（环境工程专业论文）生物反应器填埋场中重金属cu和zn的迁移转化机理研究.pdf

摘要 垃圾填埋场是一个长期而重大的重金属二次污染源，为了保护填埋场周边土 壤、地表水和地下水的环境质量，亟需对垃圾填埋场内重金属的环境行为进行准 确的评估，并据此提出相应的污染防治对策。本研究以生活垃圾中含量最高的重 金属c u 和z n 为目标物，首先从重金属总量的角度，基于生活垃圾组分的地域性 和季节性变化因素，系统地解析了生活垃圾中重金属源分布特征，并针对重金属 总量在环境行为评估的信息不足之劣势，将重金属形态分析方法引入了非均质的 填埋垃圾，初步较精确地探讨了垃圾填埋过程中c u 和z n 的可能的迁移行为；基 于以上结果，以生物反应器填埋场为主体，构建了三种不同工艺的模拟填埋场， 聚焦于填埋垃圾及渗滤液这一整体系统，深入系统地研究了c u 和z n 在生物反应 器填埋场稳定化过程中的释放行为，提出了不同运行方式模拟填埋场中c u 和z n 总量的长期环境渗沥模型及各形态迁移转化模型，揭示了生物反应器填埋场中重 金属原位固定的s r b 调控现象。主要结论为： ( 1 ) 生活垃圾中c u 和z n 均不同程度地超过了土壤二级环境质量标准，具 有较高的重金属污染潜力，尤其春夏两季，较好的垃圾分类收集能明显降低其中 重金属来源。塑料、厨余、灰渣和纸张四类垃圾组分对生活垃圾的重金属c u 、 z n 总量贡献最大，生活垃圾的重金属污染源头控制有赖于对该四类组分的削减。 ( 2 ) 修正b c r 连续提取方法对0 - 7 a 的不同填埋龄的生活垃圾中c u 和z n 的形态分析具有极高的重现性和回收率，在应用于非均质的填埋垃圾体系时能更 为准确地反映垃圾填埋场中不同稳定化程度下重金属对应的环境行为。不同的填 埋垃圾样品预处理方法对形态分析结果的影响因素主要为填埋垃圾的n h 。+ - n 、 v f a 、硫化物等原始环境条件的变更所致，湿样是填埋垃圾样品形态分析最理想 的预处理方式。 ( 3 ) 由于渗滤液的迁移，不同运行方式的模拟填埋场的下层垃圾中c u 和 z n 含量均明显高于上层垃圾，其中z n 较c u 具有更强的迁移性。填埋垃圾的稳 定化差异及由此而引起的重金属的不同释放机理导致c u 和z n 含量呈现阶段性增 减变化，变化幅度为c l ( 普通卫生填埋场) r l ( 直接回灌型生物反应器填埋 场) b l ( 序批式生物反应器填埋场) 、c u z n ，产酸阶段填埋垃圾中c u 和z n 具有最高的环境污染风险，随模拟填埋场的稳定化程度增加，填埋垃圾中c u 和 z n 释放行为逐步减缓并趋于稳定。 ( 4 ) 渗滤液中c u ( i i ) 和z n ( ) 的浓度变化与填埋垃圾中c u 和z n 的释放行 为形成强烈响应，不同运行工艺的模拟填埋场渗滤液中重金属浓度差异不明显。 普通卫生填埋场的重金属释放量符合的正指数递增模型，而生物反应器填埋场的 释放量则遵循不同阶数的负指数衰减模型，渗滤液的回灌操作较普通卫生填埋能 明显降低填埋场对外环境的重金属输出，而两相分离的产甲烷反应器的引入更能 促进重金属在生物反应器填埋场内的行为稳定。 ( 5 ) 渗滤液的回灌能促使c u 和z n 形态从不稳定态( 酸可溶解态和可还原 态) 往稳定态( 可氧化态和残渣态) 迁移从而可减缓其释放行为，z n 比c u 具有 更强的环境迁移和污染潜力。不同时期不同深度填埋层内c u 和z n 形态的差异明 显，填埋垃圾的好氧环境的暴露能促使c u 和z n 从稳定态向不稳定态迁移。 ( 6 ) c u 和z n 的各级形态与环境因素的回归模型表明填埋场环境中氨氮、 h a 、f a 、d o c 、硫化物、硫酸盐等环境因素对c u 和z n 的各级形态影响较大，其 中硫化物对c u 和z n 在填埋环境中的迁移影响最大，分别与c u 和z n 的不稳定态 ( 酸可溶解态和可还原态) 呈显著负相关，与稳定态( 可氧化态和残渣态) 呈显 著正相关。v is u a1m i n t e q 模拟计算结果表明，渗滤液中c u ( i i ) 大部分为腐殖质 络合态，并逐渐由与松结合态富里酸络合态( f a ，- c u ) 向稳结合态富里酸络合态 ( f a ：- c u ) 转变；z n ( i i ) 则主要表现为与s2 一的络合，其络合程度随模拟填埋场内 还原性环境形成而加剧，生物反应器填埋场的渗滤液长期回灌能促使c u 和z n 逐步形成络合沉淀而使其在填埋垃圾内的迁移行为减缓。不同方式填埋场渗滤液 的重金属环境风险并不在于其瞬时浓度及形态，在于长期渗滤而引起的量累积。 ( 7 ) 生物反应器填埋场中较高的s r b 代谢活性及其逐步累积的代谢产物硫 化物是填埋垃圾中的c u 2 + 和z n 2 + 形成硫化物沉淀而发生重金属原位固定现象主要 原因，生物反应器填埋场中重金属存在原位固定的硫酸盐还原菌调控机理，初步 从形态判断填埋垃圾中的优势硫酸盐还原菌属普通脱硫弧菌属( 9 e s u l f o v i b r i o 矿，班，ss p ) ，其对c u 2 + 和z n 2 + 的生物沉降能力约卜1 0 p p m 。 关键词：生活垃圾；生物反应器填埋场；重金属；迁移；转化；硫酸盐还原菌 i i i a b s t r ac t l a n d f i l ls i t ei sal o n g t e r ma n ds e r i o u ss e c o n d a r yp o l l u t i o nb e c a u s eo fh e a v ym e t a l w i t hr e s p e c tt op r o t e c tt h ee n v i r o n m e n t a lq u a l i t yo ft h es o i l ，t h es u r f a c ew a t e r , a n dt h e g r o u n dw a t e rn e a rl a n d f i l ls i t e ，t h e r ei san e e dt oe v a l u a t et h ee n v i r o n m e n t a lb e h a v i o r o fh e a v ym e t a li nl a n d f i l la n dc a r r yo u tc o n s e r v a t i o ns t r a t e g ya c c o r d i n g l y i nt h i s s t u d y , c ua n dz nw e r ec h o s e nt oe v a l u a t et h eh e a v ym e t a lb e h a v i o ri nl a n d f i l ld u r i n g d e c o m p o s i t i o n f i r s t l y , c o n s i d e r i n gt h er e g i o n a la n ds e a s o n a lv a r i a t i o no fm sw c o m p o n e n t s ，t h e c h a r a c t e r i s t i co fc ua n dz nd i s t r i b u t i o n i nm s ww a s c o m p r e h e n s i v e l ys t u d i e d b a s e do nt h ei n s u f f i c i e n ti n f o r m a t i o no fh e a v ym e t a lt o t a l c o n t e n t ，s e q u e n t i a le x t r a c t i o np r o c e d u r ew a sa l s oa d a p t e dt ot h eh e t e r o g e n e o u sm sw t oa s s e s st h ep o s s i b l em i g r a t i o no fc ua n dz ni ni tm o r ep e r t i n e n t l y 。s u b s e q u e n t l y ， t h r e es i m u l a t e dm sw r e a c t o rl a n d f i l lw i t hd i f f e r e n to p e r a t i o nm o d e sw e r ec o n s t r u c t e d b a s i n go nt h eb i o r e a c t o rl a n d f i l l f o c u s i n go nt h ei n s e p a r a b l es y s t e mi n c l u d i n g l e a c h a t ea n dl a n d f i l lr e f u s e ，t h er e l e a s i n gb e h a v i o ro fc ua n dz ni nb i o r e a c t o rl a n d f i l l d u r i n gd e c o m p o s i t i o nw a ss t u d i e d t h el o n g t e r ml e a c h i n gb e h a v i o ro fc ua n dz n c o n t e n tf r o ml a n d f i l lw i t hd i f f e r e n to p e r a t i o nm o d e sw e r em o d e l e d m o r e o v e r ，t h e m i g r a t i o no fc ua n dz nf r a c t i o n a t i o n si nm s wb a s i n go nm o d i f i e db c rs e q u e n t i a l e x t r a c t i o np r o c e d u r ew e r ea l s o m o d e l e d f i n a l l y , t h ep h e n o m e n o no fi n - s i t u b i o - i m m o b i l i z a t i o no fh e a v ym e t a li nr e f u s ef r o mb i o r e a c t o rl a n d f i l lw a sp r e s e n t e d t h em a i nc o n c l u s i o no ft h i ss t u d yw a sl i s tb e l o w ( 1 ) t h ec ua n dz nc o n t e n t si nm s we x c e e d e dt h es e ts t a n d a r df o r “e n v i r o n m e n t a l q u a l i t ys t a n d a r df o rs o i l ”o fc h i n aw i t hd i f f e r e n td e g r e e t h em sw h a sh i g hp o t e n t i a l o fh e a v ym e t a lp o l l u t i o n ，e s p e c i a l l yi ns p r i n ga n ds u m m e r t h eh e a v ym e t a ls o u r c ei n m s wc a nb ec u tb yo r d e r l yc l a s s i f i c a t i o n c o m p o n e n t s i n c l u d i n gp l a s t i c ，f o o d r e s i d u a l ，d u s t ，a n dp a p e ra r et h ef o u rm a i nc o n t r i b u t i o n sf o rt o t a lh e a wm e t a lc o n t e n t i nm s w t h ec o n t r o l l i n go f h e a v ym e t a lp o l l u t i o ns o u r c ei nm s wd e p e n d so nt h ec u t o ft h ef o u ra b o v em s w c o m p o n e n t s ( 2 ) w h e ni tu s e dt om s ww i t hd i f f e r e n tl a n d f i l la g ea m o n g0 - 7y r ，t h em o d i f i e d b c r s e q u e n t i a le x t r a c t i o np r o c e d u r eh a sh i g hr e c o v e r ya n dr e p r o d u c i b i l i t y i ti sm o r e e x a c t l yt oe v a l u a t et h ee n v i r o n m e n t a lb e h a v i o ro fh e a v ym e t a li nm s w av e r y h e t e r o g e n e o u sm a t r i x ，a td i f f e r e n td e g r a d a t i o ns t a g ea c c o r d i n g l y e f f e c to fs a m p l e p r e t r e a t m e n to ns p e c i a t i o no fc ua n dz ni nd i f f e r e n tm s ws a m p l e si l l u s t r a t e dt h a tt h e s h i f to fs a m p l ec h a r a c t e r i s t i c ss u c ha sa m m o n i an i t r o g e n ( n h 4 + - n ) ，v o l a t i l ef a t t ya c i d ( v f a ) ，s u l f id ew e r et h em a i nr e a s o n s t h ef r e s hs a m p l ei st h ei d e a lp r e t r e a t m e n t m a n n e ro f s e q u e n t i a le x t r a c t i o nf o rm s w ：a n da i rd r y i n gi st h eo t h e rb e t t e rc h o i c e ( 3 ) t h ec o n t e n t so fc ua n dz ni nm s w f r o mb o t t o ml a y e r sa r ea l w a y sh i g h e rt h a n t h a tf r o mu p p e rl a y e r sd u et ot h em i g r a t i o no fl e a c h a t e z nh a sh i g h e rm o b i l i t yt h a n c ui nm s w t h ed i f f e r e n tr e l e a s i n gb e h a v i o ro fc ua n dz nc a u s e db yt h ed i f f e r e n c e o nm s w d e c o m p o s i t i o nl e dt ot h es t a g g e r e dv a r i a t i o no fc ua n dz nc o n t e n t si nm s w a c c o r d i n g l y t h ev a r i a t i o nd e g r e er a n k i n gw e r ec l r l b la n dc u z n t h ec u a n dz nc o n t e n t si nm s wa ta c i d i f i c a t i o np h a s eh a v et h eh i g h e s te n v i r o n m e n t a lr i s k c ua n dz ni nm s ws h o w e db e h a v i o r so fs t a g g e r e dm i g r a t i o na n dr e t e n t i o ng r a d u a l l y ， w h i c hc o r r e s p o n d e dw i t ht h ed e g r a d a t i o np r o c e s so fl a n d f i l lo b v i o u s l y ( 4 ) t h ev a r i a t i o no nc u 2 + a n dz n 2 + c o n c e n t r a t i o n si nl e a c h a t er e f l e c t e dt h e r e l e a s i n gb e h a v i o ro fc ua n d z ni nl a n d f i l lr e f u s ea td i f f e r e n ts t a g ea c c o r d i n g l y t h e r e w e r en os i g n i f i c a n td i f f e r e n c e so nt h ec o n c e n t r a t i o no fh e a v ym e t a li nl e a c h a t ef r o m l a n d f i l l sw i t hd i f f e r e n to p e r a t i o nm o d e s t h el e a c h i n ga m o u n t so fh e a v ym e t a l sf r o m t h ec o n v e n t i o n a lr e a c t o rl a n d f i l lf i tf o rt h ep o s i t i v ee x p o n e n t i a li n c r e a s em o d e l ，w h i l e t h a to fb i o r e a c t o rl a n d f i l l sf i tf o rn e g a t i v ee x p o n e n t i a ld e c r e a s em o d e l s t h eo p e r a t i o n o fl e a c h a t er e c i r c u l a t i o nc a no b v i o u s l yr e d u c et h eh e a v ym e t a ll e a c h i n ga m o u n tf r o m l a n d f i l li n t oe n v i r o n m e n tt h a nc o n v e n t i o n a l o p e r a t i o n ，a n dt h ei n t r o d u c t i o no f s e q u e n t i a lp h a s ea c i d i f i c a t i o nr e a c t o rc a np r o m o t et h ei m m o b i l i z a t i o no fh e a v ym e t a l i nl a n d f i l lr e f u s e ( 5 ) t h el e a c h a t er e c i r c u l a t i o np r o m o t e dt h es p e c i a t i o no fc ua n dz ns h i f tf r o m u n s t e a d yf r a c t i o n s ( a c i ds o l u b l ef r a c t i o na n dr e d u c i b l ef r a c t i o n ) t os t e a d yf r a c t i o n s ( o x i d a b l ef r a c t i o na n dr e s i d u a lf r a c t i o n ) ，a n da t t e n u a t e dt h e i rm i g r a t i o n z nh a sh i g h e r p o t e n t i a l o fm i g r a t i o na n d p o l l u t i o nt h a nc ui nm s w t h e r ea r es i g n i f i c a n t v d i f f e r e n c e so nc ua n dz ns p e c i a t i o ni nm s wf r o md i f f e r e n tl a n d f i l ll a y e r s t h e a e r o b i ce x p o s u r ec a np r o m o t et h em i g r a t i o no fc ua n dz ns p e c i a t i o nf r o ms t e a d y f r a c t i o n st ou n s t e a d yf r a c t i o n s ( 6 ) t h er e g r e s s i o nm o d e l so fc ua n dz ns p e c i a t i o ni n d i c a t e dt h a tc h a r a c t e r i s t i c s ，i e a m m o n i an i t r o g e n ，h a ，f a ，d o c ，s u l f i d e ，s u l f a t e ，a r et h em a i nf a c t o r so fh e a v ym e t a l s p e c i a t i o nv a r i a t i o n e s p e c i a l l y , s u l f i d eh a ss i g n i f i c a n tp o s i t i v ec o r r e c t i o na n dn e g a t i v e c o r r e c t i o nw i t hu n s t e a d yf r a c t i o n s ( a c i ds o l u b l ef r a c t i o na n dr e d u c i b l ef r a c t i o n ) a n d s t e a d yf r a c t i o n s ( o x i d a b l ef r a c t i o na n dr e s i d u a lf r a c t i o n ) o fc ua n dz ni nm s 彤 r e s p e c t i v e l y s i m u l a t i o nc o m p u t a t i o nr e s u l t sf r o mv i s u a lm i n t e qs h o w e dt h a tc u 2 + w a sm a i n l ya s s o c i a t e dw i t hh u m u sa n dm i g r a t e df r o ml o s ea s s o c i a t i o n ( f a l - c u ) t o t i g h ta s s o c i a t i o n ( f a 2 c u ) ，w h i l ez n 2 + w a sm a i n l yp r e s e n t e dw i t hc o m p l e x a t i o nw i t h s 2 w h i c hw a ss t r e n g t h e n e da st h er e d u c i n ge n v i r o n m e n t a ls u r r o u n d i n gi nl a n d f i l l g r a d u a l l y t h el o n g t e r ml e a c h a t er e c i r c u l a t i o ni nb i o r e a c t o rl a n d f i l lc a np r o m o t et h e p r e c i p i t a t i o no fc ua n dz na sc o m p l e x a t i o na n da t t e n u a t et h e i rm i g r a t i o n t h e e n v i r o n m e n t a lr i s ko fl e a c h a t ef r o ml a n d f i l lw i t hd i f f e r e n to p e r a t i o nm o d e sd e p e n do n t h e i ra c c u m u l a t i o na m o u n tr a t h e rt h a nt h e i rs u d d e nc o n c e n t r a t i o n sa n df r a c t i o n ( 7 ) t h eh i g hs r bm e t a b o l i s ma c t i v i t ya n dt h ea c c u m u l a t i o no fm e t a b o l i t e ( s u l f i d e ) w e r et h em a i nr e a s o n so fi n s i t up r e c i p i t a t i o np h e n o m e n o no fc u 2 + a n dz n 2 十i n l a n d f i l lr e f u s e i nb i o r e a c t o rl a n d f i l l h e a v ym e t a l si nb i o r e a c t o rl a n d f i l lh a v e m e c h a n i s mo fi n s i t ui m m o b i l i z a t i o n c o n t r o l l i n gb y s r bm e t a b o l i s m t h e p r e d o m i n a n ts r bi nl a n d f i l lr e f u s eb e l o n g st od e s u l f o v i b r i ov u l g a r i ss p w i t ht h e c u 2 十a n dz n 2 + b i o - p r e c i p i t a t i o no f1 - 10p p ma p p r o x i m a t e l y k e y w o r d s ：m s w ；b i o r e a c t o rl a n d f i l l ；h e a v ym e t a l ；m i g r a t i o n ；t r a n s f o r m a t i o n ； s u l f a t e r e d u c i n gb a c t e r i a v i 浙江大学研究生学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。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，也不包含为获得逝些太堂或其他教育机构的学位或 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谢意。 ，一 学雠文作者始泖手签字魄1 年二月8 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解逝婆太堂有权保留并向国家有关部门或机 构送交本论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权浙塑太堂 可以将学位论文的食部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，可以采用影 印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作槲：洲辛 签字日期：炒7 年z , e 1 莎目 导师签名： 制、才 签字目期：御( 7 年月扩日 致谢 本论文的顺利完成得益于导师沈东升教授的悉心指导，论文的选题和开题、 试验设计与分析、论文撰写与修改，无不倾注着沈老师的心血。沈老师深厚的学 术底蕴、敏锐的发散性思维、严谨务实的治学态度以及为人师表的高尚人格不断 激励着我在求学的道路上逐步完善与提高，在攻读博士学位的过程中更是收获了 诸多做人的道理。值此论文完成之际，谨向我的导师沈东升教授致以最崇高的敬 意和最衷心的感谢! 感谢何云峰副教授在我研究生入学初期提供的无私指导和热情帮助! 他让我 懂得了研究生的定义；感谢何若副教授在论文研究阶段给予的热情指导! 她严谨 求是的科研精神时刻激励我克服种种困难，努力前行。 感谢郑平教授和徐向阳教授! 他们与沈东升教授所营造的中心北四楼这一宽 松而不失严谨的浓厚的学术氛围让我时刻感受着知识的暗涌，鞭策我不断前行。 感谢章明奎教授、方萍教授、胡宝兰副教授、胡宏高工、王风平高工在试验 过程提供的各种无私帮助与指导! 他们让我在研究过程遇到问题时迎刃而解。感 谢学院研究生科的钱秀萍老师、丁小梅老师和陈秀美老师提供的各种帮助! 感谢本课题组已毕业的贺永华博士、冯华军博士、龙焰博士、刘新文硕士、 劳慧敏硕士、任明硕士、楼斌硕士、邱才娣硕士，以及正在学习当中的方程冉、 姚俊、李文兵、郑元格、姜晨竞、吴玉勇、王静等师兄弟姐妹们在我博士论文研 究阶段给予的无私帮助和大力支持! 与他们一起学习和生活的片段是我求学过 程中最宝贵的风景，将永存于记忆深处。 感谢好友李金页博士、罗伟国硕士、王春永硕士和室友余敏杰、谢礼、彭代 亮、姚伟、陈仲中，与他们的快乐共处是研究生生活的一抹重彩。 感谢我的父母、哥哥和妹妹及众亲戚在我多年求学生涯中给予的关心、鼓励 和支持! 亲情力量总让我在面对各种困难时无所畏惧。特别感谢女友胡立芳及其 家人对我的学习和生活的关心和支持! 她们无私的付出令我时刻感到暖意融融。 感谢浙江大学对我的培养! 美丽的华家池畔的五载光阴永铭于心。 像 藐删莽 f 2 0 0 9 年5 月于华家池畔 浙江大学博士学位论文1 绪论 1 绪论 城市的不断扩张和集约发展，导致城市人口基数不断膨胀，大量的人口活动 致使城市生活垃圾( 以下简称生活垃圾) 的产量剧增。19 9 9 2 0 0 4 年，我国的生 活垃圾清运量已达1 7 亿t a ，且每年以1 0 左右的速度递增，少数城市( 如北 京) 的垃圾增长率甚至达1 5 - 2 5 n 。全国6 6 8 个城市中有2 3 处于垃圾包围之 中，“垃圾围城”已成为困扰城市环境建设的一大首要难题。当今世界，生活垃 圾处理的基本宗旨是“减量化、资源化和无害化”，因此，长期以来，国内外研 究中都将生活垃圾的快速高效及安全处理，以及由此而衍生的资源化工艺、机理 及生活垃圾处理过程中的环境污染作为研究热点。相比于焚烧和堆肥等工艺，生 活垃圾填埋处理技术虽然其具有土地占用大、维护时间长及二次污染等痼疾，但 因其相对低廉投资和维护成本使其成为生活垃圾处理处置的常备选择，在众多垃 圾处理工艺中应用最为广泛；此外，由于其他生活垃圾处理处置方法最终均会产 生残渣，仍需填埋处置作为保障。因此，填埋技术在今后很长时期内仍将在生活 垃圾处理中扮演重要角色。 关于垃圾填埋处理过程中的二次污染问题在学术界已有大量报道。垃圾填埋 降解过程中，垃圾组分中含有的一些不稳定的物质，如有机物和金属离子等，在 微生物的调节下经常以气体或渗滤液的形式从废物中释放出来n 1 ，从而形成填埋 场的二次污染。大量关于垃圾填埋场周围的地下水和土壤污染及由此而需耗费巨 资进行修复或治理的案例表明，填埋场渗滤液是一个重大二次污染源 ，4 1 ，而重 金属则为渗滤液中最具毒性的物质1 。 垃圾填埋体中最常见的重金属是c u 、z n 、p b 、c d 、c r 和n i 等引。由于生 活水平及生活习惯的差异，生活垃圾中常伴随有不同种类及含量的各类重金属污 染物形成。重金属由于其迁移特性，易通过填埋场渗滤液的排放形成二次污染， 导致地下水体和周边植物的重金属累积而产生严重生理危害盯1 。长期以来，关于 生活垃污染的研究主要集中于如何快速高效的降解垃圾中的有机质和安全合理 的处理渗滤液，而填埋场垃圾中的重金属释放所引发的污染问题尚缺乏系统研 究，尤其是垃圾填埋过程中重金属的迁移转化更是鲜有报道。由于重金属在环境 浙江大学博士学位论文 1 绪论 中具有相对稳定性、难降解性和累积性，不能被微生物降解，很难从环境中清除 出来，使得重金属污染治理十分困难。因此生活垃圾重金属污染治理已成为 - 3 前 城市发展过程中急需解决的重大课题。为了保护填埋场周边土壤、地表水和地下 水的环境质量，因此有必要对垃圾填埋场的重金属的环境行为进行较为准确的评 估。 1 1 生活垃圾重金属污染 1 1 1 生活垃圾重金属污染来源 不同国家的城市生活水平差异，导致生活垃圾中重金属的含量变化较大，如 表1 - 1 所示。对于我国而言，由于生活垃圾分类收集贯彻实施力度不一，生活垃 圾中常混入部分建筑垃圾、工业垃圾及污泥等重金属含量相对较高的废物，而导 致生活垃圾中重金属含量较其他国家有更高的水平。有研究者通过对新鲜垃圾填 埋层的采样分析表明，垃圾体中z n 含量最高，约3 4 2 3m g k g ( 干重，以下同) ， c d 最低，约5 5m g k g 随1 ，垃圾中重金属含量虽然低于农用污泥重金属含量，但 高于一般土壤中重金属含量眇1 ，具有较高的二次污染风险“们。 表1 - 1 各国生活垃圾中重金属含量( m g k g ) t a b i e l 1h e a v ym e t aisc e n t e n ti nm s wf r o md i f f e r e n tc o u n t r i e s ( m g k g ) 国家 z n c un ic d p b c r h g参考文献 加拿大 7 6 83 1 22 l3 1 02 2 44 6o 6 0 【1 1 】 英国 18 24 91 60 6 39 62 2o 2 2 1 2 】 美国 6 5 52 3 62 8 。n d2 102 1 f i d 1 3 】 意大利 4 5 l9 72 5 铜 锌 锰 铅1 1 。1t 生活垃圾可产生8 0 0m l 碳酸，能使生活垃圾中的 重金属以盐的形式溶入水中，哈尔滨韩家洼子垃圾埋填场附近的土壤中锰超标3 倍、汞超标2 9 倍口”。美国拉芙运河地区( l o v ec a n a1 ) 在19 4 7 年到19 5 2 年之 间由于土地被生活垃圾污染，周围地区不断出现孕妇流产和死胎事件。 除了因垃圾堆放或填埋而造成的土壤重金属污染外，堆肥垃圾的施用则是土 壤重金属污染的另一个来源。直接施用生活垃圾能造成土壤重金属逐步积累口制， 其积累顺序为：z n c u p b = c d n i c r 副。研究表明，徐州马河区域土壤中的c r 、 c u 、z n 、p b 污染主要是由垃圾施用引起的b 扪。我国西南某市郊因农田长期施用 垃圾，土壤中的h g 浓度超过本底的8 倍，c u 、p b 也分别增加了8 7 和55 ，极 大地破坏了农田的可用性“。如果生活垃圾处理不当，直接施用于农田等土壤， 4 浙江大学博士学位论文 1 绪论 将使得土壤重金属逐步积累，对作物带来危害的同时也严重危害着人类7 1 。 ( 2 ) 水环境污染 渗滤液中含有多种金属离子，其浓度与所填埋的垃圾类型、组份及时间密切 相关。k j e l d s e n 等8 发现填埋场生活垃圾中h g 和c d 几乎很难检测到，其对地 下水污染影响很小；c h r is t e n s e n 等n 1 则发现填埋场生活垃圾中z n 比其他金属浓 度都高，具有较高环境风险，其他金属如c u 、p b 等也同样如此。对仅填埋城市 生活垃圾的填埋场渗滤液而言，金属离子的浓度通常是比较低的；但对工业垃圾 和生活垃圾混合填埋的垃圾场来说，则另当别论心们。方程冉等们研究表明当废电 器拆解垃圾与生活垃圾一起填埋时，其渗滤液中的c u 、z n 、p b 、n i 和h g 等重金 属离子的浓度可分别达到3m g l 、1 1 5m g l 、1 7m g l 、1 6m g l 和6 5u g l 。 表1 - 2 渗滤液中重金属浓度( m g l ) t a b l el 一2h e a v ym e t a lc o i l c e i l t r a t i o i l si n1 a n d f i l l 1 e a c h a t e ( m g l ) 重金属浓度范围 美国饮省准 中国 参考文献 0 0 0 0 l - 0 40 0 0 50 0 0 5 0 0 0 5 【3 】 0 0 0 3 6 - 13n a 0 0 50 0 2 3 ，4 0 】 0 0 0 3 1 0 0 05 51 【3 】 0 0 0 2 1 01 331 3 ，4 l 】 0 0 0 1 - 500 0 50 0 1 【3 】 o 一1 6 20 10 0 5o 0 5 4 1 】 0 0 0 0 0 5 - 0 1 60 0 0 20 0 0 10 0 0 1 3 】 0 0 1 1 0 0 0 50 0 1 3 】 0 0 0 5 1 5 n an an a 3 】 重金属能够形成金属胶体或与有机物形成络合物h 1 4 扪。因此，渗滤液中的重 金属的总量往往高于所能检测到的金属离子的量，即便通过溶解常数和溶解平衡 等计算出的重金属的浓度仍然低于其实际浓度h ”。如表卜2 所示，垃圾填埋场渗 滤液中重金属已超过相关饮用水标准，对地下水污染已引起极大关注h t 45 1 。即便 饮用水中最高允许标准( 如美国饮用水标准中的z n 为5m g 1 ) ，也常常可能发 生超标现象。此外，一些被重金属污染的特殊物质也常常被列为填埋场重金属的 主要来源h 6 1 。 1 1 3 生活垃圾重金属污染控制的主要问题 生活垃圾的重金属污染主要依赖于对生活垃圾污染的有效控制，然而基于各 种原因，城市生活垃圾的污染控制尚存在诸多问题。 1 1 3 1 综合利用不全面 m孙肋眙舡 浙江大学博士学位论文1 绪论 在城市化进程中，生活垃圾作为城市代谢的产物曾经是城市发展的负担，世 界上许多城市均有过垃圾围城的局面。而如今，生活垃圾被认为是最具开发潜力 的、永不枯竭的“城市矿藏”，是“放错地方的资源”。这既是对生活垃圾认识的 深入和深化，也是城市发展的必然要求。综合利用生活垃圾是消除其污染，保护 环境的最好途径。我国政府曾多次发文鼓励、提倡和支持生活垃圾综合利用研究 和开发。然而，当前，我国的生活垃圾综合利用还主要集中在拾荒人群。据业内 人士保守估计，北京市“拾破烂的游击大队”有1 0 万之众，另外还有2 0 万人在 大大小小的私人企业里从事废品回收，这浩浩荡荡的3 0 万“拾荒军”每年从北 京拣走3 0 亿元人民币h 7 1 。该种零散的综合利用方式虽然无序，却也体现了其显 著的经济和环境效应。 此外，生活垃圾的综合利用还需要每个人养成垃圾分类投放的习惯。生活垃 圾分类是一个整体工程，需要分类运输、分类处理等，涉及多方面的问题。如德 国制定了固体废物分类名录引，将固体废物分为2 0 大类，8 0 0 多个小类， 理顺了德国固体废物的基本范围与属性，为依法收集、清运、治理城市固体废物 提供了基础保障条件。同时，还制定了生活垃圾处理技术导则、危险废物处 理技术导则、固体废物填埋技术导则等，对不同类型固体废物的处理技术、 工艺、处理设施建设与维护等都提出了指导性的原则和工艺技术要求。而在中国， 很多市民对生活垃圾分类认识不够，从源头上配合不力。市民还没有认识到生活 垃圾分类可以提高回收利用率，可以尽快实现垃圾的减量化、资源化、无害化， 由此节约土地，降低垃圾污染对人类的威胁。 1 1 3 2 处理技术不成熟 严峻的环境形势，迅速增长的垃圾总量，给垃圾处理产业带来了巨大的市场。 然而，面对如此大的市场，我国的生活垃圾处理产业的发展状况却不容乐观。根 据2 0 0 8 年中国城市生活垃圾行业投资分析报告h 如，截止到2 0 0 6 年底，我国 生活垃圾处理率仅有5 2 9 。目前，虽然垃圾处理收费为大势所趋，我国生活垃 圾填埋场仍存在着较严重的资金困境，生活垃圾填埋场6 0 元左右的处理费处于 入不敷出的边缘。而且，目前垃圾处理费偏低以及征收率不高，也造成了垃圾处 理无法达到较高的无害化处理标准，从而导致其中重金属污染问题加重。 除资金问题外，处理技术的不成熟则是导致生活垃圾污染得不到有效