（环境工程专业论文）加速新鲜垃圾稳定化的回灌工艺研究.pdf

摘要 摘要 渗滤液回灌具有加速新鲜垃圾稳定化、改善渗滤液水质，减少渗滤液水量、 加速垃圾沉降等优点。但是我国在采用新鲜垃圾填埋层进行渗滤液直接回灌时， 出现了渗滤液水质较长时间维持酸化性质、有机物浓度难以下降以及氨氮浓度 高等问题，从而阻碍了新鲜垃圾的稳定化进程以及填埋场渗滤液回灌技术的应 用。而矿化垃圾处理渗滤液具有较好的效果，且工艺流程和设备维修简单，基 建投资低，运行管理方便，处理成本低。 本课题为了加速新鲜垃圾稳定化，在矿化垃圾处理渗滤液研究的基础上， 将渗滤液原液回灌工艺和矿化垃圾处理渗滤液两种技术结合起来，通过考察垃 圾渗滤液水质水量以及垃圾沉降的变化规律，对不同通风条件的新鲜垃圾反应 器产生的渗滤液经过矿化垃圾处理后循环回灌进行了为时一年的研究；在研究 的基础上提出了加速新鲜垃圾稳定化的回灌新工艺，为解决垃圾填埋场新鲜垃 圾稳定化周期长提供了一种新的工艺选择。针对研究中出现的堵塞问题，初步 探讨了矿化垃圾反应器堵塞原因，预防和解决办法，得到以下主要结论： ( 1 ) 对矿化垃圾处理渗滤液的研究表明：自然通风工艺优于传统工艺。传 统工艺与自然通风工艺的平均出水c o d 浓度分别为1 0 7 6 m g l 和7 2 6 m g l ，平 均出水氨氮浓度分别为3 1 5 m g l 和1 2 3 7 m g l ；平均c o d 去除率分别为7 8 5 和8 5 5 ，平均氨氮去除率分别为7 1 和8 9 。 ( 2 ) 新鲜垃圾反应器处于厌氧和自然通风条件下，产生的渗滤液经过矿化 垃圾处理后循环回灌( 厌氧回灌工艺和自然通风回灌工艺) ，可有效的解决渗滤 液直接回灌导致的渗滤液长时间酸化、有机物浓度和氨氮浓度高等问题，从而 加速了新鲜垃圾稳定化。其中自然通风条件下加速垃圾稳定化的效果优于厌氧 条件。渗滤液c o d 浓度降到1 0 0 伽1 班，自然通风回灌工艺仅需1 0 0 天，厌氧 回灌工艺需2 , 2 年。 ( 3 ) 新鲜垃圾反应器处于表面复氧条件时，采用两个矿化垃圾反应器交替 处理新鲜垃圾产生的渗滤液后循环回灌( 交替式回灌工艺) ，可以很好的解决回灌 中矿化垃圾反应器出现的堵塞问题，从而加速新鲜垃圾稳定化。按照堵塞前的 拟合关系式预测c o d 浓度要降到1 0 0 0 m g z l ，需要2 1 年。按照堵塞后采用交 摘要 替式回灌工艺的拟合关系式预测，c o d 浓度要降到1 0 0 0 m g l 。需要3 2 0 天。 ( 4 ) 根据反应器中矿化垃圾总有机碳含量的变化，初步认定矿化垃圾反应 器堵塞的主要原因是渗滤液中有机悬浮物在矿化垃圾表层的截留与吸附造成 的。 ( 5 ) 通过碜i 亿垃圾累计降解污染物的量的变化，提出了矿化垃圾极限负荷 和临界负荷的概念，为预防堵塞问题提供了判断指标。在操作中，应根据实际 情况避免矿化垃圾反应器达到极限负荷或临界负荷。试验结果表明，在本试验 控制的水力负荷、c o d 负荷的条件下，交替式回灌工艺和厌氧回灌工艺的c o d 极限负荷分别为6 9 9 c o d k g 垃圾和5 2 , 2g c o d k g 垃圾：c o d 临界负荷分别为 2 0 9 9 c o d k g 垃圾和5 5g o o d k g 垃圾。 ( 6 ) 根据试验结果提出了加速新鲜垃圾稳定化的渗滤液回灌新工艺。为实 现垃圾填埋场的可持续利用开创了新的途径。 关键词；渗滤液；矿化垃圾；回灌；新鲜垃圾；稳定化 n a b s t r a c t a b s t r a c t r e f u s el a n d f i l ll e a c h a t et r e a t m e n ti saw o r l d - w i d ep r o b l e md u et oi t sh i g l l c o n t m r n n a t i o ns t r e n g t ha n dv a r i a t i o no fq u a l i t y m e a n w h i l e ，t h er e f u s ei nl a n d f i l l b i o d c g r a d e ss l o w l ya n db e c o m em i n e r a l i z e da f t e rl o n gt i m es t a b i l i z a t i o np r o c e s s l e a c h a t er e c i r c u l a t i o ni sa l le n v i r o n m e n t a l y - f i r e n d l yt r e a t m e n to p t i o na n dt h er e f u s e s u b j e c t e dt ot h er e c i r c u l a t i o nm a yb eb i o d e g r a d e dm o l ee f f e c t i v e l ys ot h a tt h er e f u s e c a l lr e a c hs t a b i l i z e da tas h o r tt i m e n a d i t i o n a lr e n i r o u l a t i o np r o c e s sw o u l dl e a dt ot h e a o c o m u l a t i o no fo r g m i ea c i d sa n da m m o n i an i t r o g e n , w h i c hh i n d e rt h er e f u s d e g r a d a t i o n m e a n w h i l e , t h ea g e d - r e f u s e - b a s e dr e a c t o rh a sb e e nl o n gt i m eu s e df o rt h e c o s t - e f f e c t i v et r e a t m e n to fl a n d f i l ll e a c h a t e , a n dt h ec o d ，b o da n dn h 3 - nc a nb e r e d u c e df r o m1 0 , 0 0 0 , 5 0 0 0 ，a n d1 8 0 0m g l t o 3 0 0 - 4 0 0m g f l ，1 0 - 2 0m g ，la n d5 - 1 5 m g l r e s p e c t i v e l y t h ee f f l u e n tl o o k sc l e a ra n do d o r l e s s i nt h i sw o r k t h ee m u e n tf r o mt h ea g e d r e f u g e - b a s e dr e a c t o rw a sr e c i r c u l a t e di n t o t h ef r e s hr e f u s eb i o 蝴d 幻la n dt h e l lt h ec f f l u c n tf r o mt h ef r e s hr e f f - a s eb i o r c a c t o rw a s i n t r o d u c e di n t ot h ea g e d - r e f u s e - b a s e dr e a c t o r , a n ds oo 玛u n t i lt h ef r e s h 阳缸e b e c o m e ds t a b i l i z e da n dt h ee f f l u e n tq u a i l t yr e a c h e dc o d 1 0 0 0m 班mn l a l n c o n c l u s i o n sa r ed r a w nb e l o w o ( 1 ) f o rt h ea g e d - r e f u s e - b a s e dr e a c t o r , t h ee f f l u e n tq u a l i t yw i l lb ei m p r o v e dw h e n n a t u r a lv e n t i l a t i o ni sa p p l i e d , a n dt h ea v e r a g ee f f l u e n tc o dc o n c e n t r a t i o n sw e r e 7 2 6 m g la n d1 0 7 6 m g l ，a n n n o n i an i t r o g e n1 2 3 7 m g la n d3 1 5 m 儿r e s p e c t i v e l y , w i t ha n dw i t h o u tv e n t i l a t i o n ( 2 ) t h ce f f l u e n tf r o mt h en a t u r a lv e n t i l a t i o na g e d - r e f u s e - b a s e dr e a c t o rw t h a n r e c i r c u l a t e di n t ob o t ht h ea n a e r o b i ca n dn a t u r a lv e l l t i 】a t i o nb i o r e a c t o r so ff r e s hr e f t l s o 8 0t h a tt h ev o l a t i l e f a t t ya c i da n da m m o n i an i t r o g e na c c u m u l a t i o n sc a nt h u sb e e l i m i n a t e da n dt h ef r e s hr e f u s eb i e d e g r a t i o nc a nb ea c c e l e r a t c o d i tw a sf o u n dt h a tt h e n a t t l l 词v e n t i l a t i o nb i o r e a e t o rr e e i r e u l a 6 w a sb e t t e rt h a nt h ea n a e r o b i cb i o r e a c t o r r e e i r c o l 撕o n i tw a sp r e d i c t e dt h a tt h ec o dc o n c e n t r a t i o no fl e a c h a t e sw o u l dr e a c h a b s u a c t 1 0 0 0m g la l t e r1 0 0d a y sa n d2 2y e a r s , r e s p e c t i v e l y ( 3 ) r e a r i o nr e c i r e u l a t i o no f 棚u e l l tl e a c h a t ef r o mt w oa 1 6 e m a t e a g e d - r e f u s e - b a s e d b i o r e a c t o r sc o u l d g r e a t l yi m p r o v e t h e b l o c k a g e o ft h e a g e d - r e f u s e - b a s e db i o r e a c t o ra n dm e a n w h i kt h ef r e s hr e f u s ec a nb es t a b i l i z e df a s t e r w k e n t h e b l o c k a g e w o v c o m e t h e b l o c k a g er a e c h a n i s m w a ss t u d i e d b a s e d o i l t h e r e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h et o t a lo r g a n i cc a r b o ni nt h ea g e dl 倘l l , q e a n dt i m e i tw a s c o n s i d e r e dt h a tt h eb l o c a g eo f t h ea g e d - r e f u s e - b a s e db i o r e a e t o rm a yb ec o n t r i b u t e dt o t h ea d s o r p t i o na n di n t e r c e p t i o no f t h eo r g a n i cs u s p e n d e ds u b s t a n c e si nt h el e a c h a t e 4 ) b a s e do nt h et o t a le 1 u o u n to fd e g r a d e dp o l l u t a n tb ya g e dr e l = t l s o , i tw a s d e t e r m i n e dt h a tl i m i tl o a da n de r i t i e a ll o a dc a nb eu s e da st h ee v a l u a t i o ni n d e x e st o p r e v e n tt h eb l o c k a g eo f t h ea g e dr e f u s eb i o r e a e t o r i tw a sf o u n dt h a tt h el i m i tl o a do f r e a e r a d o nr e e i r c u h t i o na n da n a e r o b i cr e c i r c u l 砒i o nw a s6 9a n d5 2 2g c o d k ga g e d r e f u s e ，a n dc r i t i c a ll o a dw & g2 0 9a n d5 5g c o d k ga g e dr e f u s e , r e s p e c t i v e l y k e yw o r d s ：l e a c h a t e ；a g e dr e f u s e ；m c i r c u l a t i o n ；f r a s hr e f u s e ；s t a b i l i z a t i o n 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。 学位论文作者签名撇 妒叼年1 月t 培 经指导教师同意，本学位论文属于保密，在年解密后适用 本授权书。 指导教师签名：学位论文作者签名： 年月日年月日 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，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：w 波 帅7 月 第1 章引言 1 1 选题背景 第1 章引言 城市生活垃圾处理方法主要有卫生填埋、堆肥和焚烧。焚烧法因成本高， 而堆肥法则因堆肥产品销路有限，两种方法均难以在中国全面应用。因此，在 当前和今后相当长的一段时期内，填埋法仍然是中国垃圾处理的主要方法。 国内外已进行了许多生活垃圾卫生填埋技术的研究工作，制定了相应的填 埋场设计、运行和管理方面的技术规范和标准，从而为防止填埋场垃圾污染环 境起到了积极的作用。但现行的填埋技术仍然存在着占地面积大、填埋场环境 卫生差、垃圾稳定化时间长、渗滤液成分复杂难于处理、新填埋场址的选择越 来越困难以及填埋气的产率低和回收利用困难等问题，从而阻碍了填埋技术的 进一步应用和发展。 2 0 世纪8 0 年代出现的生物反应器填埋技术，以渗滤液回灌为主要措施，强 化填埋垃圾中微生物的生物过程，加速垃圾稳定化，在一定程度上解决了传统 卫生填埋场存在的问题。但是，由于我国城市生活垃圾厨余等可降解有机物含 量高，填埋初期新鲜垃圾渗滤液原液回灌工艺存在着一些问题：有机酸积累， 有机污染物长期居高不下；受厌氧填埋场特性的限制，回灌后的渗滤液氨氮 浓度很高；不能完全消除渗滤液，仍需要进一步处理后才能排放。这些问题 严重减缓了新鲜垃圾稳定化速度。因此，如何通过渗滤液的处理来解决新鲜垃 圾渗滤液原液回灌工艺存在的问题，有针对性的进行适合我国国情的渗滤液回 灌研究，以充分发挥渗滤液回灌的优势，加速新鲜垃圾垃圾稳定化，是一个值 得研究的课题。 填埋场渗滤液具有水质复杂、水量波动大、有毒有害物质含量高等污染特 性。迄今为止，几乎所有的污水处理方法都已用于渗滤液的处理，但大都遇到 出水达标困难、处理成本较高、系统稳定性差等问题。因此，渗滤液处理在填 埋场日常管理中，已成为世界性的难题。自1 9 9 5 年以来，同济大学赵由才课题 组开创性地提出了矿化垃圾生物反应床处理填埋场渗滤液的新工艺，具有工艺 简单、维护方便、抗冲击负荷性能高、无需曝气和固液分离装置、无污泥产生、 使用寿命长等特点。 第1 章引言 本文拟将新鲜垃圾生物反应器与矿化垃圾生物反应器联合起来，对新鲜垃圾 产生的渗滤液经过矿化垃圾处理后再循环回灌到新鲜垃圾反应器进行试验研 究。考察渗滤液经过矿化垃圾处理后循环回灌，对于强化新鲜垃圾填埋层的微 生物代谢、加速新鲜垃圾稳定化进程的可行性。并在研究结果的基础上，突出 加速新鲜垃圾稳定化的回灌新工艺。 本研究得到国家自然科学基金“垃圾填埋场渗滤液回灌处理工艺与机理研 究”的资助。 1 2 研究目的与意义 1 2 1 研究目的 新鲜垃圾稳定化周期长是目前垃圾填埋场存在的一个重要问题。本课题立 足于国内外对渗滤液处理和渗滤液回灌的研究现状，针对由于我国城市生活垃 圾厨余等可降解有机物含量高而引起的填埋初期新鲜垃圾渗滤液回灌产生有机 酸积累、c o d 降解缓慢以及氨氨浓度高导致的新鲜垃圾降解缓慢的问题，进行 了渗滤液经过矿化垃圾处理后循环回灌的可行性研究，其目的是加速新鲜垃圾 稳定化，并提出解决垃圾填埋场垃圾稳定化周期长的新的回灌工艺。课题对矿 化垃圾反应器的堵塞问题进行了研究，目的是明确反应器堵塞成因及堵塞位置， 提出预防堵塞问题的判断指标，以及解决堵塞的办法。 i 2 2 研究意义 通过本课题研究，向新鲜垃圾填埋层中回灌经矿化垃圾处理后的渗滤液， 调整新鲜垃圾填埋层中有机物的降解状态，缩短新鲜垃圾稳定化周期。在此基 础上提出的回灌新工艺可以综合生物反应器型填埋和矿化垃圾处理渗滤液的优 点，实现卫生填埋技术和渗滤液处理技术的新发展。此外矿化垃圾的利用使原 有填埋场可以得到重新利用，实现了垃圾填埋场的可持续发展，因而具有明显 的理论和现实意义。 2 第1 章引言 1 3 研究内容 i 3 1 不同运行方式矿化垃圾反应器处理渗滤液比较研究 以传统运行方式为对照，通过改变矿化垃圾反应器的通风条件以改变其复 氧状况，进行了自然通风研究。为后续进行的新鲜垃圾渗滤液经矿化垃圾处理 后循环回灌的试验研究提供依据。 1 3 2 回灌工艺加速新鲜垃圾稳定化的研究 为了解决新鲜垃圾稳定化周期长问题，对新鲜垃圾反应器在厌氧和自然通 风条件下产生的渗滤液经过矿化垃圾处理后循环回灌与原液循环回灌进行对比 研究。 i 3 3 回灌技术防止堵塞的研究 针对试验过程中矿化垃圾反应器出现的堵塞问题，初步探讨堵塞原因，堵 塞的预防以及堵塞的解决办法。为了解决系统的阻塞问题，提高矿化垃圾反应 系统的处理效果，以加速新鲜垃圾稳定化，进行了两个矿化垃圾反应器交替运 行的试验研究。 1 3 4 加速新鲜垃圾稳定化的回灌新工艺的建立 在新鲜垃圾产生的渗滤液经矿化垃圾处理后循环回灌的研究基础上，提出 了回灌新工艺，为加速新鲜垃圾稳定化提供了有广泛应用的新选择。 1 4 研究方法 本课题在查阅相关文献的基础上，根据研究目的，首先进行试验内容与试 验进程的初步设计，并在试验进行的过程中，根据已获试验数据进行分析，不 断调整试验内容和规划，逐步完成各项试验研究任务，通过对试验数据的分析 获得合理结论，实现课题研究目的。研究的技术路线如图1 1 所示 第1 章引言 矿化垃圾处理渗滤液 自然通风工艺il 传统r 艺 回灌- 【艺加速新鲜 垃圾稳定化的研究 原液回l l 厌氧回灌工ij 自然通风回灌 灌工艺il艺的研究jl 工艺的研究 1 5 创新点 加速新鲜垃圾稳定化 回灌新工艺的提出 图1 1 技术路线 同灌技术防止 堵塞的研究 表血复氧回灌 工艺的研究 赫糙 交替式回灌l 工艺研究l ( 1 ) 对新鲜垃圾产生的渗滤液经过矿化垃圾处理后循环回灌为时一年的研 究，获得了加速新鲜垃圾稳定化的试验参数，在此基础上提出了加速新鲜垃圾 稳定化的新的回灌工艺。 ( 2 ) 采用了两个矿化垃圾反应器交替运行方式，解决了回灌中矿化垃圾反 应器处理效果变差以及出现的阻塞问题，并加速了新鲜垃圾稳定化进程。 ( 3 ) 明确了矿化垃圾反应器堵塞成因及堵塞位置，提出了预防堵塞问题的 判断指标：极限负荷和临界负荷。 1 6 分析项目及测试方法 试验中测试指标和测定方法如表1 1 所示。 4 第1 章引言 表1 1 主要测试指标和分析方法 分析项目标准分析方法分析项目标准分析方法 氨氯钠氏试剂分光光度法液相t o ct o c 厂r n 测定仪 硝态氮紫外分光光度法 c o d c r 重铬酸钾法 弧硝态氮n ( 1 萘基) 乙二胺光度法周相t o ct o c t n 测定仪 p hp h 2 11 型台式酸度离子计 总磷 钼锑抗分光光度法 液相t n1 d e r r n 测定仪鼎酸性已二醇分光光度法 5 第2 章城市生活垃圾渗滤液处理与回灌技术研究进展 第2 章城市生活垃圾渗滤液处理与回灌技术研究进展 2 1 城市生活垃圾与渗滤液处理现状 随着经济的发展，人们生活水平与国家城市化水平的提高，我国城市生活 垃圾的产生量以5 1 0 的速度逐年递增。2 0 0 5 年，全国6 6 1 座设市城市，年 清运生活垃圾量达1 5 5 亿吨，共有各类生活垃圾处理场4 7 9 座，日处理能力2 5 7 万吨( 年处理能力为8 1 0 8 万吨) ，处理率仅为5 2 5 。在这些处理设旆中，城 市生活垃圾卫生填埋场3 6 5 座，年处理能力6 6 7 2 万吨( 占8 2 4 ) ；城市生活垃 圾焚烧厂6 6 座，年处理能力1 0 4 6 万吨( 占1 3 o ) ；城市生活垃圾堆肥厂4 6 个， 年处理能力3 9 7 万吨 占4 r 6 ) 。 国家有关部门一直未调查生活垃圾处理设施所产生的包括渗滤液在内的二 次污染状况，更没有相关统计数据。按照我国绝大部分生活垃圾处理设施渗滤 液产量经验数据、现实调查和理论推测，以日处理量为基，卫生填埋场渗滤液 产量为日填埋量的3 0 ，焚烧场渗滤液产量为日焚烧量的2 0 ，堆肥厂渗滤液 产量为日堆肥量的1 0 ，则2 0 0 5 年我国城市生活垃圾处理设施中日产生渗滤液 大约为填埋6 a 万吨、焚烧0 6 6 万吨和堆肥o 1 l 万吨，总计日产7 1 7 万吨，年 产2 6 1 7 万吨。 一吨渗滤液所古污染物相当于一百吨城市污水的浓度，毒性比常规的城市 污水大得多。一般来讲，绝大部分地方环保局要求执行渗滤液一级拌放标准 ( c o d1 0 0m g l , n h l - n1 5m g l , b o d3 0r a g l ) ，少数环保局要求二级排放标 准( c o d3 0 0m 蚰，n h 3 - n2 5m g l ，b o d1 5 0m 扎) 。虽然在g b1 6 8 8 9 - 1 9 9 7 中 规定，若渗滤液排入城市污水处理厂，则可执行三级排放标准( c o d1 0 0 0i n g 似 b o d6 0 0 m g a ) 。但绝大部分城市污水处理厂或市政管理部门要求所排入的渗滤 液必须执行建设部下水道标准( c o d5 0 0 m g l ，n h 3 - n3 5 m g a _ j 。 不同生活垃圾处理设施其渗滤液处理情况差异较大。对于堆肥厂，渗滤 液处理的问题不大，大多可通过好氧堆肥过程中的蒸发、生物吸收等消纳掉。 焚烧厂渗滤液却存在许多问题。由于焚烧厂渗滤液浓度极高，且呈酸性，要达 到三级渗滤液排放标准或下水道标准，难度很大，目前在6 6 座焚烧厂中，能够 6 第2 章城市生活垃圾渗滤液处理与回灌技术研究进展 达到下水道标准的只是极少数( 2 0 ) 。某些焚烧厂采用反渗透技术处理渗滤 液，虽然出水水质达到一级排放标准，但出水率仅为7 0 一8 0 ，所形成的浓缩 液更难处理。 问题最大的仍然是生活垃圾填埋场渗滤液。在3 6 5 座城市生活垃圾卫生填 埋场所产生的6 4 万吨日中，能够达到二级排放标准的仅占2 0 左右。由于地 方环保局要求出水达到一级排放标准，一些填埋场采用反渗透技术处理渗滤液， 但存在着投资极大、运行费用极高、出水率较低( 7 0 ) 、浓缩液无法有效处理 等严重问题。 可以合理推论，在生活垃圾处理设施中至少有2 0 0 0 万口屯年渗滤液未得到有 效处理，加上堆场所产生的2 2 0 9 万吨，年渗滤液，目前在我国至少有4 2 0 0 万吨， 年渗滤液直接进入周边环境，这相当于2 2 亿吨城市污水的污染物总量。渗滤液 的任意排放及迁移转化过程，严重影响了周围生态环境及地下水的安全，已危 及到公共卫生安全，成为公共卫生突发群体事件和蔓延的重要源头和渠道之一。 2 2 渗滤液的性质 渗滤液是垃圾产生的、并高度受其影响的一种高浓度水基溶液；还原性物 质( 贡献c o d 物质) 中有机碳类物质与非碳类物质并重，n 、p 分别以氨氮和正磷 酸盐形态为主，且随填埋时间的延长，渗滤液中有机碳类物质、氨氮和正磷酸- 盐在还原性物质、t n 和t p 中的比例逐渐下降。渗滤液中绝大部分污染物位于 可溶性物质部分( l k d a ) ，且随填埋时间的延长，其分布逐渐向其它中小分子量 范围( i kd a l e a c h a t e 1 0 kd a ) 扩散；一般新鲜渗滤液可溶性物质含量在8 0 以上。而经l o 年降解后的含量降低至3 0 左右。渗滤液中贡献c o d 最大的是 一些非碳类的还原性物质( 且主要为非挥发性有机碳) ，其比饲随着填埋时间的 延长而增加，经过约1 0 年时问降解后，达到9 0 左右。渗滤液的亲疏水性物质 组成中，碳物质主要位于疏水酸性物质中，且随填埋时间的延长，从填埋初期 的5 0 6 0 降到4 0 ；而亲水性部分主要位于亲水酸性和亲水碱性部分，其中 亲水酸性物质在2 3 左右，而亲水碱性则随填埋时间的延长有增加趋势。 渗滤液中氮主要以氨氮形式存在，且随填埋时间延长，氨氮含量从填埋初 期的9 7 降到5 5 左右：而渗滤液的氨氮及t n 主要位于可溶性物质部分( d f ) ， 胶体态中含量也相对较多，但悬浮物( s s ) 部分含量很少。渗滤液中p 主要以 第2 章城市生活垃圾渗滤液处理与回灌技术研究进展 正磷酸盐形式存在，且随填埋时h 3 的延长，从填埋初期的9 8 2 降低到3 0 左 右；p 主要位于悬浮物部分，大都在5 0 以上。渗滤液中包含约为1 3 3 9 的 低碳数、沸点小于6 0 的碳氢化合物。渗滤液中氯、溴、氟含量较高，且随填 埋时问变化不大；而金届含量总体较少，且在组分中分布不同。 垃圾进入填埋场后，在填埋初期的1 5 年时闯内，按其降解速度可大致分成 三个阶段：i 从o 4 年( 2 0 0 5 年到2 0 0 2 年左右) ，快速降解期；i i 从5 7 年 ( 2 0 0 1 年到1 9 9 9 年左右) ，即转折期；1 0 8 年后( a k1 9 9 8 年1 9 9 3 年) ，初步 稳定期。 渗滤液性质受垃圾组成影响较大，特别是渗滤液中的重金属含量及其在不 同组分间的形态分布；填埋场第一阶段产生的渗滤液中c 主要来源于易腐性物 质，以物理冲刷过程为主；第二阶段渗滤液的部分c 融合了较多微生物降解的 中阈产物和最终产物；而第三阶段渗滤液的有机碳含量很低( t o c 5 0 0 m g l ) ， 主要为垃圾降解产物一一类腐殖质贡献。 从粒径分子量分布规律来看，经过长时间的降解，稳定化后的垃圾与渗滤 液总体来说是以中小粒径、中小分子量物质为主，其中垃圾中小颗粒物质 ( 1 0 m m ) 从新鲜垃圾时的 o 4 5 p m ) 和可溶性物质( 1kd a ) 部分，而胶体态物质含量( 1kd a l e a c h a t e 1 2 0m m 、4 0 1 2 0m m 、8 4 0 和 厌氧回灌工艺( 表4 3 ) ，说明渗滤液经矿化垃圾处 理后循环回灌较原渡叫灌工艺更有利于削减渗滤液水量渗滤滚累计回灌量的 大小与工艺各自的特点有关，也与系统模拟降水量以及水分蒸发量有关。 表4 3 三个回灌工艺新鲜垃圾反应器的渗滤液累计回灌量( m l , k g 垃圾) i新鲜垃圾反应器原液回灌工艺厌氧回灌工艺自然通风回灌工艺 i累计回灞量2 3 8 0 0 5 0 52 5 4 0 4 31 2 渗滤液累计净产量的变化 不同回灌方式的新鲜垃圾反应器由于回灌条件不同和通风条件不同，导致 新鲜垃圾渗滤液累计净产量的规律有所不同( 图4 8 ) 。在一定条件下，渗滤液 累计净产量越大，说明垃圾降解速率越快，因而渗滤液累计净产量大的回灌方 式更有利于加速新鲜垃圾的稳定化。在这里，渗滤液累计狰产量是一段时间内 每日净产量之和：渗滤液每日净产量是新鲜垃圾反应器每日出水渗滤液量与回 灌渗滤液量之差。 ( 1 ) 原液回灌工艺累计渗滤液净产量 原液回灌工艺新鲜垃圾反应器从0 5 年8 月1 8 日到8 月2 7 日共计产生渗滤 液3 5 m l d k g 垃圾，从8 月2 8 日开始回灌，至第2 2 天( 9 月1 7 日) ，渗滤液累 计净产量增至1 0 5 m u k g 垃圾，占整个试验期间的8 4 。此后一直到第1 3 7 天， 渗滤液净产量不但没增加反而降至8 8m l k g 垃圾。究其原因：( 1 ) 试验最初， 易降解垃圾迅速永解发酵，渗滤液产生量大 随着试验的迸行高浓度的渗滤 液回灌开始抑制水解酸化细菌的活性，且易降解有机物含量也在减少，渗滤液 产生速率变缓，产生量开始下降。( 2 ) 随着试验的进行，气温逐渐降低，微生 物活性下降，导致渗滤液产生速率下降。 第4 章同灌_ 艺加速新鲜垃圾稳定化的研究 停止渗滤液回灌一段时间后，由于温度逐渐升高以及此阶段试验过程中每次 取水样后都以相同体积的其它渗滤液补充，渗滤液累计产生量有所回升。到试 验重新开始回灌的第1 9 1 天，渗滤液累计净产量达到1 0 0m l & g 垃圾。此后渗滤 液缓慢的产生，到试验结束时，渗滤液累计产生量约为1 3 0 m l k g 垃圾。 图4 8 新鲜反应器渗滤液累计净产量随时间的变化 ( 2 ) 厌氧回灌工艺累计渗滤液净产量 厌氧回灌工艺新鲜垃圾反应器从0 5 年8 月1 8 日到8 月2 7 日共计产生渗滤 液6 6 m i 1 k g 垃圾，从8 月2 8 臼开始回灌，渗滤液累计挣产量开始增加，至第2 5 天( 9 月2 1 日) ，渗滤波累计净产量达1 4 4 m l k g 垃圾，占整个试验期间累计净 产渗滤液量的5 8 。 从第2 6 天到1 3 7 天，垃圾渗滤液产生量较少，仅为1 0m l k g 垃圾，占整个 试验期间的4 。原因是多方面的，一方面，新鲜垃圾产生的渗滤液先要经过矿 化垃圾反应器，这样只有当渗滤液量超过矿化垃圾饱和持水率后，渗滤液才能 循环回灌到新鲜垃圾反应器，再加上渗滤液蒸发，从而使回灌到新鲜垃圾反应 器的渗滤液的量减少，难以很大程度加速新鲜垃圾的水解发酵；另一方面随着 试验的进行，垃圾中易降解有机物含量减少，渗滤液产生速率变缓；此外温度 的降低也是一个原因。 从第1 3 7 天到1 9 | 天，停止了回灌，渗滤液净产量为1 7 m l r k g 垃圾，高于从 第2 6 天到第1 3 7 天的渗滤液累计产生量，这也充分说明了蒸发对渗滤液净产量 的影响。从第1 9 2 天到试验结束，累计渗滤液产生量为8 7 m l , ，i ( g 垃圾，占整个 试验期间的3 5 。这一阶段渗滤液产量的增加与气温的升高有关，另外与模拟 3 8 第4 章回灌工艺加速新鲜垃圾稳定化的研究 降雨量的增加也有关。如图4 3 所示，从第1 6 天到第1 2 5 天的i 1 0 天内，共补 充水量4 9 m l j k g 垃圾，占整个试验期间补充水量的4 9 。从第2 0 9 天到第2 7 7 天的6 6 天内共补充水量5 0 m l k g 垃敷，占整个试验期间补充水量的5 1 。 ( 3 ) 自然通风回灌工艺累计渗滤液净产量 自然通风回灌工艺新鲜垃圾反应器从0 5 年8 月1 6 日到8 月2 7 日共计产生 渗滤液7 7 m l k g 垃圾，从2 8 日开始回灌，渗滤液累计净产量开始增加，至第4 l 天( 1 0 月1 0 日) ，渗滤液累计净产量达2 7 0m l k g 垃圾，占整个试验期间渗滤 液累计产量的8 4 3 ，平均产水速率为4 7 m l k g 垃圾d 。从第4 2 天到1 0 2 天( 1 2 月1 0 日) ，渗滤液累计产量5 0m l d k g 垃圾，占整个试验期间渗滤液累计产量的 1 5 6 ，平均产水速率为0 ，8 3m l k g 垃圾d ，垃圾渗滤液产生速率减缓。 此后，由于易降解垃圾基本降解完毕，渗滤液产生速率缓慢，以及自然通 风反应器通风状况良好，水分蒸发量大，渗滤液累计净产量开始下降。 比较试验期间三个回灌工艺方式的渗滤液累计产生量可知，自然通风回灌 工艺 厌氧回灌工艺 原液回灌工艺，不同于渗滤液累计回灌量( 原液回灌工 艺 自然通风回灌工艺 厌氧回灌工艺) ( 表4 4 ) 。 表4 4 新鲜垃圾反应鼍谤滤液累计回灌量与累计净产量( m 1 a g 垃圾) l新鲜垃圾反应器原液回灌工艺厌氧回灌工艺 自然通风回灌工艺 l累计净产量 1 3 02 4 82 5 5 l累计回灌量 2 3 8 0 05 0 5 2 5 4 0 尽管原液回灌工艺的累计回灌量最大，但是其渗滤液累计产生量却最小，虽 然厌氧回灌工艺回灌水量最小，但是其渗滤液累计净产量却高于原液回灌工艺。 从微生物的角度来说，在厌氧条件下，渗滤液产量主要受水解发酵细菌活性的 影响，水解发酵细菌活性强，则渗滤液产生量就大，反之，渗滤液产生量就小。 影响水解发酵细菌活性的主要因素有垃圾可生物降解有机物含量、垃圾含水 率以及回灌渗滤液的水质。从本试验条件来看，垃圾可生物降解有机物含量、 垃圾含水率基本一致，所不同的是原液回灌工艺渗滤液未做任何处理直接回灌 至垃圾自身，渗滤液有机物浓度高。丽厌氧回灌工艺的是经过矿化垃圾反应器 处理后的渗滤液，有机物浓度低。这说明渗滤液累计净产量不但与回灌水量有 关，而且与回灌渗滤液的水质有很大的关系，污染物浓度高的渗滤液直接回灌 会抑制填埋垃圾中的水解发酵细菌的活性从而减少了渗滤液的累计净产量。 第4 章回灌工艺加速新鲜垃圾稳定化的研究 与原液回灌工艺及厌氧回灌工艺相比，自然通风回灌工艺的渗滤液累计产生 量最大，说明当填埋垃圾中有氧存在时，可以加速新鲜垃圾的产水速率，即加 速新鲜垃圾的稳定化。 以上试验结果表明，与原液回灌工艺相比，渗滤液经矿化垃圾处理后循环回 灌可以提高新鲜垃圾填埋初期的产水速率，缩短垃圾柏产水期，其中自然通风 回灌工艺优于厌氧回灌工艺。 比较三个回灌工艺的新鲜垃圾反应器试验结束当天渗滤液出水量与累计净 产量( 表4 5 ) ，原液回灌工艺由于反应器密闭，渗滤液水量削减作用有限；渗 滤液经矿化垃圾处理后循环回灌对渗滤液水量削减作用很大。实际上，由于自 然通风回灌工艺最大累计净产量在第1 0 0 天时为3 2 0m l k g 垃圾( 图4 8 ) ，因此， 自然通风回灌工艺的渗滤液水量削减作用最大，其水量削减达9 8 4 ；厌氧回 灌工艺的水量削减则为9 8 3 。 表4 5 试验结束时新鲜垃圾反应器渗滤液出水量与累计净产量( m l k g 垃圾) 新鲜垃圾反应器 原液网灌工艺厌氧回灌工艺自然通风回灌工艺 累计净产量 1 3 02 4 82 5 5 渗滤液出水量 1 2 7 45 4 3 2 p h 值随时间的变化 p h 值的变化与垃圾中有机物的降解有关，即与填埋垃圾中不同种类微生物 的话动有关。产甲烷细菌对p h 值的适应范围为6 6 - 7 5 。最适宜p h 范围是 6 跏7 2 。而水解与发酵细菌以及产氢产乙酸细菌对p h 的适应范围大致为5 - - 6 5 。 图4 9 表示了三个回灌工艺渗滤液p h 值的变化。 ( 1 ) 原液回灌工艺渗滤液p h 值的变化 从试验开始至第6 9 天，p h 值在6 ，0 2 - 6 4 6 之间，说明这一阶段处于永解酸 化阶段，水解酸化细菌处于主导地位；从第7 9 天到第2 2 3 天，p h 值在6 5 8 - 7 5 1 之间，说明此时垃圾处于产甲烷阶段，产甲烷细菌开始处于主导地位。从第2 4 3 天到试验结束，p h 值在6 2 7 - - - 6 4 7 之间，说明垃圾又回到了水解酸化阶段。 从原液回灌工艺出水渗滤液的p h 值的变化规律来看，是一个下降上升再下 降的过程。p h 值从试验开始的6 3 3 降至第4 2 天的6 0 ；随后p h 值是一个上升 趋势，到第1 3 0 天上升至7 。从第2 1 0 天开始下降，到试验结束时p h 值为6 4 。 柏 第4 章回灌工艺加速新鲜垃圾稳定化的研究 由以上试验结果可知，从第4 2 天到第6 9 天，垃圾处于水解酸化阶段，但 是p h 值是开始上升，显然，这一阶段产甲烷细菌正在快速增加，因而到第7 9 天时就进入了产甲烷阶段。从第2 1 0 天到第2 2 3 天，填埋垃圾处于产甲烷阶段， 但是p h 值开始下降，说明这一阶段水勰酸化缅菌正在快速增加，因而到第2 4 3 天时，进入水解酸化阶段。 05 01 0 01 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 03 5 0 时间( d ) 图4 9 不同回灌反应器渗滤液p h 值随时间的变化 注：“厌氧回灌工艺新”是指厌氧回灌工艺新鲜垃圾反应器，“厌氧回灌工艺矿”是指厌氧 回灌工艺矿化垃圾反应器：。自然通风回灌工艺新”是指自然通风回灌工艺新鲜垃圾反应器， “自然通风回寝工艺矿”是指自然通风回灌工艺矿化垃圾反应器。以下同o ( 2 ) 厌氧回灌工艺渗滤液p h 值的变化 厌氧回灌工艺新鲜垃圾产生的渗滤液p h 值到第4 2 天时下降至5 9 3 ，此后 到2 9 4 天时一直维持在5 9 - - 6 1 左右，箍后p h 值有下降的趋势，到试验结束时 p h 值为5 6 5 ，说明一直在酸化水解阶段。 新鲜垃圾产生的渗滤液在经过矿化垃圾反应器处理后。p h 值基本上维持在 7 0 - - 7 5 左右，说明渗滤液中的有机酸得到了有效的降解 ( 3 ) 自然通风回灌工艺渗滤液p h 值的变化 新鲜垃圾产生的渗滤液p h 值从开始的6 4 迅速上升至第1 2 天的8 6 ，此后 一直维持在7 扣8 3 左右，说明自然通风回灌工艺可以有效的消除有机酸积累， 从而加速垃圾稳定化进程。 试验初期，矿化垃圾反应器出水渗滤液的p h 值在7 左右，随后一直上升至 第6 9 天的8 0 7 ，此后一直维持在7 弘8 2 左右。 4 1 9 8 7 6 5 4 3 单暑 第4 章同灌工艺加速新鲜垃圾稳定化的研究 比较三个回灌工艺垃圾渗滤液的p h 值，自然通风回灌工艺 原液回灌 厌 氧回灌工艺。自然通风回灌工艺p h 值最高，是因为新鲜垃圾反应器内设置了通 风管，空气通过输气管不断向填埋垃圾中扩散，垃圾中的有机物及其水解产物 在好氧条件下分解速度快，可迅速消除有机酸积累。原液回灌的p h 值大于厌氧 回灌工艺与回灌渗滤液有关，原液回灌的回灌渗滤液的特点是量大，且氨浓度 越来越高，由于氨是弱碱性物质，会在一定程度上提高渗滤液的p i - i 值；厌氧回 灌工艺新鲜垃圾反应器的回灌渗滤液的特点是量小，且氨氮浓度较低。渗滤液 中的有机酸没有大量的碱性物质中和因而p h 值相对较低 从三个回灌工艺的新鲜垃圾反应器出水渗滤液的p h 值的变化情况可知，通 过口h 值可以比较直观的反映出是否存在有机酸积累，以及新鲜垃圾降解过程中 所处的阶段。回灌的复氧条件越好，越有利于消除有机酸积累。 4 3 r 3c o d 和1 o c 随时间的变化 4 3 3 1c o d 浓度随时间的变化 c o d 浓度随时闻的变化反映了垃圾中可降解有机物的降解程度。图4 t o 表 示了不同反应器出水渗滤液c o d 浓度随时问的变化。 1 0 0 0 0 d 5 0 0 0 0 0 05 01 0 0 1 5 02 0 02 5 0 3 0 0