（环境科学专业论文）黑麦草生物修复垃圾渗滤液试验研究.pdf

桂林理工大学硕士学位论文 a bs t r a c t d o m e s t i cl a n d f i l ll e a c h a t ei sak i n do fo r g a n i cw a s t e w a t e ro f h i g hc o n c e n t r a t i o n w h i c h c o u l dp o l l u t et h es u r f a c ew a t e r ，g r o u n d w a t e r ，a t m o s p h e r ea n ds o i l n o w a d a y st h e t r e a t m e n t so fd o m e s t i cl a n d f i l ll e a c h a t eh a v er e c e i v e de x t e n s i v ea t t e n t i o na th o m ea n d a b r o a d w et o o kt h ef l e s hl a n d f i l ll e a c h a t es a m p l e sf r o mt h ec h o n g k o um u n i c i p a ls o l i dw a s t e l a n d f i l li ng u i l i n i nt h i sr e s e a r c h ，a tf i r s t ，ab i o l o g i c a lt o x i c i t ya n a l y s i so fl e a c h a t ew a sc a r r i e do u t ，a n d t h ee f f c to fl e a c h a t eo nh e r b ss e e d sw i t hd i f f e r e n tc o n c e n t r a t i o n sw a si n v e s t i g a t e d t h e r e s u l t ss h o w e dt h a tt h ei n h i b i t i o ni n f l u e n c eo fl e a c h a t et oh e r bs e e d sg e r m i n a t i o nw a sw o r s e t h a nt h e p r o m o t i n gi n f l u e n c e ，w h i c hs h o w e dt h a tl a n d f i l ll e a c h a t eh a da na b i l i t yo f b i o l o g i c a lt o x i c i t y ，i fi tn o tb et r e a t e d t h eh a r mt ot h es u r r o u n d i n gp l a n t sw a st o on u m e r o u s t oi g n o r e i nt h i ss t e p ，w eh a ds c r e e n e do u to n ek i n do fh e r bs e e di nt h r e et h a tc a nl i v ei n s p e c i a lp a r a m e t e r so fl a n d f i l ll e a c h a t e p h y s i c a l 。c h e m i c a lo rb i o c h e m i c a lm e t h o dt r e a t m e n tt e c h n o l o g yw a sa p p l i e dt ot r e a tt h e l a n d f i l ll e a c h a t e i no r d e rt or e d u c et h ec o d c ra n dd i s l o d g et h ep e r s i s t e n t o r g a n i c p o l l u t a n t s ( p o p s ) c o n c e n t r a t i o no ft h el a n d f i l ll e a c h a t e i nt h ep h y t o r e m e d i a t i o ne x p e r i m e n t s ，t h em a i np a r a m e t e r so fl a n d f i l ll e a c h a t e ( c o d ，p h ， t na n dt pe t c ) w e r es u r e a m o n gt h e m ，t h eb e s tp a r a m e t e rv a l u eo fl a n d f i l ll e a c h a t ea n d t h eb e s tt r e a t m e n t t e c h n o l o g y w e r ed e t e r m i n e d t h e p h y t o r e m e d i a t i o nt r e a t m e n t e x p e r i m e n t ss h o w e dt h a t ：t or e a c h7 0 r e m o v a l i t yo fc o d c fa n d6 8 r e m o v a l i t yo f n i t r o g e n t h r o u g hc u l t u r i n gp l a n t so nl a n d f i l ll e a c h a t e ，t h ea d a p t i v ec a p a c i t ya n da b s o r p t i o n c a p a c i t i e so fh e a v ym e t a l so fl o l i u mm u l t i f l o r u m i nl a n d f i l ll e a c h a t ew a sr e s e a r c h e d t h e b e s ta b s o r p t i o nt i m et oh e a v ym e t a l sw a sd i s c u s s e d t h em o s ts u i t a b l ef o rt h et r e a t m e n to f h e a v ym e t a l si nl a n d f i l ll e a c h a t e ，w i t ht h el a r g e s tr e m o v a lr a t e sof , c ra n dp bw e r e7 9 a n d 7 2 ，r e s p e c t i v e l y t h el a n d f i l ll e a c h a t ea f t e ra b s o r p t i o nb yl o l i u mm u l t i f l o r u mc a nm e e tt h e g r a d et h r e es t a n d a r do f i n t e g r a t e dw a s t e w a t e rd i s c h a r g e s a b s t r a c t ：l a n d f i l ll e a c h a t e ；l o l i u mm u l t i f l o r u m ；p h y t o r e m e d i a t i o n 2 桂林理工大学硕士学位论文 引言 随着国民经济的发展，人们在享受高水平生活的同时，城市生活垃圾也 在异常迅速的增加，我国城市垃圾以每年1 0 的速度增长着【1 ，2 】。目前，我国 城市生活垃圾历年积存量已达6 0 多亿吨，居世界前列【3 1 ，对环境将会造成严 重的污染。而且随着我国城市化进程的加快，乡镇经济较发达的地区的村镇 生活垃圾也日益成为一个重要的污染源，现在人们普遍关注着其处理处置问 题。因此，如何科学、经济、合理、无害的处理城市生活垃圾已成为现代环 保工作中一个具有现实意义而又刻不容缓的问题。 城市生活垃圾的处理方法有许多种，主要分为填埋、焚烧和堆肥这三种， 其中生活垃圾卫生填埋在整个固体废弃物处理和处置体系中占有重要的地 位。生活垃圾卫生填埋具有低成本、技术相对简单、处理迅速、可回收沼气、 对垃圾热值无特殊要求、土地可恢复利用、综合效益好等特点，是目前世界 范围内城市垃圾处理的主要方式1 4 j 。目前我国有7 0 以上的城市固体废弃物 是采用卫生填埋的方法进行处理的【5 。卫生填埋的主要环境问题是垃圾渗滤 液造成的污染。垃圾渗滤液是一种有害的高浓度难处理有机废水【6 】，其难处 理的原因主要是它往往有高浓度的c o d c ，、氨氮和重金属离子等，并且含有 一些具有生物毒性的大分子环状、芳香族化合物等，如不加以收集处理，进 入外部环境中将产生严重的污染。 垃圾渗滤液中含有的某些有机物( 如芳香族类化合物) 在环境中难以被 降解，这些物质往往具有相当的稳定性，会对环境造成十分严重的危害，如 污染地下水和地表水：更值得一提的是，垃圾渗滤液中高浓度的氨氮和金属 离子等也会对填埋场周边环境中的生物造成巨大的伤害。普通情况下，单一 的使用物理化学或生物方法对垃圾渗滤液进行处理，出水水质往往难以满足 排放标准，而且普通的污水处理方法在处理渗滤液时效果往往不理想：运用 特殊的处理方法如反渗透等又面临高成本的问题。因此，垃圾渗滤液的处理 已成为填埋场运行管理和污染防治中非常棘手的问题。 本研究以广西桂林市临桂县冲口城市生活垃圾卫生填埋场的新鲜垃圾渗 滤液作为研究对象，采用水培法研究草本植物修复渗滤液的能力，并探讨渗 滤液对草本植物生长的影响以及草本植物对渗滤液中污染物的去除能力。 桂林理工大学硕士学位论文 第1 章概述 随着国民经济的高速发展，人们在享受高质量生活水平的同时，城市生 活垃圾也在以异常迅猛的速度增加，我国城市垃圾以每年1 0 的速度增长着 叫1 。目前，我国城市生活垃圾历年积存量已达6 0 多亿吨，居世界前列【3 1 ， 对环境将会造成严重的污染。而且随着我国城市化进程的加快，乡镇经济较 发达的地区的村镇生活垃圾也日益成为一个重要的污染源，现在人们普遍关 注着其处理处置问题。因此，如何科学、经济、合理、无害的处理城市生活 垃圾已成为现代环保工作中一个具有现实意义而又刻不容缓的问题。北京曾 经出现垃圾包围城市的报道，随着类似事件的曝光和人们对环境保护的重视， 人们开始普遍关注着其城市生活垃圾的处理处置问题。 目前世界上城市垃圾的处理方法有很多种，但主要还是填埋、焚烧和堆 肥这三种，其中卫生填埋处理固体废弃物是当前世界范围内城市垃圾处理的 主要方式【4 】，而我国有7 0 以上的城市垃圾是采用卫生填埋的方法进行处理 的1 5 j 。卫生填埋的主要环境问题是垃圾渗滤液对周边环境造成的污染，当前 卫生填埋场运行、管理和污染防治过程中主要工作之一就是对垃圾渗滤液进 行适当的处理，以避免对周边环境造成二次污染。 1 1 垃圾渗滤液的产生、水质特征和危害 1 1 1 垃圾渗滤液的产生 垃圾渗滤液的产生来源主要有以下五个方面【。7 。9 】： 降水入渗。降水包括降雨和降雪，它是垃圾渗滤液产生的主要来源。 外部地表水入渗。这包括地表径流和地表灌溉。 地下水入渗。当填埋场内垃圾渗滤液水位低于场外地下水水位，在没 有设置防渗系统时，地下水就有可能渗入填埋场内。如果在设计旌工中采取 适当的防渗措施，可以有效的减少地下水的渗入量，减少渗滤液的产生。 垃圾自身含带水分：包括游离态水和结合态水。游离态水相对更容易 从固体废弃物中分离，而结合态水只有在载体性质发生改变时才会以游离态 水形似出现，因而即使对固体废弃物进行压缩，往往也难以最大程度的去除 废弃物中的水分。固体废弃物随垃圾进入填埋场中的水分，包括垃圾本身携 带的水分以及从大气和雨水中的吸附量。垃圾自身的水分有时候是垃圾渗滤 6 桂林理工大学硕士学位论文 液的主要来源之一。有数据显示：当垃圾含水为4 7 时，每吨( t ) 生活垃圾可 产生0 0 7 2 2 t 垃圾渗滤液【l0 1 。 垃圾填埋后，微生物对固体废弃物经好养、厌氧分解也会产生一定量 的水分【1 1 1 ，其产生量与垃圾的组成、p h 值、温度和菌种等因素有关。 人为加入的水分。这主要与填埋场处理固体废弃物工艺有关。有的填 埋场人为的添加微生物、营养物质、和水分，或是采用渗滤液回灌的方式为 了加速垃圾的腐化过程，这些水分也成为了渗滤液的来源。 1 1 2 垃圾渗滤液的水质特征 垃圾渗滤液的组成成份十分复杂，影响其组成成份和污染物浓度的因素 很多，主要有【l2 b 1 ：垃圾的组成、填埋的年限、填埋操作、气候变化、填埋地 点的水文地质条件、微生物环境等所决定。由于影响因素众多，造成了不同 地区、不同的填埋场、不同填埋时期的垃圾渗滤液水质水量的变化幅度很大。 垃圾渗滤液外观呈出深褐色乃至黑色，色度深且有恶臭，有较多的固体 悬浮物，可溶解固体也较多，有时表面有大量气泡或是油污。总体来说，垃 圾渗滤液的特性如下i ( 1 ) 有机污染物浓度高 实验研究表明，垃圾渗滤液中有机污染物大部分都具有一定的毒性，其 中许多还是e p a 优先控制的污染物【1 4 】。杨志泉等【1 5 在对广州大田山垃圾填 埋场垃圾渗滤液进行g c m s 分析研究表明，主要有机污染物有8 7 种( 可信度 超过6 0 的有7 3 种) ，其中烷烃、烯烃类1 7 种，芳烃类2 8 种，酸类6 种， 酯类4 种，醇、酚类17 种，醛、酮类7 种，酰胺类4 种，其他4 种。在其所 监测出的8 7 种有机污染物中有1 6 种所检测出来的有机物是被列入优先控制 的黑名单的优先控制的污染物。张兰英等【l6 j 采用g c m s d s 联用技术测定出 垃圾渗滤液中含有9 3 种有机污染物，其中2 2 种被列为我国和美国e p a 环境 优先控制污染物的黑名单。c e c i l l i aom a n 等【1 7 1 采用g c m s 分析测定了垃圾 渗滤液中的含碳有机物，共检测出有机污染物4 5 种。p i r b a z a r i 等【1 8 】对美国 b k k 公司运作的w e s tc o v i n a 垃圾填埋场垃圾渗滤液的研究，也检测出了1 8 种特殊有机物。 目前垃圾渗滤液中的有机物一般可被分为三类【1 9 】，即：低分子量的脂 肪酸类；腐殖质类的高分子碳水化合物；中等分子量的黄霉酸类物质。 垃圾渗滤液中的有机成分随填埋场运行时间而变化。填埋场运行初期， 所产生的渗滤液中有机物主要以可挥发性脂肪酸尤其是乙酸、丙酸和丁酸为 桂林理工大学硕士学位论文 主；其次则是带有羟基和芳香族羟基的黄霉酸；随着填埋场运行时间的增加， 填埋场内固体废弃物组成成份和结构逐步相对稳定，此时，垃圾渗滤液中挥 发性脂肪酸含量逐渐减少，而黄霉酸等比重则逐渐增加。 ( 2 ) 高氨氮含量，c n 比例失调。 填埋时间超过5 年的“中老年”填埋场所产生的垃圾渗滤液中较高的氨 氮含量是导致其难处理的一个重要原因。垃圾渗滤液中氨氮浓度最高可达 5 0 0 0 m g l 以上，一般在5 0 0 m g l - - 2 0 0 0 m g l 之间居型2 0 j 。而高浓度氨氮又 是导致c n 比例失调的最主要的原因。垃圾渗滤液中氨氮严重超标，生物脱 氮所需要的碳源又严重不足，c n 过低则对常规的生物处理过程有较强的抑 制作用，且因有机碳缺乏，难以进行有效的反硝化。过高的氮元素含量也不 利于微生物的活动，有资料显示 2 1 , 2 2 ：在好氧情况下，温度为1 5 、p h = 8 的条件下，当总氮浓度超过2 0 0 m g l 时，其中有6 的氨氮转化为n h 3 形式， 会破坏微生物的氧化作用，氨氮浓度越高，抑制性越强。s h i s k o w s k i 等人 2 3 1 对加拿大的b u m sb o g 垃圾填埋场渗滤液1 6 0 天的研究表明，氨氮浓度由 2 0 0 m g l 迅速增至1 2 0 0 m g l ，最高达1 5 0 0 m g l 。而通常情况下渗滤液中的 氨氮的含量占t n 的8 5 - - - 8 9 1 2 4 j 。 一 ( 3 ) 金属元素含量较高 虽然一些城市开始推行垃圾分类制度，或是尝试开始在垃圾站对固体废 弃物进行分拣，但总体上来看目前我国城市垃圾基本上都未经过分类处理， 这会造成大量废旧电子产品、金属制品和生活垃圾一起堆放，并且没有经过处 理就直接填埋。这样垃圾中的重金属就很容易通过垃圾渗滤液的淋溶以及生 物作用进入垃圾渗滤液中渗入土壤，甚至进入地下水，从而造成土壤及水体重 金属污染。 垃圾渗滤液中金属离子主要是镉、铅、砷、铬、锡、钼、汞、铜、钻、 锌等，浓度与所填埋的垃圾类型、组分及时间密切相关。我国固体废弃物填 埋场主要以铬和铜以及铅含量相对较高，汞元素含量较低，这样处理后出水 往往难以达标排放。重金属离子达到一定浓度时会对微生物产生毒害作用 【2 5 1 ，它们能够和细胞的蛋白质相结合，而使其变性或沉淀。只接收生活垃圾 的填埋场渗出的液体中重金属离子含量较少，在好氧和厌氧填埋中影响不大 【2 6 1 。由于国内垃圾不像国外那样经过严格的分类和筛选，所以国内垃圾渗滤 液的金属离子浓度与国外有差异。其中铁浓度可高达2 0 5 0 m g l ，铅的浓度可 达1 2 3 m l ，锌的浓度可达1 3 0 m g l ，钙的浓度可达4 3 0 0 m g l 1 2 7 】。j o a r 等【2 8 】 对挪威4 个填埋场重金属离子的渗滤情况进行了调研，表明垃圾渗滤液中待 测重金属的含量很低。除f e 之外，国内垃圾渗滤液中n i 、p b 、z n 、c u 重金 桂林理工大学硕士学位论文 属含量较高，c d 和a s 重金属含量最低，国外垃圾渗滤液金属含量除了f e 最高外，z n 、m n 含量也较高，而n i 、c r 、a s 、c u 等重金属同处一个数量级， c d 、h g 含量最低，垃圾渗滤液中重金属离子浓度呈数量级递减可能与工业 上使用量多少有关【2 引。一般地，垃圾渗滤液中大多数重金属元素因在垃圾堆 体内的吸附、沉淀等衰减过程而浓度相当低，典型值约在o 0 0 2 m g l - - - 0 5 m g l 之间，不需要专门处理即可达标，但偏高的浓度也会偶尔发生。总的说来， 目前的处理工艺在垃圾渗滤液处理方面，大多时候重金属离子不是主要关注 点，但是如果任由含有重金属的出水排放，也会对环境造成严重后果。 ( 4 ) 磷元素含量偏低 垃圾渗滤液中的磷元素含量通常较低，尤其是可溶解态的磷含量更低。 在一般情况下垃圾渗滤液中由于磷元素的缺乏从而导致b o d 5 p 大多大于 3 0 0 ，因此垃圾渗滤液往往不适宜直接用生物法处理尤其使用好氧生物处理工 艺处理。 ( 5 ) 溶解性固体浓度高 垃圾渗滤液中溶解性固体的浓度通常随着填埋场场龄增长而变化。国内 垃圾渗滤液的总固体含量( t s ) 可达到上万m g l ，但是其不可溶固体浓度 ( s s ) 只有几百m g l ，溶解性固体占总固体总量的绝大部分。溶解性固体 含量一般在填埋o 5 2 5 年间达到高峰值，同时可溶性固体含有高含量的 n a + 、k + 、c l + 、s 0 4 2 - 等无机类溶解性盐和铁、镁等。此后，随着填埋时间的 增加这些离子或元素逐渐下降，直至达到最终稳定。 ( 6 ) 色度较高 垃圾渗滤液一般都具有较高的色度，其外观多呈淡茶色、深褐色或者黑 色，有极重的垃圾腐败臭味。 ( 6 ) 水质水量变化大 由于垃圾填埋场是一个完全敞开的作业系统，所以填埋场内的自然降水 是垃圾渗滤液主要的来源部分，因而垃圾渗滤液的水量波动很大，雨季明显 大于旱季。垃圾渗滤液的水质主要取决于填埋场的构造方式【3 0 】，同一填埋场 中不同的采样地点、不同的采样深度，垃圾渗滤液的特征也不尽相同。垃圾 渗滤液的水质还跟垃圾的种类、质量、数量等有关。同时随着填埋年限的增 加，垃圾渗滤液污染物的组成及浓度也发生相应的变化。n a n c yr a g l e 等【3 l l 曾对美国西雅图的一座城市垃圾填埋场作过调查，结果显示，垃圾渗滤液水 质的时变化系数、日变化系数竟高达2 0 0 和3 0 0 ，并且老龄填埋场的水质 日变化更大。气候季节的变化对垃圾渗滤液的影响也是很大的，在低温少雨 的季节，垃圾渗滤液产量小、浓度高：在高温多雨的季节，垃圾渗滤液产量 9 桂林理工大学硕士学位论文 大、浓度相对较低。总的来说，固体废弃物填埋场中的垃圾渗滤液污染物的 组成和浓度与填埋时间、季节、气温等有密切的关系。 ( 8 ) 其他特点 进行生物处理时垃圾渗滤液通常会产生大量泡沫，不利于处理系统正常 运行。 1 1 3 渗滤液的危害 作为一种成分复杂的高浓度有机污水，垃圾渗滤液含有难以生物降解的有 机污染物、无机污染物、重金属和病原微生物等，如不加妥善处理直接排放， 会对地表水、地下水及土壤造成严重污染。 垃圾渗滤液污染水源的主要有两种途径：即是垃圾渗滤液通过填埋场底部 渗入含水层，污染地下水；或是垃圾填埋场外排渗滤液，污染地表水。垃圾 渗滤液对地面水的污染主要是以b o d 5 和c o d c ，为表征的有机污染和氮、磷 污染；对地下水的污染主要是以油、酚、氨氮和c o d c ，为表征的有机污染和 细菌、大肠杆菌等病原菌污染。固体废弃物埋场溢出或者收集的垃圾渗滤液 直接排入河流和周围农田，造成地下水、河流和土壤严重污染。垃圾渗滤液 中污染物及其浓度见表1 1 表1 1 渗滤液中的污染物及其浓度( m g l 。1 ) 口钉 在1 9 9 0 年，在联合国环保署研究调查的8 0 0 0 多个固体废弃物填埋场中， 超过7 5 的填埋场存在着地下水污染的问题【3 3 。类似于固体废弃物渗滤液造 成的污染事件比比皆是，如美国腊芙运河公害事件【3 4 】以及莱茵河地区因垃圾 l o 桂林理工大学硕士学位论文 渗滤水污染地下水，这直接导致了当地部分自来水厂关闭【3 5 1 ，以防止对当地 居民造成更大的危害。 当前，人们已经逐步认识到垃圾渗滤液污染的危害，我国垃圾填埋场建设 进入新的高峰期，如何更为经济、有效和安全的处理固体废弃物填埋场渗滤 液已成为垃圾填埋处理技术研究课题中的一个新兴的研究热点。 1 2 影响渗滤液水质的因素 垃圾渗滤液的组成成分十分复杂并且许多污染物浓度较高，垃圾渗滤液 的水质、水量随垃圾组成成分、以及当地气候、水文地质条件、填埋时间和 填埋方式等因素变化而变化。由于垃圾渗滤液水质变化的影响因素众多，造 成了不同地区、不同垃圾填埋场甚至是不同填埋时期的垃圾渗滤液水质和水 量的变化幅度很大。研究和了解垃圾渗滤液水质变化影响因素，对有效控制 垃圾渗滤液的产生及防止垃圾渗滤液对环境的污染具有积极的意义。 1 2 1 垃圾成分对渗滤液水质的影响 由于经济发展水平、自然条件、能源结构及传统习惯不同，国内外垃圾 组成相差较大，致使垃圾填埋场渗滤液中c o d c ，、b o d 5 和n h 3 + - n 变化很大。 1 2 2 填埋场填埋时间对渗滤液水质的影响 埋场内垃圾的填埋是一个多次填充、覆盖和压实的循环过程，不同填埋区 处于不同的稳定阶段，或者说不同的填埋区填埋“年龄”是不同的。渗滤液 通常可根据填埋场的填埋时间分为两大类：一类是3 5 年以下的填埋场渗滤 液，特征是低p h 值，高c o d c ，、b o d 5 浓度和b o d 5 c o d c r 值：另一类是场 龄5 年以上的渗滤液，特征是c o d c ，和b o d 5 浓度相对较低，n h 4 + - n 浓度较 高，p h 值通常为7 8 左右。填埋场场龄不同，渗滤液水质往往相差较大。 1 2 3 填埋工艺及操作方式对渗滤液水质的影响 由于填埋工艺上的不同，垃圾渗滤液水量及水质也不同。如填埋场外设 有排洪沟排除场外地表径流，填埋场场底铺设衬垫或黄粘土，可以较好地控 桂林理工大学硕士学位论文 制地表径流和地下水进入填埋场，使垃圾渗滤液中有机物浓度相对较高。如 果地表径流未截流或是截流效果不好，垃圾渗滤液将会大量增加。增加垃圾 的填埋密度和填埋深度，即减少垃圾的含水量和渗入量并严格限制外来水进 入填埋场，能有效的延缓固体废弃物中有机成分的降解作用。另外，填埋场 的构造也造成垃圾渗滤液的水质特征不同：厌氧填埋比好氧填埋的垃圾渗滤 液中机物含量高。 1 3 垃圾渗滤液的处理现状 垃圾渗滤液根据是否可以就近接入城市生活污水处理厂处理，相应的分 为两类即合并处理与单独处理。 1 3 1 合并处理 合并处理就是将垃圾填埋场渗滤液引入附近的城市污水处理厂进行处 理，这可能需要在填埋场内对渗滤液进行必要的预处理。垃圾渗滤液中的 c o d c 。、b o d 5 都很高，并且含有很多难降解有机污染物，与城市污水共同处 理时，可将其稀释而并不会造成城市污水处理系统的正常运转的影响。通常 认为，加入垃圾渗滤液的体积不超过生活污水体积的0 5 时都是安全的，而 根据不同的垃圾渗滤液浓度，国外研究证明这个比例可以提高到4 1 0 。 据加拿大科研机构分析【3 6 1 ，当垃圾渗滤液c o d c r = 2 4 0 0 m g l ，流量占城市污 水处理厂总流量约2 左右时，污水厂的运行管理和处理效果不受影响。虽 然合并处理可以在一定程度上提高垃圾渗滤液的可生化性，但由于垃圾渗滤 液的加入而产生的潜在影响却不容忽视，可能导致的问题主要包括：污染物 质如重金属在生物污泥中的积累，这将增加污泥在污水厂运行时的不稳定性， 并在一定程度上影响污泥在农业上的利用；大部分有毒、有害、难降解污染 物并没有得到有效降解或去除，而仅仅是稀释后重新转移到排放的水体中， 这将进一步对环境造成威胁。在实际工程中由于垃圾填埋场往往远离城市、 垃圾渗滤液与城市污水的合并运行管理操作复杂等的原因，合并处理往往难 以实现。 1 2 桂林理工大学硕士学位论文 1 3 2 单独处理 渗滤液单独处理方案按照工艺特征一般可分为：生物法、物化法、土地法 以及不同类别方法的综合和目前还处于研究阶段的光催化氧化技术和电解氧 化技术。 1 生物法处理 生物法是垃圾渗滤液处理中最常用的一种方法，由于它的运行费用相对 较低，有机物可以被微生物降解，并主要生成二氧化碳、水、甲烷等对生物 生物体和周边环境影响较低的物质( 甲烷气体可作为能量回收) ，且不会出现 化学污泥等造成的二次污染问题，所以被世界各国广泛采用。生物法处理垃 圾渗滤液的难点在于氨氮的去除。处理垃圾渗滤液的生物法可以分为好氧生 物处理与厌氧生物处理以及厌氧好氧生物结合法三种。 ( 1 ) 好氧生物处理 好氧生物处理工艺包括：活性污泥法、耗氧稳定塘、序批式反应器( s b r ) 、 生物转盘、生物膜以及滴滤池等。好氧生物处理工艺常用来处理年龄较短和可 生物降解的垃圾渗滤液，运行效能良好，可有效去除c o d c ，、b o d 5 和重金属。 在垃圾填埋场初期产生的垃圾渗滤液b o d 5 c o d c ，较高，可生化性较好，此时 运用好氧生物处理工艺处理垃圾渗滤液往往能够取得较好的去除效果，并且在 国内外均有成功的经验。但在好氧生物处理中，处理垃圾渗滤液需要较长的水 力停留时间；渗滤液营养物质( 磷) 的缺乏，并含有抑制生物活性的物质：而 且其氨氮浓度随填埋时间的延长而显著增加，因而好氧处理工艺需进一步增加 曝气量，这会相应地提高处理能耗直接导致处理成本的上升，从而使好氧处理 法的实际运行受到限制1 37 1 。 活性污泥法是利用在污水中悬浮生长的微生物絮体处理有机废水的一类 好氧生物处理方法。这种方法运行费用低、效率高。但是微生物的生长和繁 殖受温度和p h 影响大、条件控制复杂、耐冲击负荷能力差，运行过程中消 耗能量大，因此它的应用受到了一定的限制。而运用a b 复合系统，c o d c ，、 氨氮和总氮去除率都会有很大程度的提高。 膜生物反应器组合工艺是一种新型污水处理技术：它是将污水的生物处 理和膜过滤技术相结合的高效废水生物处理工艺，不仅能去除s s 、有机物和 氨，而且能有效去除盐类与重金属【3 8 1 。董春松等【3 9 】采用动态膜生物反应器对 垃圾渗滤液经水解酸化预处理的出水进行了降解试验，结果表明：对c o d c ，、 b o d 5 和氨氮的平均去除率分别为7 1 、9 6 和9 8 。 桂林理工大学硕士学位论文 ( 2 ) 厌氧生物处理 厌氧生物处理工艺可提高污水可生化性，有机负荷高、能耗少、还有剩余 能量产出，非常适合高浓度的垃圾渗滤液的预处理。厌氧生物处理工艺有厌氧 生物滤池，厌氧接触池，上流式厌氧污泥床反应器及分段厌氧硝化等。 陈石等【4 0 】采用厌氧生物滤池对深圳市下坪填埋场渗滤液做了研究，结果 表明：在低负荷运行期水力停留时间( h r t = 2 0 d ) c o d 和b o d 5 去除效率均较高， 达到7 0 8 0 ，出水c o d 和b o d 5 均较低，分别为3 0 0 0 m g l 和1 0 0 0 m g l 左右；在 高负荷运行期水利停留时间( h r t - - 1 0 d ) ，出水c o d 和b o d 5 均较高，分别为 4 5 0 0 m g l 和2 5 0 0 m g l 左右，c o d 去除效率较高，约为7 0 ，b o d 5 去除效率较低， 只有4 0 - - 6 0 。 沈耀良等1 4 1 】采用厌氧折流板反应器( a b r ) 处理城市污水与垃圾填埋场渗 滤液混合废水，表明a b r 可有效地改善混合废水的可生化性，当进水b o d 5 c o d 为0 2 - 0 3 时出水可提高n o 4 - - - 0 6 ，混合废水经a b r 预处理后大大促进了废水 进一步进行好氧生物处理的运行稳定性。 ( 2 ) 厌氧好氧生物结合处理 在用生物法处理垃圾渗滤液的实际应用中，单纯的厌氧处理或好氧处理几 乎没有，基本都采用厌氧好氧组合工艺。与好氧生物处理相比，厌氧生物处理占 地面积小、能耗少、操作简单，因此投资及运行费用低廉：而且由于产生的剩 余污泥量少，所需的营养物质也少，其b o d 5 p 只需4 0 0 0 ：l ，适合垃圾渗滤液含 磷少的特点；对许多在好氧生物处理条件下难于处理的高分子有机物在厌氧时 可以被生物降解。但是，厌氧生物处理出水中的c o d 浓度和氨氮浓度仍比较高， 不宜直接排放，仍然需要进行后续的好氧生物处理 4 2 , 4 3 】。利用厌氧好氧组合 工艺处理垃圾渗滤液经济合理且处理效率较高。在实际填埋场处理中厌氧好 氧生物处理联合工艺得到很好应用，广州市大田山垃圾填埋渗滤液采用同时好 氧厌氧生物反应器处理，达到了同类废水的国家二级排放标准【4 5 1 。 垃圾渗滤液作为高浓度有机废水，单纯采用生物法是很难达到目的的。一 般是将生物法作为后序工艺或深度处理的预处理，先去除大部分的可生化降解 的有机物，在于絮凝沉淀或活性炭吸附或者膜处理工艺结合，才能达到排放标 准。 2 物化法处理 过去物化法只用于处理填埋时间较长的单元中排出的垃圾渗滤液，即便 是单独运用，在去除难生化降解的污染物时仍能保持一定的去除效率。而现 在随着垃圾渗滤液处理排放标准越来越严格，物化法也用来处理新鲜的垃圾 渗滤液，且是垃圾渗滤液后处理工艺中不可缺少的方法。常见的物理化学方 1 4 桂林理工大学硕士学位论文 法包括化学氧化、混凝沉淀、活性炭吸附、膜技术等。 ( 1 ) 化学氧化处理 化学氧化工艺是利用强氧化剂对垃圾渗滤液中的污染物质进行氧化分解 最终达到去除目的一种方法。它可以彻底氧化消除有机污染物，而不会产生 化学污泥。但工艺在工程上常用于废水的消毒处理，而很少用于对有机物进 行氧化，这主要是由于投加药剂总量很高而带来的经济问题。对于垃圾渗滤 液中一些难以发生生物化学反应或是有较强生物毒性的有机污染物，化学氧 化工艺可以考虑使用。常用的氧化剂有臭氧、高锰酸盐、次氯酸盐、氯气和 二氧化氯以及f e n t o n 试剂等。 ( 3 ) 凝沉淀法处理 混凝沉淀法是利用混凝剂产生的胶体来打破垃圾渗滤液中悬浮颗粒物或 大分子物质的稳定状态，使其生成絮状沉淀，以达到处理的目的。同济大学 的舒慧【4 6 】在实验室中对垃圾渗滤液后续处理进行了多种无机和有机混凝剂 处理效果的研究。实验结果表明：无机高分子混凝剂和无机低分子混凝剂对 经过生物预处理后的低浓度垃圾渗滤液的处理效果相似。当调节原水的p h 值在最佳的5 左右、以及三氯化铁为混凝剂、最高投加量1 2 0 0 m g l 时，c o d 的去除率可达4 8 ，这与国外研究者所得结论基本相同。 ( 4 ) 吸附法处理 吸附法是利用吸附作用进行物质分离，主要用于去除垃圾渗滤液中的微 量污染物。目前吸附法在化工废水、重金属污染废水、印染废水的处理领域 得到了广泛而有效的应用。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【4 1 7 1 ，其中最为常用的吸附剂为颗粒活性炭和粉末活性炭。活 性炭吸附处理工艺适用于处理经过生物预处理后的渗滤液或填埋时间较长的 单元产生的垃圾渗滤液，它能去除中等分子量的有机物质。实验证明，对进 水c o d 为1 3 0 0 m g l 的渗滤液用颗粒活性炭吸附处理，c o d 的去处率可以 达到8 5 t 锚j 。 ( 5 ) 膜分离技术 西欧、北欧、北美和澳洲地区正逐渐采用新型的膜分离技术处理垃圾渗 滤液，其中反渗透( r o ) 分离技术的应用最为广泛，并取得了很好的效果。我 国膜技术反渗透从1 9 6 5 年开始研究，从开始建立至今也有4 0 多年历史，2 0 世纪7 0 年代后开始开发各种膜组件，并得到广泛的应用。r a u t e n b a c h 4 9 】于 1 9 8 9 年在s c h o n b e r g 填埋场建造了当时最大的渗滤液反渗透分离技术处理 厂，在用膜技术处理填埋场渗滤液方面进行了大量的研究。袁维芳等【5 0 】对广 州市大田生活垃圾填埋场渗滤液预处理出水进行了的反渗透实验研究，这是 桂林理工大学硕士学位论文 国内首次采用反渗透法处理城市生活垃圾填埋场渗滤液。实践证明，膜技术 处理垃圾渗滤液是高效可靠的。但膜分离技术处理渗滤液只是实现了污染物 质与水的分离，并没有将对环境有极大危害的难降解有污染物从环境中清除 掉，因此在膜处理过程中产生的浓缩液是一种环境危险废物。目前，一些中 老龄化的生活垃圾卫生填埋场已经开始考虑采用这一类工艺作为后续处理工 艺，本文中实验用水样的采样地广西桂林冲口填埋场正在考虑对最终出水采 用纳滤工艺深度处理。 3 土地法 用土地法处理垃圾渗滤液的主要形式是垃圾渗滤液回灌和土壤植物处理 系统( s p 系统) 。土地处理经预处理垃圾渗滤液，不失为一种成本低廉的方 法归，但如果渗滤液预处理不当或是土地处理系统设计建造不合理，有会增 大渗滤液污染地表水体或地下水的危险。 ( 1 ) 垃圾渗滤液回灌 垃圾渗滤液回灌是一种简单易行的增填埋场各单元稳定速度的方法：通 过对经预处理的灌渗滤液回灌，降低回灌渗滤液污染物总量、增加填埋场单 元内部湿度、降低渗滤液中有较高生物毒性的污染物浓度和总量、补充微生 物所需营养物质、调节提高微生物种类及种群数量、加速垃圾腐化过程等措 施来加速填埋场稳定化进程，同时还能有效的降低最终各单元渗滤液污染物 浓度，加速填埋气体产生【5 2 1 。据估计，英国约有5 0 的填埋场采用了回灌技 术。在英国进行的垃圾渗滤液回灌生产性试验中发现，不仅可以通过蒸发作 用来减少渗滤液的产生量，而且还能大幅度降低垃圾渗滤液中有机物污染物 的浓度。然而仅仅依靠垃圾渗滤液的自身循环还不能彻底地解决垃圾渗滤液 中污染物处理的问题。研究发现1 5 3 ，回灌对渗滤液中有机物的去除效果随垃 圾堆体高度的增加而增加，但是进入垃圾堆体的有机负荷不能无限制地增加， 否则会毁坏渗滤液回灌系统。 ( 2 ) 土地植物处理系统 土地植物处理系统( s p 系统) 不仅利用土壤对垃圾渗滤液的物化及生化 作用，而且还利用了植物根系对微生物的强化和植物修复技术 ( p h y t o r e m e d i a t i o n ) 。作为s p 系统中的一部分，人工湿地是近几年出现的一种 新处理工艺，对于垃圾渗滤液的处理，国外应用较多。t j a s ab u l e 等【5 4 】建造 一个4 5 0 m 2 的人工湿地对渗滤液处理进行研究，结果显示c o d e r 、b o d ；、 氨氮和铁的去除率分别为6 8 、4 6 、8 1 、8 0 。挪威、加拿大、英国和 波兰等许多国家都成功的应用了人工湿地系统工艺处理垃圾渗滤液【5 5 1 。人工 湿地系统对垃圾渗滤液有着良好的处理效果，但当进水中污染物浓度过高， 桂林理工大学硕士学位论文 超过了人工湿地系统的处理能力时，对生物分解、生物积累和生物放大起不 良作用【5 6 j 。 4 物化生物结合工艺 垃圾渗滤液的多种处理方法，各有优缺点。生物法虽然运行成本低，工 程投资也还可接受，但系统管理相对复杂，而且对垃圾渗滤液中难降解有机 污染物和重金属离子无能为力，所以一般做高浓度垃圾渗滤液的预处理；物 化法则能有效去除降解有机污染物和金属元素，但有的工艺工程投资较高( 如 膜技术的反渗透工艺) ，有的工艺处理成本高( 如化学氧化法) ，同时还存在 化学污泥和膜分离技术产生的浓缩液可能带来的二次污染等问题，因此常作 生物预处理后的垃圾渗滤液后处理；土地法具有投资省，运行管理简单，处 理成本低等诸多优点，但因其最终出水难以达标，仍然需要和其他工艺组合 后应用。 以生物法为主体处理工艺，以物化法为预处理或后处理工艺的物化一生 物组合工艺在垃圾渗滤液治理中有着广泛的应用。物化前处理的目的是使物 料的理化性状适合于后续生物法处理的要求，除调节、稳定水量与水质( 如 c o d 、s s 、碱度、p h 、物料营养比例等) ，还有去除生物抑制物质，提高废 水可生化性的作用。前处理方法应根据废水特点及实验结果而定，以沉淀、 氧化、絮凝等方法为主。 邹莲花等人【5 2 】报道了采用厌氧吹脱缺氧好氧混凝沉淀流程处理渗沥 液，当进水c o d = 2 5 0 0 0 m g l 、b o d 5 = 15 0 0 0 m g l 、n h 3 - n = 10 0 0 m g l 时，处 理后出水c o d 5 0 0m g l 、b o d s v 渗滤液v 蒸馕水= 1 9 。这很可能与植物的生物量有关， 由于黑麦草在渗滤液稀释强度为v 活滤藏v 蒸馏水= 3 7 至v 渗滤液v 蒸馏水= 1 4 发芽率 最高，生物量最大，因而最终去除率最好，去除速度也追快。 由于渗滤液中总磷含量较低，在3 0 d 后渗滤液中总磷浓度变化很小，这代 表渗滤液中磷的变化达到平衡，也就意味者黑麦草对渗滤液中可溶性磷元素 的利用达到了一个极限。因而渗滤液中总磷浓度过低，这在一定程度上限制 了黑麦草植物的生长，因而在以后的继续研究中应当考虑适当的添加一定的 磷元素，使得黑麦革可以更好的生长。黑麦草对三种强度渗滤液总磷去除率 差异不显著。 表3 5 渗滤液t p 变化 3 4 4 渗滤液p h 的变化 在黑麦草水培试验过程中由于微生物、大气中的二氧化碳和植物的作用 渗滤液的p h 值也发生了变化。变化如下表3 6 表3 6 渗滤液p h 值变化 p h v 穗蕾灌，v 蠢馏水1 0 d2 0 d3 0 d4 0 d5 0 d6 0 d 从表3 8 可以看出渗滤液的p h 在较低的稀释比下是随着渗滤液稀释强度 的下降而上升的，即稀释后渗滤液污染物浓度降低，渗滤液平p h 值增大。 在实水培开始时各稀释强度渗滤液p h 变化并不显著，在0 d 一1 0 d 各浓度配比 4 l 5 t ， 3 5 5 5 7 7 7 2 3 3 ， 5 5 7 7 7 5 7 3 6 6 6 7 7 7 o o 8 7 7 6 7 7 7 8 o 3 8 8 7 7 7 7 l 4 9 9 8 7 7 7 7 厅 膳 丹 3 i l i 桂林理工大学硕士学位论文 渗滤液p h 变化均小于0 0 7 ：从1 0 d 开始渗滤液的p h 才有了比较明显的变化 在1 0 d 2 0 d ，渗滤液强度v 活滤液v 蒸馏水= 1 9 的p h 变化较快，要大于渗滤液 配比为v 渗滤波v 蒸馏水= l 4 和3 7 ， 具体关系为v 漕潞被v 蒸馏水= 1 9 v 渗站被v 蒸馏 水= l 4 v 渗站滚vh , = 3 7 ；在2 0 d - 3 0 d ，各稀释强度渗滤液p h 变化速度缓慢 下降，p h 变化速度也开始趋向与一致；在3 0 d - 4 0 d ，p h 变化已经逐渐减小， 但p h 还在缓慢下降：在4 0 d 以后各稀释强度渗滤液的p h 趋向于稳定；从5 0 d 开始渗滤液p h 就基本不再变化。 由于在0 d - 1 0 d 时，黑麦草植株较小呼吸作用较弱，因而黑麦草对渗滤液 p h 值的贡献有限，此时p h 值下降原因是空气中的二氧化碳溶于渗滤液形成 碳酸根和重碳酸根：并且此时渗滤液对微生物抑制活动较为强烈，但微生物 活动也能在一定程度上降低p h 。在1 0 d 以后，随着植物植株的成长，植物呼 吸作用增强，植物对渗滤液p h 降低的贡献不断提升；随着渗滤液中污染物 浓度逐渐降低，渗滤液对微生物的抑制作用也逐渐减小，更多的微生物种类 和种群出现在渗滤液中，微生物对渗滤液中p h 的调控能力逐渐增强。在4 0 d 以后渗滤液的p h 最终稳定在7 5 5 - 7 5 3 。三种稀释强度渗滤液的p h 值变化 受渗滤液强度影响差异明显，由大到小依次为v 渗滤液v 蒸馏承= 3 7