（环境工程专业论文）垃圾渗滤液的混凝预处理研究.pdf

摘要 垃圾填埋因技术成熟、处理费用低、管理和运输方便而被广泛使用。垃圾填埋产生 的渗滤液水质极其恶劣，对水体和土壤能够造成严重污染。目前国内外垃圾渗滤液处理 工艺，总体上采用以生物处理为主体工艺，物化法作为预处理工艺，土地法作为后处理 工艺的系统。 本论文以课题组前期试验研究成果为基础，收集居民区生活垃圾进行填埋，生成垃 圾渗滤液，并将其特性与现实城市垃圾渗滤液进行比较分析，通过混凝沉淀试验选择出 对该渗滤液c o d 和s s 预处理效果最好的试剂和其最佳工作条件，运用g c m s 分析处 理前后渗滤液中难生物降解及有毒有害物质变化情况，并分析变化原因。 试验证明填埋后产生的渗滤液，具备水质复杂、高c o d 浓度、高氨氮含量、污染 物浓度变化大等特点。实验过程发现，试验渗滤液污染物主要是粒径为l n m 以下的小 分子物质。 试验研究了混凝法对渗滤液的预处理效果。结果表明，针对试验用渗滤液，混凝的 适合条件为：混凝剂为p f c ，投加量为6 0 0 m g l ，p h 值为6 5 ，搅拌方式为快速搅拌 l m i n ，转速为2 5 0 r m i n ，慢速搅拌1 0 m i n ，转速为5 0 r m i n ，助凝剂为i o p a m2 m l ，水 温为2 0 ，沉降时间为4 0 m i n 。在最佳操作条件下c o d 盯去除率为2 8 6 ，s s 去除率 为7 3 5 ，出水吸光率为7 5 5 。 根据正交试验及结果分析，就垃圾渗滤液c o d 。，去除率而言，影响渗滤液混凝处理 效果的各因素主次关系依次为：搅拌方式、p f c 投加量、初始p h 值、n a c l 投加量、沉 淀时间。就垃圾渗滤液s s 去除率而言，影响渗滤液混凝处理效果的各因素主次关系依 次为：搅拌方式、初始p h 值、沉淀时间、n a c l 投加量、p f c 投加量。 根据g c m s 试验可知，在混凝沉淀处理前后，渗滤液中有机物质种类、性质和含 量有一定的变化，但变化不是很大。 关键词：垃圾渗滤液，混凝沉淀，聚合氯化铁，正交试验，预处理 a b s t r a c t l a n d f i l ld u et ot e c h n i c a lm a t u r i t yt od e a lw i t hl o w c o s t ，m a n a g e m e n ta n dt r a n s p o r t c o n v e n i e n c e ，i sw i d e l yu s e d l e a c h a t eg e n e r a t e db yl a n d f i l lh a sp o o rw a t e rq u a l i t y ，w h i c hc a n p r o d u c es e v e r ep o l l u t i o nt ow a n t e ra n ds o i l c u r r e n t l y ，a l lo f t h ep r o c e s s i n gc r a f ti nd o m e s t i c a n df o r e i g na r ed i v i d e di n t ot h r e es e g m e n t s ；t h eb i o l o g i c a lt r e a t m e n ti st a k e na st h em a i n b o d yc r a f t ，t h ep h y s i c a l - c h e m i c a lt r e a t m e n ta n dl a n dm e t h o da l et a k e na st h ep r e t r e a t m e n t c r a f ta n dt h ep o s t p r o c e s s i n gc r a f t ，r e s p e c t i v e l y t h et h e s i sb a s e do nd i s c u s s i o ng r o u p sp r e v i o u se x p e r i m e n t a lr e s e a r c h ，c o l l e c t e dt h e r e f u s ef r o mr e s i d e n t i a l a r e a s ， s e l e c t e da n df i l l e d ，a n dt h e nl a n d f i l ll e a c h a t ew a sb e p r o d u c e d b yc o a g u l a t i o nt e s tt oc h o o s et h eb e s tr e a g e n ta n dw o r k i n gc o n d i t i o ni nc o da n d s sp r e t r e a t m e n te f f e c t t oa n a n l y s i st h et o x i ca n dh a z a r d o u ss u b s t a n c e sc h a n g e sb e f o r ea n d a f t e rp r e t r e a t m e n ti nl e a c h a t e ，a n da n a l y z et h ec a u s eo fc h a n g e b ya n a l y z e dt h ew a t e rq u a l i t yo ft h es i m u l a n tl e a c h a t e ，t h ec h a r a c t e r i s t i co fv a r i a t i o n si n c o m p o s i t i o n 、h i g hc o n c e n t r a t i o no fc o da n da m m o n i a - n i t r o g e nw a sf o u n df r o mt h e s i m u l a n tl e a c h a t e ，s ow et h o u g h tt h a tt h i sl e a c h a t ew o u l dr e p l a c et h ep r a c t i c a ll e a c h a t e a n d t h r o u g ht h ew h o l ep r o c e s so fp h y s i c a l - c h e m i c a lp r e t r e a t m e n t ，w ef o u n dt h a tt h ep a r t i c l e d i a m e t e r so fm a i nc o n t a m i n a n t sw e r el e s st h a nln mi nt h i sl e a c h a t e t h ep a p e rs t u d i e dt h ep r e t r e a t m e n te f f e c to fc o a g u l a t i o no nt h el e a c h a t e t h ee x p e r i m e n t r e s u l t ss h o w e dt h a tt h eo p t i m u mc o n d i t i o n so ft h ec o a g u l a t i o nw e r ec o a g u l a n tp f c ，d o s a g e 6 0 0 m g l ，t h ep hv a l u e6 5 ，t h em i x i n gm e t h o d2 5 0 d m i nl m i n5 0 r m i n1 0 m i n ，t h ep a m d o s a g e2 m l l ，t h et e m p e r a t u r e 2 0 * ( 2a n d4 0 m i ns e d i m e n tt i m e u n d e rt h eo p t i m u m c o n d i t i o n s ，t h er e m o v a lr a t eo fc o d c rw a s2 8 6 ，t h er e m o v a lr a t eo fs sw a s7 3 5 a n dt h e a b s o r b a n c ew a s7 5 5 a c c o r d i n gt oo r t h o g o n a le x p e r i m e n ta n dr e s u l t sa n a l y s i s ，i nt e r mo ft h er e m o v a lr a t eo f c o d c r ，t h ep r i m a r ya n ds e c o n d a r yr e l a t i o n s h i p so ft h ec o a g u l a t i o nf a c t o r sw h i c ha f f e c tt h e l e a c h e a t et r e a t m e n t e f f i c i e n c y w e r em i x i n gm e t h o d ，d o s a g eo fp f c ，t h ei n i t i a l p h v a l u e ，d o s a g eo fn a c ia n ds e t t l i n gt i m e i nt e r mo ft h er e m o v a lr a t eo fs s ，t h ep r i m a r ya n d s e c o n d a r yr e l a t i o n s h i p so ft h ec o a g u l a t i o nf a c t o r sw h i c ha f f e c tt h el e a c h e a t et r e a t m e n t e f f i c i e n c yw e r em i x i n gm e t h o d ，t h ei n i t i a lp hv a l u e ，s e t t l i n gt i m e ，d o s a g eo f n a c la n dd o s a g e o f p f c a c c o r d i n gt og c - m st e s tr e s u l t s ，t h et y p e ，n a t u r ea n dc o n t e n to fo r g a n i ci nl e a c h a t e c h a n g e dl i t t l ei nb e f o r ea n da f t e rt r e a t m e n t k e y w o r d s ：l a n d f i l ll e a c h a t ec o a g u l a t i o np f co r t h o g o n a lt e s t p r e t r e a t m e n t 长安人学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 垃圾渗滤液的来源及其特点 1 1 1 垃圾渗滤液的来源 随着社会的迅速发展及生活水平的提高，城市垃圾的产生量越来越大，垃圾的处置 成为一项紧迫的任务。城市垃圾以平均每年8 1 0 的速度增长，按现在的增长速度 预测，2 0 1 0 年我国城市生活垃圾将达到2 6 4 亿吨，2 0 3 0 年为4 0 9 亿吨【i 】。生活垃圾侵 占大量土地，严重损害城市环境卫生，恶化居住条件，城市生活垃圾已成为非常突出的 一个城市环境问题而阻碍城市的建设发展。因而，生活垃圾处理已成为城市管理中一个 不可回避的世界性难题。 城市垃圾处理的方法有很多，有卫生填埋、堆肥、焚烧、厌氧发酵、热解等。垃圾 填埋法由于具有技术成熟、处理费用低、管理和运输方便等优点而在垃圾处理中得到了 广泛的应用，如波兰9 0 的生活垃圾用填埋法处理，德国占4 6 ，美国占5 5 ，英国 更是占到了7 0 以上f 2 1 。我国垃圾无机成分含量高，可燃物质少，热值低也决定了卫生 填埋是我国处理垃圾的主要方式。 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问题。垃圾在堆放和 填埋过程中由于压实、发酵和降水渗流作用，会产生一种高浓度的有机废水，即垃圾渗 滤液，又称渗沥液或浸出液。 垃圾渗滤液的产生来自以下五个方面5 】： ( 1 ) 降水的渗入。降水包括降雪和降雨，降雨的淋溶作用是渗滤液产生的主要来源。 ( 2 ) 外部地表水的流入。包括地表径流和地表灌溉。 ( 3 ) 地下水的渗入。当填埋场内渗滤液水位低于场外地下水水位，并没有设置防渗 系统时，地下水就有可能渗入填埋场内。 ( 4 ) 垃圾本身含有的水分。包括垃圾本身携带的水分以及从大气和雨水中的吸附 量。当垃圾含水为4 7 时，每吨垃圾可产生0 0 7 7 2 吨渗滤澍6 1 。 ( 5 ) 垃圾填埋后，微生物分解产生的水。 垃圾填埋后，在微生物的作用下。垃圾中的有机物经过好氧反应和厌氧反应产生降 解，降解后生成的无机物以及垃圾中的可溶污染物，大量进入垃圾渗滤液中，这就使渗 滤液中污染物含量极高。产生垃圾渗滤液的同时，垃圾中的病原微生物也会在雨水的淋 1 第一章绪论 溶作用下进入垃圾渗滤液。垃圾降解产生的c 0 2 溶于垃圾渗滤液以后使垃圾渗滤液偏 酸性，这种酸性环境使得垃圾中不溶于水的碳酸盐、金属及其金属氧化物等无机物发生 溶解，继而使垃圾渗滤液中含有种类繁多且含量超标的重金属类物质。 1 1 2 垃圾渗滤液的性质及特点 由于众多因素的影响，填埋场垃圾渗滤液的组成十分复杂，所含有机物种类多，其 组成大致可分为化学成分和微生物成分。通常，垃圾渗滤液中的化学成分分为3 种： 低分子量的脂肪酸；中等分子量的灰黄酶酸类物质；高分子量的碳水化合物类物质、 腐殖质类。渗滤液中含有大量微生物，其中许多微生物对渗滤液的降解起着重要作用， 据研究发现，从渗滤液中分离出来的细菌中最常见的是杆菌属的棒状杆菌和链球菌，有 的渗滤液中还检测出肠道病毒。 垃圾渗滤液中的污染物及其浓度变化范围见表1 1 【7 1 。 表1 1 渗滤液中的污染物及其浓度变化范围 污染物浓度范围污染物浓度范围污染物浓度范围 c o d 。 1 0 0 9 0 0 0 0 p h 5 8 6c u0 9 9 b o d 5 4 0 7 3 0 0 0c l -5 6 4 2 0p bo 0 0 2 2 t so 5 9 2 0 0 s 0 4 2 l 1 6 0 0m n0 0 7 - - - 1 2 5 s s1 0 7 0 0 0c a 2 +2 3 7 2 0 0z n0 2 3 7 0 n h t n6 1 0 0 0 0f e0 0 5 2 8 2 0t c ro 0 1 - - 8 7 n o 。n 0 2 1 2 4 m g 1 7 1 5 6 0v f a1 0 1 7 0 2 t po 1 2 5c d0 0 0 31 7 大肠菌群值( c f u l ) 2 3 0 0 0 - - 2 3 x1 0 3 注：除p h 和大肠菌群值外，其余项目单位均为r a g l , t s _ 一总硫；1 卜总铬；v f a 挥发性脂肪酸 在水分供给、垃圾性质、填埋场表面及底部状况、填埋场操作运行方式、填埋时间 等多种因素【8 1 的影响下，垃圾渗滤液表现出以下特点： ( 1 ) 水质复杂 垃圾渗滤液中某一特定的污染物的浓度很低，但由于污染物种类繁多，其总量很大。 杨志泉【9 】等在对广州大田山垃圾填埋场渗滤液进行g c m s 分析研究表明，渗滤液中主 要有机污染物质8 7 种( 可信度超过6 0 的有7 3 种) ，其中烷烃、烯烃类1 7 种，芳烃类 2 8 种，酸类6 种，酯类4 种，醇、酚类1 7 种，醛、酮类7 种，酰胺类4 种，其他4 种。 在所监测出的8 7 种有机污染物中有1 6 种所检测出来的有机物被列入优先污染物控制的 黑名单。张兰英【lo 】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 种有机化合 2 长安大学硕i ：学位论文 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。 ( 2 ) 水质水量波动大 垃圾渗滤液产生量随季节变化大，在雨季，由于大量雨水冲洗并流经填埋层，使渗 滤液水质恶化、水量增大；污染物组成及其浓度变化也随季节及填埋时间变化，且变化 范围很大，如表1 1 中c o d 。，最高可达9 0 0 0 0 m g l ，b o d 5 最高可达7 3 0 0 0m g l 。 n a n c y r a g l e 等人对美国西雅图一座城市垃圾填埋场进行调查的结果【1 1 】显示，渗滤液水 质的时变化、日变化高达2 0 0 和3 0 0 ，且老龄填理单元的水质随时间变化相对较大。 表1 2 为单独一块填埋区使用一年封闭后渗滤液水质的逐年变化情况【1 2 】。 表1 2 填埋单元垃圾渗滤液水质随时间的变化 填埋年份 l234579l l1 31 5 b o d s ( m g l ) 2 5 0 0 01 0 0 0 02 9 02 6 02 4 01 9 01 3 08 06 04 0 c o d ( m g l ) 3 5 0 0 0 1 6 0 0 0 1 8 5 01 5 0 01 4 0 01 2 0 01 1 0 01 0 0 09 0 08 0 0 b o d s c o d o 7 l0 6 00 1 7o 1 6o 1 6o 1 4o 1 00 0 8o 0 6o 0 5 ( 3 ) 金属含量高 垃圾渗滤液中含有多种金属离子，如表1 1 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 m g l ，钙的浓度可达7 2 0 0 m g l ，还可能含有铬、镉、 汞、铅等多种有毒、有害的重金属离子。虽然严格控制工业固体废物进入垃圾填埋场， 使一般重金属离子的浓度不高，但因累计效应，对重金属离子的含量应予以足够的重视。 ( 4 ) 氨氮含量高 高n h 4 + - n 浓度是垃圾渗滤液的重要水质特征之一。渗滤液中的氮多以n h 4 + n 形 式存在，约占t n 的7 0 , - - - 8 0 。当氨氮浓度过高时，会影响微生物的活性，对微生物 的氧化作用产生抑制，且浓度越高，抑制性越强。因此，在氨氮含量较高时，应对渗滤 液进行相应的预处理。氨氮浓度在一定时期随时间的延长会有所升高，主要是因为有机 氮转化为氨氮造成的。在中晚期填埋场中，氨氮浓度高是导致处理难度增大的一个重要 原因。 ( 5 ) 微生物营养元素比例失调 在采用生物法处理垃圾渗滤液时，其中的磷元素总是不能满足微生物生长所需要， 例如在北美几个垃圾填埋场，渗滤液中的b o d 5 t p 都大于3 0 0 13 1 ，远低于微生物生长 所需要的碳磷比( 1 0 0 - 1 ) 。在不同场龄的垃圾渗滤液中，碳氮比有较大差异，也会出 第一章绪论 现营养元素比例失调情况。 1 2 影响垃圾渗滤液成分和性质的因素 1 2 1 垃圾成分对渗滤液水质的影响 由于每个城市的生活水平和生活习惯各不相同，垃圾成分差别较大，致使填埋场渗 滤液中c o d 、b o d 从每升几百毫克至每升数万毫克之间变化。垃圾渗滤液中的c o d 、 b o d 和n h 3 - n 主要由厨余垃圾中的有机物产生，垃圾中厨余含量的高低直接影响渗滤 液中c o d 、b o d 和n h 3 - n 浓度高低。另外炉灰、沙土等对渗滤液中有机物具有吸附和 过滤作用，故垃圾中炉灰、沙土的含量也将影响渗滤液的有机物浓度。表1 3 列举了国 内主要大城市生活垃圾组成。深圳城市生活垃圾中厨余、纸类和塑料等含量分别为6 0 、 1 0 和1 3 ，均明显高于其它城市，哈尔滨城市生活垃圾中厨余含量为1 6 ，低于其它 城市，炉灰含量8 2 ，是7 个城市中最高的，其它城市生活垃圾各组分含量相差不多。 表1 3国内主要大城市生活垃圾组成 城市北京上海天津广州杭州哈尔滨深圳 厨余3 22 92 93 2 2 5 1 66 0 炉灰 6 56 76 76 27 18 2 砖陶、脏土 7 纸类1 31 21 41 6 1 3 o 6l o 塑料 1 o1 41 32 61 50 81 3 玻璃 0 41 oo 81 21 oo 44 金属o 30 4 o 50 60 2o 21 纤维、竹木 5 表1 4 为国内部分城市垃圾渗滤液的水质情况，根据表1 3 和表1 4 可知，当垃圾 中炉灰含量相近时，垃圾厨余含量越高，渗滤液中c o d 、b o d 和n h 3 。n 浓度越高。深 圳是一座以高新技术、金融、商贸、旅游为支柱的新兴城市，人们生活水平较高，垃圾 中厨余含量高，而燃煤量少，所以深圳市垃圾填埋场渗滤液的c o d 、b o d 和n h 3 - n 浓 度分别为3 0 0 0 - 6 0 0 0 0 m g l 、1 0 0 0 - - 一3 6 0 0 0 m g l 和5 0 0 - - - ，2 4 0 0 m g l ，较其他城市高。 4 长安大学硕士学位论文 表1 4 部分城市垃圾填埋场渗滤液水质情况 城市上海杭州 广州深圳 c o d 。以m e l ) 15 0 0 8 0 0 01 0 0 0 5 0 0 01 4 0 0 - - 1 0 0 0 03 0 0 0 6 0 0 0 0 b o d 5 ( m g f l ) 2 0 0 4 0 0 04 0 0 2 5 0 04 0 0 - - - 6 0 0 0l0 0 0 3 6 0 0 0 t n ( m g l ) 10 0 - 7 0 08 0 8 0 0 1 5 0 9 0 04 0 0 2 6 0 0 n h 3 - n ( m g l ) 6 0 - 4 5 05 0 5 0 01 3 0 6 0 05 0 0 2 4 0 0 s s ( m g l ) 3 0 5 0 06 0 6 5 02 0 0 6 0 0l0 0 6 0 0 0 p h 5 0 6 56 0 6 56 5 7 86 2 8 0 1 2 2 填埋场填埋时间对渗滤液水质的影响 渗滤液的水质不仅与垃圾组成有关，且与填埋时间也密切相关。通常可根据填埋场 的“年龄”将渗滤液分为两大类：一类是“年轻”的渗滤液，其填埋时间在5 年以下，所产 生的渗滤液水质特点是p h 值较低，其中易生物降解的的挥发性脂肪酸含量较高，c o d 和b o d 5 浓度较高，且b o d s c o d 盯比值较高，氨氮浓度为1 0 0 0 m g l 左右，同时各类 重金属离子的浓度也较高；另一类是“年老”的渗滤液，其填埋时间在1 0 年以上，所产 生的渗滤液的主要水质特点是p h 值较接近中性，c o d 和b o d 5 浓度较低，且 b o d 5 c o d 盯比值较低，而氨氮浓度较高，重金属离子含量则开始下降，此时的处理目 标以氨氮的去除为主。表1 5 列出了c h i n a 和s c o t t 等人对渗滤液特征与填埋场“年龄” 关系的研究结剁1 4 l 。反应了渗滤液中主要污染物指标随填埋场“年龄”变化的规律。 表1 5 渗滤液特征随填埋场“年龄”的变化 考察指标 1 0 年( 老年) p h 7 5 c o d ( g l ) 1 0 l o 2 72 o 2 7 0 50 1 0 5 7 05 3 0 5 1 2 3 填埋工艺对渗滤液水质的影响 采用填埋工艺不同直接影响到渗滤液的生物降解和稳定化进程。根据垃圾填埋层中 空气的存在状况，可分为厌氧填埋、好氧填埋、准好氧填埋。好氧填埋和准好氧填埋可 以使渗滤液中污染物浓度快速降低，且在封场后l - 2 年内，出水中b o d 5 和c o d 盯含 量稳定，而厌氧填埋在封场后趋于稳定所需时间较长，且水质污染物含量较高。 5 第一章绪论 另外，填埋场的压实密度和填埋深度等对渗滤液的水质也有一定的影响。增加垃圾 的填埋密度和填埋深度，即减少垃圾的含水量和渗入量，限制外来水进入填埋场，可推 迟垃圾中的有机成分的降解作用，致使渗滤液的浓度较低，延长渗滤液的产出时间。 1 2 4 环境温度和湿度对渗滤液水质的影响 填埋场的渗滤液产生量和填埋场内部温度和湿度有关。填埋场的环境温度影响微生 物的生长和化学反应过程。在垃圾堆体中，温度升高有助于微生物的生长繁殖，加快垃 圾的降解，使渗滤液水量增加；反之温度过低时垃圾部分冻结，垃圾渗滤液的产生量减 少，部分化学反应受到抑制。 北京阿苏卫垃圾填埋场已投入运行1 0 年，平均每天处理垃圾约1 8 0 0 t 。产生的渗滤 液中的有机污染物浓度呈现明显的季节性变化，表现为秋、冬季渗滤液的c o d 。，较低， b o d 5 c o d 盯在0 2 - 0 3 ，可生化性较差，具有中晚期渗滤液的特征。春、夏季渗滤液 的c o d 盯很高，b o d 5 c o d 玎在0 5 - 0 8 可生化性很好，具有早期渗滤液的特征。这一 特点与北京的气候特点有很大关系，秋、冬季北京降雨量少，渗滤液在填埋层中停留时 间长，处于甲烷化阶段，有机污染物的降解比较彻底，因此，渗滤液的c o d 。，和 b o d 5 c o d 盯都较低。而在春、夏阶段，北京降雨充沛，渗滤液在填埋层中停留时间短， 处于水解酸化阶段，所以c o d 。，和b o d 5 c o d 。，均较高。 水在渗滤液的产生过程中起着重要作用，它使垃圾中的可溶物质从垃圾中渗滤出 来，同种垃圾在潮湿和干燥两种环境下同时处置时，其产生的渗滤液的性质不同。 1 3 垃圾渗滤液的污染危害 过去，由于没有考虑到垃圾渗滤液对环境的危害，许多垃圾填埋场存在建造位置 不合理，没有防渗设施或者防渗设施效果差，没有垃圾渗滤液处理设施或者处理设施无 法发挥作用等诸多问题。每到雨季，大量垃圾渗滤液随雨水一起进入到河流、水库和土 壤中。不仅会污染周围的地下水和地表水，而且会严重污染农作物和水生生物，并通过 食物链直接或间接危害人类的身体健康和生态环境1 1 5 1 。 垃圾渗滤液对水体的污染主要有两种途径：一是通过填埋场底部渗入含水层，污 染地下水；二是从垃圾填埋场外排渗滤液，污染地表水。垃圾渗滤液对地面水的污染主 要是以b o d 和c o d 为表征的有机污染和氮、磷污染；对地下水的污染主要是以油、 酚、氨氮和c o d 为表征的有机污染和细菌、大肠杆菌等病原菌污染。1 9 9 0 年，联合国 6 长安人学硕士学位论文 环保署调查的8 0 0 0 个垃圾填埋场中，有7 5 的填埋场造成了地下水污梨16 1 。据报道【1 7 】， 美国1 8 5 0 0 个填埋场中，几乎有一半对水源产生污染。截止2 0 0 4 年，全国有4 4 4 个垃 圾填埋场，而垃圾渗滤液真正能够就地处理达标排放的仅占5 左右，也就是说，全国 只有2 0 多个垃圾填埋场的渗滤液能够达标排放。上海三林塘垃圾填埋场渗滤液曾使黄 浦江上游港口段水体发生污染l l 引。澳门与珠海市交界处的茂盛围因澳门垃圾渗滤液污 染，使当地河流鱼虾绝迹、农田失收【l 引。福州红庙岭垃圾填埋场产生的渗滤液，严重污 染了下游红庙溪、桂湖溪的水体，造成近十公顷农田绝收，几十公顷鱼池大部分都处于 荒置状态【1 9 1 。此外，成都长安垃圾填埋场、西安江村沟垃圾填埋场在设计、建设时没有 妥善考虑垃圾渗滤液的处理，实际运行后都造成了严重的污染事故。 渗滤液对土壤的污染主要是由于垃圾渗滤液渗入土层所致。渗滤液进入土壤中后， 产生一系列物理、化学和生物作用，如过滤、吸附、沉淀或通过土壤孔隙水携带迁移， 使污染物质得到累积，从而导致土壤正常功能的失调，土壤质量下降，影响到农作物的 生长发育。廖利、全宏东【2 0 1 等人对深圳盐田垃圾场周围土壤状况进行了分析，结果显示， 受到渗滤液侵蚀的土壤酸性降低，有机质和其它营养元素明显增加，除h g 、n i 含量降 低外，其余重金属离子浓度均大于位置较高处土壤，表明周围土壤已受到重金属污染。 另外土壤中积累的污染物也极易进入地表、地下水中带来污染。 渗滤液处理是卫生填埋场的最后一道环节，如果不高标准严要求，不仅对周围环境 带来不可估量的污染和危害，对人体健康带来威胁，同时也使卫生填埋丧失原有的意义。 渗滤液一旦进入环境，再先进的技术都将回天无力。 1 4 垃圾渗滤液处理方法简介 目前垃圾渗滤液的处理手段主要分为与城市污水合并处理和单独处理两类。渗滤 液与城市污水处理厂合并处理是最为简单的处理方案，它可以降低成本，改善渗滤液的 可生化性和处理效果。合理控制垃圾渗滤液的进水比，减少渗滤液高污染物浓度、高氨 氮和重金属对城市污水系统的冲击。根据加拿大1 2 l 】科研机构分析当渗滤液c o d 为 2 4 0 0 m g l ，流量占城市污水处理厂总流量约2 左右时，污水厂的运行管理和处理效果不 受影响。在合并处理过程中，垃圾渗滤液的进水比一般都比较小，并且随着渗滤液中污 染物含量的不同，进水比随之不同。 合并处理受到渗滤液性质和污水厂处理能力等条件的限制，即使合并处理可以节省 单独建设渗滤液处理系统的费用，仍未能得到广泛推广。单独处理可根据渗滤液水质、 7 第一章绪论 水量进行工艺的选择和设计，不受与城市污水混合配比的限制，运行参数易于获得和控 制，属于国内外广泛采用的方案。渗滤液处理方法包括物理化学处理法、生物处理法和 土地处理法。 1 4 1 生物处理法 生物处理是垃圾渗滤液的一种主要处理方法。按废水生物处理系统中起主要作用的 微生物的呼吸类型，可分为厌氧生物处理、好氧生物处理、以及两者结合处理3 种系统。 1 4 1 1 厌氧生物处理 厌氧法具有有机负荷高、耗能少、污泥产率低、对无机营养元素含量要求较低、可 提高污水可生化性的特点，适用于处理有机物浓度高、磷含量低、可生化性差的垃圾渗 滤液。目前处理垃圾填埋场渗滤液的厌氧生物法有u a s b ( 上流式厌氧污泥床) 法、 a s b r ( 厌氧序批反应器) 法等。 u a s b 工艺能够适应垃圾渗滤液处理过程中出现的冲击负荷高以及毒性相对较大 的现象。b o r a z a c c o n i 等用u a s b 处理c o d 平均浓度3 0 0 0 0 m g l 的渗滤液，获得c o d 的去除率为1 0 - - 6 0 和氮的去除率为3 0 - 6 0 的处理效果。 a b r 法集上流式厌氧污泥床和分阶段多相厌氧反应器技术于一体，提高了厌氧反 应器的负荷和处理效率，增强了稳定性和对不良因素的适应性。沈耀良等【2 3 1 采用a b r 处理填埋场垃圾渗滤液与城市污水混合废水，进水b o d 5 c o d 为0 2 - - - 0 3 时，出水可 提高到0 4 - - 一0 6 ，表明a b r 可有效地改善混合废水的可生化性。 1 4 1 2 好氧生物处理 好氧处理可有效地降低b o d 5 、c o d 。，和氨氮，还可以去除另一些污染物质如铁、 锰等金属。国内外采用活性污泥法、生物转盘等好氧法处理渗滤液都有成功的报道。 活性污泥法因其费用低、效率高而得到最广泛的应用。m a r d 报道 2 4 1 对于 c o d 4 0 0 0 1 3 0 0 0 m g l ，b o d 5 1 6 0 0 一- 1 1 0 0 0 m g l ，n h 3 一n 8 7 5 9 0 m g l 的渗滤液，混合 式好氧活性污泥法对c o d 去除率可以稳定在9 0 以上。 生物转盘与活性污泥法相比，生物膜法抗水量、水质冲击负荷能力强，泥龄长，可 生长世代时间较长的硝化细菌等微生物，产生的剩余污泥量少，同时有利于渗滤液的脱 氮。 氧化塘是一种具有较大经济竞争力的处理方法，因其较长的水力停留时间而具有较 强的适应性。o r u p o l d 等【2 5 1 用氧化塘技术处理渗滤液，其c o d 去除率达到5 5 7 0 ， 8 长安大学硕士学位论文 酚的去除率则达到9 5 - - - 9 9 。另外，稳定塘在运行过程中需要投加磷盐【2 6 1 。 1 4 1 3 厌氧一好氧结合处理 垃圾渗滤液是一种高浓度有机废水，对渗滤液进行厌氧处理可改善渗滤液的可生化 性，将大分子、难降解的有机物降解成易于生物处理的小分子有机物，好氧工艺则可以 保证最大限度的去除有机物。 邹莲花等采用厌氧吹脱缺氧混凝沉淀流程处理深圳市玉龙坑生活垃圾填埋场 渗滤液，当进水c o d 口和b o d 5 浓度分别为2 1 7 8 1 - - 2 5 5 2 8 m g l 和1 4 7 5 0 - - 1 6 1 2 5 m g l ， b o d s c o d e r - - 0 4 - - 一0 7 ，平均容积负荷为8 9 6 k g c o d 。r ( m 3 d ) 时，c o d 。，和b o d 5 的平均 去除率分别达到7 6 3 和8 2 3 ，出水各项指标低于排放标准。 1 4 2 物理化学方法 物化法一般作为生物处理的预处理工艺，以减轻生物处理的负荷；或作为生物处 理的后续保证工艺，以确保最后出水水质达到设计要求。目前采用的处理渗滤液物化法 主要有混凝沉淀法、吹脱技术、吸附法、膜分离技术、化学氧化法等。 1 4 2 1 混凝沉淀法 混凝法工艺可靠、处理效率高、设备简单、运行稳定，是垃圾渗滤液处理技术与方 法中，最常用、最经济的方法之一。张兰英等2 8 】利用铅矿混凝以及吸附方法对垃圾渗滤 液进行处理，其中4 8 9 3 的有机物被去除，其他有机化合物的去除率在5 0 - 7 0 之 间。m h e a v e y 2 9 】发现一种低成本处理垃圾渗滤液的方法，即用泥炭处理垃圾渗滤液， 处理效果良好。 1 4 2 2 吹脱技术 吹脱法【3 0 1 是渗滤液预处理的一种方法，主要用于渗滤液中氨氮的去除，氨氮吹脱工 序对提高后续厌氧工序的处理效果作用是明显的，但存在的主要缺点是低温时效率急剧 下降和运行费用较高。吴方同等在温度为2 5 * ( 2 ，p h 值为1 0 5 1 1 o ，气液比为2 9 0 0 - 3 6 0 0 时得到的氨吹脱效率达9 5 以上。 l - 4 - 2 3 吸附法 吸附法就是利用多孔性的固体物质，将废水中的难降解有机物、氨氮、重金属和病 原体等吸附在固体表面而达到去除目的的方法。隋智慧等人【3 2 1 用混凝与吸附联合的方 法，对北京安定垃圾卫生填埋场进行了预处理的研究，结果表明，该方法对c o d 。，的去 除率稳定在7 0 左右，且受水质变化的影响不大。 9 第一章绪论 y i n g 等【3 3 1 将粉末状活性碳投入间歇式活性污泥反应器中，碳粉颗粒作为活性污泥 的载体，微生物在其很大的表面上形成生物膜，变为生物活性炭，使活性污泥兼备生物 膜的功能，生物降解和活性碳吸附同时进行，出水水质明显比两者的单独作用要好，并 且费用比传统的粒状活性碳吸附的费用要低。 1 4 2 4 膜分离技术 膜分离技术是采用隔膜使污染物与水分离，从而达到净化污水的目的。反渗透由于 工艺简单、占地面积小和处理效果好而得到广泛应用。袁维芳等3 4 1 曾利用醋酸纤维膜对 广州市大田山垃圾填埋场渗滤液进行了反渗透膜的试验研究，进水c o d 。r - - - 4 7 0 0 m g l ， b o d 5 = 1 5 4 0 m g l ，n h 3 - n = 1 2 1 0 m g l ，在平均水通量为3 0 4 2 l ( m 2 h ) ，最佳的操作 压力为3 5 m p a 的条件下，出水c o d 。， 8 0 m g l ，n h 3 - n 8 5 时，则重新溶解为 a i ( o h ) 4 一、 a 1 6 ( o h ) 2 0 2 + 等负离子。 试验在初始p h 为6 5 时c o d 。，去除率达到2 0 o ，s s 去除率为6 6 8 ，出水吸光 率为8 2 3 ，优于其它p h 值时去除效果，因为试验用渗滤液中，通过混凝沉淀法可以 去除的污染物主要为粗胶体和细微悬浮物，对这些物质的去除主要是利用混凝剂水解生 成的高聚合度低电荷产物的吸附架桥和网捕作用，因此应将初始p h 控制在6 5 - - 7 5 的 范围内。 5 2 2 投药量对混凝影响机理 由混凝机理可知，混凝剂可以压缩胶体双电层，降低胶粒( 电位，随着p f c 投量的 增加，开始时颗粒的( 电位急剧下降，而在达到等电点以后，其变化就显得不明显，胶 。4 1 第五章正交试验与机理分析 体之间排斥力消失，便开始发生凝聚，当电位 0 时凝聚进行的最好。作为高分子絮 凝剂的p f c 同时具备了吸附架桥的作用，将胶粒搭桥连接成一个个絮体，就是俗称的矾 花。在试验过程中可以发现，在p f c 投加量为6 0 0 m g l 时絮体出现快，粒径均匀且沉 降速度最快，上清液最为清澈，略呈淡黄色。当高分子物质投量过多时，将产生“胶体 保护”作用。当全部胶粒的吸附面均被高分子覆盖后，两胶粒接近时，就受到高分子的 阻碍而不能聚集，结果造成胶体产生再稳现象 4 9 1 。试验中当p f c 投药量在8 0 0 m g l 时， 絮体沉淀效果较差，沉淀后上层溶液较浑浊。 5 2 3 搅拌方式对混凝影响机理 创造混合的最适宜的流体动力学条件和混凝剂与水以一定时间进行搅拌，是成功地 进行絮凝的重要条件。试验中以快速搅拌l m i n ，转速2 5 0 r m i n ，慢速搅拌1 0 m i n ，转速 为5 0 r m i n 的方式进行搅拌，可以观察到，在药品投入后，迅速分布到整个反应器中， 此时没有絮体出现，当搅拌速度调整到5 0 r r a i n 时，可以看到有小的絮体出现，且逐渐 增大，最终趋于稳定。c o d 。，去除率达到2 1 4 ，s s 去除率为6 6 0 ，出水吸光率为8 3 8 ， 处理效果要优于其它搅拌方式，这是因为混合的第一阶段称作急速或快速搅拌，混凝剂 与水快速搅拌的主要目的不仅仅使药剂在大量的水体中尽量较完全和较快的分布，同时 搅拌的特性和强度对混凝悬浮物形成絮状物的物理性质给予强烈的影响。因此，快速搅 拌应视为第一个和十分重要的阶段。第二阶段称作慢速或者絮凝搅拌，慢速搅拌影响着 凝聚颗粒的碰撞数目，胶粒的吸附和架桥作用，促进絮体生长。反应阶段的搅拌强度或 水流速度应随着絮体的增大而逐渐降低，以免结成的絮体被打破而影响混凝效果。 5 2 4 沉淀时间对混凝影响机理 由表4 6 可知，试验在反应结束后，沉淀4 0 r a i n 后测得c o d 订去除率为2 4 4 ，s s 去除率为7 2 3 ，沉淀5 0 m i n 和6 0 m i n 后测得c o d 盯去除率分别为2 4 9 和2 5 1 ，s s 去除率分别为7 3 7 和7 3 8 ，从数据上看，沉淀5 0 m i n 和6 0 m i n 的去除率较之沉淀4 0 m i n 只有小幅上升，且从图4 6 可以看出，从4 0 m i n 后曲线趋于平稳，没有大幅上升，因此 在适当的沉淀时间后，延长沉淀时间，对去除效率没有大幅提高。 在渗滤液的混凝沉淀试验中，当搅拌停止后，絮体颗粒依靠水力的惯性旋流作用产 生的速度梯度和颗粒的沉速差异沉降，进一步碰撞聚集，形成絮团，以不断增加的速度 沉降下来。在静置沉降的后期，废水中絮体颗粒的浓度已经很低，颗粒间碰撞机会减少， 当颗粒所受重力、浮力及阻力三种作用力达到平衡时，颗粒等速下沉。这个阶段的沉降 4 2 长安大学硕士学位论文 属于分散颗粒的自由沉降 5 0 】。沉降时间过短，出水中絮体颗粒含量过高，增加后续处理 负担；沉降时间过长，虽然水质较好，但在工程上需要增加占地面积和基建投资，也没 必要。 5 2 5 反应温度对混凝影响机理 由表4 7 可以看出，在水温为5 c 时，c o d 盯去除率仅为1 2 3 ，s s 去除率为4 0 8 ， 出水吸光率为9 0 6 ，处理效果较差。低温条件下，混凝效果不理想，主要原因是：( 1 ) 混凝剂水解是吸热反应，水温低时，水解困难，水解速度缓慢且不完全，不易生成高聚 合度的分子；( 2 ) 水的黏度与水温有关，水温低，黏度增大，水流的剪切作用增大，颗 粒容易破碎：同时，水温降低，布朗运动减弱，颗粒间的碰撞几率随之减小，影响絮体 的形成和长大；( 3 ) 当水温低时，杂质颗粒的水化作用增强，水化膜内的夹层水的密度 和黏度增大，导致杂质颗粒之间，f e ( o h ) 3 胶体与杂质颗粒间的黏附强度减弱；( 4 ) 水 温与水的p h 值有关，水温低，水的p h 提高，相应的混凝最佳p h 也相应提高。试验中 可观察到，温度较低时，絮体形成和成长速度较慢，絮体颗粒小而松散，处理效果较差。 当水温达到5 0 c 时，c o d 盯去除率为1 9 4 ，较之2 0 c 时2 5 8 的去除率，有所降低， 温度过高，也会降低混凝效果，主要是因为，高温易使高分子絮凝剂老化或分解生成不 溶性物质，试验中观察到，温度较高时，絮体出现较快，但絮体小且松散，沉淀效果较 差。 5 3 小结 混凝沉淀作用是复杂的物理和化学过程，混凝处理效果是多种因素综合作用的结 果。各影响因素也是复杂的和多方面的，处理过程中的每一个环节都很重要，忽视任