗滤液收集支 管直径为2 5 0 m m ，砾石直径一般为5 0 1 5 0 m m 。砾石覆盖是必须的，如果用沙子或紧密编织 物覆盖材料，就会引起堵塞。 图2 6 ( b - 1 ) 和( b 2 ) 是马来西亚的渗滤液收集管道结构。为降低渗滤液收集管道成本，收 集管道的支管使用带孔的竹子( 图2 6 ( b 2 ) ) 。 2 2 3 通过渗滤液的再循环加速垃圾层的稳定性 通过改进填埋结构，比如在填埋的底部放置个渗滤液排放设施来加速渗滤液排放和建 西安建筑科技大学硕士学位论文 言 号 魁 瞄 暑 a 8 f u n i l ：m m ) 分隔板 幽24 溶度计的横截面 t o c ( x 1 0 0 0 0 r a g a ) t n ( x 1 0 0 0 m 创) 剀2 5 8 m 溶度汁中t o c 丰1 1 一n 的纵剖幽 西安建筑科技大学硕士学位论文 ( a ) 日本典型的渗滤液收集管 ) ( b - 1 ) 马来西亚的渗滤液i 收集管 ( c f o s ss e c c i 。n ) ( b - 2 ) 马来西亚采用的渗滤液收集管( 计划) 幽2 6 渗滤液收集设备 管 立一个气体排放管来加速产生气体的排放，垃圾填埋的分解过程将发生大的变化。再循环准 需氧填埋，就是将准需氧填埋结构中分解的渗滤液再返到填埋层，相对于其他填埋结构，再 循环准需氧填埋的渗滤液净化能力大大加强，这个结果已通过福冈大学的两个实验予以证明， 玉 一 溉 一 西安建筑科技大学硕士学位沦文 实验利用了一支溶度计和对实际再循环准需氧填埋产生的渗滤液的水质分解。3 】。 图2 7 是同本实际填埋场中再循环准需氧填埋结构图。 图2 8 给出了渗滤液循环中渗滤液b o d 浓度的变化，刚开始浓度为1 2 0 0 m e d l ，1 0 0 天 后减为2 0 0 m g l ，1 7 5 天后减少到5 0 m g l ，2 年后降到3 0 4 0 m g l 。通过这种方式，再循环准 需氧填埋通过回流使收集的渗滤液进入填埋场地，最大限度的利用了垃圾层的净化能力，因 此加速了垃圾填埋的稳定性。 图2 9 显示的是马来西亚一种低成本的再循环准需氧填埋，已经在东南亚国家首次投入 使用，该填埋结构是用循环泵将储存沟中的渗滤液沿垃圾填埋场外部、经气体排放管道打回 到填埋层中。 准需氧填埋中，渗滤液中有机组分( b o d 组分) 减少较快，氮组分减少较慢，如图2 1 0 所示，高浓度的氮组成( 尤其是氨氮) 在填埋完成后需排放很长一段时间。在再循环准需氧填 埋中，通过循环渗滤液激化了硝化作用和反硝化作用，有机组分和氮组分被转移，形成了一 个减少渗滤液污染土壤的高效的填埋结构。 一 _ 预 设施 婪 陪 一 予 幽2 7 再循环准需氧填圳结构 西安建筑科技大学硕士学位论文 一 面 暑 b o 旦 、一 o o 时间( 天) 倒2 8 再循环渗滤液b o d 浓度的变化 再循环水泵 幽2 9 马米曲弧雨循环准需氧填州结构 西安建筑科技大学硕士学位论文 惺 妥 填埋开始后 酗21 0b o d 、c o d 和n h 4 一n 的波动 3 潍坊市垃圾卫生填埋场渗滤液控制处理系统的概念设计 3 1 工程项目摘要 3 1 1 规划参数 a 填埋场面积( 包括渗滤液调整池) b 渗滤液调整池容量 c 填埋容量( 包括覆盖土) d 自然场地开挖体积 e 挡士结构体积 覆盖土体积( 包括分段挡堤) 7 2 ，0 0 0 m 2 约计 2 3 ，0 0 0 m 3 约计 7 6 7 ，0 0 0m 3 约计 6 0 8 ，0 0 0i n 3 约计 1 3 3 ，0 0 0i n 3 约计 2 3 0 ，0 0 0m 3 约计 3 1 2 建设场地规划阶段与渗滤液相关的显著特征 a 地理特点是水的渗透性普遍高。规划场址的位置不太适合于建填埋场，需要安装防水 挚层( 衬里) 。考虑到气候及环境的长期变化，整个区域都要安装地表防水垫层。重要的是， 表面挚层衬罩要装到斜坡上海拔1 2 0 m 的高程处，因为在暴雨季节渗滤液会达到这个高度。 b 如选用高密度聚乙烯防水衬里，则必须采取措施防止垃圾填埋层滑坡。建议采用阶梯 式丌挖( 阶地式或梯用式) 作为防滑的一项措施，如图3 1 。这样会使建设过程变得复杂一 些但这项技术是最经济可靠的。也可采用其它的可行办法。 西安建筑科技大学