（环境工程专业论文）城市垃圾填埋场渗滤液回灌处理技术研究.pdf

摘要 根据垃圾处理“无害化、减量化、无害化”的原则，我国有9 0 左右的城市使用填 埋法处理垃圾，与此同时，垃圾渗滤液的处理和处置程度已被确认为衡量一个填埋场是 否为卫生填埋场的重要指标之一。城市垃圾渗滤液水质复杂多变，具有高c o d c r 、高 n h 3 n 和高重金属离子的特点，其处理的投资、运行成本远远高于一般城市污水和工业 废水。因此，寻求一套经济合理，适应我国垃圾渗滤液处理工艺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。 本论文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。本论文回灌试验主要为原液回灌，研究回灌法对c o d c r 、氨 氮等指标的去除效果及其影响因素和氨氮的去除机理，结果表明： ( 1 ) 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：1 号( 不回灌垃圾柱) 线性拟合关系式：y = 一o 0 8 7 5 x + 1 6 4 8 ； 4 号( 回灌垃圾柱) 线性拟合关系式：y = o 0 8 3 0 ) 【+ 1 7 9 0 。 4 号垃圾体最大平均沉降速率比1 号垃圾体最大平均沉降速率高o 1 3 c m d 。 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 速垃圾填埋场的稳定化进程。 ( 2 ) 温度是影响回灌效果的重要因素，随着温度的降低去除率明显下降。 ( 3 ) 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 ( 4 ) 渗滤液回灌对c o d c r 、氨氮均有一定的去除效果，c o d c r 、n h 3 n 的去除率 在夏季最大可达1 6 4 8 、2 1 0 6 ，秋季最大可达1 2 6 7 、9 6 2 。原液好氧兼氧回灌 对渗滤液中c o d c r 、氨氮的去除效果比原液厌氧兼氧要好。 ( 5 ) 通过试验结果推测分析，试验反应过程中氨氮的去除主要是通过硝化反硝化 作用完成的，厌氧氨氧化也会发生，但不是主要作用。 关键词：渗滤液，回灌，好氧，硝化，反硝化 a b s t r a c t a cp r e s e m ，a 1 i i l o s t9 0 o ft h em u l l i c i p a lr e m s ei 1 1o u rc o u n t d rw 弱仃e a t e dw i t ht l l e t e c h n o l o g yo fl a i l 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 i no fl 锄d f i ui sl e a c h a t eo fw h i c ht h e w a t e rq u a l i t yi sc o m p l e x ，w h t hh i g l lc o d c r 孤dh i 曲n h 3 - nc o n c e n 拄a t i o n 弱w e h 私h i 曲 h e a v ym e t a li o nc o n c e n 仃a t i o n t h es o i l 狮dg r o u i l d w a t e rw i l lb ep 0 1 1 u t e di ft h el e a c h a t e e n t 丽n gi n t oe 1 1 v i r o m e n t s os e e k i i l gae c o n o m i c a ll e a c h a t et r e a t l n 锄tp r o c e s sa d a p t e dt 0 c i l i n ai s a n i m p e n d e n tp r o b l e m t 0 p r o m o t e m e d e v e l o p m e n t o fl 觚d f i u t e c l l l l 0 1 0 9 y c o n s i d 痂gt h er e a l i t yo fo u rc o u i l t r y ，r e c i r c u l a t i o n 弱孤e f r e c t i v e 协e a 衄e i l t t e c l m 0 1 0 9 y0 f1 e a c h a t eh 嬲ag 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 l i e c o m p l e t e l y n a t i l r a lc o n d i t i o n ，t h e p a p e ra d 叩t e d m e p a t t 锄恤c h 1 觚瓶l l i n g ，c o l l e c t e dt 1 1 el e a c h a t ea 1 1 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 l l ee x p e r i m e n tw 觞m a i n l ya b s o l u t e l yr e c i r c u l a t i o n 趾dt r i e dt 0s t u d ym ee f f b c to f r 锄o v a lc o d c r ，n h 3 一n ，t l l 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 n 锄dt l l er e i n o v a l m e c h a l l i s mo fn h 3 - n ，m er e s u n ss h o w e dt h a t ： ( 1 ) h lt e m p e r a t l l r er a n g ew h i c hc a r r i e so ni i lt h ee x p 幽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 i l c es p e e d ( y ) i sl i l l e a rc o r r e l a t i o nt 0t t l et o t a lt i m eo fl a n d 丘l lb o d y ( x ) t h er e l a t i o n s h i pb e f o r e1 2d a y s ，n o1 ( n o tr e c 妣u l a t i o n ) i s ：y = 一o 0 8 7 5 x + 1 6 4 8 n o4 ( r e c i r c u l a t i o n ) i s ：y = 一o 0 8 3 0 ) 【+ 1 7 9 0 t h em a 】【i m 啪a v a g es e n d i m e n t a t i o nr a t eo f n 0 4w a so 1 3 c m ，dt h a i ln 0 1 o w i i l 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 0 1 i s mp h 硒ec a l lb er e d l l c e d ，锄da l s o d e c o n l p o s i t i o no ft h e0 r g a n i cs u b s t a n c ec 觚b 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 fm e r e m s ew 勰s p e e du p ( 2 ) t e m p e r a t u r ei sa l li m p o r t a n tf a c t o ri nd e a l i n gw i m1 e a c h a t er e c i r c u l a t i o n ，w i mt h e t e n 叩e r a t u r er i s i n g ，m er e m o v a l i sd e c l i l l i n gc l e a d y ( 3 ) p hi sa ni m p o r t a n tf a c t o ri nd e a l i n gw i mn h 3 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 i i r 0 姗e n ti sa p p r o p r i a t et oi l i t r i f 弭n gb a c t e r i aa r l dd e n i t r i f 弧n gb a c t e r i a 目o 、矶ha n di s c o n d u c i v et ot l l er e m o v a lo f n h 3 一n ( 4 ) h lm ee x t e n s i o no fe x p e r i m e n t ，r e c i r c u l a t i o nh a u sa 1 1r e m o v a lr a t ef o rc o d c r ，n h 3 一n ， t h eb e s tr a t eo f 陀m o v a li ns u m m e ri s1 6 4 8 a n d2 1 0 6 ，i i la u t u 姗i s1 2 6 7 a n d 9 6 2 c o n s i d e r i n gm er c m o v a lr a t ea n dm es t a b i l i t yo fr c m o v e ，m ea e r o b i cr e c i r c u l a t i o n e n t i r e l yh a u sb e t t e re f 佗c tf o rm er 锄o v a lo fc o d c r ，n h 3 - nt h a l la l l a e r o b i ct r e a t m e n t 。 k e yw o r d s ：l e a c h a t e ；r e c i r c u l a t i o n ；a 咖b i c ；l l 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 i i 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。 论文作者编詹夥 列口罗年，月弓。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) 敝储躲斜 幻。尹年口日 导师签名：训舀笆鲁 9c f 年歹月3 。日 长安大学硕士学位论文 第一章绪论弟一早三百t 匕 1 1概述 改革开放以来，我国经济持续高速增长，城市化进程发展迅速。随着我国城市数量 的增加、规模的扩大和人口的增多，城市生活垃圾也相应的迅速增长。我国城市人口2 1 亿，人均年产垃圾4 4 0 k g ，统计结果表明，我国目前每年的城市垃圾量达到1 5 亿吨， 并正以每年约9 的速度递增【1 1 ，未经处理堆积下来的垃圾量已达到7 0 亿吨，侵占土地 8 亿多平方米【2 1 。全国每年仍有5 6 0 0 万吨的城市垃圾露天存放在郊区，全国有三分之二 的大中城市已被垃圾包围，并且今后3 0 5 0 年是我国人口和城市化的高峰期，垃圾问 题将对我国可持续发展提出严峻挑战。 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【3 】。 为了消除垃圾对环境的恶劣影响，常采用焚烧、堆肥、卫生填埋和综合利用等方法 对垃圾进行处理。卫生填埋法由于技术成熟，处理费用低，处理量大，操作管理简便、 适用范围广等优点，被世界大多数国家广泛使用。其中美国城市生活垃圾填埋率占7 5 ， 英国占8 8 【4 翔，而我国则高达9 5 以上【6 】，主要原因就是因为我国是发展中国家，经济 力量不雄厚，内陆面积比较广阔，而卫生填埋法比较适合我国国情，所以卫生填埋法不 仅是目前以及今后较长一段时间内我国处理城市垃圾的主要手段，也是目前世界应用最 广泛的垃圾处置方式。 垃圾填埋处置过程中产生的恶臭和大量渗滤液，会对周围大气以及地表和地下水造 成严重污染，如处理不当，会带来严重的二次污染，其中以渗滤液造成的危害为大。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，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。城市垃圾填埋场技术 在我国正在全面采用，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， 第一章绪论 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 1 1 垃圾渗滤液的产生 垃圾渗滤液的产生受诸多因素影响，归纳如下【3 】： 直接降水。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o 0 7 2 2 t 渗滤液。 覆盖材料中的水分。随覆盖层材料进入填埋场中的水量与覆盖层物质的类型、来 源与季节有关。 1 1 2 垃圾渗滤液的形成过程 垃圾填埋场在产生垃圾渗滤液的过程中，有一个稳定化的过程。通常包括以下几个 阶段： 一：初始适应阶段 本阶段是填埋场内固体废物的放置和水分积累的过程，填埋废物在成分和性质方面 发生了初步的变化。此阶段渗滤液中含有高浓度的有机物质，b o d 5 c o d c 踟4 ，p h 6 5 。 二：过渡阶段 在过渡阶段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。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 l 认) 。 三：酸化阶段 在这一阶段中产生高浓度的中间产物挥发性有机酸，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 、虹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 o 甚至更低) 。 四：甲烷化阶段 在这一阶段，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，p h 值有所上升。 2 长安大学硕士学位论文 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 “o 4 ，渗滤液 p h 值上升至6 8 8 0 ；此后，填埋气c h 4 含量和渗滤液p h 分别稳定在5 5 左右和6 8 8 o ，渗滤液c o d 浓度、b o d 5 浓度、金属离子浓度和电导率则缓慢下降。 五：最终稳定阶段 当填埋场垃圾中易生物降解组分基本被分解完后，填埋场进入最后的稳定阶段。在 此阶段中填埋气的主要组分依然以c 0 2 和c h 4 为主，但产率显著降低，p h 值维持在偏 碱状态，渗滤液中有机物浓度持续下降，b o d 5 c o d c r 0 1 ，常含有一定量难生物降解 的腐殖酸和富里酸。 总的来说，填埋场渗滤液污染物的组成和浓度与填埋时间、季节、气温等有密切关 系，同一填埋场中不同采样地点、不同采样深度，渗滤液的特征也不尽相同。因此，整 个填埋场的渗滤液实质是不同阶段、不同水质的渗滤液综合的结果【8 1 。 1 1 3 垃圾渗滤液的性质特点 ( 1 ) 有机污染物种类繁多，水质复杂 郑曼英等【9 1 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。 ( 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，其中的 b o d 5 和c o d 浓度最高可达每升几万毫克，甚至十几万毫克，主要是在酸性发酵阶段产 生。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 0 6 。一般而言，c o d 、b o d 5 、 b o d 5 c o d 随填埋场的“年龄 增长而降低，碱度则上升【1 0 1 。 ( 3 ) 水质、水量变化大 水量随季节变化大，雨季明显大于旱季； 污染物组成及其浓度也随季节变化，例如，平原地区填埋场在干冷季节渗滤液中 的污染物组成和浓度较低； 污染物组成及其浓度随填埋时间而变化。 ( 4 ) 金属含量高 第一章绪论 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【1 1 1 。 ( 5 ) 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。 ( 6 ) 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 ：1 ，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。 ( 7 ) 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。 1 1 4 垃圾渗滤液的污染 垃圾渗滤液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 ) 恶臭污染 垃圾渗滤液中存在大量碳水化合物和含氮有机物质，溶解氧不足，处于厌氧或兼性 厌氧环境，会形成多种恶臭物质，如甲烷、氨、硫醇、硫化氢等。 ( 2 ) 对地表水和地下水的污染 需氧有机物的污染 垃圾渗滤液的主要污染为需氧有机物的污染。需氧有机物造成水体缺氧，对水生生 物中鱼类危害很严重。另外当水中溶解氧较低时，厌氧细菌繁殖，形成厌氧分解，发生 黑臭，同时放出甲烷、硫化氢、氨等有害气体。 病原微生物的污染 受病原微生物污染后的水体( 特别是医院垃圾) 微生物激增，其中大多是致病菌， 病虫卵和病毒，它们往往和其他细菌、大肠杆菌共存，所以通常规定用细菌总数和大肠 杆菌菌群数作为病原微生物的间接指标。 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。一旦地下水源被其污染，想用人工方法实 4 长安大学硕士学位论文 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。 ( 3 ) 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，或被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【3 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 2 垃圾渗滤液的处理 1 2 1 渗滤液的处理难点 垃圾填埋场的稳定化过程是一个动态的漫长的过程，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，很难找到对任何 性质的渗滤液都适合的处理方法。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 n h 3 一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。氮含量过高造成 了c n 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。 ( 2 ) 渗滤液水质水量受气象条件的影响，特别是雨水的影响较大，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。 第一章绪论 1 2 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。但由于渗滤液特有的水质及变化特点，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，合理控制垃圾渗滤液的进水比例最为关键。 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 液具有恶臭味道) 。因而单独处理仍旧是垃圾渗滤液处理发展的趋势。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。其处理方法主要包括：生物 处理法、物理化学处理法、土地处理法。 ( 1 ) 生物处理法 生物处理一般分好氧生物处理、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 i i l 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 1 1 1 9 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【1 舶。 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 l 和4 7 2 6 2 3 8 0 m 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 k g c o d ( k g m l s s d ) 和o 0 7 蚝 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 【l3 。 厌氧生物处理 厌氧处理较之好氧处理具有许多优点，主要有能耗少、处理费用较低，对无机营养 元素要求低，对有机物处理负荷较高，特别是对许多在好氧条件下难以处理的卤素多环 长安大学硕士学位论文 芳烃等有机化合物有较强降解能力【3 1 。相对好氧，厌氧技术更适合处理高浓度的有机废 水包括垃圾渗滤液。厌氧处理方法包括上流厌氧污泥床( u a s b ) 、厌氧接触法、厌氧折 流板反应器( a b r ) 等。 沈耀良掣1 4 】采用厌氧折流板反应器( a b r ) 处理垃圾渗滤液混合废水，对反应过程 中的水解酸化作用及污泥特性进行了研究。结果表明：a b r 可以有效改善混合废水的 可生化性。进水b o d 5 c o d 为0 2 0 3 时，容积负荷为4 7 1 k g c o d ( i n 3 d ) 时，出水 b o d 5 c o d 可提高到o 4 o 6 ，形成沉降性能良好，粒径为1 5 m m 的棒状颗粒污泥， 各隔室中污泥浓度为2 0 3 8 9 l ，混合废水经a b r 预处理后大大促进了废水进一步好氧 处理运行的稳定性。 b o r a z a c c o i l i 等【1 5 1 用u a s b 处理c o d 平均浓度3 0 0 0 0m g l 的渗滤液，获得1 0 6 0 的c o d 去除率和3 0 6 0 的氮去除率。英国w r d 2 2 1 采用u a s b 处理c o d 浓度超过 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 0 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【1 6 】，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 。同济大学徐迪民等【1 7 】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 5 ： 3 5 0 2 m l ，s s ：2 4 0 m g l ，p h ：5 6 5 ，获得出水c o d - 2 2 6 7 m l ，b o d 5 = 1 3 3 m l ， s s = 2 7 8m l ，p h 为6 5 7 5 的良好效果。 ( 2 ) 物理化学法 渗滤液在经过一系列生化处理后的出水b c 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、电解氧化等多种方法。 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， 7 第一章绪论 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。 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【1 8 l 。在处理垃圾渗滤液过程中，吸附剂主要用于脱除水中 难降解的有机物、金属离子和色度等。 化学氧化法 f e n 幻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、羧基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，无二次污染，试剂价格低廉等优点而被广泛应用【1 9 1 。 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2 们。 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。 ( 3 ) 物化一生化组合工艺 李亚峰等【2 l 】采用混凝一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 1 4 0 0 0 m g l 降低到2 0 0 m l ， b o d 5 从1 8 0 0 5 6 0 0 i i l g l 降低到1 0 0 m g l 以下，氨氮值从4 7 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 2 1 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 应器中投加粉末活性炭，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 ， 长安大学硕士学位论文 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。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，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，转化或利用渗滤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。b u l c 等【2 3 】建造一个4 5 0 m 2 的人 工湿地对渗滤液进行处理，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 。 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。i 沁b i l l s o 和m 撕s 等人的研究表明【2 4 】： 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。 回灌作为垃圾渗滤液处理方法之一，在国外已得到广泛应用。据估计，在英国5 0 的填埋场进行了渗滤液回灌，美国已有2 0 0 多座垃圾填埋场采用此技术处理渗滤液。 c 1 1 i 锄等人报道，通过回流循环，渗滤液的b o d 5 和c o d c r 可分别降至3 0 3 5 0 m g l 和 7 0 5 0 0 m l 。北英格兰的s e 锄e rc a r r 垃圾填埋场通过渗滤液循环喷洒，2 0 个月后渗 滤液的c o d c r 值明显降低，金属浓度大幅度下降。因此，对填埋场渗滤液回灌及其影 响进行研究，对其今后在国内的推广应用具有重大的实际意义。 1 3 垃圾渗滤液回灌处理法的研究现状及进展 用回灌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 9 第一章绪论 年代起，美国、英国和日本等一些国家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【2 5 】。 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前景。回灌法处理渗滤液的工艺流程见图1 1 【2 6 1 。目前 研究主要集中在水量平衡、净化能力、回灌处理影响因素和处理效果等方面。 降解 ( 进行填埋) ( 尾水) ( 进后续处理设施) 图1 1 渗滤液回灌工艺流程示意图 ( 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【27 1 。 孙月等【2 8 】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【2 9 1 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 o 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【3 0 】表明： l o 甲一于一 长安大学硕士学位论文 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 ：1 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【3 l 】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 l 【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 5 l 【g d 、 9 8 6 8 m g c o d 厥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 回灌法的处理效率均有一定影响。唐家福等【3 2 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 u m 2 d ，c o d 负 荷7 9 6 耐d ，配水次数为6 次。 ( 4 ) 填埋方式对处理效果的研究 王琪等研刭3 3 】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 填埋层内的深度有限，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。根据硝化反硝化原理，提出了“准 好氧性填埋”【3 4 】，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 【3 5 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 ，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 4 课题前期研究成果及存在问题 本课题小组前期已对渗滤液的回灌处理作了初步研究，得到一些主要的研究成果。 曹丽娜试验采用的是每天填埋并覆土原液回灌方式，其主要研究结论【3 6 】： 第一章绪论 ( 1 ) 回灌渗滤液的日平均减少量与温度呈线性关系； ( 2 ) 回灌对渗滤液中c o d c r 有一定的去除效果，n h 3 n 基本无去除； ( 3 ) 渗滤液回灌能加速垃圾填埋场的稳定化进程，增加填埋效率。 贾佳试验采用的是逐步加大水量厌氧回灌方式，其主要研究结论为【3 7 】： ( 1 ) 回灌渗滤液的日平均减少量与温度呈线性关系： ( 2 ) 回灌对渗滤液中c o d c r 、n h 3 - n 、s s 、色度等均有一定的去除效果； ( 3 ) 渗滤液回灌能加速垃圾填埋场的稳定化进程，增加填埋效率。 李悦试验采用的是逐步加大水量厌氧回灌方式，其主要研究结论为【3 8 】： ( 1 ) 原液回灌对渗滤液中c o d c r 、氨氮的去除效果较好； ( 2 ) 渗滤液回灌能加速垃圾填埋场的稳定化进程，增加填埋效率； ( 3 ) 温度、p h 值为8 的弱碱性环境是影响回灌效果的重要因素。 课题前期对渗滤液回灌采用的是逐渐增大水力负荷的方式，对多余的渗滤液进行丢 弃，从而间接的使回灌对c o d c r 、n h 3 n 等指标的去除率增大，造成实验误差。同时针 对氨氮的去除由于只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 5 本课题的研究意义和内容 1 5 1 本课题研究意义 本课题主要是模拟生活垃圾填埋场，在夏季和秋季两个阶段，通过原液回灌试 验研究生活垃圾填埋场渗滤液回灌处理法对c o d c r 、n h 3 _ n 等指标处理效果；研究 渗滤液回灌处理效果的影响因素和进一步研究氨氮的去除机理，为垃圾填埋场渗滤 液回灌工艺的应用提供试验参数和理论依据。 1 5 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，通过采取原液回灌方式进行试验，详细分 析回灌处理法对垃圾渗滤液中c o d c r 、n h 3 - n 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 c r 、n h 3 - n 、垃圾体的沉降速率等主要因子的变化情 况，分析研究回灌法对填埋垃圾体的最终稳定的影响； 1 2 长安大学硕上学位论文 机理； ( 3 ) 研究p h 值、温度的改变对回灌法处理效率的影响： ( 4 ) 改变垃圾体反应的厌氧条件，分析垃圾体中微生物的差异，研究氨氮的去除 ( 5 ) 进一步研究影响渗滤液回灌法处理效率的因素。 第- 二章回灌法基本原理与试验设计 第二章回灌法基本原理与试验设计 2 1基本原理 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