（环境工程专业论文）生活垃圾填埋场渗滤液回灌处理技术研究.pdf

摘要 目前在我国有9 0 左右的城市使用填埋法处理垃圾。生活垃圾填埋场对环境的主要 影响是大量垃圾渗滤液的产生，其水质复杂多变，具有高c o d 含量、高n h 3 - n 含量和 高重金属离子的特点。如果垃圾渗滤液进入环境，会对土壤和地下水带来严重的污染。 因此，寻求一套经济合理，适应我国垃圾渗滤液处理工艺流程是推动垃圾填埋场技术发 展的迫切问题。结合我国实际，回灌处理作为一种有效的处理垃圾渗滤液的技术具有很 大的发展前景。 本试验在完全自然气候条件下，采用城市生活垃圾填埋并覆土的模式，收集渗滤液 并研究回灌法的处理效果。本次回灌试验主要为厌氧回灌，研究内容主要有两个方面： 一方面，对试验垃圾渗滤液进行回灌试验，研究回灌法对垃圾渗滤液中c o d e r 、n h 3 - n 等各项指标的去除效果；另一方面，主要通过改变p h 值和水力负荷研究对渗滤液回灌 效果的影响因素。 通过以上试验研究，得出以下主要结论： ( 1 ) 回灌可使填埋垃圾系统中厌氧反应各阶段时间缩短，加快有机物质的分解， 进而加速了垃圾填埋场的稳定化进程。 ( 2 ) 在本试验所进行的温度范围内，垃圾体沉降的平均速率y 与垃圾体填埋的总 时间x 呈线性相关。回灌初期前1 2 天内其线性拟合关系式： y = - 0 0 4 2 6 x + 1 1 2 0 4 其中相关系数r 2 = 0 9 9 9 4 ，可见其线性相关性良好。 ( 3 ) 当水力负荷在5 6 6 m l 1 d 9 0 6 m l 1 d 时，有机负荷为2 6 2 4 4m g 1 d 2 7 9 7 9 m g 1 d 时，c o d c r 、氨氮的去除效果较好，去除率最大分别可达2 9 2 9 、2 0 2 0 。 ( 4 ) p h 值是影响渗滤液回灌处理氨氮的重要因素，弱碱性的环境适宜硝化细菌、 反硝化细菌的生长，有利于氨氮的去除。 ( 5 ) 在整个试验进行的范围内，从去除率和去除的稳定性上考虑，原液回灌对渗 滤液中c o d c r 、氨氮的去除效果最好。 关键词：渗滤液 回灌 水力负荷有机负荷硝化反硝化 a bs t r a c t a tp r e s e n t ，a l m o s t9 0 o ft h em u n i c i p a lr e f u s ei no u rc o u n t r yw a st r e a t e dw i t ht h e t e c h n o l o g yo fl a n d f i l l t h ep r i n c i p a le n v i r o n m e n t a lp r o b l e mo fl a n d f i l li sl e a c h a t eo fw h i c h t h ew a t e rq u a l i t yi sc o m p l e x ，w h t hh i g hc o d e ra n dh i g hn h a - nc o n c e n t r a t i o na sw e l la sh i g h h e a v ym e t a li o n c o n c e n t r a t i o n t h es o i la n dg r o u n d w a t e rw i l lb ep o l l u t e di ft h el e a c h a t e e n t e r i n gi n t oe n v i r o n m e n t s os e e k i n gae c o n o m i c a ll e a c h a t et r e a t m e n tp r o c e s sa d a p t e dt o c h i n ai sa n i m p e n d e n tp r o b l e m t o p r o m o t e t h e d e v e l o p m e n t o fl a n d f i l l t e c h n o l o g y c o n s i d e r i n gt h er e a l i t yo fo u rc o u n t r y , r e c i r c u l a t i o na sa ne f f e c t i v et r e a t m e n t t e c h n o l o g yo fl e a c h a t eh a sag r e a tp r o s p e c tf o rd e v e l o p m e n t u n d e rt h e c o m p l e t e l y n a t u r a l c o n d i t i o n ，t h ep a p e ra d o p t e d t h e p a t t e r n w h i c h l a n d f i l l i n g ，c o l l e c t e dt h el e a c h a t ea n ds t u d i e dt h el e a c h a t er e c i r c u l a t i o nm e t h o dp r o c e s s i n g e f f e c t t h er e c i r c u l a t i o ne x p e r i m e n tw a sm a i n l ya n a e r o b i cr e c i r c u l a t i o n ，t h ee x p e r i m e n th a d t w oa s p e c t s ：o nt h eo n eh a n d ，r e c i r c u l a t e dt h el e a c h a t eo f m t m i c i p a lr e f u s e ，a c c o r d i n gt ot h e r e s u l t s ，s h o w e dt h ee f f e c to fr e m o v a lc o d c r ，n h 3 - n ，a n do t h e ri n d i c a t o r si nl e a c h a t eb yt h e r e c i r c u l a t i o n ；o nt h eo t h e rh a n d ，s t u d i e dt h ei m p a c tf a c t o ro fl e a c h a t er e c i r c u l a t i o nb y c h a n g i n gp ha n dh y d r a u l i cl o a da n do t h e rf a c t o r s t h r o u g ha b o v ee x p e r i m e n t a ls t u d y ，d r e wf o l l o w i n gm a i nc o n c l u s i o n ： ( 1 ) o w i n gt or e c i r c u l a t i o n ，t i m eo ft h ea n a e r o b i cm e t a b o l i s mp h a s ec a nb er e d u c e d ，a n d a l s od e c o m p o s i t i o no ft h eo r g a n i cs u b s t a n c ec a l lb ea c c e l e r a t e d t h u s ，f i n a l l ys t a b i l i z a t i o no f t h er e f u s ew a ss p e e du p ( 2 ) i nt e m p e r a t u r er a n g ew h i c hc a r r i e so ni n t h ee x p e r i m e n t ，l a n d f i l lb o d ya v e r a g e s u b s i d e n c es p e e d ( y ) i sl i n e a rc o r r e l a t i o nt ot h et o t a lt i m eo fl a n d f i l lb o d y ( x ) ，i t sr e l a t i o n s h i p y = 一o 0 4 2 6 x + 1 1 2 0 4 c o r r e l a t i o nc o e f f i c i e n tr 2 = 0 9 9 9 4 1 i n e a rr e l e v a n c ew e l l ( 3 ) w h e nt h eh y d r a u l i cl o a d i n gi sa b o u t5 6 6 m l 1 d 9 0 6 m l 1 d ，t h eo r g a n i cl o a di s a b o u t2 6 2 4 4m g 1 d 2 7 9 7 9 m g 1 d ，t h er e m o v a le f f e c to f c o d c r 、n h 3 一nw a sb e t t e r ， t h em o s tr e m o v a le f f e c tc a na c h i e v e dt o2 9 2 9 2 0 2 0 r e s p e c t i v e l y ( 4 ) p hi s a l li m p o r t a n tf a c t o ri nd e a l i n gw i t hn h 3 一no fl e a c h a t er e c i r c u l a t i o n ，a l k a l e s c e n t e n v i r o n m e n ti s a p p r o p r i a t et on i t r i f y i n gb a c t e r i aa n dd e n i t r i f y i n gb a c t e r i ag r o w t ha n di s c o n d u c i v et ot h er e m o v a lo f n h 3 一n ( 5 ) i nt h ee x t e n s i o no fe x p e r i m e n t ，c o n s i d e r i n gt h er e m o v a lr a t ea n dt h es t a b i l i t yo f r e m o v e ，t h er e m o v a le f f e c to fc o d e r , n h 3 - nw a sb e s tb yt h es o l u t i o no ft h el e a c h a t e r e c i r c u l a t i o ne n t i r e l y w o r d ：l e a c h a t e ；r e c i r c u l a t i o n ；h y d r a u l i cl o a d ；o r g a n i cl o a d ；n i t r i f i c a t i o n ； d e n i t r i f i c a t i o 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：杏1 8 年6 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、公开阅览、借阅以及申请 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) 8 年l ，月ve t o g 年易月2 ，日 长安大学硕上学位论文 1 1概述 第一章绪论 随着我国经济的高速发展和人民生活水平的迅速提高，城市化进程不断加快，城市 的数量和人口逐渐增加，城市生活垃圾问题正变得日益突出，2 0 0 3 年我国城市垃圾年 产量达到1 6 1 6 5 亿吨，人均垃圾年产生量在2 5 0 3 0 0 k g 左右，据推算我国城市生活垃 圾的产生量以每年平均9 的速度增长。部分城市的生活垃圾平均增长率达到1 5 2 0 【1 1 。垃圾历年累计堆存量达6 0 多亿吨，占地3 0 多万亩【2 】，全国有三分之二的大中 城市已被垃圾包围。垃圾作为老鼠、蚊蝇以及各种病菌的孽生地，给城市居民的身体健 康造成严重威胁。同时，垃圾散发的恶臭和产生的渗滤液，对周围大气以及地表和地下 水造成了严重污染。 生活垃圾作为城市垃圾的一部分，包括食品垃圾和普通垃圾：食品垃圾是人们在买 卖、储藏、加工、食用各种食品的过程中所产生的垃圾，这类垃圾腐烂性强、分解速度 快，并会发出恶臭；普通垃圾包括废弃的纸制品、废塑料、破布及各种纺织制品、废橡 胶、破旧皮革制品、废木材及木制品、碎玻璃、废金属制品和尘土等1 3 】。 城市垃圾的处理方法有焚烧、堆肥发酵和卫生填埋等。由于卫生填埋法与其他方法 相比，具有投资少，处理费用低，处理量大，操作简便、适用范围广、对垃圾成分无严 格要求，能处理处置各种类型的废物等优点，目前美国城市生活垃圾填埋率占7 5 ，英 国占8 8 【4 捌。其他一些发展中国家垃圾处理中垃圾填埋的比例更高，如我国就占9 5 以上【6 1 ，因此卫生填埋法是目前我国及世界应用最广泛的垃圾处置方式，而且在今后很 长的一段时间里仍然是主要的处理方法。 我国是发展中国家，经济力量不雄厚，内陆面积比较广阔，因此卫生填埋法较适合 我国国情，然而，垃圾填埋处置会产生大量渗滤液，如处理不当，会带来严重的二次污 染。垃圾渗滤液是由生活垃圾填埋作业后滤出或垃圾分解以及自然降水的原因形成的一 种高浓度的有机废水，其中含有致癌物、促癌物、辅致癌物的苯环等有机物和环境优先 污染物“黑名单”上的二十多种有毒有害污染物【7 1 ，成分复杂，水质和水量波动性大， 这些特点使得渗滤液的处理是目前世界性难题。因此，妥善处理好垃圾填埋过程中产生 的渗滤液，彻底消除垃圾渗滤液对环境的影响是防止二次污染最重要的措施。城市垃圾 第一章绪论 填埋场的设计和研究在我国尚处于起步阶段，随着城市垃圾填埋场的建设，渗滤液处理 也在不断探索与发展，寻求一套经济合理，适应我国垃圾渗滤液处理的工艺流程，开发 新型的渗滤液处理技术，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。 1 2 垃圾渗滤液的来源及形成过程 1 2 1 垃圾渗滤液的来源 垃圾渗滤液主要是指超过垃圾及所覆土层持水容量及表面蒸发潜力的雨水进入填 埋场地后，历经垃圾层和覆土层而产生的高浓度污水8 1 。即在垃圾的填埋过程中，由于 压实，降雨和微生物的分解作用，从垃圾层中渗出的高浓度有机废水。 垃圾渗滤液的产生受诸多因素影响，不仅水量变化大，而且变化无规律性。垃圾渗 滤液的产生主要来自以下五个方面【3 】： 降水的渗入。降水包括降雨和降雪，降雨的淋浴作用是渗滤液产生的主要来源。 外部地表水的流入。包括地表径流和地表灌溉。 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，并没有放置防渗系 统时，地下水就有可能渗入填埋场内。 垃圾本身含有的水分。这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( t ) 垃圾可产生0 0 7 2 2 t 渗滤液。 垃圾填埋后，微生物的厌氧分解产生的水。垃圾中的有机组分在填埋场内分解时 会产生水分。 1 2 2 垃圾渗滤液的形成过程 在垃圾填埋场中废弃物的降解过程主要是微生物作用的结果。对大多数城市垃圾填 埋场的调查研究证明，填埋废物的稳定要依次经历5 个阶段，而且从填埋场产生的渗滤 液的性质随各个阶段不同，这反映在填埋场内发生的微生物降解的过程。固体废物降解 所经历的过程如下【2 】： ( 1 ) 初级调节阶段( i n i t i a la d j u s t m e n tp h a s e ) 本阶段是填埋场内固体废物的放置和水分积累的过程。在达到能够为有活性的微生 物群落提供足够的水分之前，可观测到有一个适应阶段( 或是最初的滞留期) 。为了创 造适宜的生化降解条件，填埋废物在成分和性质方面发生了初步的变化。垃圾填埋初期 长安大学硕上学位论文 垃圾填埋作业中，由于垃圾本身带有水，填埋初期垃圾中带进的氧气以及填埋缝隙有足 够的氧气存在，此时垃圾中易降解组分迅速与填埋垃圾所夹带的氧气发生好氧生物降 解，生成二氧化碳和水，同时释放一定的能量。本阶段的主要生化反应式可表示为： 碳水化合物 c 羞，0 z + “+ 喜y i 1z ) 皱砖x ：+ 圭妒。d + 热量 含氮化合物 c ，珂，u o ：n ，露2 0 + 6 0 ：_ e ，0 。+ 霞解，专：s o2 + 热麓 在此阶段的初期，除了微生物生化反应外，还包括许多昆虫和无脊椎动物等( 螨 m i t e s 、倍足纲节肢动物m i l l i p e d e s 、等足类动物i s o p o d s 、线虫n e m a t o d e s 和e u c h y t r a e i d s ) 对易降解组分的分解作用。此阶段渗滤液中含有高浓度的有机物质，b o d 。c o d 伢 0 4 ，p h 6 5 。 ( 2 ) 过渡阶段( t r a n s i t i o np h a s e ) 在过渡阶段，水分达到饱和容量【9 1 ，埋场内的氧气被耗尽，从而发生从好氧向厌氧 环境的转变，垃圾的降解也由好氧降解过渡到厌氧降解，此时起主要作用的微生物是兼 性厌氧菌和真菌。由于氧向硝酸盐和硫酸盐传递电子受体以及氧被二氧化碳取代而逐渐 形成还原条件，硝酸盐和硫酸盐分别被还原为n 2 和h 2 s ，填埋场内氧化还原电位逐渐降 低，渗滤液p h 值开始下降。在这一阶段的最后，渗滤液中可测出可计量的c o d 和挥 发性脂肪酸( v f a ) 。 ( 3 ) 酸化阶段( a c i dp h a s e ) 在这一阶段中，填埋的固体废物连续水解作用以及随后( 或者同时进行的) 微生物 降解可生物降解的有机物组分的作用下，产生高浓度的中间产物一挥发性有机酸。这一 阶段的主要特征是由产酸菌构成的活性微生物的增长以及底物和营养物质的快速消耗。 由于有机物的水解作用积累了大量的酸，抑制了产甲烷菌的生长。在此阶段，对垃圾降 解起主要作用的微生物是兼性和专性厌氧细菌，渗滤液c o d 、v a f 和金属离子浓度继 续上升至中期达到最大值，此后逐渐下降，同时p h 值继续下降至中期达到最低值( 5 0 甚至更低) 。 ( 4 ) 甲烷发酵阶段( m e t h a n ef e r m e n t i o n ) 在这一阶段，产甲烷菌将挥发性有机酸代谢并转化为甲烷和二氧化碳，硫酸盐和硝 酸盐分别被还原为硫化物和氨氮。p h 值有所上升，重碳酸盐能对p h 值的变化有所缓 第一章绪论 冲，保障了甲烷菌的增殖。另外一些重金属通过络合和化学沉淀而去除。此阶段专性厌 氧细菌缓慢却有效地分解所有可降解垃圾至稳定的矿化物或简单的无机物，这一过程的 主要生化反应如下： 5 n c h 3 c o o h 尘皇b2 ( c h 2 0 ) ，l + 和c + 锄+ 热量 在此阶段前期，填埋气c h 4 含量上升至5 0 左右，有机物质浓度逐渐下降，渗滤 液c o d 浓度、b o d 5 浓度、金属离子浓度和电导率迅速下降，b o d 5 c o d c r 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【2 3 】，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一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【9 】人报道采用厌 氧一吹脱一缺氧一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 0 m 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 g l ，b o d s = 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 s = 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 c 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。物化法受水 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 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【2 5 】利用铅矿混凝以及吸附方法对垃圾渗滤液进行处理，结果表明，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。 吸附法 利用吸附作用进行物质分离已经有很长的历史，常用的吸附剂有活性炭、沸石、粉 煤灰及城市垃圾焚烧炉底渣等2 6 1 。在处理垃圾渗滤液过程中，吸附剂主要用于脱除水中 长安大学硕十学位论文 难降解的有机物、金属离子和色度等。张兰英等2 5 1 用铝土矿吸附渗滤液，有4 8 9 的有 机物被去除。f e t t i g 等【2 7 】则用活性炭吸附预处理渗滤液。p i r b a z a r i 等【2 8 】用生物活性颗粒 炭，即在活性炭上驯化培养生物膜降解有机物。试验表明：用生物活性炭吸附处理渗滤 液和高浓度的有机废水具有很大的潜力，废水中总碳的去除量和生物浓度与生物的增长 曲线有密切的关系。y i n g 等2 8 】将粉末状活性炭投入间歇式活性污泥反应器中，由于降 解和吸附同时进行，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 炭吸附的费用要低。活性炭吸附法可以有效地去除渗滤液中的绝大多数有机物，并且适 应水量和水质污染负荷的变化范围比较大，设备简便。隋智慧等人【2 6 】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，该方法对废水 c o d 盯的去除率稳定在7 0 左右，且受水质变化的影响不大。 化学氧化法 f e n t o n 氧化法是目前应用较多的一种化学催化氧化技术，其原理是将废水中的有机 物氧化成小分子的碳氢化合物或完全矿化成c 0 2 和h 2 0 。f e n t o n 氧化法可使带有苯环、 羟基、c o o h 、一s 0 3 h 、n 0 2 等取代基的有机化合物氧化分解，从而提高废水的可生化 性，降低废水的毒性，改变其溶解性、混凝沉淀性，有利于后续的生化或混凝处理。f e n t o n 试剂具有反应迅速，温度、压力等条件缓和且无二次污染，试剂价格低廉等优点而被广 泛应用【2 9 】。 程洁红，李尔炀等【3 0 】采用f e n t o n 法将城市垃圾渗滤液进行催化氧化后，再投加聚合 铁进行混凝沉淀处理，结果表明，当f e s 0 4 7 h 2 0 的投量为o 2 ，h 2 0 2 f e s 0 4 7 h 2 0 为1 1 ，聚合铁的投量为1 2 时，c o d 去除率为6 8 2 ，色度去除率为9 8 。 张跃升等【3 1 1 等以活性炭作催化剂、h 2 0 2 作氧化剂处理垃圾渗滤液的试验结果表明， 在h 2 0 2 c o d = i 5 、活性炭h 2 0 2 = 0 6 、p h 为2 的条件在反应可在18 0 m i n 内完成，对 c o d 及色度的去除率分别为8 2 8 和8 5 5 ，且可使臭味消失，其催化氧化的机理是先 由羟基自由基攻击有机物，使之降解成小分子，然后这些小分子被吸附在活性炭表面并 与h 2 0 2 反应从而得到降解。 光催化氧化 光催化氧化的机理是利用光照半导体材料或催化氧化剂，产生羟基自由基，并利用 其强氧化性来达到氧化的目的。作为一种新型的水处理技术，具有耐冲击负荷强、不受 温度的影响、易操作、无二次污染等特点，对于难降解物质具有良好的处理效果，由于 考虑到光的透射性的问题，一般不对黑臭的渗滤液原液直接进行处理，而主要是对于生 第一章绪论 物处理后的渗滤液进行达标排放的深度处理。 谭小萍【2 1 等采用光催化氧化法对广州李坑垃圾填埋场经氧化沟工艺处理后的渗滤 液进行了深度处理试验研究。研究表明：投加一定量的t i 0 。后，反应时间控制在1 5 2 h ，处理效果较好，其c o d 去除率可达4 0 - - 一5 0 ，脱色率可达7 0 - 8 0 。 反渗透 反渗透是一种压力驱动的膜处理过程，其分离原理主要是：水溶液能够顺利地通过 膜，而其他的化合物则或多或少甚至完全被膜截留。这样进水经过膜后就被分成两部分： 处理后的渗滤液和截留液( 浓缩液) 。反渗透经常用于渗滤液的后处理中，因其能够去 除中等分子量的溶解性有机物。1 9 7 7 年c h i a n 就提出降低渗滤液c o d 的最有效办法是 反渗透技术( r o ) 技术，后经研究证明反渗透膜处理渗滤液是可行的。h u r d 等【3 2 】选用 3 种低压聚酰胺反渗透膜处理t r m lr o a d 垃圾填埋场渗滤液的实验结果证明，透过液的 流量取决于操作压力大小及t o c 的浓度。当操作压力 1 0 3 1 0 6 p a 时，透过液的流量 为2 6 o 5 4 0 l ( m 2 h ) ，t o c 和c l 的去除率 9 6 ，n h 3 - l q 的去除率 8 8 。 总之，反渗透工艺因其高效性、模块化和易于自动控制等优点，应用得越来越多， 但其用于渗滤液处理还存在以下问题：小分子量的物质的截留效率还不尽人意( 例如氨、 小分子的有机卤代物a o x 等) 。高浓度的有机物或无机可沉降物容易造成膜污染或在 膜表面结垢等问题。由于操作压力很高( 3 - - 一5 0b a ) 造成能耗很高。反渗透浓液的处理 是最大的困难，将其回灌到填埋场中已经不可取了，因为浓液的污染物浓度很高，是非 常危险的废物。目前多采用蒸发和干燥的方法，但费用很耐3 3 1 。 ( 3 ) 物化一生化组合工艺 王显胜掣3 4 】应用a b r 一接触氧化化学氧化组合工艺处理垃圾渗滤液。通过分阶段 污泥培养驯化以及变容积负荷进行试验研究，试验结果表明：进水有机负荷小于1 0 k g c o d ( m 3d ) ，好氧出水c o d 稳定在1 0 0 0 - 一1 5 0 0 m g l ，去除率可以稳定在8 0 8 5 ； 好氧池出水经过f e n t o n 氧化处理，出水c o d 小于1 0 0 m g l 。 李亚峰等【3 5 1 采用混凝- - s b r 工艺处理垃圾渗滤液。研究表明：采用聚合氯化铁混 凝s b r 生化处理工艺能够使垃圾渗滤液的c o d 从5 0 0 0 - - 一，1 4 0 0 0 m g l 降低到2 0 0 m g l ， b o d 5 从1 8 0 0 , - 一5 6 0 0 m g l 降低到l o o m g l 以下，氨氮值从4 7 - - 一3 7 4 m g l 降低到1 5 m g l 以下。 p i r b a z a r i 等【2 8 】人曾尝试采用膜生物活性炭工艺对垃圾渗滤液进行处理研究，向生物 反应器中投加粉术活性炭，并最终形成了生物活性炭颗粒，再对生物反应器的出水进行 长安大学硕i 二学位论文 膜分离，实际就是分置式膜一生物活性炭方式处理垃圾渗滤液，通过吸附、生物降解和 膜过滤的共同作用，达到了较好的处理效果，该工艺对t o c 的去除率可达到9 5 9 8 ， 对特殊有机物的去除率也超过9 7 。 ( 4 ) 土地处理 土地处理，主要通过土壤颗粒的过滤，离子交换吸附和沉淀等作用去除渗滤液中悬 浮固体和溶解成分。通过土壤中的微生物作用使渗滤液中的有机物和氮发生转化，通过 蒸发作用实现渗滤液减量。渗滤液的土地处理包括：慢速渗滤系统( s r ) 、快速渗滤系 统( ) 、表面漫流( 0 f ) 、湿地系统( w l ) 、地下渗滤土地处理系统( u g ) 以及人工 快滤处理系统( 舢r j ) 等多种土地处理系统。目前用于渗滤液处理的土地法主要是回灌 法和人工湿地。 人工湿地 人工湿地是人为创造的一个适宜水生植物或湿地植物生长的“环境”，其具有较高 的植物产气率，在水生植物浸水部分的茎、叶和根系上有大的吸附表面积，并逐渐形成 生物膜，从表层到内部都存在着d o ，相应形成好氧、缺氧和厌氧层，其中有大量的多 种活性微生物。这些微生物种群会迁移，转化或利用渗沥液中的各种污染物质，从而达 到降解的目的。 一般来讲，人工湿地系统都用于渗滤液的深度处理中。b u l c 掣3 6 1 建造一个4 5 0 m 2 的人工湿地对渗滤液进行研究发现，c o d 、b o d 5 和f e 的去除率分别为6 8 、4 5 和 8 0 。陈玉成等采用土壤渗滤和芦苇湿地对渗滤液进行小试研究，在进水c o d 为 1 0 0 0 m g l 时，c o d 去除率可以稳定在6 0 以上，当芦苇湿地的水力负荷为o 1 0 c m d ， 停留时间7 7 d ，进水c o d 为4 0 0 m g l 时，出水可达到排放。 渗滤液回灌法 渗滤液回灌，就是将填埋场底部收集到的渗滤液从其覆盖层表面或覆盖层下部重新 灌入填埋场。回灌作为垃圾渗滤液土地处理的一种方法，主要是利用垃圾填埋层这个“生 物滤床”净化渗滤液，即利用填埋场覆盖层的土壤净化作用、垃圾填埋层的分解作用和 最终覆盖后填埋场地表植物的吸收作用等进行的。r o b i n s o 和m a r i s 等人的研究表明： 渗滤液回灌可以提高垃圾层的含水率( 由2 0 - - 2 5 提高到6 0 - - 7 0 ) ，增加垃圾的 湿度，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，缩短填埋场垃圾的稳定化进程( 使原需1 5 一- - 2 0 年稳定的垃圾缩短至2 3 年) 。 第一章绪论 1 5 垃圾渗滤液的回灌处理 1 5 1 渗滤液回灌法处理的原理 垃圾渗滤液的回灌处理法是利用填埋场覆盖土层的土壤净化作用，填埋垃圾层的降 解作用，和最终覆盖后垃圾填埋场地表植物的吸收作用等进行的。 土壤净化作用，即栖息于土壤中的土壤微生物( 包括好氧和厌氧微生物) 的降解转化 作用、生物固定化作用，以有机物为饵料的土壤动物等的自然净化作用。土壤中有机和 无机胶体的吸附、络合、鳌合作用，土壤的离子交换作用、机械阻留作用等对垃圾渗滤 液的净化也有一定的作用。 由于垃圾中富含微生物，被压实的垃圾层就相当于厌氧生物器。将渗滤液回灌到垃 圾填埋层内，使得最大范围的微生物都能利用渗滤液中的有机污染物。在微生物大量繁 殖的同时，渗滤液中有机物得到降解。同济大学的李国建、徐迪民等人对渗滤液回灌填 埋场后的微生物镜检结果表明，经回灌处理后的垃圾填埋层，空隙多并且发育良好，微 生物种类明显增多，出现一定数量原生动物及大量菌胶团，垃圾填埋层相当于一个生物 滤池【3 8 】。由于作为“填料的垃圾自身不断降解，提供了比普通滤池更大的空隙率，微 生物一般会对渗滤液中的污染物具有很强的适应性和降解能力，不需长时期的驯化培 养。 ( 1 ) 对一般有机污染物的净化原理 渗滤液回灌不仅提高了垃圾填埋场的湿度还增加了有机物和微生物数量，若再配合 营养添加和p h 调节等操作，就完全可以创造一个适合厌氧微生物生长繁殖的环境，众 多研究者均一致认为此时的填埋场完全就是一个天然的厌氧生物滤池【3 8 4 。此时，垃圾 中易降解和中等易降解的有机组分以及回灌的渗滤液中的有机组分在微生物作用下迅 速发生水解、酸发酵和甲烷发酵等反应，从而在比传统填埋场短得多的时间内场内垃圾 和回灌渗滤液中的有机污染物得到有效去除，而不仅仅是转嫁了污染途径。 ( 2 ) 对重金属的阻滞原理 与其他方法相比，回灌法在去除重金属成分方面具有很大的优势。由于重金属对传 统的污水处理工艺中的微生物会产生毒害或抑制，甚至导致运行失败；而重金属能与土 壤、垃圾颗粒发生物理和化学作用，如吸附、离子交换、螯合等，因而在一般情况下， 重金属不会成为回灌法设计和运行的限制性参数，垃圾填埋后，原则上经历了如下几个 阶段，过渡阶段、产酸阶段、产甲烷发酵阶段和稳定阶段。当有适量水分以维持菌群活 1 4 长安大学硕上学位论文 性时，即产生了由好氧向厌氧的转变，接着硝酸盐和硫酸盐被还原，填埋层中0 2 和c o 被c 0 2 所取代，形成一种还原环境，促进了挥发性有机酸的积累，此时垃圾处于连续 水解状态，有机酸进一步富集，p h 下降，金属形态发生变化。而当中间酸产物被甲烷 菌消耗后，硫酸盐和硝酸盐等分别还原为硫化物和氨时，受碳酸氢盐类缓冲作用的控制， p h 开始回升，进而支持甲烷菌的增长，这时适当把握时机将渗滤液回流到进入甲烷发 酵阶段的垃圾中，则渗滤液中的重金属将发生质的变化。渗滤液中的重金属便进入处于 还原阶段的垃圾层中，由于p h 呈碱性，这时形成不溶的金属的氢氧化物和硫化物沉淀。 又由于垃圾在进入甲烷发酵阶段后很快进入稳定态，进入稳定态就意味着垃圾中的有机 质已转化为腐殖质。而腐殖质对金属能起螯合作用，形成了难于流失的沉淀性络合物， 使重金属得到固结【2 1 。 ( 3 ) 对有毒有机物的去除原理 垃圾填埋场通过渗滤液回灌延长了渗滤液在场内的水力停留时间，使微生物与有毒 有机物、必须营养物能保持连续的接触，强化了专性微生物的同化作用及其对有毒有机 物的生物转化、去除过程【4 2 1 。 1 5 2 渗滤液回灌处理法的研究现状及进展 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，并且己经用于实践中【4 3 1 。 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，具有较为广阔的应用f j 景。回灌法处理渗滤液的工艺流程见图1 1 4 4 。 第一章绪论 ( 进行填埋) ( 进后续处理设施) 图1 1渗滤液回濯工艺流程不意图 ( 1 ) 水量平衡研究 渗滤液回灌的水量平衡是垃圾填埋场渗滤液回灌处理法工程应用的关键。回灌处理 利用土壤表面的蒸发作用来消减水量，成功与否就在于能否获得充分的蒸发量，在于回 灌后的下渗水量与土壤蒸发量之间的平衡【4 5 1 。 。 孙月等【4 6 1 通过模拟垃圾填埋场土壤层进行回灌条件下的水量平衡实验研究表明：土 壤表面蒸发量与回灌水量的日平均值之比为o 5 8 ，与下渗量之比为o 9 8 ，水分饱和程度 对蒸发量有明显的影响。夏越青等通过冬季填埋场渗滤液回灌水量平衡的研究【4 7 】表明， 虽然冬季气温低，地表经流量大于其余三季，但冬季降雨量小，气候干燥，土壤蒸发量与 下渗水量的比值高于其余三季，冬季降水产生的下渗水经土壤层后的渗出水仅占降水量 的0 2 左右，仍可实现水量的进一步削减。如果适当增加回灌次数，可以提高削减量。 ( 2 ) 净化能力研究 渗滤液通过垃圾填埋层能有效降低污染物的浓度，这是因为垃圾层中富含的微生物 对渗滤液的降解过程起了重要作用。徐迪明等通过土壤结构对净化作用的影响研究1 3 8 】 表明：不同比例的土砂比可改善土壤柱的透气性及透水性，当土砂比为7 ：l 时，有最高 的c o d 和b o d 5 去除率。如果土砂比过低，则透水性太高，渗滤液在土壤柱中停留时 间太短，处理效果下降：如果土砂比过高，则透水性太差，微生物生长易使土隙阻塞， 使处理周期缩短。李建国等【4 8 】通过模拟不同填埋层对污染物的去除率研究表明：覆盖层、 垃圾层和混合层对渗滤液中c o d 、b o d 5 的去除率均可达到9 5 以上，其中土壤层b o d 5 去除量为1 8 4 7 m g k g d ，垃圾层对b o d 5 和c o d 的去除量为4 6 9 m g b o d 5 k g d 、 2 1 6 5 6 m g c o d k g d ，混合层对b o d 5 和c o d 的去除量为4 1 0 4 m g b o d s k g d 、 1 6 长安人学硕：卜学位论文 9 8 6 8 m g c o d k g d 。 ( 3 ) 回灌处理影响因素研究 水力负荷、c o d 负荷、配水次数等因素是回灌法工程应用中的技术参数，它们对 于回灌法的处理效率均有一定影响。唐家福等【4 9 1 正交试验研究表明：水力负荷是最关键 的影响因素，其次是c o d 负荷和配水次数，最佳组合为水力负荷1 5 9 l m 2 d ，c o d 负荷7 9 6 9 m 2 d ，配水次数为6 次。 ，( 4 ) 填埋方式对处理效果的研究 王琪等研究【5 0 】发现：厌氧条件下，垃圾层对进水污染物浓度在一定范围内的变化， c o d 去除率变化不大，即有一定耐冲击负荷能力；而好氧和兼氧条件下的填埋层，当 进水c o d 负荷增大时，出水浓度变化很大，耐冲击负荷能力弱。采用兼性填埋结构， 渗滤液回流的负荷必须要保持在一个适当的范围。 由于氧气只能透过表层覆土到达垃圾填埋层内的有限深度，常规垃圾填埋方式下， 按渗滤液下渗的方向，垃圾层依次分为好氧区、兼氧区和厌氧区，这样的填埋方式不利 于有机污染物的降解和t n 的去除，厌氧条件下微生物的硝化一反硝化和n h 3 n 分解 率降低。根据硝化一反硝化原理，提出了“准好氧性填埋 5 u ，其运行思想是使渗滤液 集水沟水位低于渗滤液集水干管管底高程，使大气可以通过集水管上部空间和排气通道 使填埋场具有某种好氧条件，垃圾层自上而下实现了“好氧一兼性一厌氧一好氧 流程， 有机负荷、n h 3 n 和t n 去除率均有提高，其中有报道氨氮去除率可达9 5 【5 2 1 。同时， 由于垃圾分解本身会释放大量的热量，内部温度可达到5 0 6 0 。c ，与外部温度存在一定 温差，形成对流，这样可以在不需要外界动力的情况下对填埋场充氧，实现“准好氧性 填埋的稳定运行。 1 6 本课题的研究内容和技术路线 1 6 1 课题前期研究成果及存在问题 本课题小组前期已经对渗滤液的回灌处理作了初步研究，证实在回灌过程中，温度 的升高加快了微生物对回灌渗滤液的分解，回灌渗滤液的日平均减少量与温度呈线性关 系；回灌对渗滤液中c o d c r 、n h 。- n 、s s 均有一定的去除效果，可使填埋垃圾系统中厌氧 反应各阶段时间缩短，加快有机物质的分解，在一定程度上增加了填埋有效容积，进而 加快了填埋垃圾的最终稳定化进程。 课题前期未对渗滤液回灌的关键因素p h 值进行控制，同时针对氨氮的去除由于只 1 7 第一章绪论 选择了有代表性的常规指标进行监测，对其去除机理未能作详细说明。 1 6 2 本课题研究内容 本论文在课题组前期的研究基础上，针对前期试验中存在的问题，进行进一步的深 入和拓展试验研究，本次研究的主要内容包括： ( 1 ) 在课题组前期研究结论的基础上，通过试验详细分析回灌处理法对垃圾渗滤 液中c 0 1 ) 、氨氮等主要因子的处理效果，重点对氨氮的去除以及氨氮与硝酸盐、亚硝酸 盐之间的转化关系进行试验论证分析； ( 2 ) 根据垃圾渗滤液中c o d e r 、n h 3 - n 、垃圾体的沉降速率等主要因子的变化情况， 分析研究回灌法加快了填埋垃圾体的最终稳定化进程； ( 3 ) 研究p h 值的改变对回灌法处理效率的影响； ( 4 ) 研究分析水力负荷对渗滤液的c o d e r 、n h 3 n 的去除效果的影响： ( 5 ) 通过试验分析研究影响渗滤液回灌法处理效率的因素。 1 6 3 研究方案 本试验主要分为二个部分，分别是：垃圾填埋和回灌处理研究。 ( 1 ) 垃圾填埋 本试验在完全自然的条件下，采用城市生活垃圾填埋并覆土的模式。填埋过程中， 垃圾的填埋量约为1 1 0 l 左右，垃圾与覆土体积比约为6 ：1 5 ：1 ，垃圾填埋前均经过 简单分类，主要将垃圾中的大部分塑料制品剔除掉。填埋过程中保证填埋垃圾的数量及 类别，使生成的垃圾渗滤液在与生活垃圾填埋场渗滤液特性基本