（环境工程专业论文）垃圾填埋场终场覆盖层灌溉处理渗滤液效果分析.pdf

申请同济大学工学骷学位敝 摘要 摘要 卫生填埋是国内外广泛采用的城市生活垃圾处置方法，但存在渗滤液污染严 重、处理难度和费用高，填埋气体回收利用率低，填埋垃圾稳定化周期长等问题。 近年来国内外重点研究的生物反应器填埋技术，其主要措施是将渗滤液回灌至垃 圾填埋层，强化填埋垃圾和渗滤液中污染物的降解，回灌后渗滤液的有机污染强 度可有效降低，但仍含较高浓度生物难降解有机物和氨氮，其水质类似于长填龄 填埋场的渗滤液，必需经进一步处理才能达到排放的要求，而目前国内外尚缺乏 技术经济性很优越的处理工艺适用于此类渗滤液；此外，填埋场终场覆盖层土壤 生境不佳，封场后植被恢复困难。而若将经垃圾填埋层回灌处理后，富含植物生 长必需养分的渗滤液灌溉填埋场终场覆盖层植被，一方面可利用土壤一植被系统 处理渗滤液，另一方面可利用渗滤液的水分和养分，促进封场植物生长，有效恢 复填埋场植被。 依托在杭州天子岭垃圾填埋场终场覆盖层上设置的5 个灌溉区，分别种植夹 竹桃、夹竹桃( 复合杂草) 、高羊茅、高节竹和狗牙根，自2 0 0 4 年3 月至1 2 月， 将模拟的长填龄渗滤液分别灌溉于上述5 个灌溉区。跟踪研究了植被的恢复效 果，渗滤液的水量减量效果及渗滤液中主要污染物的去除效果；并讨论了水量减 量的影响因素及主要污染物的去除途径；还分析了影响土壤植被系统长效运行 的因素：渗滤液中主要盐离子在土壤中的截留和迁移，覆盖层土壤的水分分布及 渗透性能的变化。 研究结果表明： 填埋场终场覆盖层植被，在渗滤液灌溉条件下，能够建立和维持：渗滤液灌 溉9 个月后，夹竹桃的分支数为原来的2 倍，株高增加了4 0 ；若一年收获两次， 高羊茅可获得生物量干重约为2 6 k g m 2 ；并且夹竹桃和高羊茅四季常绿，适宜作 为我国温带和亚热带填埋场终场植被恢复的物种。 5 个灌溉区的渗滤液蒸散减量负荷为3 乒3 8 m m d ，减量率为5 4 7 - 5 9 4 ， 从理论上讲，可平衡雨水产生的渗滤液量。水量减量的主要影响因素是进水水力 负荷和气候条件。 渗滤液中污染物去除效果良好：5 个灌溉区的c o d 去除率为9 4 0 , - - 9 7 1 ， 其中土壤截留率为2 4 2 9 1 3 ，土壤有机质含量提高了4 乱1 7 6 ；氨氮去除率 为9 4 1 9 7 1 ，其中1 5 5 1 9 9 0 0 转化为硝态氮，氨挥发量小于2 ，3 8 1 5 6 积累于土壤，土壤全氮含量提高了4 0 - - 1 4 9 ；s s 的去除率为9 3 8 9 5 3 。 灌溉期间，渗滤液中主要盐离子( k 、n a 、c a 、m g 、c i 。) 在土壤中的截留率 逐渐减小，并且土壤中c a 、m g 离子相继由积累转为溶出。5 个灌溉区对渗滤液 申请同济大学工学硕士学位敝摘要 中k 总的截留率为6 8 8 - 7 8 9 ，n a 总的截留率为2 5 8 3 5 3 ，c i 总的截留率为 2 9 7 3 6 2 ，土壤中的c a 、m g 总的溶出量分别为渗滤液中c a 、m g 总含量的 9 8 3 l4 0 3 和3 9 4 2 8 。 土壤中主要盐离子随时间的累积不明显：灌溉区营养土层k 含量提高了 4 5 ，压实粘土层提高4 7 ；营养土层中n a 含量提高了1 i ，压实粘土层提 高了6 5 ：营养土层中c a 、m g 含量分别降低了2 7 和2 4 ，压实粘土层分 别降低了9 3 和6 2 ；营养土层和压实粘土层各自不同位置、不同土壤深度处 盐离子含量接近，分布没有明显的规律。 土壤水分分布状况良好：在距布水沟2 3 米的范围内，灌溉区土壤剖面含水 率均达到田间持水量；距布水沟5 3 米和8 3 米处土壤含水率逐步降低，但也能 达到田间持水量的8 0 ：降雨量为1 9 6 m m d 时，灌溉区土壤各处含水率均达到 田间持水量。 土壤的渗透性能下降：4 个月后，控流层( 布水沟表层土) 土壤渗透系数由 1 4 6 e 0 4 降为2 1 4 e 一0 5 ；控流层土壤的有机质含量为灌溉前3 倍，是渗透性能下 降的主要原因；但渗透性能下降主要体现在控流层上，可通过适度翻动控流层解 决。 显然，循环回灌后渗滤液灌溉填埋场终场覆盖层，能同时达到处理渗滤液和 恢复填埋场植被的目的，且渗滤液中盐分对土壤植被系统无长期性的不利影响， 水分在土壤中分布良好，灌溉处理系统能持续有效地长期运行。填埋场终场覆盖 层灌溉处理渗滤液具有可持续应用的特性。 关键词：回灌后渗滤液，长填龄渗滤液，填埋场终场覆盖层，灌溉处理， 水量减量，污染物去除，盐离子 申请同潋学工学硕士学位敝膦t 队盯 a b s t r a c t l a n d f i l li st h em o s tp o p u l a rw a yt ot r e a tm u n i c i p a ls o l i dw a s t e ( m s w ) i nt h e w o r l dn o w w h i l et r a d i t i o n a lm s wl a n d f i l lh a ss o m ed i s a d v a n t a g e sa se x p e n s i v ef o r l e a c h a t et r e a t m e n t ，l o n gs t a b l ep e r i o d ，t h eb i o r e a c t o rl a n d f i l lc a nr e d u c et h ep o l l u t a n t i n t e n s i t yo ft h el e a c h a t ea n da c c e l e r a t et h es t a b i l i z a t i o no fl a n d f i l lw a s t e l e a c h a t e r e c i r c u l a t i o ni so n eo ft h el e a d i n gc o n t r o lm e a s u r e s ，a n da f t e rt h er e c i r c u l a t i o n ，t h e o r g a n i cm a t t e ri nl e a c h a t ei sr e d u c e d ，b u tn o tt h es a m et on h 3 - n ，t h ec h a r a c t e r i s t i c s o ft h er e c i r c u l a t e dl a n d f i l ll e a c h a t ej u s tl i k el o n g - l a n d f i l l i n g - a g el e a c h a t e t h e nt h e r e c i r c u l a t e dl a n d f i l ll e a c h a t es t i l ln e e dt ob et r e a t e d ，b u tt h e r ea r en oe f f e c t i v ea n d i n e x p e n s i v ew a yn o w b e s i d e s ，i ti sd i f f i c u l tt or e c o v e rv e g e t a t i o no nl a n d f i l lf i n a l c o v e rb e c a u s eo fi t s s p e c i a l s o i lc o n d i t i o n i ft h er e c i r c u l a t e dl a n d f i l ll e a c h a t ei s i r r i g a t e do nt h el a n d f i l lf i n a lc o v e r , t h em a i np o l l u t a n t si n t h el e a c h a t ew i l lb e r e m o v e db yt h es o i l - v e g e t a t i o ns y s t e ma n dt h ev e g e t a t i o nw i l lb ep r o m o t e db yw a t e r a n dn u t r i m e n ti nt h el e a c h a t e i n t i a n z i l i n gl a n d f i l lf i n a lc o v e r , t h e r ew e r ef i v ei r r i g a t i o n f i e l d sp l a n t e dw i t h d o g b a n eo l e a n d e r ( n e r i u mi n d i c u mm i l l ) 、d o g b a n eo l e a n d e ra n dr u d e r a l 、t a l l f e s c u e ( f e s t u c a a r u n d i n a c e a ) 、 p r o m i n e n s ) a n d b e r m u d a g r a s s ( c y n o d o nd a c t y l o nl p e r s ) r e s p e c t i v e l y f r o mm a r c ht od e c e m b e r i n 2 0 0 4 ，t h ei r r i g a t i o n - f i e l d sa r ei r r i g a t e db ys i m u l a t i v el o n g l a n d f i l l i n g a g el e a c h a t e ， t h i ss t u d yf o c u e do nv e g e t a t i o nd e v e l o p m e n t 、v o l u m er e d u c t i o n 、m a i np o l l u t a n t s r e m o v a l ，a n dd i s c u s s e dt h ev o l u m er e d u c t i o ni n f l u e n c ef a c t o r s 、m a i np o l l u t a n t sf a t e s ， m a i ns a l ti o n sm o v e m e n ta n dd i s t r i b u t i o n ，s o i lm o i s t u r ec o n t e n td i s t r i b u t i o na n ds o i l p e r m e a b i l i t yv a r i e t y 舱c a m et ot h ec o n c l u s i o n st h a t ： a f t e raf i e l ds e a s o n ，t h ev e g e t a t i o nc o u l dr e c o v e ro nt h el a n d f i l lf i n a lc o v e ra n d e v e r g r e e n ，t h en u m b e r so fd o g b a n eo l e a n d e rr a m u sw e r ed o u b l e da n dt h eh e i g h tw a s i n c r e a s e db y4 0 ，t h ed r yw e i g h to ft a l lf e s c u ew a sa b o u t2 6k g m 2 ，i fh a r v e s t e d t w i c eay e a r a n dd o g b a n eo l e a n d e ra n dt a l lf e s c u ea r ef e a s i b l ef o rv e g e t a t i o n r e c o v e r yo nl a n d f i l li ns e m i - t r o p i c a lo rt e m p e r a t ez o n e t h ev o l u m er e d u c t i o nr a t eo ft h er e c i r c u l a t e dl a n d f i l l l e a c h a t ew a s3 6 - - - 3 8 m m d ， m u c hm o r et h a nt h er a i nf a l li nt h ec o r r e s p o n d i n gp e r i o d ，a n dm a i n l ye f f e c t e db y i n f l u e n t1 0 a da n dc 1 i m a t e 申请同济大学工学硕士学位黻a b s t r a c t t h er e m o v a lr a t i o so fm a i np o l l u t a n t si nl a n d f i l ll e a e h a t ew e r eh i g i l ，9 4 0 - - - 9 7 1 o fc o di nt h el e a c h a t ew a sr e m o v e da n da m o n gi t2 4 2 母1 3 o fc o da c c u m u l a t e d i ns o i l ，a n ds o i lo r g a n i cm a t t e ri n c r e a s e db y4 乱l7 6 ；9 4 1 - 9 7 1 o fn h 3 - ni nt h e l a n d f i l ll e a c h a t ew a sr e m o v e da n da m o n gi t1 5 5 - - 1 9 9 w a sc o n v e r s i o nt on o x n ， 4 o 14 9 a c c u m u l a t e di nt h es o i l ，a n dt h ev o l a t i l i z a t i o nr a t i ow a sl e s st h a n2 a n d s o i lt o t a ln i t r o g e ni n c r e a s e db y4 0 - - , 1 4 9 ；9 3 8 - - 9 5 3 o fs si nt h el e a c h a t ew a s r e m o v e d t h ea c c u m u l a t i o nr a t i o so fs a l ti o n si nl a n d f i l ll e a c h a t ed e c r e a s e dw i t ht i m e ， d u r i n gt h ef i e l ds e a s o n ，t h ea c c u m u l a t i o nr a t i oo f ki nl e a c h a t ew a sa b o u t6 8 8 - 7 8 9 ， a n df o rn a ，i tw a s2 5 8 - 3 5 3 ，f o rc i ，i tw a s2 9 7 3 6 2 ；b u tc aa n dm gi nt h es o i l w e r ed e s o r b e d ，a n dt h ed i s p l a c e m e n td e s o r p t i o np r o p o t i o no fc aa n dm gw e r e 9 8 3 - 1 4 0 3 a n d3 9 - 4 2 8 t h es a l ti o n si nl a n d f i l ll e a c h a t eh a dl i t t l el o n g t e r md a m a g et os o i l v e g e t a t i o n s y s t e m ，s o i ls a l t i o n sh a dl i t t l ea m o u n to fa c c u m u l a t i o na n dt h ed is t r i b u t i o nw a s r u l e l e s sa f t e ro n ef i e l ds e a s o n t h ekc o n t e n ti ns u r f a c es o i li n c r e a s e db y4 5 i n c l a yi n c r e a s e db y4 7 ，a n df o rn a ，i tw a s1 1 a n d6 5 r e s p e c t i v e l y t h ec a c o n t e n ti ns u r f a c es o i ld e c r e a s e db y2 7 ，i nc l a yi td e c r e a s e db y9 3 ，a n df o rm g ，i t w a s2 4 a n d6 2 r e s p e c t i v e l y t h em o i s t u r ec o n t e n td i s t r i b u t i o no fs o i lw a sf i t t i n gf o rv e g e t a t i o ng r o w t ha n d e f f e c t i v ee v a p o r a t i o n w i t h i nt h ed i s t a n c eo f2 3 mt oh o r i z o n t a lt r e n c h t h em o i s t u r e c o n t e n to fs o i ls e c t i o np l a n ew a sc l o s et ot h ef i e l dw a t e rc a p a c i t y , a n dt h em o i s t u r e c o n t e n td e c r e a s e dw i t ht h ed i s t a n c e b u ts t i l lm o r et h a nt h e8 0 o ft h ef i e l dw a t e r c a p a c i t y t h es u r f a c el a y e rs o i lp e r m e a b i l i t yd e c r e a s e df r o m1 4 6 e 一0 4t o2 14 e 一0 5a f t e r4 m o n t h s 。t h es o i lo r g a n i cm a t t e rc o n t e n tw a st r e b l e d ，t h i sm i g h tb et h em a i nr e a s o nf o r t h ed e c r e a s eo f p e r m e a b i l i t y ”i1 1 1 1 一：f i e l dr e s u l t ss h o wt h a ti tw a sf e a s i b l et oi r r i g a t et h el a n d f i l lf i n a lc o v e rw i t h r e c i r c u l a t e dl a n d f i l ll e a c h a t ei np r a c t i c e ，w i t hl i t t l el o n g - t e r md a m a g eo fs a l ti o n st o s o i l v e g e t a t i o ns y s t e ma n df a v o r a b l es o i lm o i s t u r ec o n t e n td i s t r i b u t i o n ，m e e t i n gt h e a i m so fl e a c h a t et r e a t m e n ta n d v e g e t a t i o nr e c o v e r ys i m u t a n e o u s l y k e yw o r d s ：r e c i r c u l a t e dl a n d f i l ll e a c h a t e ；l o n g l a n d f i l l i n g a g el e a c h a t e ；l a n d f i l lf i n a l c o v e r ；i r r i g a t i o nt r e a t m e n t ；v o l u m er e d u c t i o n ；p o l l u t a n t sr e m o v a l ；s a l t l v 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，同意如下各 项内容：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，并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文； 学校有权提供目录检索以及提供本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权 按有关规定向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版：在不以赢利为 目的的前提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 此外，本论文不愿加入任何数据库。 学位论文作者签名：蓐 汾 劢艿年2 月彩日 经指导教师同意，本学位论文内容须予保密，在5 年解密后适用 本授权书。 学位论文作者签名：害在玖 耖万年月劢e l 声明 本人郑重声明：本论文是本人在导师指导下，进行研究工作所取 得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不 包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。 对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中 以明确方式标明。 本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。 签名：私弧 7 0 0 9 年乙月 申裥济大学工学硕士学位敝第l 章概述 1 1 研究背景 第1 章概述 1 1 1 生物反应器填埋及其渗滤液水质特征 国家环保总局( 2 0 0 3 年中国环境状况公报指出，2 0 0 3 年全国生活垃圾清 运量为1 4 8 5 7 万吨，比上年增加8 8 ，其中生活垃圾无害化处理量为7 5 5 0 万吨， 处理率仅为5 0 8 ，还有近一半未进行无害化处理，即7 0 0 0 多万吨的垃圾在露 天堆放，严重地恶化着居民生活环境，威胁着公众健康。可以预计，我国的垃圾 总产生量还会继续保持较高的增长势头，如何合理“消化 垃圾已经刻不容缓。 目前业已成熟且广泛应用的垃圾处置方式有填埋、堆肥和焚烧三种。其中填埋具 有建设和运行费用低、操作简单、处理彻底、可回收沼气能源等优点，而且堆肥 和焚烧也必然存在一部分无法利用的残渣需要填埋，填埋是任何国家和地区都不 可缺少的固体废物的最终处置手段。 自二十世纪3 0 年代美国建造了有标准规范约束的卫生填埋场后，卫生填埋 在城市垃圾处理中占据了重要地位，但目前业已建成运行的垃圾卫生填埋场，仍 存在一些不足之处，如渗滤液处理难且费用高、填埋气回收利用效益低、垃圾降 解速率慢、封场后维护监管期长且费用高等。针对上述不足，从社会经济资源利 用角度考虑，较合理的思路就是有控制地强化垃圾在填埋层中的生化过程。美国、 加拿大、英国、瑞典、日本等国均有相当长时期探索强化填埋层生化稳定化过程 的填埋技术研究历史，1 9 9 0 年代中期以后，多以生物反应器填埋( b i o r e a c t o r l a n d f i l l ) 定义此类填埋技术【1 1 。该技术对垃圾降解的影响因素( 水分、含氧量、 营养配比等) 进行控制，主要的控制方式有渗滤液回灌、添加营养成分、通入空 气、微生物接种等。由于适当的水分含量对填埋垃圾的降解速率影响很大，且较 易实现，因此渗滤液回灌是生物反应器填埋场最常用的操作措施。通过渗滤液回 灌厌氧性垃圾填埋层，可加速填埋层甲烷化，将渗滤液中有机污染物由液相转化 为气相( c h 4 、c 0 2 ) ，从而改善渗滤液的水质，降低渗滤液的处理费用：同时增 加甲烷气的碳源，产气量大并且产气期集中，能源回收率高：采用气体主动收集 系统，减小了甲烷气体的逸散，有利于控制温室气体；沉降率提高，可以增加填 埋库区的容量，延长填埋场的使用寿命；稳定化加速，缩短了监测时间和降低了 运行管理费用【2 1 。生物反应器填埋将垃圾填埋从一个被动接收系统转变为主动控 制管理系统，这种方法代表了垃圾处置未来的发展方向。 蝴同济大学工学硕士学位敝第。章概述 但该技术体系中同样有渗滤液处理的问题。该体系中的渗滤液为经垃圾填埋 层回灌处理后出水，渗滤液中易降解有机物已经过垃圾层微生物代谢，其污染负 荷已大幅降低，水质特征类似长填龄垃圾填埋场渗滤液，生物降解性很差( 腐殖 类物质居多) ，氨氮浓度高 3 1 ，仍有很高的污染负荷，需进一步处理才能达到排 放的要求。 1 1 2 渗滤液的处理方法 国内外广泛应用的渗滤液处理方法为物理化学处理、生物处理或两者联合处 理。报道的渗滤液物理化学处理方法主要有吹脱、化学沉淀1 4 l 、混凝、活性炭吸 附【5 1 、化学还原、电化学氧化 6 1 、高级氧化法 7 1 ( 包括湿式氧化、光化学氧化、 f e n t o n 法氧化) 、反渗透 8 1 等。目前物理化学处理主要用于去除色度、氨氮、重 金属离子、难生物降解有机物等，但由于渗滤液中有机污染物浓度很高，单用物 理化学法难于达到理想效果。渗滤液处理的生物法包括好氧生物法和厌氧生物法 两大类，好氧生物法主要有活性污泥法 9 1 、s b r 法【i o j 等。此外还有厌氧、好氧处 理联合使用的方法【l 卜1 2 1 。 由于渗滤液理化性质复杂多变，目前国内外尚无技术经济性均优越的处理工 艺【1 3 】。为解决投资费用和处理费用高，最终排放的渗滤液难于达标等问题，还需 要探寻适宜的渗滤液处理方法。 1 1 3 填埋场的植被恢复 对填埋场而言，除了渗滤液处理难度大外，填埋场封场后的植被恢复也比较 困难。垃圾填埋场占地面积较大，且通常选址在距城市不远的地方。随着社会经 济发展、城市化进程加速，填埋场土地具有很高的开发利用价值。在西方发达国 家关闭的填埋场经过生态恢复后常建成公园、高尔夫球场等露天娱乐场所l i 引，不 仅改善了填埋场环境，恢复了土地的使用价值，而且对填埋场本身的安全和稳定 有重要意义。因此，填埋场的生态恢复是一项重要的工作，而其中填埋场终场植 被的恢复与维持是关健。然而许多国家和地区，在填埋场生态环境恢复过程中， 相续遇到了各种困难，有关填埋场生态恢复的理论和实践仍然是关注的热点。 1 2 渗滤液土地灌溉处理研究进展 近年来国内外废水土地处理系统发展十分迅速，开发、研究、设计、建设和 运行了一批新型的、既有理论基础又有实用价值的废水土地处理系统，可作为渗 滤液处理的借鉴。土地处理是利用土壤微生物植物组成的生态系统的自我调控 申请同济大学工学硕士学位敝第，章跳 及人工调控的机制对废水中的污染物进行一系列物理的、化学的和生物的净化过 程，使污染物得到去除、转化，废水水质得到改善；并通过系统中营养物质和水 分的循环利用，使植物生长繁殖，从而实现废水的无害化和资源化的生态系统工 程。这是一种高效、节能、经济并符合生态学原理的废水处理利用系统【b j 。 将渗滤液灌溉于填埋场终场覆盖层植被，将可能同时达到处理渗滤液和恢复 填埋场植被的目的。国内外已有研究将卫生填埋产生的渗滤液灌溉于植被或裸 土，分析了渗滤液的处理效果、植被的生长状况、土壤的理化性质等。 1 2 1 渗滤液土地灌溉处理的水质净化 土壤的净化功能( 土壤植物系统的净化功能) 主要由下列要素组成：土壤 中细菌、真菌和放线菌等微生物区系的降解、转化和生物固定化作用；绿色植物 根系的吸收、转化、降解和生物合成作用：土壤的有机、无机胶体及其复合体的 吸收、络合和沉淀作用；土壤的离子交换作用：土壤和植物的机械阻留作用；土 壤气体的扩散作用等。对于不同的污染物，土壤一植物系统的净化机理、能力和 过程是不同的。 渗滤液中有机物的去除主要是上述要素中的前三项，部分被土壤吸收，作为 有机质，成为土壤的组成部分；部分被土壤中微生物合成代谢，形成c 0 2 逸出。 在r e v e ljc 1 6 j 的论文里，介绍了d e u n e v yjp 所开展的渗滤液灌溉试验中c o d 的去除率为6 0 ，而据r e v e ljc 的试验，c o d 的去除率仅为3 0 ，他认为原因 可能是渗滤液中高的盐分抑制了甲烷菌的活性。 h a s s e l g r e nk ( 1 9 9 8 ) 1 7 j 的- - g f l 渗滤液灌溉试验中，氨氮的去除率都在9 5 以 上，并且植物吸收占较大比例，三个生长季里，随着植物生物量增大，总氮的去 除率逐步增大，依次为4 3 4 ，7 8 7 和9 3 3 。在他所研究的柳树一土壤系统中， 渗滤液中氮的主要去除过程为部分氨氮被氧化为硝态氮，然后硝态氮和部分剩余 的氨氮一起被植物吸收。国内研究了香根草对【l 引氨氮的去除，净化效果在7 7 - 9 1 之间。t y r r e lsf 等【1 9 l 专门研究了渗滤液灌溉植被过程中n h 3 - n 的去除，并对 氨氮的去除途径进行了分析，认为主要有土壤吸附j 植物吸收、氨气挥发、转化 为硝态氮、转化为n 2 、n 2 0 。 总之，渗滤液灌溉植被有良好的有机物和氨氮去除效果，但由于渗滤液水质、 灌溉方式、土地状况、植被状况等不同，各研究得出的处理效果有明显差异。 1 2 2 渗滤液土地灌溉处理的水量减量 渗滤液灌溉土壤植被系统时，可通过土壤蒸发、植物蒸腾削减水量。c u r e t o n pm1 2 0 1 等在一个灌溉季内( 7 月7 日9 月1 2 日) ，用渗滤液灌溉草坪草及白杨等， 申请瞒大学工学硕样位敝第。章概述 灌溉渗滤液量为5 2 5 m m ，实际蒸发散量为4 0 1 - - - 6 4 0 m m 。s t e p h e nw 等( 2 0 0 0 ) 2 h 以渗滤液灌溉柳树，研究结果表明每天实际蒸发量( e t a ) 曲线和每天蒸发需求 量( e t o ) 曲线同步变化：此外，渗滤液中污染物浓度影响蒸发量，灌溉渗滤液 中的c l 。浓度越高，实际蒸发量越小，即e t a e t o 越低。据r e v e ljc1 1 6 j 的试验， 灌溉水量减量大小和地上部分生物量、叶面积和蒸腾作用大小相应。国内李国建、 张瑞明等的研究结果 2 2 2 4 1 均表明渗滤液灌溉裸土或垃圾层表面，水量可通过蒸 发作用大幅削减。 1 2 3 渗滤液对植物生长的影响 w o n gmh 2 5 1 等人研究了渗滤液对中国白菜、开花型中国白菜和刺槐生长的 影响。结果表明体积比为5 、1 0 、2 0 、4 0 的渗滤液稀释液所灌溉的白菜，其生 物量均高于清水灌溉的白菜的生物量；而灌溉渗滤液的刺槐的生物量均小于清水 灌溉的，且灌溉渗滤液浓度越高，植物的根越短。c u r e t o npm 2 0 】等所种植的垂 柳、野生白杨等四种植物在灌溉了渗滤液后，其高度相对于清水灌溉的有 3 6 - 1 4 1 的提高；但用高浓度渗滤液灌溉后，垂柳和野生白杨的叶片干燥、早熟、 衰老，显示了缺水症状。c h a nysg 等【2 6 】研究了渗滤液对根瘤菌豆科植物的影 响，结果表明大多数豆科植物都能在存在渗滤液和填埋气的不利环境下生长，且 均能固氮。 通常渗滤液对植物生长有促进作用，但不合理的灌溉会对植物有毒害作用。 s t e p h e n sw 等【2 i j 研究了渗滤液中c l 。对柳树生长的影响，发现叶片和树干生物质 都随着c l 一浓度提高线性下降。w o n gmh 2 5 1 等认为，渗滤液对植物的毒性主要 体现在盐分的渗透性和离子的影响，其它脂肪酸和硼等可能也有害。c u r e t o np m 2 0 j 等也有相似的看法，认为渗透势( 氯化钠、钾及可溶挥发性有机物为其可溶 物主要贡献者) 是决定污水能否灌溉于植被的首要因素。e d w a r df ( 1 9 8 5 ) 等【2 7 瑚j 认为盐分能明显的抑制植物根的生长和水分的平衡，建议避免在电导率大于 2 m m o h s c m 1 的土壤上种植植物。可见研究者普遍认为盐分是影响植物生长的主 要因素。 此外，由于植物组织中的某些离子浓度过高将妨碍一些生化过程的进行，不 少研究者关注植物组织内营养元素、矿物元素及重金属累积状况。w o n gm h 弘 、 m e n s e rha t 2 9 1 、h e m a n d e zaj 3 0 l 、g o r d o n am 3 1 】，s m i t hdc 3 2 1 等分析了植物组 织中n 、p 、k 、b 、f e 、m n 、z n 等元素的累积情况，结果表明：渗滤液中浓度 较高的离子，灌溉后植物组织中相应离子浓度会增加。姜必亮等研究了渗滤液中 重金属的生态效应，发现植物中重金属含量稍有增加，对植物生长的影响不大 【3 3 州】。 4 申请同济大学工学硕蛘位敝第。章跳 总的来说，植物生长状况受渗滤液水质、植物种类、灌溉方式等影响。渗滤 液对植物的生长有双重作用，若灌溉渗滤液浓度较低，植物生长受到促进，因为 渗滤液中含有的营养物质( n 、p 、k 等) 对植物生长有g t 2 0 ；若渗滤液浓度过 高，植物生长会受到抑制，其原因是渗滤液中盐分过高、特定离子毒害( n a 、 c r 、硼等) 等【1 7 t 2 5 , 2 6 , 3 5 3 6 1 。 1 2 4 填埋场场地因素对植物生长的影响 填埋场封场植被的恢复始终是研究和实践的热点，填埋场终场覆盖层有独特 的土壤条件：1 ) 垃圾厌氧发酵产甲烷，填埋场土壤中有填埋气【3 4 , 3 6 1 ，其中c i - h 和c 0 2 占了近9 0 1 3 6 1 ；2 ) 垃圾在填埋场内厌氧分解释放出热量，填埋场土壤的 温度较耐1 9 l ；3 ) 填埋场的最终覆土层在施工过程中被填埋设备频繁压缩，土壤 容重较大3 s - 3 9 1 ：4 ) 部分填埋场土壤厚度过小p 。填埋气能导致植物根部缺氧； 土壤温度过高对植物生长不利；土壤过度压实制约植物根系的生长；由于土壤能 起到阻隔填埋气和增加土壤含水量的作用，土壤厚度过薄对植物生长存活不利。 m o f f a taj 和h o u s t o ntj i 4 l j 发现，填埋场土壤厚度由0 5 m 提高到l m 后，杨树、 柳树的存活率提高了5 0 。 总之，填埋场终场覆盖层土壤生境比较恶劣，填埋场的植被的建立与维持困 难，且由于各填埋场的设计、建造、管理的不同，各填埋场上的植被恢复难易有 较大差异。 1 2 5 渗滤液土地灌溉处理研究小结 尽管许多研究者已对渗滤液的污染物去除效果、水量减量效果，植物生长状 况，以及填埋场终场覆盖层上植被重建、生态恢复等方面开展了研究。但在填埋 场终场覆盖层上灌溉渗滤液时侧重于资源化利用，不以渗滤液的处理为主要目 的，回灌的水力负荷较低：渗滤液蒸散减量及污染物去除效果方面的研究多见于 渗滤液灌溉裸土或小试规模的植被；且针对的是卫生填埋场产生的渗滤液，对类 似生物反应器填埋场填埋垃圾层回灌后渗滤液的灌溉处理未见报道；而且对渗滤 液灌溉处理系统长效运行方面缺乏科学的认识，主要体现在以下方面： 1 ) 缺乏以填埋场终场覆盖层为实验场所，以类似生物反应器填埋场垃圾层 回灌后渗滤液为对象的现场规模的渗滤液灌溉处理试验研究。填埋场终场覆盖层 生境特殊，回灌渗滤液出水的污染负荷较低，在填埋场终场覆盖层上灌溉处理此 类渗滤液的蒸散减量、污染物去除和植被恢复效果有必要进行试验研究。 2 ) 缺乏土壤植物系统的影响因素分析。普遍认为盐分是渗滤液中抑制植物 生长的主要因素，但对盐分的迁移缺乏研究。且盐分是离子综合作用的体现，构 申请同济大学工学硕搏位敝第。章概述 成渗滤液中盐分的主要离子在灌溉中的迁移情况以及其在土壤中的累积情况需 要深入研究。 3 ) 缺乏渗滤液在填埋场覆盖层土壤中的分布及迁移的分析。水分分布影响 水量减量效果、水质净化效果及植物生长。缺乏对水分分布、迁移的了解，无从 优化灌溉方案和处理系统的设计，不能充分发挥灌溉处理系统的处理潜力。 1 3 论文选题、研究内容，意义及思路 1 3 1 论文选题 生物反应器填埋代表了垃圾填埋的未来技术发展方向，其回灌后渗滤液的处 理和填埋场植被的恢复是生物反应器填埋需要解决的问题，这两方面可能通过渗 滤液灌溉填埋场终场覆盖层植找到有效的解决方案。然而土壤植物系统灌溉处 理此类渗滤液是否合理有效，能否长效运行，还需要研究以下问题：1 ) 填埋场 植被恢复情况；2 ) 灌溉处理对渗滤液的处理效果：3 ) 土壤植物系统的胁迫因 素分析( 主要是盐分) ；4 ) 渗滤液在覆盖层内分布的合理性。 为此，结合国家“十五 8 6 3 计划( 城市生活垃圾生态填埋成套化技术及 示范课题) ，本论文选定“垃圾填埋场终场覆盖层灌溉处理渗滤液效果分析”为题， 就填埋场终场覆盖层灌溉处理渗滤液的效果及其长效性开展研究。 1 3 2 研究内容 本文的主要研究内容有： 1 ) 渗滤液灌溉条件下，植物的生长状况及影响分析。通过监测植物的株高、 分支数、存活率、生物量、表观症状的变化，认识渗滤液对植物生长的影响，为 填埋场植被恢复筛选适合的植物。 2 ) 填埋场终场覆盖层处理渗滤液的效果。通过研究渗滤液的水量减量效果 和主要污染物( c o d 、n h 3 - n 、s s ) 去除效果，并分析水量减量的影响冈素和主 要污染物的去除途径，评估渗滤液灌溉处理的合理性。 3 ) 渗滤液中主要盐离子的迁移。通过分析渗滤液中主要盐离子的迁移及其 在土壤中的积累情况，评估土壤植被系统长期运行的可行性。 4 ) 覆盖层土壤内的水分分布及迁移。通过监测灌溉区土壤含水率的分布及 变化，评估水分的分布合理性：分析灌溉期间土壤的渗透性能的变化。 6 蝴济大学嘲士学位敝第1 章概述 1 3 3 研究意义 本论文的研究成果将对渗滤液灌溉处理的合理性、长效性做出评估，可为填 埋场终场覆盖层灌溉处理渗滤液的推广应用提供依据，并具有直接的指导意义。 1 3 4 研究思路 懒济大学工学硕士学位敝 第2 章试验场地概况 第2 章试验场地概况 2 1 天子岭废弃物处理总场概况 试验场地设置于杭州市天子岭废弃物处理总场，该场属于山谷型生活垃圾填 埋场，位于杭州市北郊半山区天子岭青龙坞，距市区1 8 k i n ，村民居住区离填埋 场l k m 以外，该场承担着杭州市市区全部生活垃圾的无害化和资源化处理任务。 当地为亚热带季风性气候，四季分明、温和湿润、光照充足、雨量充沛。年 平均气温1 6 2 c ，夏季平均气温2 8 6c ，冬季平均气温3 8c ，无霜期2 3 0 2 6 0 天， 平均相对湿度7 6 ，2 0 0 4 年降雨量为9 1 0 m m 。 2 2 试验场地设计 试验场地的植被种植情况及实验场地具体构造见图2 1 ，示意图见图2 2 。 鼍 | | | l 窿 避 q h l ：ll ! l l ：1 姜 l 8 m植被 垫； i 。一。寻j | 薹： 譬； ! 缸+ 一 j ：阳 i 酞 i i u l 幢|。l 乱 1 3 卢；一一一一一一- 上弋； 三i jhl i | i 一一lu n i 一。 图2 1 试验场地构造图 f i g 2 1s t r u c t u r a lm a po ft h ei r r i g a t i o n - f i e l d 渗滤液灌溉处理系统的组成部分如下： 1 ) 渗滤液贮液罐：容积为l o m 3 ，储液罐上有液位计，计量进水水力负荷： 渗滤液灌溉前先运至贮液灌贮存。 2 ) 渗滤液布水与控制系统：采用p v c 管输送渗滤液，管上有球阀，控制渗 滤液的输送，末端接布水沟布水。 3 ) 渗滤液收集罐：面积为l m 2 ，高o 8 米，底部有阀门排水：通过测量罐 内液位推算水量。 8 蝴献，；。馘。：。；。概。 出水收集罐雨水收集罐 2 3 实验材料 231 土壤材料 1 髯粒组成 圉2 , 2 试验场地示意图 f i g22s k e t c h m a p o f t h e i r f i g a t i o n f i e l d 平 面 图 削 面 蚓 土粒粒径大小影响着土壤对污染物的吸附和解吸能力，土壤的颗粒组成在一 定程度上反映了土壤的某些性质因此本研究分析了灌溉区营养土层( 见圉21 ) 的颗粒组成。 由于营养土的粒径较粗，采用筛析法测其颗粒组成，结果见表21 。 表2 l 营养七粒径分级 t a b t e2ip a r d c l es i z e d i s t r i b u t i o n o f s u l f a t es o i l 土壤机械组成的分类是以土壤中各粒级相对百分比含量为标准。我国将士壤 申请同济大粗学硕士学位敝第2 章试验场地概况 质地分为3 组1 1