（环境科学专业论文）生活垃圾渗滤液处理过程中氮的转化机制及其环境影响研究.pdf

林里：生活垃圾渗滤液处理过程中氮的转化机制及其环境影响研究 量的氨态氮会以n h 3 形式向大气排放，根据室内模拟实验结果，以n h 3 形式散发 的氮量可占到总氨氮减少量的4 0 以上，n h 3 的排放量与渗滤液中的氨氮浓度、p h 和处理时的气流量等因素有关。根据实验和野外调查的结果，对珠江三角洲五座垃 圾填埋场因渗滤液处理而导致n h 3 排放的量进行了估算，结果表明，这五个渗滤液 处理厂每年向大气排放的n i - t 3 量为9 2 6 1 3 吨。将各填埋场所服务的人口考虑在 内，每人每年通过垃圾渗滤液处理向大气排放的n h 3 量约为4 1 - - 3 2 0gn ( 平均= 1 5 2gn h 3e a p t i t a 4y r l ) 。因而，在处理过程中，有必要采用酸吸收等回收手段以减 少渗滤液处理过程中n h 3 的直接排放，减少渗滤液对环境的不良影响。 2 。对填埋场渗滤液处理厂的实地调查发现，渗滤液的处理过程，尤其是好氧 处理过程可能是温室气体n 2 0 的排放源之一。五个厂各处理步骤的渗滤液中溶解 n 2 0 浓度从0 到1 , 3 0 9 n g m y ，n 2 0 排放量从0 到5 8 8n g m l 。h 1 不等：渗滤液新渗 出液、渗滤液储存池、氨吹脱和厌氧处理池中的n 2 0 量相对不高，但好氧生物处理 池中n 2 0 的量则比较高。以其中的深圳下坪场为例，将填埋场的服务人口考虑在内， 每人每年通过垃圾填埋后的渗滤液处理向大气排放的n 2 0 量为o 2 5gn 2 0c a p i t a 。1 y f l ，这一数值与其他研究者报道的通过生活污水处理而导致的排放n 2 0 量( o 4 3 1 8 9gn 2 0 p e r s o n 4y e a r “) 接近。 3 在室内模拟氨吹脱、曝气处理、厌氧处理、氨吹脱后生物曝气处理和氨吹 脱后厌氧处理等几种渗滤液的处理方法，对其中n 2 0 产生的影响进行了研究，结果 表明，好氧曝气处理可导致n 2 0 产生的增加，而厌氧处理和氨吹脱处理下，渗滤液 中n 2 0 的含量和排放均未显著增加。证实好氧处理过程是渗滤液中n 2 0 产生的主 要来源。调查和实验的数据表明，n 2 0 的释放量与d o 、n 0 3 浓度无相关关系，说 明好氧反硝化作用可能是n 2 0 产生的主要机制。 4 用c 2 h 2 处理渗滤液的实验结果表明在硝化作用受到抑制时，渗滤液中n 2 0 的产量升高，且n 2 0 的释放量与n 0 2 的浓度呈正相关关系，说明系统中反硝化作 用不完全导致了n 0 2 - 和n 2 0 的积累，进一步证实了反硝化作用是渗滤液产生n 2 0 的主要途径。 5 将微藻置于不同稀释浓度的渗滤液中，发现高浓度的渗滤液对藻的生长有 抑制作用，而在较低浓度的渗滤液( 1 0 ) 中，尽管氨氮浓度高达1 3 5m gl 一，藻 细胞仍然可以生长。不同藻种对渗滤液表现出不同的耐性，分离自渗滤液的蛋白核 l l 中山大学博士学位论文 小球藻( c h l o r e l l ap y r e n o i d o s al k ) 和来自其他正常水体的蛋白核小球藻在渗滤液 中表现出较强的耐性，而另一种分离自渗滤液的斯诺衣藻( c h l a m y d o m o n a ss n o w i a e l k ) 则耐性较差；分离自渗滤液中的蛋白核小球藻( l k ) 比不同来源的蛋白核小 球藻对渗滤液及其中高浓度的氨氮有更强的耐性。 6 经过微藻培养处理的渗滤液中，氨氮去除率比无藻类处理渗滤液中的去除 率明显提高；藻的细胞密度和氨氮去除率之间存在着正相关关系，说明微藻处理能 有效促进渗滤液中氨氮的去除。研究中还发现，微藻在减小渗滤液植物毒性方面也 有良好效果。用无藻处理和经过藻生长处理的渗滤液分剐对小白菜( b r a s s i c a c h i n e n s i s ) 种子进行萌发试验，结果表明，小白菜种子在经过微藻处理的1 0 、3 0 和5 0 渗滤液中的萌发率，显著高于无藻处理的相应浓度渗滤液中的萌发率。 关键词：垃圾渗滤液，氨氮，转化，氨气，氧化二氮，微藻 i i i 中山大学博士学位论文 m e c h a n i s m so fn i t r o g e nt r a n s f o r m a t i o ni n m u n i c i p a l l a n d f i l ll e a c h a t et r e a t m e n t p r o c e s s e sa n di t se n v i r o n m e n t a li m p a c t s m a j o r ：e n v i r o n m e n t a ls c i e n c e s n a m e ：l i l i n s u p e r v i s o r s ：p r o f c h o n g y ul a n a b s t r a c t w ea r ef i x i n ga sm u c hn i t r o g e na r t i f i c i a l l ya st h en i t r o g e nc y c l ed o e sn a t u r a l l y a p o r t i o no ft h ep u f f e d - u pn i t r o g e nc y c l ew a st h e nc o u s u m e da n dd u m p e di n t ol a n d f i l li n t h ef o r mo fm u n i c i p a ls o l i dw a s t e ( m s w ) a f t e rd e g r a d a t i o n ，m o s to ft h ec o m p o u n d n i t r o g e ni nm s wb e c o m e sa m m o n i a c a l n a n dl e a e h e do u ti nt h ef o r mo fl a n d f i l l l e a c h a t e t h e r e f o r e ，p r o p e rt r e a t m e n t o fl a n d f i l ll e a c h a t eb e f o r ed i s c h a r g i n gt ot h e s u r r o u n d i n g a r e ai s r e q u i r e d h o w e v e r , t h eb u d g e t s a n dt r a n s f o r m a t i o no ft h e a m m o n i a c a l - nd u r i n gt h ev a r i o u sl e a c h a t et r e a t m e u tp r o c e s s e sa r en o tc l e a r t h eo v e r a l la i m so ft h ep r e s e n ts t u d yw e r et oi n v e s t i g a t et h et r a n s f o r m a t i o no f a m m o n i a c a l - n i t r o g e na n dt h ep r o d u c t i o no fn h 3a n dn 2 0a sb y - p r o d u c t st h r o u g h l e a c h a t et r e a t m e n t , t oe s t i m a t et h ee m i s s i o n so fn h 3a n dn 2 0i n t o t h ea t m o s p h e r e t h r o u g hl e a c h a t et r e a t m e n t s ，a n dt ot e s tf o rt h ep o s s i b i l i t i e so f l e a c h a t et r e a t m e n tu s i n g t o l e r a n tm i c m a l g a e f i e l ds u r v e y sa tf i v el a n d f i l l si nt h ep e a r lr i v e rd e l t ao fc h i n aa n das e r i e so f l a b o r a t o r yi n v e s t i g a t i o nw e r ec o n d u c t e dt od e t e r m i n et h et r a n s f o r m a t i o no fm a j o rf o r m s o f n i t r o g e nc o m p o u n d sw i t hr e s p e c tt od i f f e r e n to p e r a t i o no f l e a c h a t et r e a t m e n tp r o c e s s e s 林里：生活垃圾渗滤液处理过程中氨的转化帆制及其环境影响研究 t h ee m i s s i o n so f n h 3a n dn 2 0w e r ee s t i m a t e d t h ec o n t r i b u t i o no f l e a c h a t et r e a t m e n t s t ot h ea n t h r o p o g e n i cn i t 3a n dn 2 0e m i s s i o n sw e r ea l s oe s t i m a t e d t h e n ，a c e t y l e n e b l o c km e t h o dw a su s e dt oi d e n t i 母t h em a j o rr o u t ea n dm e c h a n i s mo fn 2 0p r o d u c t i o n f i n a l l y ，t o l e r a n tm i c r o a l g a ei s o l a t e df r o ml e a c h a t ew e r eu s e dt oc o m p a r et h ee f f e c t so f a m m o n i a c a l n i t r o g e nr e m o v a la n dt o x i c i t yr e d u c t i o nf r o ml e a c a h t ew i t ha n dw i t h o u t a l g a e m a j o rf m d i n g ： 1 r e s u l t so ff i e l ds u r v e ya n dl a b o r a t o r ye x p e r i m e n t sr e v e a l e dt h a ta e r a t i o no f l a n d f i l ll e a e h a t ea ta l k a l i n ec o n d i t i o nw a se f f e c t i v et os t r i po u tm o r et h a n9 5 o f a m m o n i a c a l n i t r o g e nf r o ml e a c h a t e m o s to f t h el o s ta m m o n i c a ln i t r o g e ne m i t t e dt ot h e a t m o s p h e r ei nt h ef o r mo fa m m o n i ag a s n o n eo ft h es t u d i e dl a n d f i l l sp r o v i s i o n e dw i t h a m m o n i ag a sr e c o v e r yf a c i l i t i e s t h ef i v es t u d i e dl a n d f i l l se m i t t e da b o u t9 2 1 0 6t o 6 1 3x1 0 8gn h 3 y r 1 t ot h ea t m o s p h e r et h r o u g ha m m o n i as t r i p p i n ga sw e l la st h r o u g h a e r o b i ch i o ! , o g i c a ll e a c h a t et r e a t m e n t i ft h es e r v i c i n gp o p u l a t i o no ft h el a n d f i l l sw e r e t a k e ni n t oc o n s i d e r a t i o n ，4 1 3 2 0gn h 3e a p t i t a ly r - lw a sr e l e a s e dt ot h ea t m o s p h e r e t h r o u g hl e a c h a t et r e a t m e n t ( a v e r a g e = 1 5 2gn h 3c a p t i t a - 1y r 1 ) a m m o n i ag a s e m i s s i o nf r o ml e a c a h t et r e a t m e n tf a c i l i t i e ss h o u l db ea v o i d e db ya c i ds c r u b b i n go rb y s o m eo t h e rm e b l l s 2 n i t r o g e n o u sl a n d f i l ll e a c h a t et r e a t m e n tc a nb eas i g n i f i c a n tp o t e n t i a ls o u r c eo f n z oe m i s s i o n n i l ( r a wl e a c h a t e ) t o5 8 8n gm r li t 1 ( s e q u e n t i a lb a t c hr e a c t o r ) n 2 0 e m i s s i o nw a sd e t e c t e da tf i v et r e a t m e n tp l a n t s t h ep r o d u c t i o na n de m i s s i o no fn 2 0 w e r en o th i g hi nr a wl e a c h a t e ，l e a c h a t es t o r a g ep o n d s ，a m m o n i as t r i p p i n gf a c i l i t i e sa n d a n a e r o b i ct r e a t m e n tt a n k s h o w e v e r , t h ep r o d u c t i o na n de m i s s i o no fn 2 0w a s e s p e c i a l l yh i g hs o o na f t e rt h er a wl e a c h a t ew a sa e r a t e d t h ee m i s s i o nw a sp o s i t i v e l y c o r r e l a t e dt ot h ed i s s o l v e dn 2 0c o n t e n t si nl e a c h a t e ；d e t e c t e dd i s s o l v e dn 2 0r a n g e df r o m 0t o1 , 3 0 9n gm l n 2 0e m i s s i o nw a se s t i m a t e dt ob e0 2 5gn 2 0c a p i t a ly e a r - i ， c o m p a r a b l et on 2 0e m i s s i o nt h r o u g hc o n v e n t i o n a ls e w a g et r e a t m e n t 3 l a b - s c a l ee x p e r i m e n t ss h o w e dt h a tm o r en 2 0w e r ep r o d u c e dt h r o u g hb i o l o g i c a l a e r a t i o n ，c o m p a r e d 谢ma m m o n i as t r i p p i n ga n da n a e r o b i ct r e a t m e n t t h e r e f o r e ，i t c o u l db ec o n c l u d e dt h a tn 2 0i nl e a c h a t ew a sm a i n l yp r o d u c e dt h r o u g ha e r o b i ct r e a t m e n t v 中山大学博士学位论文 p r o c e s s n oc o r r e l a t i o nw a sf o u n db e t w e e nn 2 0p r o d u c t i o na n dn 0 3 c o n c e n t r a t i o ni n t h ee x p e r i m e n t s a e r o b i cd e n i t r i f i c a t i o nw a sc o n s i d e r e dt ob em a i n l yr e s p o n s i b l ef o r t h en 2 0 p r o d u c t i o ni nt h ea e r o b i ct r e a t m e n tp r o c e s so fl e a c h a t e 4 a c e t y l e n e ( c 2 h 2 ) w d su s e da sn i t r i f i c a t i o ni n h i b i t o rt od i s t i n g u i s ht h ee f f e c to f n i t r i f i c a t i o no rd e n i t r i f i c a t i o no nn 2 0e m i s s i o nf r o ml a n d f i l ll e a c h a t et h r o u g hd i f f e r e n t t r e a t m e n tp r o c e s s e s m o r en 2 0w a sp r o d u c e dw h e nn i t r i f i c a t i o np r o c e s sw a si n h i b i t e d b yc 2 h 2 p o s i t i v e c o r r e l a t i o nw l t sf o u n db e t w e e nn 2 0p r o d u c t i o na n dn 0 2 c o n c e n t r a t i o n s h o w e v e r ，n h 4 + ，n 0 3 。c o n c e n t r a t i o ni nl e a e h a t es h o w e dn or e l a t i o n s h i p w i t hn 2 0e m i s s i o n t h er e s u l t sr e v e a l e dt h a td e n i t r i f i c a t i o r t , r a t h e rt h a nn i t r i f i c a t i o n ， w a st h em a i nc a u s a t i o no ft h en 2 0p r o d u c t i o n ；t h ea c c u m u l a t i o no fn 0 2 a n dn 2 0w e r e c o n s i d e r e d 器t h ei n t e r m e d i a t e so fi n c o m p l e t ed e n i t r i f i c a t i o n f u r t h e r m o r e f r o mt h e e x p e r i m e n t a lr e s u l t s ，i tc a l lb ec o n c l u d e dt h a tn 2 0p r o d u c t i o nu n d e ra e r o b i ct r e a t m e n to f t h el e a c h a t em i g h tb ed u et ot h ea e r o b i c - d e n i t r i f i c a t i o na n di n c o m p l e t ed e n i t r i f i c a t i o n 5 t w om i c r o a l g a e ，c h l o r e l l ap y r e n o i d o s a ( l k ) a n dc h l a m y d o m o n a ss n o w i a e ，唧i s o l a t e df r o mah i 【g l la m m o n i al e a e h a t ep o n di nl ik e n gl a n d f i l l ，g u a n g z h o u t h e i rs u r v i v a la n dg r o w t hw e r et e s t e di nas e r i a ld i l u t i o no fl a n d f i l ll e a c h a t eu n d e r l a b o r a t o r yc o n d i t i o n s ，a n dt h e i rg r o w t hr a t e sw e r ec o m p a r e dw i t ht h a to fa c h l o r e l l a p y r e n o i d o s as t r a i ni s o l a t e df r o mac l e a nr i v e r t h er e s u l t si n d i c a t e dt h eg r o w t ho fa l l t h r e ea l g a ew a si n h i b i t e db yh i g hl e a c h a t ec o n c e n t r a t i o n s ，a n dt h ei n h i b i t i o na p p e a r s l i n k e dt oh i g l la m m o n i a ( a m m o n i a c a l - n 6 7 0m gl 。) h o w e v e r ，a l la l g a es u r v i v e di n t h el o w e r ( 1 ql e a c a h t ec o n c e n t r a t i o nw i t ha m m o n i a c a lc o n c e n t r a t i o no f1 3 5m gl t h et w oc p y r e n o i d o s as t r a i n sw e r em o r e t o l e r a n tt ol e a c h a t ea n dcs n o w i a e ( l k ) w a s m o l es e n s i t i v e 6 n i t r o g e nr e m o v a lr a t e sw e r ed e t e r m i n e di nas e r i a ld i l u t i o no fa l g a l t r e a t e da n d a l g a l - f r e el e a c h a t e s i g n i f i c a n ta m o u n t so f a m m o n i a c a l - ni n t h el e a c h a t ew e r er e m o v e d b yt h ea l g a e ，w i t hap o s i t i v ec o r r e l a t i o nb e t w e e na l g a lg r o w t ha n dn i t r o g e nc o n s u m p t i o n p h y t o t o x i c i t yo fl e a c h a t ew a sr e d u c e da f t e ra l g a lg r o w t h ，a sd e m o n s t r a t e db yb r a s s i c a c h i n e n s i ss e e dg e r m i n a t i o nt e s t t h eg e r m i n a t i o n r a t e si n1 0 ，3 0 a n d5 0 c o n c e n t r a t i o n so fa l g a l - t r e a t e dl e a c h a t ew e r es i g n i f i c a n t l yh i g h e rt h a nt h o s ei nt h es a m e c o n c e n t r a t i o nb u ta l g a l f r e el e a c h a t e v t 林里：生活垃圾渗滤液处理过程中氮的转化机制及其环境影响研究 k e yw o r d s ：l a n d f i l ll e a c h a t e ，a m m o n i a c a l - n ，a m m o n i a , n i t r o u so x i d e ，m i c r o a l g a e ， v i i 中山大学博士学位论文 第1 章前言 1 1 固体废弃物、垃圾填埋场和全球氮循环 固体废弃物( m u n i c i p a ls o l i dw a s t e ，m s w ) ，俗称为垃圾或废物，包括人们日 常生活弃置的产品外包装、剪下的草、家具、衣物、瓶子、食物残余、书报、用具、 涂料、电池等。 现代社会由于工业化和人口的快速增长，固体废弃物的排放量也迅速增长，全 球每年产生的固体废弃物约为1 0x1 0 9 吨。有报道称在2 0 0 3 年美国因由居民、商业 和公共设施而产生的固体废弃物量达到了0 2 3 6 1 0 9 吨，约合每人每天产生4 5 磅 ( u s e p a ，2 0 0 3 ) 。中国的固体废弃物产生量为0 1 5 1 0 9 吨，每年以约1 0 的速度 递增。据统计广州2 0 0 4 年度每天产生的固体废弃物约为5 , 3 0 0 吨，2 0 0 5 年每天的 固体废弃物产量约为6 , 0 0 0 一- 6 ，5 0 0 吨( 广东省建设厅，2 0 0 4 ) 。固体废弃物的妥善的 处置是目前各国所面临的环境问题之一。 从十九世纪开始，填埋( 1 a n d f i l l ) 成为一种常用的废物处置方法。1 9 7 0 年之 前，填埋场所往往选在最为便利和最便宜的地方，如：沼泽地、湿地、矿业废弃地、 废弃采石场等，没有特定的运行规则，但这种简易、粗放的填埋对周围环境存在潜 在的危害，垃圾堆坍塌、自燃的事故时有发生。从上世纪七十年代之后，这种露天 堆放的方法逐步被卫生填埋法所取代。 卫生填埋是一种对环境和公共健康造成危害最少的陆地处置固体废弃物的方 法。固体废物首先在填埋区被铺平并压实，每天盖上一层惰性土层以减小填埋操作 期间害虫、臭味和不良景观的影响。当整个填埋区域的容量被占满后，覆盖一层约 1m 厚的最终覆土层。因此对填埋场的选址、设计、运行、监控、封场、关闭后的 管理都有严格的规范，以尽量减小填埋场对环境的不良影响。 卫生填埋具有费用较低、废弃物在受控制的条件下分解等优点。而其他废弃物 处理的方法存在各自的局限性和缺点，在实际应用中受到一定限制，如焚烧法可能 导致大气污染，堆肥法和厌氧消化法并不适合用于所有类型的固体废物( 如含重金 属的废弃物) 。所以，尽管填埋并不是唯一的处置固体废物的方法，许多国家还是 林里：生活垃圾填埋场渗滤液处理过程中氮的转化及其环境影响研究 将这种方法作为处置固体废弃物的首选方法。此外，所有其他替代垃圾填埋的方法 所产生的一些副产物，最终仍需要被填埋处置。 近年，美国约有3 0 的固体废弃物被重复循环利用或送去堆肥，1 4 被焚烧 处理，其0 2 3 6x1 0 9 吨固体废弃物中剩下的5 5 4 ( o 1 3 8x1 0 9 吨) 被填埋处置 ( u s e p a ，2 0 0 3 ) 。在欧洲，比如地中海地区诸国，也都广泛采用填埋处理固体废弃物 ( z o u b o u l i se ta 1 ，2 0 0 1 ) 。韩国等亚洲国家也主要是填埋处理固体废物( c h oe ta 1 。 2 0 0 2 ) 。填埋法处置固体废弃物在中国运用比较普遍，2 0 0 3 年中国大陆地区日填埋 处理的固体废弃物总量为0 1 4 9 1 0 9 吨，其中无害化处理( 不对环境造成污染) 的 比例约为5 0 8 ，包括卫生填埋( 国家环保总局，2 0 0 4 ) 。根据香港环保署( h k e p d ， 2 0 0 3 ，2 0 0 4 ) 的报告，2 0 0 3 年香港的填埋场每天所接受的废弃物量为1 7 ，7 5 7 吨，2 0 0 4 年为1 7 ，5 0 2 吨。上海2 0 0 4 年每日产生的固体废弃物量为1 5 ，0 0 0 吨，其中约9 0 被填埋至近郊的一座填埋场( 曹其炜，2 0 0 4 ) 。广东省2 l 城市的5 4 座填埋场日处理 固体废弃物总量为2 1 ，5 4 5 盹( 广东省建设厅，2 0 0 4 ) 。 值得注意的是，日益增长的固体废弃物填埋量与全球范围内氮循环的改变有着 密切关系。在没有人类大规模的干预之下，自然生态系统的氮循环主要包括输入、 循环和输出3 个过程，输入过程是通过生物或理化的作用将大气中的氮固定成氨或 铵盐；进入循环过程，铵盐经过硝化作用成为亚硝酸盐或硝酸盐，被植物吸收、转 化为氨基酸，然后经食物链逐级传递。动植物残体和代谢产物被分解成为氨，又再 进入硝化作用和植物吸收的环节，循环不己：一部分硝酸盐可被反硝化作用还原为 氮气，返回到大气中，这是输出的过程。古时代的固体废弃物主要是有机废物，量 也较少，多弃置在居住地附近的环境中，废弃物中的含氮成分或者被食腐动物消耗 掉，或者被矿化，重新在生态系统循环，其中一部分经硝化、反硝化过程最终返回 大气，这种处理的方式对自然界氮循环的影响有限。但在近、现代社会，人类通过 化肥生产、种植豆类等固氮作物，每年将大量大气中的氮固定下来，大大改变了自 然界的氮循环。有研究指出，2 0 世纪9 0 年代每年约有1 4 0 t g 的氮( 1t g = 1 0 1 2 曲 被固定( g a l l o w a ye ta 1 ，1 9 9 5 ) 。农业生产中施用的氮肥据估计约有2 5 转化为作物 产量。通过各种消费行为，这部分氮主要通过两条途径返回到环境中：一是转化为 液态形式的废物( 废水) 被排放，二是以固态形式被丢弃、处置( 图1 - 1 ) ，垃圾填埋 场接收了相当一部分人为活动所固氨的氮，固体废弃物管理及垃圾填埋场也成为影 2 中山大学博士学位论文 响全球氮循环的环节之一。 拙一隅 j i 农朔舞失 蚋嗣 重 坞o 心 、， 心o 鸭 鸭o心 f 心on 鸭 f? 叩眦 心o心 图1 - 1 氮的转化示意图( 转自b a r t o na n da t w a t e r , 2 0 0 2 ) 研g 1 - 1s k e t c hm a p o ft h en i t r o g e nc y c l e ( f r o mb a r t o na n da t w a t e r , 2 0 0 2 ) 1 2 填埋场运行和垃圾渗滤液的环境影响 如果垃圾填埋场的管理不善，不仅占用大量的土地，而且严重污染环境。即便 是在管理良好的填埋场，由于废弃物中有机物的分解而产生的填埋气( 主要是c h 4 ， c 0 2 等) 和渗滤液的污染问题仍无法避免。迄今为止，填埋气的收集和利用技术已 发展的较成熟( l e m a , 1 9 8 8 ) ，例如甲烷( c h 4 ) 可用于发电。 垃圾渗滤液是由于进入填埋场内部的水分( 包括降水) 穿过覆土层或废弃物层， 将废弃物中所含的部分降解的有机或无机成分冲洗出来所形成的。垃圾渗滤液是一 毗，善卜 枢一 褂+气竺 j 耀 鳓隧 一 黼 肾 撵膦弋 林里：生活垃圾填埋场渗滤液处理过程中氮的转化及其环境影响研究 种含高浓度污染物且成分复杂的液体( c h ue ta 1 ，1 9 9 4 ；l o ，1 9 9 6 ) ，渗滤液的性质依据 所填埋废弃物的组成、填埋场的设计和气候因素而不同( c h e n ，1 9 9 6 ) 。一般来讲， 渗滤液含有很多种的无机和有机物，如氮、磷、m g 、n a 、k 、z n 、f e 、m n 、p 、芳 香族化合物、单宁酸、酚类物质等( l o ，1 9 9 6 ；b e r n a r de ta 1 ，1 9 9 7 ；李向丽等，2 0 0 6 ) 。 p o h l a n d 和g o u l d ( 1 9 8 6 ) 将填埋场内的废弃物降解过程分为五个阶段：潜伏阶 段、转化阶段、产酸阶段、甲烷发酵阶段和成熟阶段，产酸阶段的渗滤液含高浓度 的c o d 、b o d 、氨氮( n i t 4 + - n ) 和重金属，产甲烷阶段p h 升高，c o d 、b o d 有所 降低，随着填埋时间的推移，成熟阶段的垃圾渗滤液可生化降解性降低、氨氮含量 升高。由于渗滤液中含有多种污染物，如不加以妥善处理就将其排放到周围的土地、 地表水或地下水中，会对环境造成恶劣影响( q a s i ma n db u r c h i n a l 1 9 7 0 ；r o b i n s o n a n dm a r i s ，1 9 8 5 ；1 9 8 8 ；a l k a l a ye ta 1 ，1 9 9 8 ；h u a n ge ta 1 ，1 9 9 9 ；方满等，2 0 0 0 ；夏立江 和温小乐，2 0 0 2 ；钱丽萍和赵士德，2 0 0 6 ) 。 1 3 渗滤液中的含氮化合物污染 渗滤液中氨氮含量往往较高，远远超过土壤和一般废水，常常可超过1 , 0 0 0m g l ，甚至高达2 , 0 0 0 - - 5 ，0 0 0n a gl ( r o b i n s o n , 1 9 9 1 ；l ia n dz h a o ，2 0 0 1 ) 。渗滤液中 大量的氨氮主要来自于固体废弃物中所含的蛋白质、氨基酸、尿素等形式的有机氮。 据b a r l a z 等( 1 9 9 0 ) 估计，固体废弃物中大约含4 左右的蛋白质，这些含氮有机 物在细菌作用下分解形成氨态氮，由于氨氮在厌氧条件下比较稳定，因而可在渗滤 液中积累下来( b u r t o na n dw a t s o n c r a i k ，1 9 9 8 ；r i t z k o w s k ie ta 1 ，2 0 0 6 ) 。每个不同的 国家、地区固体废弃物的组成是有差别的，因而所产生的渗滤液中的氨氮量也差别 很大。 高浓度的氨氮对许多生物来讲是有毒性作用的。据报道氨氮可以抑制种子的萌 发( w o n g e ta 1 ，1 9 9 0 ) ；韩力强等( 2 0 0 5 ) 用氯化铵模拟水体中氨氮进行急性毒性实 验，发现对斑马鱼( b r a c h y c l a n i or e r i o ) 的2 4 、4 8 、7 2 、9 6h 的半致死浓度( l c 5 0 ) 分 别为1 2 6 、1 1 4 、1 0 5 和1 0 1 m gl ：l i 和z h a o ( 1 9 9 9 ) 的试验表明，在生物处理时， 当氨氮浓度从5 0 升高到8 0 0m gl 。1 时，活性污泥中的脱氢酶活性从9 2 9 降低到4 9 3 腭t fm g m l s s ，渗滤液中c o d 的去除率也从9 7 7 降至7 8 1 ；a b e l i o v i c h 和 4 中山大学博士学位论文 a z o v ( 1 9 7 6 ) 发现氨在浓度超过2 0m m ( = 3 4m gl d ) 以及p h 值超过8 0 时，可抑 制斜生栅藻( s c e n d e s m u so b l i q u u s ) 的光合作用和生长；a z o v 和g o d m a n ( 1 9 8 2 ) 报 道2 0 4m gl 。1 的游离态氨( n h 3 ) 可导致藻类对碳水化合物的同化降低5 0 ； k i i l l q v i s t 和s v e n s o n ( 2 0 0 3 ) 证实了游离态的氨对微藻n e p h r o s e l m i sp y r i f o 删括( 绿藻 门) 的2 4 - he c s o 为3 2 8m gl ；w o n g 等( 1 9 8 4 ) 观察到在氮含量高的条件下，蛋 白核小球藻在肥料萃取物中的生长与氨氮的含量呈负相关关系。虽然上述报道中所 描述的氨氮对各种生物的毒性作用浓度不尽相同，但垃圾渗滤液中的氨氮的浓度往 往远高于这些浓度范围。 1 4 垃圾渗滤液的处理 最常见的渗滤液控制对策是收集并进行原位处理( b e r g ee ta 1 ，2 0 0 6 ) 。其中， 去除渗滤液中的氨氮是渗滤液处理的主要目标之一，当填埋物己很好的降解时，渗 滤液中的b o d 、c o d 浓度会有所下降，而氨氮仍保持较高浓度，所以对填埋场的 长期管理来说，氨氮的去除是其中的很重要的一个任务。关于渗滤液的处理方法包 括凝结法( a m o k r a n e ，1 9 9 7 ) 、反渗透法( c h i a n e s ee ta 1 ，1 9 9 9 ) 、活性炭吸附法( i m a i e ta 1 ，1 9 9 5 ；f e t t i ge ta 1 ，1 9 9 6 ；k u m i a w a ne ta 1 ，2 0 0 6 ) 、膜处理法( p e t e r s ，1 9 9 8 ) 等，各 种方法的效果各有不同。由于渗滤液性质复杂，污染物浓度高，一般采取将几种方 法联合运用，组成一定的流程以达到理想的处理出水( 邹莲花等，1 9 9 6 ；孟了等， 2 0 0 3 ；k u m i a w a ne ta 1 ，2 0 0 6 ) 。 在渗滤液的这些处理方法中，运用比较多的是生物处理法、化学处理法、膜分 离法、热处理法等( f o r g i e ，1 9 8 8 ) ，尤其是生物法和化学法，以其效果上的优势得 到广泛研究和应用。 化学处理法的费用较高，且存在二次污染的可能性，处理效果往往难以达到有 关要求，常被用于渗滤液的预处理和中间处理，为后续的生物处理减轻负荷，以达 到更为理想的出水。常用的有吹脱( c h e u n ge ta 1 ，1 9 9 7 ；c a l l ie ta 1 ，2 0 0 5 ) 和化学沉淀 法等。m a r t t i n e n 等( 2 0 0 2 ) 报道了对低强度的渗滤液在p h = 1 1 、2 0 c 下吹脱处理 2 4h 可去除8 9 的氨，6 c 下吹脱处理则可去除6 4 的氨，吹脱处理还可去除4 2 1 的c o d 。l i 和z h a o ( 2 0 0 1 ) 用化学沉淀法，在渗滤液中加入m g c l 2 + n a 2 h p 0 4 ， 林星：生活垃圾填埋场渗滤液处理过程中氮的转化及其环境影响研究 可在1 5 分钟内使得氨氮浓度从5 , 6 1 8 降到1 1 2m gl 1 。 生物法处理渗滤液不仅可取得良好的效果，而且在费用上有优势。生物处理法 去除污水中氮的原理主要是通过微生物的硝化、反硝化作用( h u r s ea n dc o n n o r , 1 9 9 9 ) ，使得氨转化为氮气释放到大气中。生物处理法在去除渗滤液中有机碳和营 养物质方面的效果己得到广泛证实，并发展出多种工艺、流程。传统的活性污泥法、 生物膜法、厌氧处理法等常被用来处理渗滤液( h o ，e ta 1 ，1 9 7 4 ；r o b i n s o na n dm a r i s ， 1 9 8 5 ；b r i t z ，e ta 1 ，1 9 9 0 ；w o n ge ta 1 ，1 9 9 0 ；c h e n ，1 9 9 6 ；w e l a n d e re ta 1 ，1 9 9 8 ；i l i e sa n d m a