（环境工程专业论文）城市生活垃圾填埋场渗滤液回灌处理技术实验研究.pdf

摘要 目前我国有接近9 0 左右的城市采用卫生填埋法处理城市生活垃圾。寻求一套即经 济合理，又适用于我国城市生活垃圾渗滤液处理的工艺流程是推动垃圾填埋技术发展的 迫切需要。结合我国的实际情况，回灌处理法作为一种有效的城市生活垃圾渗滤液处理 技术具有很大的发展前景。 本论文研究垃圾渗滤液回灌对c o d c r 和n h 3 n 、硝酸盐、亚硝酸盐、磷元素等含 量变化的影响，为渗滤液回灌处理技术的应用提供基础参数。通过对四个垃圾填埋柱的 实验研究得出以下主要结论： ( 1 ) 渗滤液的回灌对于渗滤液中c o d c r 和n h 3 n 均有一定的去除效果。同时在垃 圾填埋层及覆盖层的作用下，回灌对色度有较好的处理效果； ( 2 ) 渗滤液的n h 3 - n 浓度随时i 日j 的增长先经历了一个波动的增长过程，而后经历 一个快速的增长过程，然后趋于平缓的下降趋势。随着时问的增长，氨氮的去除效果不 很明显，但总体上2 、3 、4 号原液回灌的垃圾渗滤液中氨氮的含量低于l 号未回灌的含 量； ( 3 ) 4 个填埋柱的硝酸盐氮随着时间的增加总体呈缓慢下降的趋势。各填埋柱的亚 硝酸赫氮始终保持在一个很低的水平，低于4 m g l ，未发现亚硝酸盐氮有累积现象； ( 4 ) 与1 号填埋柱相比，渗滤液的总磷和溶解性正磷酸盐浓度随时间的增长先经 历了一个快速增长的过程，而后经历一个缓慢下降的过程。原液厌氧回灌有利于总磷及 溶解性正磷酸的去除； ( 5 ) c n 的比值在实验的初期呈现快速增长趋势，随着填埋时间的增加，c n 的 值有缓慢下降的趋势，4 个填埋柱c n 比值总体相差不是很大。c p 的比值在实验的初 期呈现快速的增长趋势，随着填埋时间的增加，c p 的值呈现上升的趋势； ( 6 ) 温度是影响回灌效果的最主要因素。观察3 个回灌的垃圾填埋柱，温度升高， 渗滤液的产生量明显增加，c o d c r 含量有所降低，说明温度升高可以增加微生物的活性， 与此同时也增加了水的生成，从而降低了c o d c r 的含量； ( 7 ) 氨氮主要是通过硝化反硝化，厌氧氨化等途径得到有效去除，磷元素主要是 通过聚磷菌的厌氧释磷和好氧吸磷作用得到有效去除。 关键词：渗滤液回灌好氧兼氧总磷溶解性正磷酸盐c n p a b s 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 e i no u t c o u n t r yw a st r e a t e dw i t hl a n d f i l l t e c h n o l o g y 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 mt op r o m o t et h ed e v e l o p m e n to fl a n d f i l lt 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 y o 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 tt e c h n o l o g yo fl e a c h a t eh a sag r e a t p r o s p e c tf o rd e v e l o p m e n t t h i st h e s i sr e s e a r c ho fg a r b a g el e a c h a t er e c h a r g i n gc o d e ra n dn h 3 一n ，n i t r a t ea n d n i t r i t e ，p h o s p h o re l e m e n t ss u c h c o n t e n tf o rt h ee f f e c t so fc h a n g e s ，l e a c h a t er e c h a r g i n g p r o c e s s i n gt e c h n o l o g ya p p l i e dt op r o v i d eb a s i cp a r a m e t e r s t h r o u g ht h ef o u re x p e r i m e n t a l s t u d yo fl a n d f i l lc o l u m nt h a tt h em a i nc o n c l u s i o n s ： ( 1 ) o b s e r v i n gf o u re x p e r i m e n t sd e v i c e ，c a l ls e el e a c h a t er e c h a r g i n gt h ec o d e rf o rl e a c h a t ea n d l e a c h a t en h 3 na l lh a v ec e r t a i nr e m o v ee f f e c t m e a n w h i l ei nl a n d f i l l sl a y e ra n dl a y e ru n d e rt h er o l eo f c h r o m a , r e c h a r g ep r o c e s s i n gh a sg o o dt r e a t m e n te f f e c t ； ( 2 ) l e a c h a t en h 3 一nc o n c e n t r a t i o no fg r o w t ho v e rt i m ee x p e r i e n c e d aw a v eo ff i r s ta n d t h e ne x p e r i e n c i n gag r o w t hp r o c e s sf a s tg r o w t hp r o c e s s 。t h e nt e n d st ob eg e n t l ed e c li n e a s t i m eg r o w t h a m m o n i an i t r o g e nr e m o v a le f f e c ti sn o to b v i o u s ，b u to v e r a l l2 ，3 ，4 。t h e m u n i c i p a ll a n d f i l ll e a c h a t er e c i r c u l a t i o nb i o b u r d e no fa m m o n i an i t r o g e n c o n t e n tw a sl o w e r t h a n1n o tr e c h a r g e ； ( 3 ) o n t h ew h o l et h ee x p e r i m e n t a lp r o c e s si ng e n e r a l ，f o u rd e v i c eo fn i t r a t en i t r o g e na s t i m ei n c r e a s e sa r es l o wd e c l i n e e a c hd e v i c eo fn i t r i t en i t r o g e nr e m a i n si nav e r yl o wl e v e l ， b e l o w 4 m g l ，d i dn o tf i n dn i t r i t en i t r o g e nh a v ea c c u m u l a t e dp h e n o m e n o n ； ( 4 ) i nt h en a t u r a ls t a t e ，l e a c h a t ep h o s p h o r u sc o n c e n t r a t i o no v e rt i m eb e f o r et h eg r o w t h e x p e r i e n c e dar a p i dg r o w t hp r o c e s s f o l l o w e das l o wd r o pp r o c e s s t h u s ，b i o b u r d e na n a e r o b i c r e c h a r g ec o n d u c i v e t ot h et o t a lp h o s p h o r u sa n ds o l u b i l i t yz h e n g l i n s u a nr e m o v a l ，a l s ob e h e l p f u lf o rju n ks t a b i l i z a t i o np r o c e s s ； ( 5 ) c n r a t i oo fe a r l yi nt h ee x p e r i m e n tp r e s e n tt r e n do ff a s ti n c r e a s e ，t h e n ，w i t ht h e i n c r e a s eo fl a n d f i l lt i m e ，c nv a l u e sh a v es l o w l yd o w n w a r dt r e n d ，f o u rd e v i c e sc nr a t i o sa r e n o tt h a tg r e a t g e n e r a lc pr a t i oo fe a r l yi nt h ee x p e r i m e n tp r e s e n tt r e n do ff a s ti n c r e a s e ，t h e n ， w i t ht h el a n d f i l lt i m ei n c r e a s e dt h ev a l u eo fc nt h er i s i n gt r e n d ，r e a s o ni s2 ，3l a n d f i l l l e a c h a t et r e a t m e n to ft o t a lp h o s p h o r u sa n ds o l u b i l i t ya r ep h o s p h a t er e m o v i n gb e s te f f e c t ； ( 6 ) t h et e m p e r a t u r ei st h em o s tf a c t o r sa f f e c ti n j e c t i o ne f f e c t o b s e r v et h et h r e e r e c h a r g i n gl a n d f i l lc o l u m n ，t e m p e r a t u r e ，t h eq u a n t i t yo fl e a c h a t ec o d e r h a v ei n c r e a s e d s i g n i f i c a n t l y ，r e d u c e ，e x p l a i nt om i c r o b i a lr e a c t i o nt e m p e r a t u r e ，t h u sa c h i e v e dt h ew a s t e r e m o v a l i i i ( 7 ) a m m o n i an i t r o g e nm a i n l yt h r o u g ht h en i t r a t i o n d e n i t r i f y i n g a n a e r o b i ca m m o n i a t i o n e t c g e te f f e c t i v e l yr e m o v ep h o s p h o r u se l e m e n t ，i sp r i m a r i l yt h r o u g hp h o s p h o r u se n r i c h m e n t o fa n a e r o b i cb a c t e r i ar e l e a s ep h o s p h o r u sr e c o n c i l i a t i o np r o c e s st og e to x y g e npu p t a k eo f e f f e c t i v e l yr e m o v e k e y w o r d s ：l e a c h a t er e c i r e u l a t i o na e r o b i ca n do x y g e nt o t a l p h o s p h o r u s s o l u b i l i t ya r ep h o s p h a t e c n p 长安人学硕f ：学位论文 第一章绪论 1 1 概述 随着国家的城市化和居民生活消费水平的提高，城市垃圾的增长也十分迅速，发达 国家的垃圾年增长率为3 2 - - 4 5 ，发展中国家为2 3 。全球每年的垃圾产生量 超过1 0 0 亿吨，其中美国达3 0 亿吨。我国城市垃圾的产生量近几年增长也较快。垃圾 增长率每年约按8 1 0 的速度增长，目i j ，已有2 3 的城市陷入垃圾的包围之中。 据统计，1 9 9 9 , - - - - 2 0 0 4 年，我国城市垃圾的产生量达到1 7 亿吨年，占世界垃圾总产量的 2 6 5 ， 2 1 城市生活垃圾的人均日产量为0 。9 1 2 k g ，而且每年的增长速度也较快。 今后五十年是我国城市化与人口化的高峰期。根据城市化水平预测，2 0 1 0 年、2 0 3 0 年和2 0 5 0 年我国将分别有6 x 1 0 8 、9 3 1 0 8 和1 1 9 9 1 0 8 的人口居住在城市。按照目前我 国城市人均年产生活垃圾4 4 0 k g 的水平预测，将分别产生城市生活垃圾2 6 4 x 1 0 8 吨、 4 0 9 1 0 8 吨和5 2 8 1 0 8 吨【3 1 。如表1 1 所示，2 1 世纪i j f 五十年，随着我国人口增长和城 市化的到来，城市生活垃圾的高峰也将到来，这无疑是新世纪对我国可持续发展策略的 严峻挑战。 ， 表1 1中国城市人口、生活垃圾现状及增长趋势 项目 1 9 9 72 0 1 02 0 3 0 2 0 5 0 全国人1 3 1 1 0 8 人 1 2 3 61 3 9 51 5 5 01 5 8 7 城市人d 1 0 8 人3 7 06 o o9 3 01 1 9 9 城市生活垃圾1 0 8n 屯1 3 02 6 44 0 95 2 8 生活在城市的居民日常生活所产生的厨房有机垃圾、室内清扫以及卫生间的垃圾、 环卫部门进行清扫道路所产生的垃圾和一部分建筑垃圾、进行工业生产的垃圾等的总称 叫做城市生活垃圾，又叫做城市固体废弃物。城市垃圾主要分为5 类【4 j ，包括生活垃圾， 建筑垃圾，工业垃圾，有毒有害废弃物，清扫道路垃圾。 处理城市垃圾的方法有填埋、焚烧与堆肥等。目前国内外应用最广泛的方法是垃圾 卫生填埋，其原因是此方法有以下优点：成本比较低，适用范围广泛，处理技术简单， 废物处理比较彻底等。我国城市垃圾处理中9 0 以上采用填埋法【5 j 。我国城市垃圾因无 机物含量高、热值低、含水量大等特点，更适合填埋法处理，因此在我国今后相当长一 段时间内，城市垃圾处理仍以卫生填埋为主。但是卫生填埋存在着占地面积大、产生填 埋气( 1 a n d f i l lg a s ) 、渗滤液污染( 1 e a c h a t e ) 等问题。 绪论 1 2 垃圾渗滤液产生的影响因素 城市生活垃圾渗滤液产生量的多少有许多影响因素，渗滤液不仅变化无规律性，而 且水量变化比较大。垃圾渗滤液的产生来源主要有以下几个方面【6 】： ( 1 ) 降水渗入：垃圾填埋场渗滤液产生的主要来源是降水，包括降雪和降雨。降 雨量、降雨频率、降雨强度、降雨持续时间等降雨特性是影响垃圾渗滤液产生量大小的 主要因素。降雪量、融雪量、升华量、积雪时期或溶雪速度等降雪因素是垃圾渗滤液产 生量大小的另一主要因素，一般情况下，降雪量的1 0 等同于等量的降雨量。 ( 2 ) 外部地表水的流入：地表水包含地表灌溉与地表径流。地表灌溉的影响：与 地面的种植情况和土壤类型有关。来自垃圾填埋场场地表面上坡方向的径流水称之为地 表径流，地表径流对垃圾渗滤液的产生量影响比较大。地表径流的影响：与填埋场地的 植被情况，填埋场地周围地势情况，填埋场上层覆土材料的种类以及材料的渗透性能， 排水设施是否完善等因素有关。 ( 3 ) 地下水的渗入：如果地下水的水位高于填埋场内渗滤液的水位，地下水就很 可能渗入到垃圾填埋场内。地下水同填埋垃圾的接触时间，接触情况和地下水流动方向 等因素对垃圾渗滤液产生的数量和性质有影响。如果在设计设施时采取防渗措施，就可 以避免或减少地下水的渗入量。 ( 4 ) 垃圾中的水分：城市生活垃圾进入垃圾填埋场中的水分：包含从空气和雨水 中吸附( 当储水池密封不好时) 的量和城市生活垃圾自身携带的水分，入填埋场垃圾携 带的水分是渗滤液的主要来源之一。当填埋的垃圾含水量为4 7 时，每吨垃圾能产生 0 0 7 2 2 吨的垃圾渗滤液【_ ”。污泥填埋时，不管污泥的种类以及保水能力如何，即使通过 一定程度的脱水、压实，污泥中总有相当部分的水分变成垃圾渗滤液从填埋场流出。 ( 5 ) 垃圾降解生成水：垃圾中的有机物组份在填埋场内分解时会产生水【8 j 。 1 3 垃圾填埋场降解过程 来自大部分城市垃圾填埋场的数据显示，填埋场废弃物的稳定大致要经历五个阶 段，在五个不同的阶段渗滤液的性质和产量不同。5 个阶段如下所示：1 3 】 1 初始调整阶段( i n i t i a la d j u s t m e n tp h a s e ) 垃圾填入填埋场后，即进入了初始调整阶段，垃圾场开始进入稳定化过程。这时填 埋垃圾中比较易降解的部分快速与填埋垃圾时所夹带的少量氧气发生好氧降解，生成二 氧化碳和水，并释放能量，垃圾柱内温度明显升高。本阶的段反应如下： 2 长安人学硕士学位论文 碳水化合物的反应： c x h y o z + ( x + o 5 y 一0 5 z ) 0 2 - - + x c 0 2 + 0 5 y h 2 0 + 热量 含氮化合物的反应： c x h v o z n v - a h 2 0 + b 0 2 - - - c s h t o u + e n h 3 + f c 0 2 + 热量 在此阶段，不仅有微生物进行生化反应，而且有许多无脊椎动物( 螨、倍足纲节肢 动物等足类动物、线虫等) 和昆虫等对易降解组分的分解作用。 2 过渡阶段( t r a n s i t i o np h a s e ) 在过渡阶段由于氧气被逐渐耗尽，厌氧环境开始在垃圾填埋场内逐渐形成，垃圾降 解由好氧逐渐到厌氧，兼性厌氧菌和真菌在此阶段起主要作用。硝酸盐和硫酸盐在此阶 段分别被还原为氮气和硫化氢气体释放到空气中，垃圾填埋场内氧化还原电位开始降 低，垃圾渗滤液的p h 值有所下降。 3 酸化阶段( a c i dp h a s e ) 兼性和专性厌氧菌微生物在酸化阶段对垃圾的降解起主要作用。渗滤液中的 c o d c r ，重金属离子和v f a 的浓度先呈现上升的趋势，达到最大值又逐渐下降，p h 值 在此阶段继续下降到中期将达到最低值( 5 左右，或者更低) ，之后慢慢上升。在此阶段， 主要是纤维素和半纤维素的水解积累了乙酸，从而p h 变低。 4 甲烷发酵阶段( m e t h a n ef e r m e n t a t i o n )，。 甲烷菌在此阶段将挥发性有机酸降解并转化为甲烷和二氧化碳，硫酸盐和硝酸盐分 别被还原成硫化物和氨氮。一些重金属离子通过络合和化学沉淀而去除。此过程的反应 如下： 5 n c h 3 c o 邺氧 2 ( c h 2 0 ) n + 4 n c h 4 + 4 n c 0 2 + 热量 ( 有机酸) ( 菌体) 5 成熟阶段( m a t u r a t i o np h a s e ) 微生物在稳定阶段能够利用的营养物质和底物都比较少，严重限制了微生物的活 性，微生物在成熟阶段进入相对休眠状态。只有少量的微生物能分解垃圾中的难生物降 解物质。在此阶段，有较多的纤维素、半纤维素和少量的木质素降解，所以成熟阶段剩 余垃圾中的木质素含量较大。 总的来说，垃圾渗滤液的组成、浓度与垃圾填埋的时间、季节和气温有密切的关系。 绪论 所以，垃圾填埋场的渗滤液是不同阶段、不同水质的综合结果【9 l 。 1 4 垃圾渗滤液性质 1 、色嗅 垃圾渗滤液呈淡茶色或者暗褐色，色度值在2 0 0 0 - - 一4 0 0 0 倍( 稀释倍数) 范围之间， 垃圾渗滤液有较强的腐败味陋1 。 2 、p h 值 填埋初期的垃圾渗滤液的p h 值呈弱酸性，在6 7 之间，随着填埋时间的增加，p h 值呈弱碱性，可提高至7 8 。 3 、渗滤液中有机物种类多 大量的有机物存在于垃圾渗滤液中。垃圾渗滤液中含有较多的芳烃、烷烃类有机污 染物，除此之外，也存在着一些醇类、酚类、酮类、醛类、酸类、酯类、酰胺类等有机 污染物，也含有一定量的有毒有害物质和致癌物质。有机物污染物可分为三种：腐殖 质类高分子的碳水化合物，中等分子量的灰黄酸类物质以及低分子量的脂肪酸类【1 1 】。 4 、污染物变化范围大、浓度高 垃圾渗滤液中污染物浓度变化范围很大、浓度很高，其中b o d 5 和c o d 浓度可以 达到几万m g l ，甚至十几万m g l 。p h 在7 时的b o d s 和c o d 比值为0 5 - - 0 6 。总体 来说，c o d 、b o d 5 、b o d 5 c o d 比值随填埋场的“年龄 增长而有所降低，碱度会上 升，p h 有所增耐1 2 1 。 5 、氨氮含量高 垃圾渗滤液中氨氮浓度含量很高，在垃圾填埋中后期，渗滤液中氨氮的含量可达到 1 7 0 0 m g l 左右，约占总氮的8 5 , - - 一9 0 b 1 。当氨氮( 尤其是游离氮) 浓度过高时，对 微生物体内的脱氢酶活性有抑制作用，降低微生物处理垃圾的效果。 6 、磷元素缺乏 垃圾渗滤液中的磷元素含量很小，尤其是溶解性磷酸盐的浓度含量更低，变磷灰石 c a 5 0 h ( p 0 4 ) 3 的产量控制着垃圾渗滤液中的溶解性磷酸盐的含量。因此钙离子浓度或者 碱度水平制约着渗滤液中的溶解性磷酸盐的含量，导致在生物处理中缺磷现象的出现。 在采用厌氧( a b r ) 好氧工艺处理垃圾渗滤液与城市污水的混合废水的过程中发现，当垃 圾渗滤液与城市污水的体积混合比达4 ：6 - 4 ：5 时，仍出现缺磷现象【l l 】。 7 、重金属 4 k 安人学硕一l 学位论文 生活垃圾填埋场渗滤液所含的重金属离子的浓度通常比较低。尘活垃圾中的微量重 金属溶出率很低，且垃圾本身对重金属有较强的吸附能力。 8 、微生物种类多 垃圾渗滤液中含有大量能降解污染物的微生物，主要有脱硫杆菌、脱氮硫杆菌、铁 细菌、亚硝化细菌和硝化细菌、反硝化细菌、硫酸盐还原菌和产甲烷菌等七类细菌。与 此同时，大量的病原菌和致病微生物存在于垃圾渗滤液中。当氨氮、重金属离子等物质 含量过高时，微生物营养元素比例会出现失调现象，抑制微生物的活性以生长繁殖【1 1 】。 1 5 水体中氮磷的危害 垃圾渗滤液是含高氨氮的污水，如果高氨氮没有得到有效的去除，这种高氨氮污水 会排入水体中，造成以下危害。同时，垃圾渗滤液中磷的含量也相对来说比较高，如 果直接排入水体中，同样也会造成磷的污染。 1 5 1 造成水体富营养化 氮磷是植物和微生物的土要营养元素。当水体水流比较缓慢、停胃f 时间相对较长时， 点 十分适和氮磷等营养元素的累积和水生植物的生长繁销。当水体中的氮、磷等营养元素 累积达到一定水平时，大于3 0 0 m g m 3 和2 0 m g m 3 时，就会促使水生植物迅速地旺盛生 长，造成富营养化( e u t r p h i c a t i o n ) 。富营养化主要发乍在湖泊、近海海湾和其他缓流水 体中，其反应式为： 1 0 6 c 0 2 + 1 6 n 0 3 + h p 0 4 2 + 1 2 2 h 2 0 + 1 8 h + a i ：i 墼量丞c 1 0 6 h 2 6 3 0 i i o n l 6 p + 1 3 8 0 2 上述反应体系中c 1 0 6 h 2 6 3 0 1 1 0 n 1 6 p 代表藻类物质。一般认为水体中含氮最大于0 2 0 3 m g l 就有一r 能发生水体的富营养化。藻类的过度繁嫩会带来危害如下： ( 1 ) 具有藻腮味的藻类，会使水变得腥奥难闻，恶化水质； ( 2 ) 藻类体内的蛋白质毒素会富集在水产品内，通过食物链传递给人类并影响人体 健康，甚至出现中毒现象； ( 3 ) 人量藻类的繁殖会遮蔽阳光，吸收水体中的溶解氧并隔绝大气复氧，造成鱼类 大最死亡。 1 5 2 降低水体的观赏价值 一般情况下l m g 氨氮氧化成硝态氮需要消耗4 6 m g 的溶解氧。水体中氨氮含量越 多，耗去的溶解氧越多，产生富营养化的水质具有黑臭、透明度差等特点，影响江河湖 泊的观赏性和旅游价值。 绪论 1 5 3 危害人类及生物的生存 氨氮在p h 比较高情况下往往以游离氨的形式存在，游离氨对水体中的鱼类及水生 生物都有毒害作用。人类若饮用了n 0 3 - n 1 0 m g l 的水时，人体内f 常的f 红篮白就 能被氧化成高铁血红蛋白，失去血红蛋白在体内输送氧的能力，出现缺氰的症状。此外， 业硝酸盐具有敛癌作用。 1 5 4 增加污水处理的难度和处理成本 、 污水中n h 3 - n 的增加会增加污水的处理成本。以氯气处理法计，每增加l g n h 3 n 则需要增加8 1 0 9 的氯气量，除此之外氨还会与一些含铜及铜合金设备中的铜组分反 应引起相关设备的腐蚀。 1 5 5 有机磷对海洋生物的危害 大多数的海洋生物对有机磷十分敏感，青岛海洋大学教授李永祺早在1 9 9 9 年1 2 月 就曾在报告中说，目前国内外广泛使用的有机磷农药对海洋生物危害巨大，并且已经对 海水养殖业形成威胁。 在2 0 世纪7 0 年代前，我国在农业生产中曾经广泛使用过有机氯农药，后来被有机磷 农药所取代，是因为有机磷农药有毒效大、易分解等特点。李永祺教授通过研究有机磷 农药对鱼、贝、虾、藻的毒性效应，发现有机磷能激活虾体内潜伏的病原体，是造成我 国虾大规模死亡的原因之一。， 1 6 国内外研究现状及意义 从2 0 世纪7 0 年代起，澳大利亚、德国、丹麦、意大利、美国、英国、加拿大、 瑞典和r 本等国先后研究了城市生活垃圾渗滤液的回灌和土壤植物处理系统等土地处 理法。r o b i n s o n 等人的研究得出，生活垃圾填埋的稳定化进程可以通过垃圾渗滤液的 回灌来缩短( 使原需1 5 2 0 a 的稳定过程缩短至2 - 3 a ) 。 1 9 9 5 年同济大学徐迪民等进行的垃圾渗滤液回灌的研究是国内研究最早的渗滤 液回灌技术。国内研究表明垃圾渗滤液回灌能加速垃圾填埋场稳定化进程，较好地适 应垃圾渗滤液水质水量的变化，运行费用比较低，投资比较省，并且有广阔的应用前 景。 ( 1 ) 水量平衡研究 垃圾填埋场渗滤液回灌处理法工程应用的关键是渗滤液回灌的水量平衡。利用土 壤表面的蒸发作用来消减水量是渗滤液利用回灌技术达到消减渗滤液的原理，是否能 6 艮安人学硕士学位论文 够取得成功就在于能否获得充分的蒸发量，使回灌后的下渗水量与土壤蒸发量之间 达到平衡。 实验研究表明，通过模拟垃圾填埋场土壤层进行回灌条件下的水量平衡 1 4 1 ： 渗滤液回灌水量与土壤表面蒸发量的日平均值比为1 7 2 ，与下渗量之比为1 0 2 ， 影响蒸发量大小的因素是水分饱和程度的高低。夏越青等通过冬季城市生活垃圾 填埋场渗滤液回灌水量平衡的研究【1 5 】表明：冬季虽然地表经流量相对较大，气温 比较低，但是冬季气候干燥，降雨量相对较小，下渗水量与土壤蒸发量的比值低 于其他三季，研究显示表明，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，水量的进一步削减仍可以实现。提高垃圾渗滤液的削减量可以 通过适当地增加回灌次数来实现。 ( 2 ) 净化能力研究 垃圾层中含有丰富的微生物可以降解垃圾渗滤液中的污染物，所以垃圾渗滤 液通过垃圾填埋层后能有效降低污染物的浓度。徐迪明等通过土壤结构对净化作 用的影响研究表明：土壤柱的透气性及透水性的改善可以通过改变不同比例的 土砂比，c o d 和b o d 5 去除率达到最高时的土砂比为7 ：l 。若土砂比较高，则透 水性较差，土隙容易被生长繁殖的微生物所阻塞，从而缩短处理周期；若土砂比 较低，则透水性较高，渗滤液在垃圾填埋柱中停留的时间会缩短，会降低渗滤液 的处理效果。李建国等通过模拟不同垃圾填埋层对污染物的去除率研究1 7 1 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。 ( 3 ) 回灌处理影响因素研究 垃圾渗滤液回灌法工程应用中的技术参数是水力负荷、c o d 负荷、配水次数 等。唐家福等正交试验研究1 8 1 表明：最关键的影响因素是水力负荷，其次是配水 次数和c o d 负荷，最佳水力负荷、c o d 负荷和配水次数为7 9 6 9 m l d ，1 5 9 l m 2 d ， 6 次。 ( 4 ) 填埋方式对处理效果的研究 王琪等研究【1 9 】表明：厌氧填埋场对渗滤液中的污染物浓度有一定耐冲击负荷 能力。而好氧和兼氧条件下的垃圾填埋层，耐冲击负荷能力比较弱。当采用兼性 填埋结构时，渗滤液回灌的负荷须保持在一个适当的范围内。 在常规的垃圾填埋方式下，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，所以垃圾层依次可分为好氧区、兼氧区和厌氧区，这样的填埋方式对 7 绪论 总氮的去除和有机污染物的降解不利，微生物在厌氧条件下的n h 3 n 分解率和硝化 一反硝化速率均有所降低。根据硝化一反硝化原理，提出了“准好氧性填埋”1 2 0 l ， 是利用渗滤液集水干管管底高程高于渗滤液集水沟水位这一原理，使大气可以通过 集水管上部空间以及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的流程，有机负荷、t n 和n h 3 - n 的去除率均有所提 高【2 1 1 。垃圾降解释放的热量会使垃圾填埋柱内部温度与外部温度存在一定的温差， 从而形成对流，这样对填埋场充氧，实现“准好氧性填埋”的稳定运行。 1 7 本课题的研究内容 本次实验的研究主要内容包括： ( 1 ) 通过原液回灌实验，详细分析回灌处理法对垃圾渗滤液中c o d e r 、氨氮、硝 酸盐、亚硝酸盐等主要水质因子的处理效果； ( 2 ) 研究室外和垃圾柱内温度的改变对回灌法处理效率的影响； ( 3 ) 通过监测垃圾渗滤液中的总磷、溶解性正磷酸盐的含量变化对回灌法处理效 率的影响，并研究c n p 的变化趋势； ( 4 ) 研究氨氮的去除机理和磷元素的去除机理。 k 安人学硕十学位论文 第二章渗滤液的回灌机理及实验内容 2 1 渗滤液回灌机理及除污机理 2 1 1 渗滤液回灌机理 在理论上，垃圾填埋场渗滤液的回灌技术是利用垃圾填埋场覆盖层的土壤净化作 用、垃圾填埋层所含微生物的分解作用以及最终上层覆盖后垃圾填埋场地表植物的吸收 作用等进行的，这种方法可以简单的看成是一种土地处理法。利用栖息于土壤内的微生 物的分解转化、生物固定化、土壤中所含的动物等用作饲料而进行的自然净化过程叫做 土壤净化作用。除此之外，对渗滤液的净化也有一定的作用的还有土壤中无机和有机胶 体的吸附、螯合、机械阻留、土壤的离子交换等1 1 6 l 。 垃圾渗滤液回灌技术不但实现了渗滤液的处理而且减少了渗滤液的排放量，所以垃 圾渗滤液的回灌是一种有效促进垃圾填埋场稳定化进程。渗滤液回灌技术具有操作简 单、投资少、运行费用低、缩短填埋场维护期、减少填埋场维护费用和加速填埋场稳定 等优点，因此国内外都在不断的研究和发展用回灌处理技术处理垃圾渗滤液。 2 1 2 垃圾渗滤液回灌去除污染物机理 1 加速有机物的降解 通过渗滤液回灌的生物反应器不仅可增加回灌渗滤中微生物的浓度，而且可有 效提高和较稳定地保持垃圾层内的含水率，创造有利于厌氧微生物生长繁殖的环境 条件。此类的垃圾填埋场可以看作一个天然的厌氧反应器( 生物滤池) 1 2 2 】。垃圾渗滤 液回灌能大幅度减少渗滤液中污染物浓度2 3 1 ，英国s e a m e rc a r r 采用1 o h m 2 的填埋 场做垃圾渗滤液回灌实验表明，回灌区的垃圾渗滤液c o d 浓度由6 6 l 降至3 年术 的1 6 9 l 【2 4 】。 2 强化对重金属离子的阻滞作用 垃圾渗滤液通过回灌技术可以较快地转变为中性或弱碱性，从而渗滤液中的重 金属离子很容易生成氢氧化物沉淀；另外，填埋场内的垃圾在降解过程中生成的大 分子量腐殖质类有机物能与重金属离子形成稳定的螫合物渊。因此，渗滤液中的重 金属离子的含量的降低可以通过垃圾渗滤液的回灌来完成。 3 增加垃圾层的含水率及冲刷作用 增强垃圾填埋层内微生物活性的重要因素是保证有充分的水分或湿度。因为有机物 的降解必须有水参与并且水是微生物活动必不可少的组分。含水率在6 0 - - 一8 0 之 9 第二章渗滤液的1 日j 灌机理及实验内容 间或者更高时产甲烷微生物一般可以达到最大产率，而非回灌型垃圾填场内的含水 率一般在2 0 - 4 0 之间，因此，将垃圾渗滤液回灌可以促进污染物的去除。另外， 促进营养物质和微生物的均匀分布，加速有机物水解酸化产物的溶出和稀释，强化 垃圾填埋层内污染物的传质作用等也可以通过提高垃圾填埋层内的含水率来实现。 在同一填埋场内，渗滤液回灌处产甲烷速率是不回灌的2 倍之多。 湿度是影响垃圾填埋场内原位硝化、反硝化速率的重要因子。h w a n g 2 6 1 等研究 表明：当垃圾填埋层内湿度在4 0 6 0 时，硝化、反硝化速率随着湿度的增加而增 加。 4 对有毒有机物的去除机理 水力停留时f n j ( h r t ) 的延长可以通过垃圾渗滤液的回灌来实现，渗滤液的回灌 使微生物与有毒有机物、必须营养物能保持充分连续的接触，从而强化了专性微生 物的同化作用及其对有毒有机物的生物转化、去除过程【2 7 1 。 5 微生物接种以及通过回灌改善微生物适宜环境 大量适应垃圾填埋层的厌氧微生物通过垃圾渗滤液回灌重新进入垃圾填埋层而 实现有效的接种，这有利于促进垃圾层的快速稳定化进程。王罗春等通过对填埋层 模拟柱镜检表明f 2 8 1 ，回灌后的垃圾填埋层微生物种类比未回灌的明显增多，除大肠 菌群和菌类以外，还有原生动物、蠕虫和轮虫等。此时的垃圾填埋层与一个大的生 物滤床相似，当垃圾渗滤液回灌时，细菌进行的好氧和厌氧反应，从而降低渗滤液 中有机污染物浓度。 p h 由偏酸条件升高至有利于产甲烷生长所需要的时间可以通过垃圾渗滤液的 回灌来缩短，促进产甲烷菌微生物的繁殖。垃圾层的稳定和较高的温度的维持可以 通过渗滤液的回灌来改善。 6 有利于反硝化脱氮，防止污染地下水资源 垃圾渗滤液回灌可使垃圾填埋柱上层干湿交替，而下层处于厌氧状态，此层反硝化 过程占优势，细菌能利用n 0 3 代替0 2 ，将n 0 3 。还原成n 0 2 。和n 2 ，使n 0 3 消失或者减 少，从而减少对地下水的污染【6 j 。 2 1 3 垃圾渗滤液回灌有待进一步完善的问题 垃圾渗滤液回灌是通过土壤表层的蒸发量来消除大量渗滤液的，所以回灌法并不能 完全消除垃圾渗滤液。地理位置和气候是制约蒸发量大小的因素，降雨量相对比较大， 1 0 长安人学硕士学位论文 蒸发量相对比较小的南方湿润的地区，渗滤液通过蒸发作用来消除的渗滤液的量比较 少，回灌后的渗滤液仍然具有高c o d 、高氨氮的性质，氨氮的含量甚至出现积累的现 象，比不回灌时的还要高，所以回灌后的渗滤液需要进一步处理，才能排放到环境中去， 否则会污染环境。 在回灌条件下垃圾填埋场内气体控制问题。由于垃圾渗滤液回灌技术能加速废弃物 的降解，在渗滤液回灌的情况下，垃圾填埋层的湿度有所增大，c h 4 产气速率和产气总 量均有所增加，垃圾填埋场运行期间及封场后所产生的大量c h 4 气体成为填埋场的隐 患。垃圾填埋场应对如何收集和控制c h 4 气体引起足够的重视。 2 2 实验方案设计 2 2 1 实验填埋柱 本次实验的填埋柱选用4 个1 0 0 升的柱状垃圾桶填埋城市生活垃圾，垃圾渗滤液收 集填埋柱选用4 个1 0 升的垃圾桶，在填埋柱的底部安装塑料软管，用其将渗滤液引流 到收集填埋柱内，且收集填埋柱加盖。实验填埋柱示意简图见下图2 1 。j ， 渗滤液收集装置 图2 1 实验填埋柱结构示意图 根据同济大学徐迪民等研究出来的结论，垃圾填埋柱应采用垃圾、覆土交替层的方 法。选取处理效果最佳的土砂比7 ：1 作为覆盖土层，与垃圾层进行交替填埋，这样可以 改善覆盖土层的透水性和透气性【2 9 】。为防止被渗滤液冲刷下来的杂质堵塞塑料软管，因 此底层要铺铺设碎石。 2 2 2 填埋层垃圾的成分 填埋垃圾取自具有城市生活垃圾的一般性质的长安大学南院生活区垃圾中转站。生 活垃圾经过简单的分选，去除垃圾中的塑料、电池和玻璃以后，经过人工压实后填埋至 第二章渗滤液的l 口i 灌机理及实验内容 垃圾填埋柱内。填埋柱内垃圾的各种成分的体积百分比见表2 1 。 表2 1 填埋垃圾的主要成分表 i 垃圾成分1 厨余l 纸l 布i 塑料l 小条l 橡胶l 金属j 煤渣l 砂土i 石块l 其他l i 比例( ) l5 1 1 584610 55 | 4 32 5 实验产生的渗滤液基本具备高c o d m 高n h 3 n 等特性已被课题的前期研究证实， 其他污染物含量指标基本与国内外的城市生活垃圾填埋场渗滤液污染物指标相符合，因 此此次生活垃圾的填埋能够代表城市垃圾填埋场实际产生的渗滤液进行实验【3 0 1 。由于垃 圾取自居民生活小区的垃圾并且已去除降解效果比较小的塑料、玻璃等物质，所以垃圾 成分相对比较简单，主要以果皮和厨余垃圾为主，垃圾桶内填埋数量也比较有限，这与 国内城市垃圾填埋场内渗滤液的性质有一定的差异性。 2 2 3 实验分析指标及方法 本次实验在实验室中进行，分析和监测方法均按照国家环保局总局水和废水监测 分析方法( 第四版) 【i9 1 规定的方法进行操作。具体的测定指标、测定方法和实验用仪 器见表2 2 。 表2 2 实验主要分析指标及实验仪器表 分析指标分析方法实验仪器 c o d 。，重铬酸钾加热同流法全玻璃同流填埋柱，电炉 n h 3 一n 纳氏试剂比色法u 2 0 01 型紫外可见分光光度计 n o ，。一n n ( 1 荼基) 乙二胺光度法 u 2 0 01 型紫外可见分光光度计 n o ，n 紫外分光光度法u 一2 0 01 型紫外可见分光光度计 p h 值直读精密p h 试纸 总磷、溶解性正磷 钼锑抗分光光度法u 2 0 01 型紫外可见分光光度计 酸盐 2 3 实验内容 2 3 1 实验条件设置 本次实验设置为l 号、2 号、3 号、4 号四个垃圾桶填埋柱，从垃圾填埋后产生渗滤 液开始到垃圾填埋的第8 8 天期间进行垃圾渗滤液水质变化分析。实验期问四个垃圾桶 填埋柱均放置于室外，即完全处于自然条件下。对其中1 、2 、3 号三个垃圾填埋柱( 垃 圾桶) 加盖使桶内处于厌氧兼氧状态，并且基本避免了雨水对垃圾渗滤液的影响， 4 号垃圾桶不加盖使其处于好氧兼氧状态，( 下雨前加盖，避免雨水的影响) 作为对比分 析。 每个垃圾桶实验填埋柱的实验条件设置见表2 3 。 表2 3 实验条件设置表 1 2 长安人学硕十学位论文 编号体积回灌方式反应环境 l 号 1 0 0 l 不p l 灌厌氧兼氧 2 号 1 0 0 l 原液同灌厌氧兼氧 3 号 1 0 0 l 原液同灌厌氧兼氧 4 号 1 0 0 l 原液同灌好氧兼氧 如表2 3 ，1 号填埋柱保持原有状态不变，2 、3 号填埋柱采用原液厌氧兼氧回灌，4 号填埋柱处于好氧兼氧状态，并处于垃圾渗滤液的原液回灌。对比1 、2 、3 、4 号桶， 来研究垃圾渗滤液中的磷元素的变化情况，研究磷元素的含量是否缺乏，是否有必要给 4 号填埋柱添加微生物生长所必需的磷元素于渗滤液中，再将渗滤液回灌到填埋柱中。 2 3 2 实验安排 每天上午九点左右进行渗滤液的收集与回灌，回灌方式采用尽可能使布水均匀的表 面漫灌的人工回灌方式。 2 3 3 实验测定指标和频率 ( 1 ) 水质分析：对垃圾渗滤液水质的分析测定指标为室外温度、垃圾体内温度、 渗滤液的产生量、p h 、c o d 。，、n h 3 - n 、n 0 3 。- n 、n 0 2 - n 等。测定频率为7 月2 0 号7 月3 1 号为每天一次，8 月5 号1 0 月1 4 号为每五天一次； ， ( 2 ) 垃圾体的沉降速率：对四个垃圾桶的沉降高度进行监测，测定频率为7 月2 0 号7 月3 l 号为每天一次，8 月5 号1 0 月1 4 号为每五天一次； ( 3 ) 总磷、溶解性正磷酸盐：测定频率为7 月2 0 号7 月3 1 号为每天一次， 8 月5 号1 0 月1 4 号为每五天一次。 第三章实验监测结