（环境工程专业论文）城市生活垃圾填埋场渗滤液回灌处理的研究.pdf

摘要 目前在我国有9 0 左右的城市使用填埋法处理垃圾。生活垃圾填埋场对环境的主要影 响是垃圾渗滤液，其水质复杂多变，具有高c o d 含量、高重金属离子和高n h 3 - n 含量的 特点。如果垃圾渗滤液进入环境，会对土壤和地下水带来严重的污染。 本论文在完全自然的条件下，采用城市生活垃圾填埋并覆土的模式，收集渗滤液并研 究渗滤液回灌法的处理效果。 本次回灌试验主要为厌氧回灌，根据研究的目的和内容分为三个阶段。第一阶段主要 研究垃圾填埋初期渗滤液的水质变化情况以及垃圾填埋体沉降速率的变化。第二阶段主要 研究渗滤液的回灌对填埋垃圾体稳定化进程的影响。第三阶段主要研究不同水力负荷对回 灌处理工艺效果的影响。 通过以上三个阶段的试验研究，得出以下主要结论。 ( 1 ) 在垃圾填埋初期3 0 天内，渗滤液中c o d 盯、n h 3 - n 的含量在第2 0 天积累达到 最高值。 ( 2 ) 在本试验所进行的温度范围内，填埋垃圾体沉降的平均速率( y ) 与填埋垃圾体 的总时间( x ) 线性相关，其关系式为： y = 一0 0 2 0 3 x + 1 2 2 5 其中相关系数r 2 = 0 9 9 1 7 ，可见其线性相关性良好。 ( 3 ) 回灌可使填埋垃圾系统中厌氧反应各阶段时间缩短，加快有机物质的分解，进 而加快了填埋垃圾的最终稳定化进程。 ( 4 ) 当水力负荷在5 0 2 m l l d 左右，有机负荷为7 6 3m g l d 时可以达到最佳的 c o d 盯的去除效果，去除率为4 8 4 6 。 ( 5 ) 水力负荷的改变对n i t 3 - n 的去除并无明显影响。相比之下，原液回灌法对n i t 3 - n 的去除效果最好，最大去除率达3 7 2 。 ( 6 ) 水力负荷过大不利于s s 的去除。当水力负荷为4 2 4 m l l d ，s s 的去除率达到 最大值3 9 1 9 。 关键词：生活垃圾、渗滤液、回灌、水力负荷、有机负荷、厌氧 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 ei no u rc o u n t r yw a st r e a t e dw i t ht h e t e c h n o l o g yo fl a n d f i l l t h ep r i n c i p a le n v i r o n m e n t a lp r o b l e mo fl a n d f i l li sl e a c h a t eo fw h i c ht h e w a t e rq u a l i t yi sc o m p l e x ，w i t hh i 曲c o d c ra n dh i g l lh e a v ym e t a li o nc o n c e n t r a t i o na sw e l la s l l i 曲n h 3 - nc o n c e n t r a t i o n t h es o i la n dg r o u n d w a t e rw i l lb ep o l l u t e di ft h el e a c h a t ee n t e r i n g i n t oe n v i r o n m e n t u n d e rt h ec o m p l e t e l yn a t u r a lc o n d i t i o n ，t h ep a p e ra d o p t st h ep a t t e r nw h i c hl a n d f i l l i n g ， c o l l e c t st h el e a c h a t ea n ds t u d i e st h el e a c h a t er e c i r c u l a t i o nm e t h o dp r o c e s s i n ge f f e c t t h er e c i r c u l a t i o ne x p e r i m e n ti sm a i n l ya n a e r o b i cr e c i r c u l a t i o n ，a c c o r d i n gt ot h er e s e a r c hg o a l a n dt h ec o n t e n t ，t h ee x p e r i m e n td i v i d e si n t ot h r e ep h a s e s t h ef i r s tp h a s em a i n l ys t u d i e st h e q u a l i t yo fl e a c h a t ec h a n g es i t u a t i o na sw e l la st h es u b s i d e n c eo fs p e e dr a t ec h a n g eo fl a n d f i l l i n g b o d yi nt h ei n i t i a ll a n d f i l l i n gp e r i o d t h es e c o n dp h a s em a i ns t u d i e st h ei n f l u e n c ef o r ml e a c h a t e r e c i r c u l a t i o nt ol a n d f i l lb o d ys t a b i l i z i n ga d v a n c e m e n t t h et l l i r dp h a s em a i ns t u d i e s t h e i n f l u e n c ef o r md i f f e r e n th y d r a u l i cl o a dt ot h er e c i r c u l a t i o np r o c e s s i n gc r a f te f f e c t t h r o u g ha b o v et h r e ep h a s e se x p e r i m e n t a ls t u d y , d r a w sf o l l o w i n gm a i nc o n c l u s i o n ： ( 1 ) i nl a n d f i l l i n gi n i t i a l3 0d a y s ，t h el e a c h a t ec o d e r , n h 3 - nc o n t e n ta c h i e v e st h e m a x i m u ma c c u m u l a t i o ni nt h e2 0 t hd a y ( 2 ) i nt e m p e r a t u r er a n g ew h i c hc a r r i e so ni nt h ee x p e r i m e n t ，l a n d f i l lb o d ya v e r a g e s u b s i d e n c es p e e d ( y ) i sl i n e a rc o r r e l a t i o nt ot h et o t a lt i m eo fl a n d f i l lb o d y ( x ) ，i t sr e l a t i o n s h i pi s ： y = 一0 0 2 0 3 x + 1 2 2 5 c o r r e l a t i o nc o e f f i c i e n tr 2 = o 9 917 ，l i n e a rr e l e v a n c ew e l l ( 3 ) o w i n gt or e c i r c u l a t i o n ，t i m eo ft h ea n a e r o b i cm e t a b o l i s mp h a s e sc a nb er e d u c e d ，a n d a l s o ，d e c o m p o s i t i o no ft h eo r g a n i cs u b s t a n c ec a nb ea c c e l e r a t e d t h u s ，f i n a l l ys t a b i l i z a t i o no f t h er e f u s ei ss p e e du p ( 4 ) w h e n h y d r a u l i cl o a di sa b o u t5 0 2 m l l d ，t h eo r g a n i cl o a di s7 6 3m l l 。d ，i tm a y a c h i e v eb e s tc o d e rd i s p o s a le f f e c t ，t h ed i s p o s a lr a t ei s4 8 4 6 ( 5 ) c h a n g i n gh y d r a u l i cl o a di sn o to b v i o u s l yt ot h en h 3 一nd i s p o s a l c o m p a r a t i v e l y , t h e l e a c h a t er e c i r c u l a t i o ni sb e s tt ot h en h 3 - nd i s p o s a l e f f e c t ，d i s p o s a lr a t er e a c h e st ot h e i l m a x i m u m3 7 2 ( 6 ) h y d r a u l i cl o a do v e r s i z e di sn o ta d v a n t a g e o u st os sd i s p o s a l w h e nt h eh y d r a u l i cl o a di s 4 2 4m l l d ，s sd i s p o s a lr a t er e a c h e st ot h em a x i m u m3 9 19 k e yw o r d s ：m u n i c i p a lr e f u s e ；l e a c h a t e ；r e c i r c u l a t i o n ；h y d r a u l i cl o a d ；o r g a n i cl o a d ；a n a e r o b i c i i i 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究 工作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做 出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包 含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：织仇湖- 7 年6 月7e t 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属 学校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利 等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论 文或成果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：织促) 1 年月c 7e l 导师签名：纠孕盱 秒。夕年莎月9e l 长安大学硕七学位毕业论文 1 1 垃圾渗滤液概述 第一章绪论弟一早珀。下匕 从全球角度看，随着经济的持续高速增长，人民生活水平的迅速提高，城市化进程 的不断加快，面临的日趋严重的环境问题也越来越多。特别是人口集中的城市生活垃圾 问题已经成为当今世界面临的主要环境问题之一。 只要有人群生活的地方就有生活垃圾。发达国家垃圾增长率为3 2 4 5 ，发展中 国家垃圾增长率为2 - - - , 3 ，全球年产垃圾8 0 - 1 0 0 亿吨。发达国家人均年产垃圾3 吨， 发展中国家人均年产垃圾1 吨。目前我国城市人均每年垃圾的产生量达到4 4 0 公斤，1 9 9 7 年全国6 6 8 座城市共清运垃圾1 0 9 8 1 万吨，而且每年以8 - - - , 1 0 的速度增长。据估计， 我国6 0 0 余座城市2 0 0 0 年产生生活垃圾已达1 4 亿吨【1 1 ，人均年产生活垃圾约为3 0 0 k g ， 占世界总量的四分之一以上，并且每年以7 - - - - 9 的速度增长。全国有2 0 0 多座城市陷 入垃圾的包围之中。 生活垃圾是城市垃圾的一部分，包括食品垃圾和普通垃圾。食品垃圾是人们在买卖、 储藏、加工、食用各种食品的过程中所产生的垃圾，这类垃圾腐烂性强、分解速度快， 并会发出恶臭。普通垃圾包括废弃的纸制品、废塑料、破布及各种纺织制品、废橡胶、 破旧皮革制品、废木材及木制品、碎玻璃、废金属制品和尘土等【2 】。 国内外实践证明，由于城市生活垃圾处理受垃圾成分、经济发展水平、能源结构、 自然条件及传统习惯的影响，使得垃圾处理一般没有统一的模式，但最终都是以减量化、 无害化、资源化为日标。目前世界各国采用的生活垃圾处理工艺主要有三种：焚烧、堆 肥和卫生填埋。由于卫生填埋法与其他方法相比，具有投资少，处理费用低，处理量大， 操作简便、适用范围广、对垃圾成分无严格要求，能处理处置各种类型的废物等优点， 因此卫生填埋法是目前世界上最常用的垃圾处理技术，在世界大多数国家被广泛使用， 也是目前我国处理城市垃圾的主要手段。 目前美国城市生活垃圾填埋率占7 5 ，英国占8 8 t 3 , 4 】。其它一些发展中国家垃圾 处理中垃圾填埋的比例更高。如我国就占9 5 以上。预计在今后较长时间内，填埋法都 将是我们处理固体垃圾的主要方法。我国是发展中国家，经济力量不雄厚，内陆面积比 较广阔，因此卫生填埋法较适合我国国情，然而，垃圾填理处置会产生恶臭和大量渗滤 液，如处理不当，会带来严重的二次污染。其中较为严重的污染物是垃圾填埋场所产生 第一章绪论 的渗滤液，它是其中尤为值得关注的“二次污染物”。因此，处理好垃圾填埋过程中产 生的渗滤液，是防止二次污染的关键。城市垃圾填埋场的设计和研究在我国尚处于起步 阶段，妥善处理垃圾渗滤液是垃圾填埋场设计成败的关键。 1 1 1 渗滤液的产生 渗滤液主要是指超过垃圾及所覆土层持水容量及表面蒸发潜力的雨水进入填埋场 地后，历经垃圾层和覆土层而产生的高浓度污水5 1 。即在垃圾的填埋过程中，由于压实， 降雨和微生物的分解作用，从垃圾层中渗出的高浓度有机废水。 垃圾渗滤液的产生来自两个方面：一是外源水。即大气降水和地表径流水流入渗透 到渗滤液当中，还有地下水渗入填埋场。二是内源水。内源水又分为垃圾中本身含有的 水和由于垃圾填埋后，微生物的厌氧分解作用而产生的水。所以，垃圾填埋场渗滤液的 产生量与区域气候变化、水文条件及季节变化有关。渗滤液的水质特性除了上述几个因 素外，还与垃圾性质、填埋时间、填埋方式、垃圾本身含水率有关。因而，垃圾渗滤液 水质和水量变化都很大。 在垃圾填埋场中，伴随着填埋初期到垃圾基本稳定，垃圾渗滤液的水量和水质变化 可以反映垃圾的稳定化过程。垃圾填埋场中稳定化过程可以分为以下五个阶段来概括： ( 1 ) 最初调节阶段 本阶段是填埋场内固体废物的放置和水分积累的过程。在达到能够为有活性的微生 物群落提供足够的水分之前，可观测到有一个适应阶段( 或是最初的滞留期) 。为了创 造适宜的生化降解条件，填埋废物在成分和性质方面发生了初步的变化。垃圾填埋初期 垃圾填埋作业进行中，由于垃圾本身带有水，填埋初期垃圾中带进的氧气以及填埋缝隙， 有足够的氧气存在，此时垃圾中易降解组分迅速与填埋垃圾所夹带的氧气发生好氧生物 降解，生成二氧化碳和水，同时释放一定的能量。本阶段的主要生化反应式可表示为： 碳水化合物 c l ，0 t + ( x 兰y i 1z p ，- , , x c o ：+ 喜：口热叠 含氮化合物 c j 撑r d ：，a h2 0 + 的2 一e 。玎，0 ，辱。玎3 + 乒泐2 + 热璧 ( 2 ) 过渡阶段 在过渡阶段，水分达到饱和容量【6 1 ，填埋场内的氧气被耗尽，从而发生从好氧向厌 氧环境的转变，垃圾的降解也由好氧降解过渡到厌氧降解，此时起主要作用的微生物是 2 长安大学硕士学位毕业论文 兼性厌氧菌和真菌。由于氧向硝酸盐和硫酸盐传递电子受体以及氧被二氧化碳取代而逐 渐形成还原条件，硝酸盐和硫酸盐分别被还原为n 2 和h 2 s ，填埋场内氧化还原电位逐渐 降低，渗滤液p h 值开始下降。在这一阶段的最后，渗滤液中可测出可计量的c o d 和 挥发性脂肪酸( 1 a ) 。 ( 3 ) 产酸阶段 在这一阶段中，填埋的固体废物连续水解作用以及随后( 或者同时进行的) 微生物 降解可生物降解的有机物组分的作用下，产生高浓度的中间产物一挥发性有机酸。该阶 段经常检测到p h 值降低，随之而来的是一些金属成分的溶出。这一阶段的主要特征是， 由产酸菌构成的活性微生物的增长以及底物和营养物质的快速消耗。由于有机物的水解 作用积累了大量的酸，抑制了产甲烷菌的生长。 ( 4 ) 产甲烷阶段 在这一阶段，产甲烷菌将挥发性有机酸代谢并转化为甲烷和二氧化碳，硫酸盐和硝 酸盐分别被还原为硫化物和氨氮。p h 值有所上升，重碳酸盐能对p h 值的变化有所缓 冲，保障了甲烷菌的增殖。另外一些重金属通过络合和化学沉淀而去除。 ( 5 ) 成熟阶段 垃圾填埋最后的稳定阶段，可利用营养物和底物数量都大为减少，限制微生物的活 性，使其进入相对的休眠状态，生物气的产量急剧下降。慢慢地可以观测到氧气和氧化 产物重新出现。但难降解有机组分的缓慢降解可能持续很长时间并产生腐殖质类物质。 1 1 2 渗滤液的性质特点 垃圾渗滤液中有机污染物浓度极高，其中含有大量易生物降解的挥发性有机酸 ( 1 a ) 、可生物降解的中等分子量有机物以及难以生物降解的有机物，同时含有大量 的无机重金属离子和氨氮等【7 1 。 国内外典型渗滤液中的污染物及其浓度变化范围见表1 1 【8 】。 表1 1典型垃圾渗滤液污染物及其浓度变化范围表 污染物 浓度范围污染物 浓度范围污染物浓度范围 c o d10 0 - - 9 0 0 0 0 p h 5 8 6c um 圆9 b o d s 4 0 7 3 0 0 0c r5 6 4 2 0p b0 0 0 0 2 - 2 t s0 5 9 2 0 0 s 0 4 2 。 l 1 6 0 0m n0 0 7 12 5 s s 1 肛7 0 0 0 c a 2 +2 3 7 2 0 0z n0 2 3 7 0 n h 3 - n 6 - - 1 0 0 0 0f e0 0 5 2 8 2 0t c r0 0 1 8 7 n o x - n 0 2 1 2 4 m g 1 7 1 5 6 0踊41 0 1 7 0 2 t p肛1 2 5c do 0 0 3 l7 大肠菌群值( c f u l ) 2 3 0 0 0 - - ( 2 3 1 0 8 ) 第一章绪论 注：除p h 和大肠菌群值除外，其它项目单位均为r a g l , t s - 总硫；t c r - 总铬；v f a 一挥发性脂肪酸 由表1 1 可以看出：垃圾渗滤液较之一般的生活废水，具有以下特性【2 】： ( 1 ) 有机污染物种类繁多，水质复杂。 垃圾渗滤液中含有大量的有机物，含量较多的有烃类及其衍生物、酸酯类、醇酚类、 酮醛类和酰胺类等。郑曼英等对广州大田山垃圾渗滤液有机污染物的分析研究表明， 渗滤液中含有主要有机物7 7 种，其中芳烃类2 9 种，烷烃、烯烃类1 8 种，酸类8 种， 酯类5 种，醇、酚类6 种，酮、醛类4 种，酰胺类2 种，其他5 种。这7 7 种有机物中， 有可疑致癌物1 种，辅致癌物5 种，被列入我国环境优先污染物“黑名单”的有机物5 种以上。张兰英等【1 1 1 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 种有机化合 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黑名单。 ( 2 ) 污染物浓度高，变化范围大。 垃圾渗滤液的这一特性是其他污水所无法比拟的，其中的b o d 5 和c o d 浓度最高 可达每升几万毫克，主要是在酸性发酵阶段产生。p h 值达到或略低于7 ，此时b o d 5 与c o d 比值为0 5 0 6 。一般而言，c o d 、b o d 5 、b o d 5 c o d 随填埋场的“年龄 增 长而降低，碱度则上升。 ( 3 ) 水质、水量变化大。 垃圾渗滤液水质水量变化大，主要体现在以下方面： 产生量随季节变化大，雨季明显大于旱季； 污染物组成及其浓度也随季节变化，例如，平原地区填埋场在干冷季节渗滤液中 的污染物组成和浓度较低； 污染物组成及其浓度随填埋时间而变化。 ( 4 ) 金属含量高。 垃圾渗滤液中含有1 0 多种金属离子，其浓度随着填埋场垃圾成份的不同而不同。 由表1 1 可以看出，一些金属离子例如f e 和c a 离子的浓度可达每升水数干毫克。 ( 5 ) 氨氮含量高。 城市垃圾渗滤液是一种组成复杂的高浓度有毒有害有机废水，其中高n i - 1 3 - n 浓度 是城市垃圾渗滤液的重要水质特征之一。渗滤液中的氨氮浓度随着垃圾填埋年数而增 加，可以高达1 0 0 0 0 m g l 以上，渗滤液中的氮多以氨氮的形式存在，约占t n 的 7 0 - 一8 0 。当氨氮( 尤其是游离氨) 浓度过高时，会影响微生物的活性，降低生物处 理的效果。 4 长安大学硕士学位毕业论文 ( 6 ) 营养元素比例失调。 对于生化处理，污水中适宜的营养元素比例是b o d 5 ：n - p - - 1 0 0 ：5 ：1 ，而一般的 垃圾渗滤液中的是b o d 5 p 大都大于3 0 0 ，与微生物生长所需要的磷元素相差较大。 1 1 3 渗滤液的危害 垃圾在卫生填理处置过程中，经过复杂的物理、化学及生物反应，会产生大量渗滤 液和难闻气体。此外，固体垃圾中的重金属及有毒有害物质也溶入渗滤液中，如不及时 对其进行收集处理，会带来严重的二次污染。 ( 1 ) 对地表水和地下水的污染 垃圾填埋场渗滤液对周围地下水和地表水均会造成严重的环境污染【1 2 】。c a l v e r t t 2 】 曾报导距垃圾处理厂的蓄水池5 1 2 m 远的一口井中水，其硬度、钙、镁浓度、总固体量 和c 0 2 都有增加。德国l a n g 报导距离填埋场4 k m 远的地表水下游，水质出现恶化。国 内郑曼英等报导【1 3 1 广州市老虎窿填埋场虽然1 9 9 2 年封场，但直至1 9 9 5 年其排出的浸出 液b o d 5 ，c o d ，氮和磷仍然超标，其中以氮为甚。赵万有等报导，垃圾填埋不采取防 渗措施，对地下水必然造成严重污染，主要表现在地下水的水质混浊有臭味，c o d ，三 氮( 氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮) 含量高；油、酚污染严重；细菌及大肠菌超标。 ( 2 ) 对土壤的污染 渗滤液进入土壤后，其污染物在土壤中产生一系列物理、化学和生物作用，如过滤、 吸附、沉淀，或为植物根系吸收或被微生物降解和合成吸收，从而使污染物截流在包气 带土体内，或通过土壤孔隙水携带迁移【2 1 。当污染物质的积累过程逐渐占据优势时，土 壤正常功能失调，土壤质量下降，影响到农作物的生长发育，使农作物的产量和质量下 降，同时土壤污染物的迁移转化，可能引起大气或水体的污染，最终影响到人类的健康 甚至是生命安全。 因此，处理好垃圾填埋过程中产生的渗滤液，是防止二次污染最重要的措施。城市 垃圾填埋场的设计和研究在我国尚处于起步阶段，妥善处理垃圾渗滤液是垃圾填埋场设 计成败的关键。 1 1 4 渗滤液的处理难点 垃圾填埋场的稳定化过程是一个动态的漫长的过程，垃圾的成分、垃圾降解的环境 条件等的复杂性决定了垃圾渗滤液的降解过程也是极其复杂的，不同的填埋场、同一填 埋场的不同时间段之间，垃圾渗滤液的水质水量都有着不同的特点，且周期性不明显。 第一章绪论 因此，垃圾处理方法必须因地制宜，针对不同的渗滤液采取不同的处理方法，很难找到 用某种处理方法对任何性质的渗滤液都适合。渗滤液处理的难点主要体现在以下几个方 面： ( 1 ) 渗滤液中营养成份比例的严重失调是造成渗滤液处理不彻底的主要原因。 n h 3 n 含量高是渗滤液的一大特点，它一般占到总氮的9 0 以上。这一现象主要是垃 圾的填埋方式造成的，填埋层中氧气的逐渐消耗导致了最终的厌氧环境，而在厌氧环境 下n h 3 n 无法得到进一步的氧化，所以渗滤液的n h 3 - n 含量普遍较高。n 含量过高造 成了c n 比过低，没有足够的碳源来实现n h 3 - n 的硝化和反硝化，处理出水的n h 3 - n 含量仍然很高。例如广州市老虎窿垃圾填埋场渗滤液c n 比为4 0 ，大田山渗滤液c n 比为2 0 ，福州市红庙岭渗滤液c n 比为1 0 - - 8 0 ，这与好氧条件下要求的c n p 在 1 0 0 5 1 左右或厌氧条件下要求的2 0 0 5 1 左右相比相差较大。并且由于高n h 3 n 对微 生物有抑制作用，降低了微生物体内的脱氢酶活性，所以高n h 3 n 浓度也严重影响了 生物处理的效果。 ( 2 ) 渗滤液水质水量受气象条件的影响，其波动范围较大，不利于渗滤液处理工 艺的生产管理。 ( 3 ) 渗滤液的色度问题也十分严重。渗滤液初期呈黑色，到中期和后期，颜色逐 渐变成褐色。渗滤液的色度主要是由腐殖质类物质引起的，这类物质难于生物降解，所 以仅靠生物处理难以脱色，需考虑物理化学的方法进行脱色处理。 1 2 垃圾渗滤液的处理方法和研究进展 渗滤液的处理作为一个世界性的难题，在全世界范围内已经引起了广泛的关注，并 进行了深入的研究。其处理技术概括起来主要包括：渗滤液与城市污水合并处理和渗滤 液的单独处理。 1 2 1 渗滤液与城市污水合并处理 渗滤液与城市污水合并处理是目前国内常用的处理方案之一。渗滤液与城市污水合 并处理就是将渗滤液引入填埋场附近的城市污水处理厂进行处理，也可包括在填埋场内 进行必要的预处理。此方案以在填埋场附近有城市污水处理厂为必要条件，若城市污水 处理厂的设计是未考虑接纳附近填埋场渗滤液的，其所能接纳而又不对其运行构成威胁 的渗滤液的比例是很有限的。国外的研究结果表明1 4 】，这- - l t 例一般不超过o 5 ，而 且往往加入如此小比例的渗滤液就可使活性污泥法的负荷增加一倍。对于在设计中考虑 6 长安大学硕士学位毕业论文 接纳填埋场渗滤液的城市污水厂，设计时主要需解决脱氮和磷缺乏的问题。脱氮主要需 控制污水厂进水的c n ，为满足反硝化过程所需的碳源，c n 以大于3 为宜，且污泥负 荷要低，水力停留时间要长，以使硝化反应进行到底。研究表明，城市污水厂进水c o d e r t p ( 总磷) 2 0 0 后，生化处理系统的效率就会下降，当渗滤液与城市污水合并处理时， 就可能出现这种磷缺乏的问题，在这种情况下应给进水补充磷。 1 2 2 渗滤液的单独处理 虽然合并处理可以节省单独建设渗滤液处理系统的高额费用，但这并非是普遍适应 的方法。考虑到渗滤液复杂多变的特性，在合并处理时污水的混合比例很难控制，故处 理量一般较小。另外，合并处理受到填埋场附近有无污水厂的条件限制，因此其应用未 能得到广泛推广。而单独处理可根据水质、水量设计，选择运行工艺，处理量大，且不 受污水混合比的限制，运行参数也易于获得和控制，属于国内外广泛采用的方案。其处 理方法主要包括：生物处理方法、物理化学方法、物化一生物结合工艺以及土地处理法。 ( 1 ) 生物处理法 生物处理一般分为好氧生物处理、厌氧生物处理和厌氧好氧生物结合处理三种。 许多学者认为：对c o d 浓度在5 0 0 0 m g l 以上的高浓度垃圾渗滤液建议采用厌氧方法 进行前段预处理，然后采用好氧或其他后续处理方法；对c o d 浓度在5 0 0 m g l 以下的 垃圾渗滤液建议采用好氧生物处理法；c o d 浓度在5 0 0 - - 5 0 0 0 m g l 之间的垃圾渗滤液 可以根据实际情况选择好氧或厌氧处理【7 】。 好氧生物处理 好氧生物技术处理年龄较短和可生物降解的垃圾渗滤液，具有良好的运行效能，可 有效去除c o d 、b o d 5 和重金属。好氧生物处理工艺一般包括：活性污泥法、序批式反 应器( s b r ) 、循环式活性污泥法( c a s s ) 、氧化沟、好氧稳定塘、生物转盘以及滴滤 池等。 浙江省杭州市天子岭垃圾填埋场渗滤液采用两段式活性污泥法生物处理工艺。当进 水c o d 和b o d 5 浓度分别为9 3 8 1 - - 3 6 4 0 m g l 和4 7 2 6 - - - 2 3 8 0 m g l 时，两级曝气池的 停留时间分别为2 0 h 和1 5 h ，有机负荷分别为o 1 6 k g c o d ( k g m l s s d ) 和 0 0 7 k g b o d s ( k g m l s s d ) 时，c o d 和b o d 5 的去除率可分别达到6 2 3 - - 9 2 3 和 7 8 6 - - 9 6 9 ，磷平均去除率达9 0 5 ，总凯氏氮平均去除率达6 5 7 f 15 1 。 英国在1 9 8 3 年建成的b r y np o s t e y 填埋场渗滤液处理厂，运用曝气氧化塘技术处理 7 第一章绪论 渗滤液。该氧化塘有效库容1 0 0 0 m 3 ，由高密度聚乙烯材料( h d p e 膜) 作防渗衬底， 采用两台高效表面曝气机进行曝气，渗滤液最小水力停留时间l o d ，渗滤液处理量o 1 5 0m 3 d ，此系统自1 9 8 3 年开始运行，渗滤液c o d 、b o d 5 的最大浓度分别为2 4 0 0 0m g l 和1 0 0 0 0m g l ，f m 为0 0 5 一，0 3 k g b o d 5 ( k g m l s s d ) 时，c o d 的去除率为9 7 t 1 们。 厌氧生物处理 厌氧处理较之好氧处理具有许多优点，主要有能耗少、处理费用较低，污泥的比增 长量小，对无机营养元素要求低，对有机物处理负荷较高，特别是对许多在好氧条件下 难以处理的卤素多环芳烃等有机化合物有较强降解能力【2 1 。相对好氧，厌氧技术更适合 处理高浓度的有机废水包括垃圾渗滤液。厌氧处理方法包括上流厌氧污泥床( u a s b ) 、 厌氧接触法、厌氧淹没式生物滤池、混合反应器、厌氧塘和厌氧折流板反应器( a b r ) 等。 沈耀良等【1 7 】人采用厌氧折流板反应器( a b r ) 处理垃圾渗滤液混合废水，对反应 过程中的水解酸化作用及污泥特性进行了研究。结果表明：a b r 可以有效改善混合废 水的可生化性。进水b o d d c o d 为0 2 , - - - 0 3 时，出水b o d s c o d 可提高为0 4 - 0 6 时， 容积负荷为4 7 1 k g c o d ( m 3 d ) 时，形成沉降性能良好，粒径为l 5 m m 的棒状颗粒污 泥，各隔室中污泥浓度为2 0 - 3 8 9 l ，混合废水经a b r 预处理后大大促进了废水进一 步好氧处理运行的稳定性。 b o r a z a c c o n i 等【1 8 】用u a s b 处理c o d 平均浓度3 0 0 0 0m e t e 的渗滤液，获得1 0 - - - , 6 0 的c o d 去除率和3 0 - 6 0 的氮去除率。英国w r c t l 2 】采用u a s b 处理c o d 浓度超过 1 0 0 0 0 m g l 渗滤液，在容积负荷为3 6 , - - , 1 9 7 k g c o d ( m 3 d ) ，平均泥龄为1 0 - 4 3 d ，温 度为3 0 时，c o d 和b o d 5 的去除率可分别达到8 2 和8 5 。 厌氧好氧结合处理 虽然厌氧处理对高质量浓度( b o d 5 2 0 0 0 m g l ) 有机废水的处理是有效的，但是 厌氧处理具有代谢不完全，出水c o d 高，水力停留时间长，有臭气产生和需要较高的 反应器温度等缺点，所以实际应用中很少单独采用厌氧法处理渗滤液。北京市政设计研 究院自1 9 8 8 年进行了城市垃圾卫生填埋场渗滤液处理技术的研究【2 0 】，经各种工艺组合 的试验得出如下结论：对高浓度的垃圾渗滤液采用厌氧一好氧处理工艺既经济合理，处 理效率又高，c o d 和b o d 5 去除率分别为8 6 8 和9 7 2 。邹莲花等【6 】人报道采用厌 氧吹脱缺氧混凝沉淀流程处理深圳市玉龙坑生活垃圾填埋场渗滤液，当 c o d = 2 5 0 0 m g l ，b o d s = 1 5 0 0 r n g l ，n h 3 - n = 1 0 0 0 m g l 时，出水各项指标低于排放标准。 8 长安大学硕士学位毕业论文 同济大学徐迪民等【2 1 】采用低氧好氧两段活性污泥法处理实验室模拟配制的垃圾渗滤 液，其中c o d - - - 6 4 6 6 m g l ，b o d s = 3 5 0 2m g l ，s s = 2 4 0m g l ，p h 为5 - 6 5 ，获得出水 c o d = 2 2 6 7 m g l ，b o d s = 1 3 3 m g l ，s s = 2 7 8m g l ，p h 为6 5 7 5 的良好效果。 ( 2 ) 物理化学方法 物化法过去只用在处理填埋时间较长的单元中排出的渗滤液，而今随着渗滤液控制 排放标准的日益严格，物化法也用来处理新鲜的渗滤、液【1 9 】。物化法包括混凝、反渗透、 活性炭吸附、电解氧化、化学氧化、膜渗析、汽提等多种方法。物化法受水质水量影响 小，出水水质稳定，尤其对b o d 5 c o d 较低而难以生物处理的垃圾渗滤液有较好的处 理效果。由于物化法处理费用较高，一般用于渗滤液预处理或深度处理。 混凝法 混凝法是借助于混凝剂对胶体离子的静电中和、吸附、架桥等作用使胶体离子脱稳， 在絮凝剂的作用下，发生絮凝沉淀以去除污水中的悬浮物和可溶性物质。混凝法具有工 艺可靠、处理效率高、设备简单、运行稳定易管理等特点。 h 张兰英等【2 3 】利用铅矿混凝以及吸附方法对垃圾渗滤液进行处理，结果表明，其中 4 8 9 3 的有机物被去除，其他有机化合物的去除率在5 0 7 0 之间。 吸附法 利用吸附作用进行物质分离已经有很长的历史，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【2 4 1 。在处理垃圾渗滤液过程中，吸附剂主要用于脱除水中 难降解的有机物、金属离子和色度等。张兰英等用铝土矿吸附渗滤液，有4 8 9 的有 机物被去除。f e t t i g 等【2 5 1 则用活性炭吸附预处理渗滤液。p i r b a z a r i 等【2 6 】用生物活性颗粒 炭，即在活性炭上驯化培养生物膜降解有机物。试验表明：用生物活性炭吸附处理渗滤 液和高浓度的有机废水具有很大的潜力，废水中总碳的去除量和生物浓度与生物的增长 曲线有密切的关系。y i n g 等2 6 1 将粉末状活性炭投入间歇式活性污泥反应器中，由于降 解和吸附同时进行，出水水质明显比两者的单独作用要好，并且费用比传统的粒状活性 炭吸附的费用要低。活性炭吸附法可以有效地去除渗滤液中的绝大多数有机物，并且适 应水量和水质污染负荷的变化范围比较大，设备简便。但是活性炭吸附过程易受p h 值 和水温等因素的影响。隋智慧等人【2 4 】用混凝与吸附联合的方法，对北京安定垃圾卫生填 埋场进行了预处理的研究，结果表明，该方法对废水c o d 盯的去除率稳定在7 0 左右， 且受水质变化的影响不大。 化学氧化法 9 第一章绪论 f e n t o n 氧化法是目前应用较多的一种化学催化氧化技术，其原理是将废水中的有机物氧 化成小分子的碳氢化合物或完全矿化成c 0 2 和h 2 0 。f e n t o n 氧化法可使带有苯环、羟 基、c o o h 、s 0 3 h 、- n 0 2 等取代基的有机化合物氧化分解，从而提高废水的可生化性， 降低废水的毒性，改变其溶解性、混凝沉淀性，有利于后续的生化或混凝处理。f e n t o n 试剂具有反应迅速，温度、压力等条件缓和且无二次污染，试剂价格低廉等优点而被广 泛应用【2 7 1 。 程洁红，李尔炀等采用f e n t o n 法将城市垃圾渗滤液进行催化氧化后，再投加聚合 铁进行混凝沉淀处理，结果表明，当f e s 0 4 7 h 2 0 的投量为o 2 ，h 2 0 j f e s 0 4 7 h 2 0 为1 l ，聚合铁的投量为1 2 时，c o d 去除率为6 8 2 ，色度去除率为9 8 。 张跃升等【2 9 】以活性炭作催化剂、h 2 0 2 作氧化剂处理垃圾渗滤液的试验结果表明， 在h 2 0 2 c o d = i 5 、活性炭h 2 0 2 = 0 6 、p h 为2 的条件在反应可在1 8 0 r a i n 内完成，对 c o d 及色度的去除率分别为8 2 8 和8 5 5 ，且可使臭味消失，其催化氧化的机理是先 由羟基自由基攻击有机物，使之降解成小分子，然后这些小分子被吸附在活性炭表面并 与h 2 0 2 反应从而得到降解。 光、电催化氧化 光催化氧化的机理是利用光照半导体材料或催化氧化剂，产生羟基自由基，并利用 其强氧化性来达到氧化的目的。目前，在光化学氧化法处理废水的研究中大多采用人工 电光源，无疑会增加运行费用，从而限制了该法在实际废水处理中的大规模推广应用。 太阳光是清洁、价廉、易得的能源，若用太阳光代替人工电光源，可节省能源、降低废 水处理成本。将太阳光应用于废水光化学氧化过程的研究，已开始受到国内外学者的重 视。 电解氧化法是利用阳极的直接氧化作用和溶液中的间接氧化作用。阳极直接氧化是 由于水分子在阳极表面上放电产生o h ，o h 对被吸附在阳极表面上的有机物进行亲 电攻击而发生氧化反应；间接氧化是在电解过程中电化学反应产生了强氧化剂，如c l 。、 高价金属离子等，污染物在溶液中被这些氧化剂所氧化。 反渗透 反渗透是一种压力驱动的膜处理过程，其分离原理主要是：水溶液能够顺利地通过 膜，而其他的化合物则或多或少甚至完全被膜截留。这样进水经过膜后就被分成两部分： 处理后的渗滤液和截留液( 浓缩液) 。反渗透经常用于渗滤液的后处理中，因其能够去 1 0 长安大学硕士学位毕业论文 除中等分子量的溶解性有机物。1 9 7 7 年c h i a n 就提出降低渗滤液c o d 的最有效办法是 反渗透技术( r o ) 技术，后经研究证明反渗透膜处理渗滤液是可行的。h u r d 等【3 0 1 选用 3 种低压聚酰胺反渗透膜处理t r a i lr o a d 垃圾填埋场渗滤液的实验结果证明，透过液的 流量取决于操作压力大小及t o c 的浓度。当操作压力 1 0 3 1 0 6 p a 时，透过液的流量 为2 6 叽5 4 o l ( m 2 h ) ，t o c 和c l 的去除率 9 6 ，n h 3 - n 的去除率 8 8 。 总之，反渗透工艺因其高效性、模块化和易于自动控制等优点，应用得越来越多， 但其用于渗滤液处理还存在以下问题：小分子量的物质的截留效率还不尽人意( 例如氨、 小分子的有机卤代物a o x 等) 。高浓度的有机物或无机可沉降物容易造成膜污染或在 膜表面结垢等问题。由于操作压力很高( 3 - 5 0b a ) 造成能耗很高。反渗透浓液的处理 是最大的困难，将其回灌到填埋场中已经不可取了，因为浓液的污染物浓度很高，是非 常危险的废物。目前多采用蒸发和干燥的方法，但费用很耐3 1 1 。 物理化学法处理渗滤液除了上述方法外，还有离子交换、电渗析、电解等方法。 ( 3 ) 物化一生化组合工艺 王显胜等【3 2 】应用a b r 一接触氧化化学氧化组合工艺处理垃圾渗滤液。通辽分彤i 段 污泥培养驯化以及变容积负荷进行试验研究，试验结果表明：进水有机负荷小于1 0 k g c o d ( m 3 哪，好氧出水c o d 稳定在1 0 0 0 一- 1 5 0 0 m g l ，去除率可以稳定在8 0 8 5 ； 好氧池出水经过f e n t o n 氧化处理，出水c o d 小于l o o m g l 。 李亚峰等【3 3 】采用混凝- - s b r 工艺处理垃圾渗滤液。研究表明：采用聚合氯化铁混 凝s b r 生化处理工艺能够使垃圾渗滤液的c o d 从5 0 0 0 - - 1 4 0 0 0 m g l 降低到2 0 0 m g l ， b o d 5 从1 8 0 0 5 6 0 0 m g l 降低到l o o m g l 以下，氨氮值从4 7 - - 3 7 4 m g l 降低到1 5 m g l 以下。 p i r b a z a r i 等【2 6 】人曾尝试采用膜生物活性炭工艺对垃圾渗滤液进行处理研究，向生物 反应器中投加粉末活性炭，并最终形成了生物活性炭颗粒，再对生物反应器的出水进行 膜分离，实际就是分置式膜一生物活性炭方式处理垃圾渗滤液，通过吸附、生物降解和 膜过滤的共同作用，达到了较好的处理效果，该工艺对t o c 的去除率可达到9 5 - 9 8 ， 对特殊有机物的去除率也超过9 7 。 ( 4 ) 土地处理 土地处理，主要通过土壤颗粒的过滤，离子交换吸附和沉淀等作用去除渗滤液中悬 浮固体和溶解成分。通过土壤中的微生物作用使渗滤液中的有机物和氮发生转化，通过 蒸发作用实现渗滤液减量。渗滤液的土地处理包括：慢速渗滤系统( s r ) 、