（环境工程专业论文）垃圾填埋场渗滤液水质水量预测模型的建立及应用.pdf

广西大学学位论文原创性声明和学位论文使用授权说明 学位论文原创性声明 本人声明：所呈交的学位论文是在导师指导下完成的，研究工作所取得的成果和相 关知识产权属广西大学所有。除已注明部分外，论文中不包含其他人已经发表过的研究 成果，也不包含本人为获得其它学位而使用过的内容。对本文的研究工作提供过重要帮 助的个人和集体，均已在论文中明确说明并致谢。 一：龇j 每 少仁年多月才日 学位论文使用授权说明 本人完全了解广西大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，即： 本人保证不以其它单位为第一署名单位发表或使用本论文的研究内容； 按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本； 学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务： 学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文； 在不以赢利为目的的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 请选择发布时间： 口即时发布口解密后发布 ( 保密论文需注明，并在解密后遵守此规定) 燃：岛j 每翩繇 为，9 年莎月莎日 垃圾填埋场渗滤液水质水量预测模型的建立及应用 摘要 目前，由于广西垃圾填埋场在设计、运营阶段没有充分考虑到广西的 气候特点，在缺乏填埋场垃圾渗滤液水质水量变化特性方面的相关数据和 理论依据的条件下，限制了设计参数的选取和工艺的准确选择，致使区内 多数垃圾填埋场渗滤液处理系统不能达到设计要求。本研究采用模拟填埋 实验对垃圾渗滤液水质水量特性进行研究，推导并建立垃圾渗滤液水质水 量预测模型，旨在指导和调控填埋场垃圾渗滤液处理系统的设计、运行和 管理。 垃圾模拟填埋实验结果表明：垃圾渗滤液水量的变化趋势及其变化幅 度随着降雨量增减有较好的相关性、一致性；初期渗滤液p h 值为4 4 1 5 2 0 ；随填埋时间呈逐渐上升并稳定的趋势；污染物浓度高，呈现初期快速 上升至最大值，并随填埋时间呈近似的指数衰减趋势；初期渗滤液可生化 性较好( o 4 - - 0 5 ) ，随时间逐渐变差，后期仅为o 1 - - - 0 2 ，且c n 较低， 甚至低于l 。 结合广西气候特征和各水质水量模型的特点，选择经验公式法 ( q = i a c 1 0 。3 ) 和指数模型法( 【c 】r = 【c 】。p r ) 建立渗滤液水质水量预测模 型。并将建立的预测模型应用到广西南宁市城南垃圾填埋场坝下区，结果 表明：坝下区垃圾渗滤液日平均产生量约为3 2 m 3 d ，年均产量为11 5 2 0 m 3 。 其中最大渗滤液产生量发生在4 - - - 9 月份，日平均产生量达5 1 m 3 d ，城南垃 圾填埋场坝下区至封场前渗滤液产生总量约为3 4 5 6 0m 3 。预测结果显示渗 滤液c o d 、氨氮、电导率最大值分别可达1 8 0 0 0 m g l 、1 2 0 0 m g l 、1 2 m s c m ， 并在较长的时间内( 1 - 3 年内) 保持在较高污染负荷范围，直到封场后才出 现明显的下降趋势。 基于渗滤液水质水量的预测结果，通过对不同阶段渗滤液水质水量的 特点的掌握，并在对广西南宁城南垃圾填埋场、柳州立冲沟填埋场渗滤液 处理系统工艺进行分析的基础上，对柳州立冲沟填埋场现有渗滤液处理系 统在特殊时期( 系统运行不稳定甚至崩溃) 进行有效调控，对渗滤液处理 系统的运营、管理提供理论依据和一定的指导作用。 关键词：垃圾填埋场渗滤液水质水量预测模型 i es t a b l i s h m e n ta n da p p l i c a t i o no f ，a t e r q u a n t i t ya n dq u a l i t y p r e d i c t i o nm o d e lf o r l a n d f i l ll e a c h a t e a b s t r a c t a tp r e s e n t ，o w i n gt ob el a c ko fs u f f i c i e n tc o n s i d e r a t i o no ft h ec l i m a t i c c h a r a c t e r i s t i c si n g u a n g x ii nl a n d f i l l s d e s i g na n do p e r a t i o n s t a g e ，i nt h e s i t u a t i o no fl a c k i n gr e l e v a n tt h e o r yb a s i sa n dd a t ao ft h el a n d f i l ll e a c h a t e f e a t u r e so fq u a l i t ya n dq u a n t i t y , a c c u r a c yo fd e s i g np a r a m e t e r sa n dp r o c e s s s e l e c t i o ni sl i m i t e d ，w h i c hr e s u l t si nm a j o r i t yo fl a n d f i l l sn o tm e e t i n gd e s i g n r e q u i r e m e n t si ng u a n g x i t h i ss t u d yu s e sl a n d f i l ls i m u l a t i o ne x p e r i m e n tt od o r e s e a r c h o n 1 a n d f i l l l e a c h a t ef e a t u r e so fq u a l i t ya n dq u a n t i t y , d e r i v e sa n d e s t a b l i s h e sp r e d i c t i o nm o d e lo ft h el a n d f i l l l e a c h a t e ，a i m i n ga tg u i d i n ga n d c o n t r o l l i n gl a n d f i l l l e a c h a t et r e a t m e n t s y s t e m i n d e s i g n i n g ，o p e r a t i n ga n d m a n a g e m e n t t h er e s u l t so fs i m u l a t i o n e x p e r i m e n ts h o wt h a to v e r a l lt r e n d sa n dt h e c h a n g i n gm a g n i t u d eo ft h el e a c h a t ep r o d u c t i o nw e r ei ng o o da c c o r d a n c ea n d r e l e v a n c ew i t ht h er a i n f a l l ，a n dt h ei n i t i a lp hv a l u eo fl a n d f i l ll e a c h a t er a n g e s f r o m4 41t o5 2 0 ，w h i c hk e e p su pi n c r e a s i n ga n d g r a d u a l l ys t a b i l i z i n ga c c o r d i n g w i t ht h e f i l l i n gt i m e ；t h ei n i t i a l c o n c e n t r a t i o n r a p i d l y i n c r e a s e s d t ot h e m a x i m u ma n dt h e ne x p o n e n t i a ld e c a y e da c c o r d i n gt ot h ed u r a t i o no fl a n d f i l l w h e ni nh i g hc o n c e n t r a t i o no f p o l l u t a n t s ；t h ei n i t i a lb i o d e g r a d a b i l i t yo fl a n d f i l l l e a c h a t ew a si ng o o dq u a l i t yw h i c hw a sr a n g i n ga b o u tf r o m0 4t o0 5 ，b u t p r o g r e s s i v e l yw o r s eo v e rt i m e ，o n l yr a n g i n gf r o m0 1t o0 2a tl a t e rs t a g e ，t h e b i o d e g r a d a b i l i t yw a se v e nl o w e rt h a n1 , a n dc nw a sl o w i i i t h ep r e d i c t i o nm o d e lo ft h el a n d f i l ll e a c h a t ef o ri t sq u a l i t ya n dq u a n t i t y w a se s t a b l i s h e db yu t i l i z i n gt h ee m p i r i c a lf o r m u l a sa n dt h ee x p o n e n t i a lm o d e l m e t h o d ，c o m b i n i n gc l i m a t i cc h a r a c t e r i s t i c si ng u a n g x ia n df e a t u r e so fq u a l i t y a n dq u a n t i t ym o d e l t h i sm o d e lw a sa p p l i e dt op r e d i c t i n gt h ed a ma r e ao f g u a n g x in a n n i n gs o u t h e r nl a n d f i l l ，w h o s er e s u l t si n d i c a t e dt h a td a ma r e a l a n d f i l lp r o d u c ew a sa b o u t3 2m 3 d 。1o na v e r a g ea n dt h ea v e r a g ea n n u a lo u t p u t w a s115 2 0m j t h el a r g e s tv o l u m eo fl e a c h a t eg e n e r a t e di nf r o ma p r i lt o s e p t e m b e rw i t ha v e r a g ed a i l yo u t p u tw a s5 1m d ，a n dt h et o t a lv o l u m eo f l e a c h a t ei nt h i sd a ma r e at h r o u g hc l o s i n gt h el a n d f i l lr e a c h e d3 4 5 6 0m j t h e f o r e c a s tr e s u l t ss h o w e dt h a tt h em a x i m u m so fc o d ，a m m o n i an i t r o g e na n d c o n d u c t i v i t yc o u l db eu pt o 18 0 0 0 m g l ，1 2 0 0 m g la n d12 m s c mr e s p e c t i v e l y , m a i n t a i n i n gh i g hp o l l u t i o nl o a dr a n g eu n t i lt h el a n d f i l lc l o s e s dt h e nt h o s e p a r a m e t e r si nd i s d i n c t l yd o w n w a r dt r e n d o nt h eb a s i co fa n a l y s i n gv a r i o u sl a n d f i l ll e a c h a t ef e a t u r e so fq u a l i t ya n d q u a n t i t yi nd i f f e r e n ts t a g e s ，a sw e l la sl a n d f i l ll e a c h a t et r e a t m e n ts y s t e m so ft h e n a n n i n gc h e n gn a nl a n d f i l la n dl i u z h o ul ic h o n gg o ul a n d f i l l ，t h el a n d f i l l l e a c h a t et r e a t m e n ts y s t e mo fl i u z h o ul ic h o n gg o ul a n d f i l lc a nb er e g u l a t e d e f f e c t i v e l yw h e ni tr u n si ns p e c i a lc o n d i t i o n ( c a n tr a ns t e a d i l yo rc o l l a p s e ) ， s o m ep r i n c i p l eg u i d a n c e sc a nb es u p p l i e dt ot h em a n a g e m e n ta n do p e r a t i o no f t h el a n d f i l ll e a c h a t et r e a t m e n ts y s t e m k e yw o r d s ：l a n d f i l ll e a c h a t e ；l e a c h a t e ；w a t e rq u a l i t y ；w a t e rq u a n t i t y ； p r e d i c t i o nm o d e l i v 目录 摘要i a b s t r a c t j i i i 符号说明v i i i 第一章绪论：l 1 1 引言j j 1 1 1 ：l 垃圾渗滤液的产生2 1 1 2 垃圾渗滤液的危害3 1 1 3 垃圾填埋场渗滤液处理现状j 3 1 1 4 问题的提出4 1 2 国内外研究动态。5 1 2 1 国外研究动态5 1 2 2 国内研究动态7 1 3 课题研究目的及意义：8 1 3 1 课题研究目的8 1 - 3 2 课题研究意义8 1 4 课题的研究内容9 第二章垃圾渗滤液水量变化规律及其预测模型的建立l o 2 1 垃圾渗滤液产生量的影响因素分析1 0 2 2 垃圾渗滤液水量预测模型的确定：l o 2 2 1 水量平衡法1 1 2 2 2 经验公式法j 1 2 2 2 3 经验统计法l3 2 2 4 其他方法1 4 2 2 5 垃圾渗滤液水量预测模型的评判与选择1 4 2 3 实验部分16 2 3 1 实验目的1 6 2 3 2 实验材料。l6 2 3 3 实验概况l6 2 4 垃圾渗滤液水量的变化规律1 7 2 5 垃圾渗滤液产生量预测模型的建立：1 9 2 6 本章小结：2 0 v 第三章垃圾渗滤液水质变化规律及其预测模型的建立2 2 3 1 水质指标的选取：2 2 3 2 垃圾渗滤液水质的影响因素分析2 2 3 3 垃圾渗滤液水质预测模型的确定2 4 3 3 1 相似法2 4 3 3 2 机理模型法：一2 4 3 3 3 指数模型法2 5 3 3 4 垃圾渗滤液水质预测模型评判与选择2 6 3 4 实验部分，2 7 3 4 1 实验目的2 7 4 4 2 实验材料2 7 3 4 3 实验概况2 7 3 5 填埋垃圾体温度的变化2 7 3 6 填埋垃圾沉降速率的变化2 8 3 7 垃圾渗滤液水质变化规律2 9 3 7 1 垃圾渗滤液p h 值的变化2 9 3 7 2 垃圾渗滤液中电导率的变化3 0 3 7 3 垃圾渗滤液中氨氮含量的变化：3l 3 7 4 垃圾渗滤液有机物含量的变化一3 2 3 7 5 垃圾渗滤液可生化性的变化3 4 3 8 垃圾渗滤液水质预测模型的建立3 4 3 8 1 垃圾渗滤液电导率预测模型的建立3 5 3 8 2 垃圾渗滤液氨氮浓度预测模型的建立。3 6 4 ；8 3 垃圾渗滤液有机物浓度预测模型的建立3 7 3 9 本章小结：3 8 第四章垃圾渗滤液水质水量预测模型的应用4 0 4 1 广西南宁市城南垃圾填埋场概况4 0 4 2 垃圾渗滤液水质、水量预测模型的应用4 1 4 2 1 垃圾渗滤液水量预测模型的应用4 l 4 2 2 垃圾渗滤液水质预测模型的应用4 2 4 3 模型的意义与应用前景4 6 4 3 1 填埋场渗滤液处理系统工艺分析：4 7 4 3 2 指导填埋场渗滤液处理系统运行管理4 8 4 4 本章小结。4 9 第五章结论与展望。5 l 5 1 结论5 l 5 2 展望j 5 2 附表j 5 4 参考文献。5 7 致谢6 2 攻读硕士学位期间发表的论文6 3 v n 符号说明 意义 汇水面积 。生物化学需氧量 化学需氧量 入渗系数， 填埋作业区入渗系数 已覆土填埋区入渗系数 初始污染浓度 t 时刻的污染浓度 连续流反应器模型 降雨蒸发量 垃圾水分蒸发量 渗入填埋场的地下水量 降雨强度 反应速率常数 填埋场作业区个数 氨氮浓度 氢离子浓度指数 渗滤液产量 单位面积渗滤液产量 渗滤液单位面积的产量 渗滤液最大产量 渗滤液浸出延时时间 劲流系数 v i l l 单位或量纲 m 2 m g l 。1 m g l l m g l 1 m g l - 1 m m m m m 3 m m m g l 。1 m 3 m 3 m - 2 d - i m 3 ( h a d ) - 1 m n d d d 错 彳 姚 咖 c _ q 岛 g e 扇 g ， k ，啪 阳 q g g r 母 蒸发系数 覆盖土、垃圾持水系数 地表径流进入填埋场的水量 悬浮物浓度 可排出场外的降雨量 填埋时间 总有机碳量 非饱和污染物迁移模型 垃圾降解速率 垂向反应器模型 挥发性脂肪酸 填埋垃圾含水量 最大月旬降水量 垃圾含水变化量 覆土层水份变化量 垃圾水分变化量 m 3 m g l l m 3 d m g m g d m 3 m m d 3 3 3 m m m 磁尼 s 璐 岛 - 脱 一 v 一 嗍形 凹 觚 觚 ，西大掌硕士掌位论文垃圾擤埋场渗滤液水质水量翻e 测模型的建立及应用 第一章绪论 1 1 引言 随着中国在经济上的快速发展，国家工业化进程的进步加强、同时城市化进程也 得到了快速的发展，随之而来的是城市生活垃圾的快速增长，垃圾包围城市的现象已普 遍存在，并给环境带来的日趋严重的污染问题【l 】。从2 0 世纪末以来，我国城市生活垃 圾的总量以每年百分之八到百分之十的速率增长【2 】，其增长速率远快于城市人口的增长 f 3 】；到2 0 0 0 年底，我国城市垃圾的产量已经达到了惊人的1 5 亿吨。按此增长速度发展 下去，专家预测到2 0 3 0 年我国城市生活垃圾产量达4 0 9 亿吨，2 0 5 0 年则为5 2 8 亿吨 1 4 】。截止目前，全国范围内的城市中已有二十多个城市陷入了垃圾的包围之d ? 1 5 , 6 1 。 而目前，生活垃圾的处理方式主要包括有机堆肥法、卫生填埋法、焚烧法、回收利 用等方法【7 ，8 1 。其中，常用的卫生填埋法资金投资少、垃圾填埋量大、操作运营及管理 费用低、填埋技术要求低等特点【9 1 ，其它垃圾处理方法在经济和技术上与其都是无法比 拟的。中国环境监测中心站通过对国家上百个城市生活垃圾处理现状进行调查，结果显 示其中使用卫生填埋方式进行处理的垃圾量占8 7 5 f 阳1 ，而国外多数发达国家使用的仍 然是卫生填埋方式作为最主要的垃圾处理方法，其中欧美国家的使用率更是高达8 0 以 上】。国内关于生活垃圾的处理研究较晚，而早期的生活垃圾处理多数以简单的堆放、 填埋为主，直n s o 年代末、9 0 年代初国内才建成了第一批真正意义上的卫生填埋场。如 北京的阿苏卫卫生填埋场、深圳的下坪垃圾填埋场、上海的老港区垃圾填埋场以及广州 的大田山、杭州的天子岭等垃圾卫生填埋场【1 2 】。因此，卫生填埋技术既是目前世界上最 常用的垃圾处理技术，也是我国现阶段及将来很长一段时间内主要的垃圾处理方式。然 而，再现代化的卫生填埋场也会产生大量的较难处理的垃圾渗滤液，其具有水质水量随 季节性变化大、污染负荷高( 氨氮浓度高、有机物浓度高、金属含量高等) 、持续时间 长达数十年、处理难度大等特点，倘若得不到妥当的处理，其必将对环境产生二次污染 f l3 1 。同时，垃圾渗滤液是否能够经过处理后达标排放也是衡量一个垃圾填埋场是否是卫 生填埋场的重要指标之一【1 4 】。因此，对垃圾渗滤液的有效处理又成为卫生填埋场的一个 关键性问题 1 5 1 。 广西大掌司e 士掌位论文垃圾填埋场渗滤液水质水量预测模型的建立及基用 1 1 1 垃圾渗滤液的产生 垃圾渗滤液是指填埋垃圾经过先期好氧降解、厌氧发酵以及雨水等地表径流淋溶、 冲淋等一系列复杂的物理、化学作用后形成的一种具有较高污染负荷的有机废水，其主 要来源包括：直接降雨、垃圾自身含有的水分、外部地表径流和地下水的渗入以及垃圾 降解产生的水分等【1 6 , 1 7 】。渗滤液的性质还与填埋垃圾组份、填埋操作方式和填埋时间长 短、垃圾的稳定化程度及气候条件等诸多因素有关。据不完全统计1 8 1 ，我国各城市垃圾 填埋场产生的垃圾渗滤液其性质具有较大的差异，如表1 1 所示。 表1 1 我国垃圾渗滤液水质变化范围 t a b l el - lt h er a n g eo fl a n d f i l ll e a c h a t ew a t e rq u a l i t yi nc h i n a 单位：m g l 通过对我国关于垃圾渗滤液方面的研究文献进行分析，综合考虑各水质指标后可知 我国垃圾渗滤液水质呈现以下几个特征【1 9 , 2 0 , 2 1 】： ( 1 ) 垃圾渗滤液水质、水量随季节性变化大： ( 2 ) 水质复杂，污染物质种类较多； ( 3 ) c o d c r 、b o d 5 浓度高、金属含量也较高； ( 4 ) 氨氮浓度较高，可生化性较差； ( 5 ) 封场后渗滤液营养元素比例失调，特别是磷的缺乏、碳氮严重失调。 根据垃圾填埋场的填埋时间，产生的垃圾渗滤液有两种类型： 新鲜渗滤液指的是垃圾填埋场使用年限在5 年以内产生的渗滤液，其特点主 要表现为：渗滤液有机物浓度( c o d c r 、b o d 5 ) 高，可生化性较好； 老龄渗滤液指的是垃圾填埋场使用年限在5 年以后产生的垃圾渗滤液，其特 点主要表现为：渗滤液p h 呈中性偏碱，7 2 7 8 之间；有机物浓度( c o d c r 和b o d 5 ) 、 氨氮浓度浓度呈现较大的下降，但其可生化性也逐渐变差。除了上述主要影响因素外， 垃圾渗滤液水质还受到季节性降雨的影响，这也是南方降雨量较大城市的主要影响因素 之一，因此由于影响因素较多，垃圾渗滤液的水质预测较难进行。c h a i n 和s c o t t 等人 2 2 , 2 3 , 2 4 】 通过对多数大型填埋场渗滤液各水质指标的变化规律研究，表明其随填埋时间的关系表 现为：填埋时间在5 年以内，c o d 大于1 0 9 l ，p h 呈酸性，c o d t o c 小于2 7 ，b o d c o d 2 垃圾填埋场渗滤液水质水量预测模型的建立及应用 在0 5 左右；填埋时间在5 1 0 年之间时，c o d d 、于l o g l ，p h 呈酸中性，c o d t o c 在 2 0 - - 2 7 之间，b o d c o d 在0 1 o 5 ；而填埋时间在1 0 年以后，c o d d x 于5 9 l ，p h 呈酸 弱碱性，c o d 厂r o c 在大于2 0 ，b o d c o d 小于0 1 。 1 1 2 垃圾渗滤液的危害 垃圾渗滤液因其水质的复杂性而较难进行处理，渗滤液污染负荷高、水质水量随季 节性变化大、后期渗滤液可生化性逐渐较差，加之磷的缺乏、碳氮比严重失调等特点极 易导致国内以生化处理为主的渗滤液处理系统崩溃。而高浓度的渗滤液若不经过达标处 理而直接进入地表水体或地下水体将对周边的水环境、土壤环境、大气环境等造成严重 的污染问题【2 5 】，并进一步影响到人类的健康。德, l a n g l 2 6 1 等人曾经对填埋场6 公里以外 的水体进行监测，发现水体水质已经出现了不容程度的污染现象：同时国内的郑曼英2 7 1 等研究人员亦报导了，九五年封场的老虎窿垃圾填埋场，其渗滤液直到九八年各水质指 标( 如：c o d c r 、氮和磷等指标) 仍然严重的超标。综合资料所述，渗滤液的危害主要 表现在以下三点【2 8 2 9 3 0 1 ： ( 1 ) 污染水体。渗滤液倘若不经处理，对水体的污染主要表现在以下3 个方面：一 是渗滤液中高浓度的有机污染物；二是渗滤液中的有毒有害物质及重金属；三是其他人 工制造较难降解的有机化学物质污染。当上述污染物没经过处理直接排入或渗入地下、 地表水体，污染面积将会逐渐放大。 ( 2 ) 污染土壤。渗滤液通过降雨等地表径流或地下水进入农田以致污染土壤，渗 滤液中有毒有害物质及较高含量的重金属在土壤中的积累极易造成农作物产能下降，同 时有毒有害物质的在动植物中的富集作用又进一步的影响到人类的健康。 ( 3 ) 其他污染。多数填埋场属于厌氧式填埋，期间必然会产生各种有害气体，甲 烷、沼气等有害气体在产生污染的同时亦极易造成火灾；臭气等影响周边的大气环境： 1 1 3 垃圾填埋场渗滤液处理现状 卫生填埋场的关键性问题是对渗滤液的的控制和处理，一个卫生填埋场的运营倘若 对渗滤液得不到妥当处理将直接否定了卫生填埋的应有价值及其意义【3 1 1 。因此，对渗滤 液的有效处理是衡量一个填埋场是否满足卫生填埋的重要指标之一。垃圾渗滤液具有水 质组分复杂，水质水量随季节性变化大，氨氮含量高，有毒物质( 特别是重金属) 含量 高和碳氮比严重失调，磷缺乏等特点，国内对渗滤液处理多采用常规的生化处理为主的 处理工艺。目前，我国垃圾渗滤液的处理主要有场内和场外之分【3 2 , 3 3 】： 广西大学硕士掌位论文垃圾填埂场渗滤液水质水量预测模型的建立及应用 ( 1 ) 多数垃圾填埋场对渗滤液采用经调节池储存而自然蒸发的方法； ( 2 ) 部分垃圾填埋场将渗滤液直接混入城市污水处理厂进行合并处理； ( 2 ) 部分垃圾填埋场对渗滤液初级处理后再汇入城市污水处理厂进行合并处理； ( 3 ) 少数垃圾填埋场通过新建渗滤液处理站进行单独的达标处理； ( 4 ) 较少的垃圾填埋场采用直接回灌的方式对渗滤液进行处理。 综合以上方法可知，由于目前大多数城市的垃圾填埋场远离市区和城市生活污水处 理厂，若将渗滤液接入污水处理厂进行合并处理一方面管道投资较大，另一方面由于渗 滤液水质水量变化大，及其水质的特点极易导致污水处理厂的处理系统遭受冲击，指使 污水厂不能稳定运行甚至崩溃，不但达不到对渗滤液的处理要求，反而影响到城市生活 污水的正常处理；对于新建独立的渗滤液处理系统，由于目前国内较成熟的废水处理工 艺均以生化处理为主，而该工艺又因难以适应渗滤液水质水量变化大，渗滤液较难处理 等原因难以保证新建的处理系统能够全年稳定运行，使得渗滤液处理系统较难达到设计 要求，且建立的处理工艺流程较长，运营管理复杂，导致较高资金的投入却达不到设计 要求，出水水质较难达标【3 4 3 5 ；而直接回灌法又因为操作较难，极易产生恶臭，同时污 染空气和地表水体的原因较难实施，直接回灌法还因某些无法生物降解的污染物浓度累 积较高( 特别是后期的氨累积现象明显) ，导致最终仍需进行单独处理方能排放1 3 6 i 。因 此，无论是采用与城市污水厂的合并处理方法，还是直接回灌的方法或独立处理方法， 都必须考虑对渗滤液进行初级处理和最终的处理1 3 。 而目前，国内渗滤液的主要处理工艺均选择以生物处理为主，物化反应为辅的工艺 流程，如预处理+ 厌氧处理+ 好氧处理+ 深度物化处理；国外现阶段则以投资较高的膜处 理技术为主要的处理手段 3 8 4 1 9 】。通过分析可以发现。其中物理化学处理方法投资较大， 处理后的絮凝底物仍需进行处理，且这种方法在国内也暂无成熟的已实际应用的工艺科 借鉴；强氧化处理技术虽然有着较好的发展前景，但其仍处理探索研究阶段，真正的工 程实例并不多见，处理效率和使用成本是其较难广泛使用的主要限制因素【4 2 】；国内之 所以选用生物处理为主的工艺是因为生化法具有较为成熟的理论依据和较丰富的运行 经验等优势，但应用于渗滤液处理中的主要问题是较难适应渗滤液水质、水量季节性变 化所带来的对处理工艺的冲击影响，而且渗滤液污染物质的复杂性对整个渗滤液处理系 统能否保持正常稳定的运行也有很大的影响【4 3 】。 1 1 4 问题的提出 据统计【4 4 1 ，我国主要城市中拥有垃圾填埋场六百多座，而其中采用了较高防渗技术 4 广西大学硕士掌位论文 垃圾填埋场渗滤液水质水量预测模型的建立及应用 措施的卫生填埋场不到其中的六分之一，而这六分之一的卫生填埋场中对垃圾渗滤液进 行妥当处理的又不到其十分之一，更别提能够对渗滤液进行达标处理的垃圾填埋场了。 对我国垃圾处理的现状，总体上来说我国通过卫生填埋场处理的垃圾量不及垃圾总量的 三分之一，而对填埋处理产生的垃圾渗滤液收集量不及总产量的十分之一，对渗滤液的 处理量更不及收集量的十分之一。截至目前，我国垃圾渗滤液除少数经过预处理进入城 市生活污水处理厂合并处理外，能够真正达到国家标准处理后排放的渗滤液量不n 2 0 0 0 吨每年，仅为垃圾渗滤液总产量的万分之二。因此，要彻底解决填埋场垃圾渗滤液污染 既是一个严峻的技术问题，更是一个棘手的环境问题，关系到社会的生活质量。而垃圾 渗滤液的处理一直是困扰各地区环卫部门的大难题，多年来许多研究人员一直在做着不 懈的努力，但其结果仍然收效甚微。 同时，通过对广西大部分城市生活垃圾填埋场进行的现场调研发现，目前多数垃圾 填埋场及其渗滤液处理系统在设计、运营和管理中由于没有充分考虑渗滤液水质、水量 的特性，对垃圾渗滤液水质水量等指标难以准确的预测，且缺乏符合广西地区气候及垃 圾特点的渗滤液相关数据和理论依据，从而限制了渗滤液处理系统设计参数的选取和工 艺的准确选择，使得渗滤液处理系统大多数达不到设计要求，更别说能够稳定的达到国 家一级排放标准。同时，国内的渗滤液处理工艺均选择以生物处理为主、物化处理为辅， 的工艺方案，加之垃圾渗滤液的水质、水量随季节性变化大，氨氮浓度高，后期渗滤液 可生化性较差，c n 比严重失调等特点【4 5 】极易造成渗滤液处理系统经常遭受水质水量的 冲击，导致生化处理段经常停运甚至整个系统崩溃，使得区内多数垃圾填埋场渗滤液处 理站都存在不能稳定运行，从而导致系统停运或进行改建，造成经济上不必要的浪费的 情况。因此- 对于垃圾填埋场渗滤液水质、水量变化趋势的预测己成为一个关键性的问 题。而目前，国内针对填埋场渗滤液水质水量预测的研究尚较少，特别是对广西垃圾填 埋场渗滤液水质水量预测方面的研究至今尚无任何研究，因此开展这方面的研究就显得 十分必要。 1 2 国内外研究动态 1 2 1 国外研究动态 对于关于垃圾填埋场及其渗滤液处理方面的研究在国外开始的较早，目前也获得了 较多较先进的处理方法和技术。通过文献资料的查阅可知国外在垃圾卫生填埋理论方面 的研究始于2 0 世纪中后期，且初期仅仅从垃圾填埋场的定性分析来研究，直到8 0 年代 垃圾填埋场渗滤液水质水量预测模型的建立及应【用 早期，国外在对卫生填埋技术、渗滤液处理技术的研究经过不断的积累和进展，进入到 了更深层次的研究，比如垃圾填埋场与地形地貌、地质条件等环境因素的相互作用及关 系。国外较多的研究方法采用同位素跟踪技术、探索示踪技术等方法对垃圾层内的污染 组分的转移进行研究，了解污染物质与水环境、土壤环境及垃圾层中的矿物质成分相互 转化、作用的机理。并利用污染物质运移的数值模式、解析模型等预测方法，将机理、 预测方面的研究从定性分析逐渐向定量研究发展。美国的研究者a b g u r e g h i a n t 4 6 1 从 1 9 8 0 年起，利用了2 年的时间对美国的长岛卫生填埋场垃圾渗滤液中的污染物质氯离子 在地下水中的运移方式进行了数值模拟分析，利用的是g a l e r k i n 的有限单元积分法进行 研究；而i f s y k r s 等人m 】也在1 9 8 1 年末采用对流弥散的研究方法从微生物的作用规律 出发，对填埋垃圾层中的有机物质稳定化过程进行了数学模型研究，建立了填埋场渗滤 液有机物浓度随填埋时间的迁移转化预测模式；在1 9 8 4 年到1 9 8 6 年之间，国外研究者 a c d e m e t r a c o p 等人【4 6 】对垃圾填埋场的非饱和流渗入方式进行了模拟研究和敏感性的 分析。同时，国外多数的专家、学者通过模拟或实际填埋场连续性长期数据监测，对多 种渗滤液中的污染物质( 如：有机污染物、含氮物质、硝酸根亚硝酸根离子、氯离子、 重金属元素等) 在水环境和土壤环境中的相互转化、作用机理进行模拟研究，并建立了 相关方面的预测模型。而近年来r a n g l e 等人【4 7 】通过对多个垃圾填埋场渗滤液水质的日 均、时均变化系数进行研究，结果表明其变化系数较大，甚至高达百分之二三百。因此， 在实际过程中较难对渗滤液水质进行准确确定。 近十年来，国外如英、法、美、荷兰等发达国家对垃圾卫生填埋场的设计、建设、 管理及其技术应用方面已经硕果累累并已付诸于工程实践。美国在卫生填埋处理生活垃 圾的基础上已向更先进的堆肥处理技术和垃圾焚烧技术转移，以此来减少日益超负荷的 垃圾填埋场内的垃圾填埋量；而法国等欧洲国家通过对生活垃圾进行分拣、回收利用等 方式实现垃圾减量化、资源化、无害化，以此来更好的控制垃圾渗滤液中大量有毒有害 物质的产生；而荷兰等国家通过对地表径流和降雨的控制，来减少渗滤液的产生量，以 此减少对其处理的运行成本；当然也有采用先进的技术方法来加速填埋场甲烷气体的产 生，以此来减少垃圾渗滤液中碳化合物的产量；或者通过源头控制( 使用垫层设置等方 式) 来减少渗滤液对环境造成的二次污染等问题。另外，国外由于对垃圾卫生填埋的研 究具有了较多的经验和技术，并在较长的时间内对填埋场垃圾渗滤液水质水量变化方面 也积累了大量的相关数据和理论依据，为渗滤液的处理提供了可靠的理论数据和理论依 据。然而，由于影响垃圾渗滤液的因素较多且复杂，而渗滤液水质又具有不同的特性， 6 ，。西大掌硕士学位论文垃圾填埋场渗滤液水质水量预测模型的建立及应用 使得各国研究者仍在不断的对垃圾填埋技术和渗滤液处理技术研究进行不懈的努力，已 解决目前困扰全世界的垃圾包围城市的社会、环境问题。而国外近几十年来的研究表明， 其对垃圾卫生填埋场的研究已经进入了全面系统化的阶段，反映了垃圾卫生填埋技术的 研究已经从初级向高级发展。 1 2 2 国内研究动态 国内对垃圾卫生填埋技术和渗滤液处理技术的研究较晚，且研究成果较少，目前仍 然处于探索发展的阶段，而对填埋技术、渗滤液处理技术的更进一步研究已成为我国今 后研究的重点方向。据相关资料显示，国内在全国范围内对固体垃圾资源化、减量化、 无害化处理处理技术的试点研究直到八九十年代期间才开始出现。而在当时，国内也仅 仅在上海、北京、广州、南京等几个经济比较发达的地区开展了城市生活垃圾卫生填埋 及其渗滤液的处理等方面工作的研究和实例工程；而在我国其它大部分地区的垃圾填埋 仅仅处于集中堆放、随意填埋的方式，环境污染问题特别是产生的渗滤液对水环境、土 壤环境的污染比较严重。关于垃圾填埋场渗滤液水质水量变化及其处理方面的研究知之 甚少，更别说对其复杂的机理进行研究了。随着环境保护思想的宣传，越来越多的国家 领导人对城市生活垃圾的污染问题日益重视，1 9 9 0 年国家建设部、科委等部门正式在国 内要求推行卫生填埋技术，并将其作为我国近期发展和推广的垃圾处理首选技术，并在 国内多个城市展开了垃圾卫生填埋实施工作，将其与国家级卫生城市评选标准挂钩，这 标志着我国卫生填埋方式处理城市生活垃圾进入了一个崭新的阶段。 对于国内关于垃圾填埋场及其渗滤液的研究成果直到9 0 年代后才开始出现。先是 刘东等人对湖北省武汉郭茨口垃圾填埋场渗滤液的特征及其变化规律进行了模拟研究； 另外，国家自然科学基金委资助的项目城市生活垃圾填埋场地球化学效应及其作用机 理等项目对垃圾渗滤液污染组分在垃圾体中的运移及其转化机理进行了全方位的研 究；同时也对分别适合南方和北方垃圾填埋场的不同填埋模式和管理模式及填埋场的演 化阶段进行分析，并对垃圾填埋场地下水的污染进行模拟预测【4 引。同济大学的刘疆鹰等 人【4 9 】对上海市老港区大型城市生活垃圾填埋场填埋垃圾的稳定化过程进行了数学模拟 研究，其结果表明该填埋场填埋垃圾稳定化时间需要至少二十年以上。2 0 0 2 年清华大学 的蒋建国等人【5 0 】又对南方的深圳下坪垃圾填埋场渗滤液产生量进行了实地考察、研究， 其研究结果显示该垃圾填埋场渗滤液产生量随降雨量的变化而变化，但总的变化趋势与 降雨量近似于