（环境工程专业论文）电化学氧化法处理城市垃圾渗滤液研究.pdfVIP

摘要 针对我国目前垃圾渗滤液处理方法不成熟，处理效果差的问题，本论文延续课题组 前一阶段的实验研究，继续研究电化学氧化法处理城市垃圾渗滤液。并在此基础上，将 回灌工艺与电化学氧化工艺进行组合来处理垃圾渗滤液。 电化学氧化法处理垃圾渗滤液的最佳处理条件为：析氯电极、电流密度为7 5 2 、 p h = 4 、n a c l 投加量为1 5 0 n l l 。在此基础上，分析最佳处理条件是否适合不同浓度、 不同水质的垃圾渗滤液，分析n a c l 投加量、电解接触面比等因素对不同水质渗滤液电 解过程的影响。最后，将回灌方法与电化学氧化法结合，研究其对渗滤液的处理效果。 通过以上实验，得出以下主要处理结论： 1 、电化学氧化处理不同浓度渗滤液，n a c l 的投加量需根据原液浓度( c o d 、氨氮) 进行调整。本实验中n a c l 投加量为3 1 5 0 i l l l ( 原液c o d 3 5 0 0 0m g l 、氨氮 4 0 0 m g l ) 、o 6 1 5 0 1 1 = l l ( 原液c o d l o o o om g l 、氨氮1 0 0 m g l 2 5 0m g l ) 、o 3 1 5 0 m l ( 原液c o d 5 0 0 0m g l 、氨氮5 0 m g l 1 0 0m g l ) 。 2 、不同浓度，不同水量的渗滤液采用相同电解条件电解，氨氮的处理率随着初始 氨氮浓度的降低而升高。原液氨氮浓度范围5 0 m g l 1 1 0 0 m g l ，氨氮处理率从4 5 1 0 0 ；c o d 处理规律不明显、处理率不高且波动范围大，原液c o d 浓度范围5 0 0 0 m g l 6 1 0 0 0 i l l g l ，c o d 的处理率在3 1 6 6 6 0 0 7 。 3 、论文中将电极板面积每次电解液的体积定义为电解接触面比，单位为m 2 l 。 电解接触面比也是影响电化学氧化的因素之一。通过比较电解接触面比为o 0 0 0 1 6 m 2 l 和o 0 0 0 1 1 m 况的两组实验，得出以下结论：在电极板与渗滤液充分混合的前提下，电 解接触面比影响渗滤液的c o d 和氨氮的处理率、电解耗能、电流效率等。两组实验从处 理效果、电流效率、电耗、渗滤液处理量、c o d 去除量五个方面进行比较，推荐采用 电解接触面比为o o 0 0 1 1 m 2 l 的实验。即处理体积为1 5 0 m l ，电流密度7 5a d m 2 ，n a c l 投力口量3 9 ，p h = = 4 。 4 、回灌+ 电化学氧化工艺去除渗滤液，其处理效果明显比单独的电化学氧化工艺 要好。原液c o d 为3 8 9 0 4 m g l 5 4 1 9 2m g l ，氨氮为8 1 0 8 6 m g l 1 1 6 2 7 7 m l 的渗 滤液，经过回灌+ 电化学氧化工艺处理后，其c o d 浓度为1 5 2 3 0m g l 2 1 0 6 7 m l ，c o d 处理率4 6 2 8 5 8 0 5 ；氨氮浓度为2 0 7 6 l m l 4 5 8 9 3 m g l ，氨氮处理率5 9 4 7 6 7 0 2 ，平均电耗约为3 2 7l 洲m ! ( g c o d 。 5 、通过电化学氧化最佳电解参数确定实验和回灌+ 电化学氧化处理垃圾渗滤液工艺 实验结果，确定处理渗滤液推荐方案为：好氧兼氧回灌+ 电化学氧化工艺，其中电化学 氧化电解参数设计见表： 电解接触比电流密度n a c l 投加量 m 2 l p h 值 电极板 ( a d m 2 )( g ，1 5 0 i l 也) 3 5 0 0 0 4 0 00 0 0 0 1 14 析氯 7 53 1 0 0 0 0 左右 1 0 0 2 5 0o 0 0 0 l l 4 析氯 7 50 6 5 0 0 0 左右5 0 1 0 00 0 0 0 1 14析氯7 50 3 关键词：垃圾渗滤液电化学氧化法回灌+ 电化学氧化c o d氨氮 i i a b s t r a c t hv i e wo ft l l ei m m a t u r c 印p r o a c h 锄dt h ep o o re f r e c to ft l l el a i l d f i nl e a c h a t ei i lo u r c o u l l n yp r e s e n t l y ， “sp a p e rc o n t i n u i l l gt l l e p r e v i o u se x p e r i m e n t a ls t u d yo fo l l rt a ：s k g r o u p ，咖d i n gt h ee l e 呐c h 锄i c a lo x i d a t i o np r o c e s st o 仃e a t i n gl 锄d f i l l l e a c h a t e a n do nt l l i s b 筋i s ，t h er e c i r c u i a t i o np r o c e s sc o m b i n e dw i t l lm ee l e c t m c h e m i c a lo x i d a t i o np r o c e s st od e a l w i t hl 强d f i nl e a c h a t e 1 l l eb e s tp r o c e s s i n gc o n d i t i o n st od e a l 埘ml a i l d f i l ll e a c h a t ea r e ：s n 0 2 爪e l e c 仃o d e b o a r d ，7 5 zo fe l e c t r i c 时d e n s i t y ，p h = 4a i l dn a c ll 5 0 m l a n do nt b i sb a s i s ，a l l a l y s e m e m e rt l l eb e s tc o n d i t i o n ss u i t e dt 0d e a lw i ml 锄d f i l ll e a c h a t eo fd i m 玎e n tc h 。o m aa i 】l dv a 巧 q u a l i t 弘a i l a l ) ，z eo fn a c ld o s a g e ，l 瑚d l i n gc 印a c i 锣e t c 、他i c hi i n p 鹊tt h ee l e c t r o c h e m i c a l o x i d a t i o np r o c e s so fd i t l e a c h a t eq u a l i t y f i n a l l y ，m er e c i r c u l a t i o np r o c e s sc o n l b i n e d w i t h 廿赡e 1 e c t r o c h 锄i c a lo x i 出血o np r o c e s st 0s t u d yt l l ed i s p o s a le f r e c to ft h el e a c h a t e t h r o u g ha b o v ee x p 耐m e n t a ls t u 由，d 1 e 、 ，f o l l o w i n gm a i nc o n c l u s i o n ： 1 、h lm ee l e c 仃0 c h e i l l i c a lo x i d a t i o np r o c e s s ，n a c ld o s a g ps h o u l db er e g u l a t c da c c o r d i n g t 0t l l ei l l i t i a lc o n c 豇l 仃a ：t i o no f1 e a c h a t e h l l i s e x p e r i m 洲i o n ， n a c l d o s a g e a r e 3 l5 0 m l ( c o d 3 5 0 0 0m g l 、n h 3 n 4 0 0m l ) ，o 6 15 0 l 】：l l ( c o d 10 0 0 0m g l 、 n h 3 n1 0 0 m g l 2 5 0m g l ) a n do 3 1 5 0 m l ( c o d 5 0 0 0m g l 、n h 3 _ n5 0 m g l 1 0 0 m g l ) 2 、w l l e r l 也el e a c h a t eo fd i 蜘c h r o m a 孤d v a wq u a l i t yi se l e c t r o l y s du i l d e rs i n l i l 盯 p r o c e s s i l l gc o n d i t i o 璐，t h et r e a n i ：i e n te 疏c to f n h 3 - ni si n c r e 勰e da l o n gw i t l lt 1 1 ed c b 嬲eo f i 1 1 i t i a ln h 3 - nc h r o m a i ft h ec l 啪m a 啪g eo fn h 3 ni s5 0 m g l 1 l0 0 m g l ，t l l et r e a t n l e n t e 能c t 瑚g eo f n h 3 - ni s4 5 1o o t h e 仃e a n n e l l tr a t eo fc o d i su n c o n s p i c u o u sa n d 仃e 锄e n tr a t ei sn o tl l i 曲i f t h ec h r o m a 啪g eo f c o di s5 0 0 0 m g l 6 1 0 0 0 m g l ，m e 仃e a 仃n e n te 腩c t 瑚g eo fc o di s31 6 6 6 0 0 7 3 、h lt h j sp 印t h er a t i oo fe l e c t r o d eb o a r do f e l e c t r o l y t ei sd e f i n e de l e c t r o d ei m e r f a c e r a t i oa n dt h eu n i ti sm 2 l t h ee l e c t r o d ei n t e r f a c er a t i oi sa l s oo n eo ft h ef a c t o r sw h i c ha 娟戈t l ee l e c 仃o c h e m i c a lo x i d a t i o n b 嬲e do nt h et w oe x p e r i m e n t sw h i c ht h ee l e c 仃o d ei n t e “a c e r a t i ow e r eo 0 0 0 l6 m ? la l l do o 0 0 1 1 m 2 l ，m ee x p e r i r n e n ts h o w st h a te l e c 仃0 d ei n t e r f a c er a t i o a 腩c tm e 讹a t m e n te 脆c to fc o da n dn h 3 n ，i c e ，e n e 略yc o n s 啪p t i o n v m e nt h et 、o e x p 嘶m e i l t sa r ec o m p a r e d 胁m 骶a t m e n te 腩c t ，i c e ，c n e 玛yc o n s u m p t i o n ，h a l l d l i n gc a p a c i t y a n dc o d 仃e a t l l l e n tc a p a c i t y ，w ec o m m e n dt h ee x p 甜m e n tt h a tm ee l e c t r o d ei n t e r f - a c er a t i oi s o o o ol lm 2 l t h ei n f e c t i o n 矗扰t o r so ft h a te x p 丽m e n ta r e15 0 m lo f 骶a t m e n tv 0 1 u m e ， i i i 7 5 a d m 。o f e l e c t r i c i t yd e n s i t y 3 9 1 5 0 m lo f n a c ld o s a g e ，4o f p h 4 、i fr e c i r c u l a t i o np r o c e s sc o m b i n e dw i me l e c t m c h e m i c a lo x i d a t i o np r o c e s s ，t h ed i s p o s a l e 艉c ti sb e t t e rt l l a nt h et h ee 1 e c t r o c h e m i c a lo x i d a t i o np r o c e s so n l y 、e nt h e1 e a c h a t ew h i c h m ei n i t i a lc o n c e r i 仃a t i o no fc o da n dn h 3 ni s 3 8 9 0 4 m g l 5 4 1 9 2m g la n d 81o 8 6 m g l 1 16 2 7 7 m g lr e s p e c t i v e l yi s 扛e a t e db yr e c i r c u l a t i o n + e l e c t r o c h e m i c a l o x i d a t i o np r o c e s s ，t h ec o n c e i l t r a t i o no fc o d 姐dn h 3 - na r e15 2 3 0m g l 210 6 7 m g l 趾d 2 0 7 6 l m g l 4 5 8 9 3 m g lr e s p e c t i v e l y ，t h e t l l e 仃e a _ t r n e n tr a t eo fc o da i l dn h 3 - na r e 4 6 2 8 5 8 0 5 a n d5 9 4 7 6 7 0 2 r e s p e c t i v e l y t h ea v e r a 喀e e 1 1 盯c o 璐u n 】p t i o ni s3 2 7 k 、m k g c o d 5 、b a s e do nm eo u t c o m eo fb e s te l e c t r o a i l a l y s i sp 踟e t e rs t a t e de x p 丽m e n ta n d r e c i r c u l a t i o n+e l e c t r o c h e r i l i c a lo x i d a t i o n p r o c e s s ，w e c o m m e n dr e c i r c u l a t i o n+ e l e c 仃0 c h e m i c a lo x i d a t i o n p r o c e s s t h c r e i n t o ，t h e i n f e c t i o nf i a c t o r so fe l e c 臼o c h 锄i c a l o x i d a t i o np r o c e s sa r e ： e l e c 仃o d e e 1 e c t r i c i y e l e c t r o d e n a c l d o s a g e h l t e r f a i c e p h b o a r d d e n s i t y r a t i o i n 2 l ( a d m 2 ) ( 1 5 3 5 0 0 0 4 0 0 0 0 0 0 1 1 4 s n 0 2 爪 7 53 a b 伽t1 0 0 0 0 1 0 0 2 5 0 0 0 0 0 1 l 4 s n 0 2 爪 7 50 6 a b o u t5 0 0 05 0 1 0 00 0 0 0 1 14 s i l 0 2 m 7 50 3 k e y w o r d s ： l a l l d f i l l l e a c h a t c ，e l e c 臼o c h e m i c a l o x i d a t i o np r o c e s s ，r e c i r c u l a t i o n + e 1 e c 缸0 c h e i l l i c a lo x i d a t i o np r o c e s s ，c o d ，n h 3 n 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究工 作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何 未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：吞闫拯如呷年月；。日 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学 校。学校享有以任何方式发表、复制、珊阅览、借阅以及审请专利等权 利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成 果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：两虱秘 哆年岁月；。日 导师签名： 办陋斗 口c 7 年月日 长安大学硕士学位论文 第一章绪论帚一早三百t 匕 1 1 概述 城市生活垃圾( 亦称城市固体废物m u i l i c i p a ls 0 1 i dw 如t e ) 是人们生活过程中产生的 固体废弃物。在收集、运输和处理处置过程中，其中含有和产生的有害成分，会对大气、 土壤、水体造成污染，不仅严重影响城市环境卫生质量，而且威胁公众的身体健康，成 为社会公害之一。随着中国人口的增长、城市化和经济发展以及居民生活水平的不断提 高，城市生活垃圾的产生量日益增多。数量庞大的城市垃圾已对城市及城市周围的生态 环境构成日趋严重的威胁。 在我国目前有9 0 左右的城市固体废物是用填埋法处理的【1 1 。城市垃圾以填埋方式 处理的过程中，由于压实和微生物分解作用，垃圾中所含的污染物将随水分溶出，并与 降雨，径流等一起形成垃圾渗滤、液【2 1 。渗滤液是一种污染很强的高浓度有机废水，其成 分主要由垃圾种类和垃圾成分所决定并随垃圾填埋场的“年龄”而变化。以往垃圾简单填 埋处理所产生的渗滤液主要是依靠地下土层来净化，但随时间的延长和地质构造对污染 物去除容量的有限性，渗滤液会对地下水、地表水及垃圾填埋场周围环境造成污染，使 地表水体缺氧、水质恶化、富营养化，威胁饮用水和工农业用水水源，使得地下水质受 到污染而丧失利用价值。有机污染进入食物链将直接威胁人类健康【3 4 】。汪黎东等【5 】研 究说明，至1 9 9 7 年美国共有1 8 5 0 0 座填埋场，几乎有一半对水体产生了污染。我国兰“， 州东盆地雁滩水源地因垃圾渗滤液污染而废弃，西盆地马滩水源地部分水井报废。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、农田减产等。 为了防止垃圾渗滤液污染水体，美、英等国家对垃圾填埋提出了严格的技术要求。我国 也早在1 9 8 9 年颁布了城市生活垃圾卫生填埋技术标准( g j j l 7 _ 8 8 ) ，1 9 9 7 年颁布了 生活垃圾填埋污染控制标准( g b l 6 8 8 9 _ 1 9 9 7 ) ，对垃圾产业的排放极限值提出了要 求。因此，现代意义的垃圾卫生填埋处理已发展成底部密封型结构，或底部和四周都密 封的结构，从而防止了渗滤液的流出和地下水的渗入，同时对渗滤液进行收集和处理， 有效地保证了环境的安全。 垃圾渗滤液水质水量变化大，有机物浓度高、重金属、氨氮含量高，处理难度大， 对周边环境及填埋场场底土层污染严重，而且污染持续时间长，易引起二次污染，实现 对渗滤液经济有效处理是垃圾填埋处理技术中的一大难题，也是一个研究热点。 第一章绪论 1 2 垃圾渗滤液的产生及危害 1 2 1 垃圾渗滤液的产生的来源 垃圾渗滤液是垃圾填埋场在运营过程中及封场后相当长时间内，从垃圾堆体中产生 出的一种含有大量悬浮物和高浓度有机或无机物的污水，是造成卫生填埋场对环境“二 次污染【6 】的主要原因之一，其来源主要有以下几方面【7 】： ( 1 ) 降水降水是渗滤液的主要来源，降雨量、降雨强度、降雨历时，填埋场覆盖状 况等直接影响着渗滤液产生量的多少。 ( 2 ) 场外水场外水包括填埋场四周地表来水和地下来水。地表来水取决于填埋场地 周围的地势、覆土材料的种类及渗透性能、场地的植被情况及排水设施的完善程度等； 地下来水则同垃圾的接触情况、接触时间及流动方向有关。 ( 3 ) 垃圾出水垃圾出水包含垃圾本身含水和有机物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，将导致垃圾初始含水量的释放。垃圾中有 机组分在填埋场内微生物作用下分解产生的水量，主要取决于垃圾的成分、p h 值、温 度和微生物等因素。 此外，渗滤液的产生还与蒸发作用、垃圾和土壤的含水率密切相关。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，其中， 填埋场的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；垃圾和土 壤含水率则可直接或通过对降雨下渗率和蒸发量的影响而间接影响渗滤液产量。图1 1 表示了垃圾填埋场中水分循环情况。 场外径流一i 、蒸发降水地表径流 、。_ 地下水浸入一j 一 - 下丫 垃圾层； 垃圾 图1 1 垃圾填埋场水分循环示意图 1 2 2 垃圾渗滤液的危害 垃圾在卫生填理处置过程中，经过复杂的物理、化学及生物反应，会产生大量渗滤 2 长安大学硕士学位论文 液。此外，固体垃圾中的重金属及有毒有害物质也溶入渗滤液中，作为一种高浓度有机 废水，如不及时对其进行收集、处理，将造成对地下水、地表水和填埋场周围环境的污 染和影响。 ( 1 ) 对地表水和地下水的污染 垃圾渗滤液属高浓度有机废水，由于其浓度高，流动缓慢，渗滤持续时间长，对周 围地下水和地表水均会造成严重的污染。国外n v e i l l ( a 【8 1 报道，渗滤液对含水层的污染不 仅仅在于表层，而且贯穿于6 0 m 深的垂直截面。一旦地下水源被其污染，想用人工方法 实施再净化，技术上将非常困难，其费用也极其昂贵，难以实施，从而严重威胁生活和 生产。国内外有关垃圾渗滤液污染地下水和取水水源地的事件屡有发生，据1 9 7 7 年资 料【9 1 ，美国1 8 5 0 0 个填埋场中，几乎有一半对水源产生污染。我国兰州东盆地雁滩水源 地因垃圾渗滤液污染而废弃，西盆地马滩水源地部分水井报废【l o 】。王宗平等曾测得距 离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 0 2 都有增加。德国l a n 寸1 2 1 报导距离填埋场4 远的地表水下游，水质出现恶化。郑曼英j - 等报掣1 3 】广州市老虎窿填埋场虽然1 9 9 2 年封场，但直至1 9 9 5 年其排出的浸出液b o d 5 ， c o d ，氮和磷仍然超标，其中以氮为甚。赵万有等【1 4 】报导，垃圾填埋不采取防渗措施， 对地下水必然造成严重污染，主要表现在地下水的水质混浊有臭味，c o d ，三氮( 氨氮、 亚硝酸盐氮、硝酸盐氮) 含量高；油类、酚类污染严重；细菌及大肠菌超标。 ( 2 ) 对土壤的污染 渗滤液进入土壤后，其污染物在土壤中产生一系列物理、化学和生物作用，如过滤、 吸附、沉淀，或为植物根系吸收或被微生物降解和合成吸收，从而使污染质截流在包气 带土体内，或通过土壤孔隙水携带迁移【2 1 。当污染物质的积累过程逐渐占据优势时，土 壤正常功能失调，土壤质量下降，影响到农作物的生长发育，使农作物的产量和质量下 降，同时土壤污染物的迁移转化，可能引起大气或水体的污染，最终影响到人类的健康 甚至是生命安全。 因此，处理好垃圾填埋过程中产生的渗滤液，是防止二次污染最重要的措施。城市 垃圾填埋场的设计和研究在我国尚处于起步阶段，妥善处理垃圾渗滤液是垃圾填埋场设 计成败的关键。 1 3 垃圾渗滤液的性质特点及排放标准 1 - 3 1 渗滤液的性质特点 垃圾渗滤液中的有机物可分为3 种：低分子量的脂肪酸；中等分子量的灰黄霉 3 第一章绪论 酸类物质；高分子量的碳水化合物类物质、腐殖质类。渗滤液中的有机成分随填埋时 间而变化。填埋初期，渗滤液中的有机物的可溶性有机碳约9 0 是短链的可挥发性脂肪 酸，其中以乙酸、丙酸和丁酸浓度最大。其余成分是带有相对高密度的羟基和芳香族羟 基的灰黄霉酸。随着填埋时间的增加，填埋场开始趋于相对稳定，此时渗滤液中挥发性 脂肪酸含量减少，而灰黄霉酸和腐殖质类成分则增加。垃圾渗滤液的特性如下： ( 1 ) 有机污染物种类繁多，水质复杂 垃圾渗滤液中含有大量的有机物，含量较多的有烃类及其衍生物、酸酯类、醇酚类、 酮醛类和酰胺类等。郑曼英等【1 5 j 对广州大田山垃圾渗滤液有机污染物的分析研究表明， 渗滤液中含有主要有机物7 7 种，其中芳烃类2 9 种，烷烃、烯烃类1 8 种，酸类8 种， 酯类5 种，醇、酚类6 种，酮、醛类4 种，酰胺类2 种，其他5 种。这7 7 种有机物中， 有可疑致癌物1 种，辅致癌物5 种，被列入我国环境优先污染物“黑名单”的有机物5 种 以上。上述7 7 种有机化合物仅占该渗滤液中c o d 的1 0 左右。张兰英【1 6 】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。o m 锄和h 灿g 在对多个填埋场渗滤液的分析中也 发现了1 5 0 多种不同的有机污染物【r 7 1 。近年来，监测出渗滤液中含有致癌物卤代烃 ( a o x ，为可吸附有机卤化物) 【1 8 】，国外在部分渗滤液样品中还发现了尼古丁、咖啡因 等有害物质【1 9 】。 表1 1 【2 0 】和表1 2 【2 1 1 分别列出了国内外渗滤液成分的典型数据。可以看出，垃圾渗滤 液申不仅含有耗氧有机污染物，还含有金属和植物营养素( 如氨氮等) 。当工业固体废 物进入城市垃圾填埋场时，渗滤液中还会携带有毒、有害物质，水质成分会更加复杂。 表1 1 国内城市生活垃圾填埋场渗滤液水质( 单位：m g l ，p h 除外) 项目上海杭州广州深圳台湾某市 项目 p h s st sc da sc a 4 长安大学硕士学位论文 ( 2 ) 污染物浓度高，变化范围大 垃圾渗滤液污染物浓度高，变化范围大的特性是其他污水所无法比拟的，从上表1 1 和表1 2 可以看出，其中的b o d 5 和c o d 浓度最高可达每升几万毫克，主要是在酸性发 酵阶段产生。此外，氨氮浓度很高，并且在填埋场进入产甲烷阶段后不断上升，达到高 峰值后会延续很长时间。p h 值达到或略低于7 ，此时b o d 5 与c o d 比值为o 5 o 6 。 一般而言，c o d 、b o d 5 、b o d 她o d 随填埋场的“年龄”增长而降低，碱度则上升。表 1 3 所示为渗滤液中的污染物及其浓度变化范创2 2 1 。 表1 3垃圾渗滤液污染物及其浓度变化范围 注：除p h 和大肠菌群值除外，其它项目单位均为m g l ；t s 总硫；t c r - 总铬：a 一挥发性脂肪酸 ( 3 ) 水质、水量变化大 垃圾渗滤液水质水量变化大，主要体现在以下方面： 渗滤液的产量、特性与当地的气候关系很大【2 3 1 。当地的降雨量、气温等都可影 响渗滤液的性质与产量，一般而言，低温少雨季节，渗滤液产量小，浓度高；高温多雨 季节，渗滤液产量大，浓度低。 污染物组成及其浓度随填埋时间而变化。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2 4 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 4 为单独一块填埋区使用一年封闭后 渗滤液b o d 5 、c o d 、b o d 5 c o d 的逐年变化情况【2 5 1 。其中反映：随着填埋时间的变长， 渗滤液中的和b o d 5 和c o d 逐渐变小，但是b o d 5 下降速度比c o d 下降速率慢，即 b o d 5 c o d 的比值逐渐变小，渗滤液的可生化性降低。 表1 4填埋单元垃圾渗滤液污染物水质随时间的变化 5 第一章绪论 ( 4 ) 污染持续时间长 受垃圾组成复杂的影响，特别是垃圾中诸如木质素等难降解物质的影响，渗滤液的 污染物浓度，尤其是有机污染物浓度会长期居高不下。郑雅杰【2 6 】综合多人的研究成果表 明，垃圾中有机物降解进行得极其缓慢，一般持续2 肚3 0 年。王罗春【2 7 】通过研究表明， 按常规方式运行的大型垃圾填埋场封场1 7 年后渗滤液中氨氮还需进行处理，封场3 2 年 后填埋场才能达到稳定化状态。 ( 5 ) 金属含量高 垃圾渗滤液中含有1 0 多种金属离子，由于国内垃圾不像国外城市那样经过严格的 分类和筛选，所以国内城市垃圾渗滤液的金属离子浓度与国外城市垃圾渗滤液中金属离 子浓度有差异。其中铁的浓度可高达2 0 5 0 m g l ，铅的浓度可达1 2 3 m g l ，锌的浓度可 达1 3 0 i i l g l ，钙的浓度可达4 3 0 0 m g l 【2 8 1 。 ( 6 ) 氨氮含量高 城市垃圾渗滤液是一种组成复杂的高浓度有毒有害有机废水，其中高氨氮是城市垃 圾渗滤液的重要水质特征之一。渗滤液中的氨氮浓度随着垃圾填埋年数而增加，可以高 达1 0 0 0 0 m g l 以上，渗滤液中的氮多以氨氮的形式存在。当氨氮( 尤其是游离氨) 浓度 过高时，会影响微生物的活性，降低生物处理的效果。 ( 7 ) 生物可降解性逐渐降低 在填埋初期，渗滤液中大约9 0 的可溶性有机碳是短链的挥发性脂肪酸，其次是灰 黄霉酸，b o d 5 c o d 可达o 5 以上。随着填理时间的延长，挥发性脂渐减少，而灰黄霉 酸类物质的比重增加，表现为b o d 5 急速下降而c o d 下慢，b o d 5 c o d 的比值逐渐下 降，即渗滤液的可生化性降低2 9 1 。当填埋场完之后，该比值最终在某一范围内( o 1 ) ， 而且波动极小。 ( 8 ) 营养元素比例失调 对于生化处理，污水中适宜的营养元素比例是b o d 5 ：n ：p = 1 0 0 ：5 ：l ，而一般的 垃圾渗滤液中的是b o d 5 p 大都大于3 0 0 ，与微生物生长所需要的磷元素相差较大。 ( 9 ) 其他特点 渗滤液在进行生物处理时会产生大量泡沫，不利于处理系统正常进行。由于渗滤液 中含有较多难降解有机物，一般在生化处理后，c o d 浓度仍在5 0 0 2 0 0 0 m g l 范围内。 6 长安大学硕士学位论文 1 3 2 渗滤液的排放标准 为使填埋场的风险最小化，防止垃圾渗滤液的“二次污染，欧美等国家已对垃圾 填埋提出了严格的技术要求。我国也早在1 9 8 9 颁布了城市生活垃圾卫生填埋技术标 准( g j j l 7 8 8 ) ，1 9 9 7 年又颁布了生活垃圾填埋污染控制标准( g b l 6 8 8 9 1 9 9 7 ) ， 对垃圾渗滤液的排放限值提出了要求【3 0 】：( 1 ) 生活垃圾渗滤液不得排入g b 3 8 3 8 8 8 中 规定的i 、类水域和i 类水域的饮用水源保护区及g b 3 0 9 7 8 2 规定的一类海域；( 2 ) 对排入g b3 8 3 8 8 8 规定的三类水域或g b3 0 9 7 8 2 规定的二类海域的生活垃圾渗滤液， 其排放限值执行表1 5 中的一级指标值；( 3 ) 对排入g b 3 8 3 8 8 8 规定的、v 类水域或 g b3 0 9 7 8 2 规定的三类海域的生活垃圾渗滤液，其排放限值执行表1 5 中的二级指标值； ( 4 ) 排入设置城市二级污水处理厂的生活垃圾渗滤液，其排放限值执行表1 5 中三级指 标值。 表1 5生活垃圾渗滤液排放限值 由此可见，对垃圾渗滤液进行有效收集和妥善处理，消除其对环境的影响是现代意 义的垃圾卫生填埋场建设和运行中需要解决的关键问题之一，也是当前我国城市亟待解 决的环境问题。 1 4 垃圾渗滤液的处理 1 4 1 渗滤液的处理难点 垃圾填埋场的稳定化过程是一个漫长的动态的过程，垃圾成分、垃圾降解的环境条 件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 场的不同时间段，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。因此， 垃圾处理方法必须因地制宜，针对不同的渗滤液采取不同的处理方法，很难找到用某种 处理方法对任何性质的渗滤液都适合。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。 n h 3 - n 含量高是渗滤液的一大特点，它一般占到总氮的9 0 以上。这一现象主要是垃圾 的填埋方式造成的，填埋层中氧气的逐渐消耗导致了最终的厌氧环境，而在厌氧环境下 7 第一章绪论 n h 3 - n 无法得到进一步的氧化，所以渗滤液的n h 3 - n 含量普遍较高。n 含量过高造成 了c n 比过低，没有足够的碳源来实现n h 3 n 的硝化和反硝化，处理出水的n h 3 - n 含 量仍然很高。例如广州市老虎窿垃圾填埋场渗滤液c n 比为4 o ，大田山渗滤液c n 比 为2 o ，福州市红庙岭渗滤液c n 比为1 0 8 o ，这与在好氧条件下要求的咖在 1 0 0 5 1 左右或厌氧条件下要求的2 0 0 5 1 左右相差较大。并且由于高n h 3 n 对微生物有 抑制作用，降低了微生物体内的脱氢酶活性，所以高n h 3 - n 浓度也严重影响了生物处 理的效果。 ( 2 ) 渗滤液水质水量受气候条件的影响，其波动范围较大，不利于渗滤液处理工 艺的生产管理。 ( 3 ) 渗滤液的色度问题也十分严重。渗滤液初期呈黑色，到中期和后期，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的，这类物质难于生物降解，所 以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。 1 4 2 垃圾渗滤液的处理方法 目前垃圾渗滤液的处理方案主要有就地的单独处理和与城市污水合并处理两种。合 并处理就是将渗滤液引入附近的城市污水处理系统进行处理，利用大量的城市生活污水 对渗滤液的缓冲、稀释作用和城市污水中的营养物质实现渗滤液与城市污水的同时处 理。但由于渗滤液所特有的水质及其变化特点，在采用此种方案时，如不加控制，则易 对城市污水处理系统造成严重的冲击负荷，影响甚至是破坏城市污水处理厂的正常运 行。因此，合理的控制垃圾渗滤液的进水比例最为关键。根据加拿大科研机构分析【3 1 l 当渗滤液c o d 为2 4 0 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。当渗滤液c o d 为3 5 0 0 l i l g l 左右，而流量不超过城市污水 厂流量的4 0 时，城市污水厂的处理效果也不受影响。因此，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，进水比也随之不 同。 尽管渗滤液与污水合并处理技术在技术上可行，但其前提是垃圾填埋场和污水处理 厂距离较近，而且还要考虑渗滤液在运输工程中的运费和运输工具的封闭性( 因为渗滤 液恶臭) 。单独处理可以根据不同填埋场垃圾渗滤液水质、水量设计，选择合理工艺， 属于国内外广泛采用的方案，其处理方法主要包括：生物处理方法、物理化学处理方法、 土地处理法。因而单独处理仍旧是垃圾渗滤液处理发展的趋势。 ( 1 ) 生物处理法 8 长安大学硕士学位论文 生物处理一般分为好氧生物处理、厌氧生物处理和厌氧好氧生物结合处理三种。 许多学者认为：对c o d 浓度在5 0 0 0 m g l 以上的高浓度垃圾渗滤液建议采用厌氧方法进 行前段预处理，然后采用好氧或其他后续处理方法；对c o d 浓度在5 0 0 m g l 以下的垃 圾渗滤液建议采用好氧生物处理法；c o d 浓度在5 0 0 5 0 0 0 m g l 之间的垃圾渗滤液可 以根据实际情况选择好氧或厌氧处理【3 2 1 。 好氧生物处理 好氧生物技术处理年龄较短和可生物降解的垃圾渗滤液，具有良好的运行效能，可 有效去除c o d 、b o d 5 和重金属。好氧生物处理工艺一般包括：活性污泥法、序批式反 应器( s b r ) 、循环式活性污泥法( c a s s ) 、氧化沟、好氧稳定塘、生物转盘等。 浙江省杭州市天子岭垃圾填埋场渗滤液采用两段式活性污泥法生物处理工艺。当进 水c o d 和b o d 5 浓度分别为9 3 8 1 3 6 4 0 m g l 和4 7 2 6 2 3 8 0 m g l 时，两级曝气池的 停留时间分别为2 0 h 、1 5 h ，有机负荷分别为o 1 6 蚝的c o d ( k g m l s s d ) 和o 0 7 k g 的 b o d 5 ( k g m l s s d ) 时，c o d 和b o d 5 的去除率可分别达到6 2 3 9 2 3 和7 8 6 9 6 9 ，磷平均去除率达9 0 5 ，总凯氏氮平均去除率达6 5 7 【4 】。北京阿苏卫垃圾填埋 场【3 3 1 ，在活性污泥系统运行稳定后，渗滤液中有机物去除率可达到8 5 。 y i n g 【3 4 】等利用s b r 方法对美国某一垃圾填埋场的渗滤液进行了处理，结果发现： 在整个试验期间s b r 生物处理方法对垃圾渗滤液中的总有机碳的去除率都在9 5 以上。 h a n y 等则利用两段式s b r 方法来处理垃圾渗滤液时，在第一阶段的s b r 生化处理中 b o d 5 的去除率达到9 8 ，从进水的5 8 0 0 m g l 下降到1 1 2 m g l ；经过二级s b r 生化处 理后，出水的水质能达到排放标准。 加拿大的b r i t i s hc o l u i n b i a 大学的p e d d i e 等人采用直径为o 9 m 的生物转盘( r b c ) 对c o d 1 0 0 0 0 m g l 渗滤液，在容积负荷为3 6 1 9 7 k g c o d ( m 3 d ) ，平均泥龄为1 o 4 3 d ， 温度为3 0 时，c o d 和b o d 5 的去除率可分别达到8 2 和8 5 。 厌氧好氧结合处理 虽然厌氧处理对高浓度( b o d 5 2 0 0 0 m g l ) 有机废水的处理是有效的，但是厌氧 处理具有代谢不完全，出水c o d 高，水力停留时间长，有臭气产生和需要较高的反应 器温度等缺点，所以实际应用中很少单独采用厌氧法处理渗滤液。北京市政设计研究院 自1 9 8 8 年进行了城市垃圾卫生填埋场渗滤液处理技术的研究【3 8 】，经各种工艺组合的试 验得出如下结论：对高浓度的垃圾渗滤液采用厌氧好氧处理工艺既经济合理，处理效 率又高，c o d 和b o d 5 去除率分别为8 6 8 和9 7 2 。邹莲花等【3 9 1 人报道采用厌氧 吹脱一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c o d = 2 5 0 0m g l ， b o d 5 = 1 5 0 0 m g l ，n h 3 - n = 1 0 0 0 m g l 时，出水各项指标低于排放标准。同济大学徐迪民 等【4 0 1 采用低氧好氧两段活性污泥法处理实验室模拟配制的垃圾渗滤液，其中 c o d = 6 4 6 6 m l ，b o d 5 _ 3 5 0 2m g l ，s s _ 2 4 0m g l ，p h 为5 6 5 ，获得出水c o d = 2 2 6 7 m g l ，b o d 5 = 1 3 3 m g l ，s s = 2 7 8m g l ，p h 为6 5 7 5 的良好效果。 ( 2 ) 物理化学方法 渗滤液在经过一系列生化处理后的出水b o d 5 c o d 为比更低，难降解成分例如腐 殖质等含量更高，对于一般微生物的耐性也相应的更强，因此有必要采用物化处理技术， 作为一种预处理或者后处理的手段来处理渗滤液。渗滤液的物化处理包括：絮凝沉淀、 反渗透、活性炭吸附、电解氧化、化学氧化、化学还原、膜渗析、汽提等多种方法。物 化法对水质水量影响小，出水水质稳定，尤其对b o d 5 c o d 较低而难以生物处理的垃 圾渗滤液有较好的处理效果。 混凝法 1 0 长安大学硕士学位论文 混凝法是借助于混凝剂对胶体离子的静电中和、吸附、架桥等作用使胶体离子脱稳， 在絮凝剂的作用下，发生絮凝沉淀以去除污水中的悬浮物和可溶性物质。混凝法具有工 艺可靠、处理效率高、设备简单、运行稳定易管理等特点。张兰英等【4 1 】利用铅矿混凝及 吸附方法对垃圾