（环境工程专业论文）上流式厌氧污泥复合床膜生物反应器处理垃圾渗滤液的研究.pdf

昆明理工大学硕士学位论文 摘要 垃圾渗滤液是一种污染性极强的高浓度有机废水，其中含有大量的有机 物质、氨氮和有毒有害物质。垃圾渗滤液较之般的城市生活污水具有高的 b o d 5 、c o d 、s s 、t n 和金属离子。色度大等特点，水质随着填埋场年龄、 不同地区居民生活习惯、垃圾成分及其填埋场规模、面积、降雨量和温度的 不同而有较大的变化，故处理难度也较大，此方面的研究也是当今的一个热 点问题。 本文纵观国内外垃圾渗滤液的处理方法和实际情况，提出了上流式厌氧 污泥复合床一续批式膜生物反应器组合工艺处理垃圾渗滤液，试验结果表明： 1 、厌氧反应器驯化成功后，用1 0 倍，8 倍、6 倍、5 倍、4 倍稀释的垃 圾渗滤液进水，当进液流量为1 l h 时，c o d 去除率在2 0 以下，当流量减 小为0 5 l h 后，c o d 去除率达到4 5 5 5 之间。可认为厌氧反应逐步由 “水解酸化”向“产甲烷”阶段转变。 2 、通过试验，得到了膜生物反应器兼顾脱氮和去除有机物的最佳缺氧时 间及运行条件：缺氧时问为1 5 小时、p h 值应控制在8 0 左右；温度应控制 在3 0 ( 2 左右；d o 应控制在2 3 m g l 。 3 、膜对有机物有一定的截留作用，在一个周期内对有机物的截留百分比 平均值为2 2 9 。其中，在好氧阶段截流百分比平均为2 3 5 ，厌氧阶段截 流百分比平均为2 7 1 。 4 、串联工艺的最佳运行情况是厌氧反应器进水c o d 浓度为1 7 0 0 2 3 0 0 m g l ，即5 倍和4 倍稀释，进水流量为o 5 l h 。此时厌氧反应器停留在 “产甲烷”阶段。 s 、最佳条件下系统稳定运行参数为：厌氧反应器c o d 去除率4 4 6 ， c o d 去除负荷为1 1 3 k g m 3 d ；膜生物反应器c o d 去除率4 6 7 ，c o d 去除 负荷为0 3 l k g m 3 d ，反硝化负荷为o ，0 5 5 k g m l d ，硝化负荷o 0 5 9 k g m l d 。 在此条件下系统出水达到( g b l 6 8 8 9 1 9 9 7 ) 二级标准。 6 、经过上流式厌氧污泥复合床处理后垃圾渗滤液可生他性参数0 平均提 高0 1 2 ，提高幅度为1 5 2 。 本文初步探讨了上流式厌氧污泥复合床- 膜生物反应器处理垃圾渗滤液 的装置及运行条件，为进一步的研究奠定了基础。 关键词：上流式厌氧污泥复合床膜生物反应器垃圾渗滤液 昆明理 = 大学硕士学位论文 a b s t r a c t l a n d f i l ll e a t h a t ei sak i n do fs e r i o u sp o l l u t e do r g a n i cw a s t ew a t e rw i t hh i g h c o n c e n t r a t i o no f o r g a n i cs u b s t a n c e ，a m m o n i an i t r o g e ma n dp o i s o n o u s a n d h a r m f u l ls u b s t a n c e l a n d f i l ll e a t h a t eh a sh i g hc o n c e n t r a t i o no fb o d s 、c o d 、 s s 、t nm e t a l l i ci r o na n dc h r o m at h a nu a s u a ld o m e s t i cs e w a g e t h eq u a l i t yo f l a n d f i l ll e a t h a t ei sv a r i o u sw i t ht h ed i f f e r e n c eo ft h e a g e s o fl a n d f i l l l e a t h a t e ，c u t o m s o fp e r s o n si nd i f f e r e n t a r e a s ，g a r b a g ec o m p o n e n t ，s c a l e o f l a n d f i l l ，r a i n f u l la n dt e m p e r a t u r e ，s oi t i sd i f f i c u l tt od i p o s e t h es t u d yi nt h i s a r e ai sv e r yh o t t h ep r o c e s so fc o m b i n e du p f l o wa n a e r o b i cs l u d g ec o m p o u n db e d ( u a s c b ) a n d s e q u e n c i n g m e m b r a n eb i o r e a e t o r ( s m b r ) w e r eg i v e nt h r o u g ht h e i n v e s t i g a t i o n o f m e a s t u r e so f d i s p o s i n g l a n d f i l l l e a t h a t e t h r o u g h t h e e x p e r i m e n t a t i o n w ec a n c o n c l u d ea sf o l l o w ： 11a f t e rt h es u c c e s so fd o m e s t i c a t i o no fa n a e r o b i cr e a c t o r ，t h el a n d f i l l l e a t h a t ed i l u t e db yl0 t i m e s ，8 t i m e s ，6 t i m e s ，5 t i m e sa n d4 t i m e sw a st o o ki n t o r e a c t o r w h e nt h ef o l l o ww a so 5 l h ，t h er a t eo fr e m o v i n gw a sb e t w e e n4 5 a n d 5 5 t h e s t e p o fa n a e r o b i cr e a c t i o n b e c o m e s “s t e p o ff i r e d a m p ”f r o m “h y d r o l y s i s ” 2 ) i nt h ee x p e r m e n t ，a tt e m p e r a t u r e3 0 ，d o2 5 m g l ，p h 8 0 ，i n t h ew a y o f2 5ha e r o b i ct i m ea n d1 5 ha n o x e m i at i m e ，e f f l u e n tq u a l i t yisv e r y g o o d 3 ) t h em e m b r a n c em o d u l ei nm b rh a sa1 i t t l ef u c t i o ni nc u t t i n g l a r g e m o l e c u l eo r g a n i c m a t t e r i nt h i s e s p e r i m e n t ，t h e r e m o v a lr a t eo f l a r g e m o l e c u l eo r g a n i cm a t t e ri s2 2 。9 - 4 ) t h eb e s ts i t u t i o no f r e a c t i o ni st h a tc o di s 1 7 0 0 - 2 3 0 0 m g la n dt h ef l o w i so 5l h 5 ) t h ep a r a m e t e ri nb e s ts i t u a t i o ni s ：i na n a e r o b i cr e a c t o rt h er e m o v i n gr a t e o fc o di s4 4 6 a n dt h el o a do fr e m o v i n gi s 1 1 3 k g m 3 d ：i nm b r t h e r e m o v i n g r a t eo fc o di s4 6 7 ，t h el o a do f r e m o v i n gi so 3 k g m 3 d ，t h el o a do f d e n i t r i f i c a t i o ni s 0 0 5 5 k g m 3 d ，a n dt h el o a do fn i t r a t i o ni so 0 5 8 k g m 3 d t h e w a t e ro u tc o m e su pt ot h ei is t a n d a r do f ( g b l 6 8 8 9 一1 9 9 7 ) 昆明理工大学硕士学位论文摘要 6 ) t h eb i o d e g r a d a b i l i t yo fl e a c h a t ec a nb ei m p r o v e db y15 2 t h r o u g ht h e a n a e r o b i cr e a c t o r t h ed e v i c eo ft r e a t i n gl a n d f i l ll e a t h a t eb yu a s c b m b rh a sb e e ni n t r o d u c t o r i l y e s t a b l i s h e da n dt h er e s u l t sf r o mt h ee x p e r m e n t a t i o ne s t a b l i s h e dt h eb a s ef o rt h en e x t s e a r c h k e yw o r d s ：l a n d f i l l e 酞h a t e ；u p f l o wa n a e r o b i cs l u d g ec o m p o u n db e d ( u a s c b ) ； s e q u e n c i n gm e m b r a n eb i o r e a c t o r ( s m b r ) 昆明理工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，是本人在导师的指导下进 行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文 不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的 研究做出重要贡献的个人和集体，均已在论文中作了明确的说明并 表示了谢意。本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：( j j 怎嘶强 日期：& 。c 年占月 & 日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解昆明理工大学有关保留、使用学位论文的规定， 即：学校有权保留、送交论文的复印件，允许论文被查阅，学校可 以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印或其他复制手段保存 论文。 导师签名 论文作者签名： 闫怎目7 宜 昆明理工大学硕士学位论文 文献综述 第1 章文献综述 本章进行了垃圾渗滤液的相关综述。主要包括垃圾渗滤液的性质及其危 害，垃圾渗滤液的产生、水质及其影响因素，并对目前国内外处理垃圾渗滤 液的处理方法进行了详细论述。 1 1 我国城市垃圾状况 改革开放以来，我国经济持续高速增长，城市化进程发展迅速。随着我 国城市数量的增加、规模的扩大和人口的增多，城市垃圾也相应地迅速增长。 自1 9 7 9 年以来，我国的城市垃圾的年平均增长率达8 9 8 ，由1 9 8 0 年的3 13 2 万吨猛增至1 9 9 5 年的1 0 7 4 8 万吨，增加了2 4 3 2 。我国城市人1 ：3 约2 1 亿【2 】。城市居民生活垃圾产出量大，人均年产达4 4 0 k g 。据1 9 9 6 年统计，全 国城市垃圾清运量达1 亿吨，且以年均8 6 的速度增长。近年来，我国城 市生活垃圾业已对城市及城市周围的生态环境构成日趋严重的威胁。对全国 2 9 8 个城市的调查结果表明，不适当地处理和处置城市垃圾，不仅造成了严 重的环境卫生的恶化，且要占用大量的土地。因此，我国政府部门及各地环 境卫生和环境保护专家相继进行了城市垃圾的处理( 置) 和污染控制技术的研 究与开发。 1 2 垃圾渗滤液的性质及其危害 生活垃圾渗滤液是一种污染负荷很高的有机废水，其主要成分是垃圾中 有机物降解过程中产生的中间体有机酸和溶解性营养盐。典型的渗滤液中 b o d 5 含量可高达1 0 0 0 0 5 0 0 0 0 m g l 左右。由于渗滤液的量较小，因而长期 以来未得到足够的重视。但是自从2 0 世纪6 0 年代以来，世界各国逐渐意识 到渗滤液对地面水和地下水的污染并展开了研究。渗滤液可对自然水体产生 严重的污染。根据1 9 7 7 年资料【3 】，美国共有1 8 5 0 0 个垃圾填埋场，几乎有一 半对水体产生了污染；我国兰州东盆地雁滩水源地因垃圾渗滤液污染而废弃， 西盆地马滩水源地部分水井也因此而报废；澳门与珠海市交界处的茂盛围因 澳门垃圾渗滤液污染，当地河流鱼虾绝迹，农田失收。在上海黄浦江上游的 港口段，曾是水质较好的江段之一，但近十多年来，由于在离该段不足2 0 0 m 处建设了上海最大的垃圾填埋场之一的三林塘垃圾场，渗滤液流入江中，尤 其是在雨季，雨水洗淋垃圾层后随同渗滤液汇入江中，对该段江水造成了极 大韵污染。又如哈尔滨市韩家洼子垃圾堆场，由于露天不卫生堆放，业已监 昆明理工大学硕士学位论文 文献综述 测表明对地下水造成严重污染。地下水的浊度、色度、各种重金属及细菌等 已远超过地下水水源及饮用水水质标准，其中地下水中含汞量超标达2 9 倍， 大肠杆菌超标4 0 倍。 1 3 垃圾渗滤液的产生及影响因素 垃圾填埋场渗滤液，又称垃圾浸出液或垃圾渗滤水，是指垃圾在堆放和 填埋过程中由于发酵和雨水的淋浴，冲刷以及地表水和地下水的浸泡而滤出 来的污水。 1 3 1 垃圾渗滤液的形成机理 当垃圾中的湿度水平超过其持水能力( 即最大湿度；亦即垃圾中的多孔媒 介物质中含有最大量水而不至于产生水的下渗) 时，就会产生渗滤液。湿度保 持主要是由于表面张力和毛细管压力作用产生的。当重力大于表面张力或毛 细管压力时，就会产生下渗，这一过程受诸多因素的影响。这些影响因素可 以被分为：直接影响填埋场湿度以及影响垃圾中渗滤液或湿度分布的影响因 素。当湿度增加成为产生渗滤液的主要因素时，湿度增加同样也会强化填埋 场的生物降解过程。结果有人建议给填埋场上设计一个可吸收并保持水的覆 盖层( 增加水的渗透率) ，以此来加强生物降解能力，从而提高填埋场的稳定 化进程。 1 3 2 垃圾渗滤液产生及成份的影响因素 垃圾渗滤液产生及成份的影响因素主要有4 ，5 】： ( 1 ) 气候和水文条件：降雨，降雪，地下水入浸，地表水走向，灌溉水。 降雨受其本身的数量、强度、频度、持续时间影响；降雪受其温度、风速、 雪块特征、场地情况、先前情况等影响：地下水受地下水流向、流速及地点 影响：地表径流水受地表遮盖物、植被、渗透性、先前土壤及垃圾含水情况 等的影响；灌溉水受其流量及流率的影响。 ( 2 ) 现场操作及管理条件：垃圾预处理程度，压实程度，表皮植被，覆土， 边墙条件，衬里材料；灌溉，回灌等。 ( 3 ) 垃圾特性：垃圾的组成，渗透率，填埋年龄，颗粒粒径，垃圾密度及 初始湿度。 ( 4 ) 垃圾的内部降解过程：垃圾分解与垃圾中有效水分及酸碱度、温度、 时间、氧的存在、成分、颗粒大小等有关： 2 昆明理工大学硕士学位论文 文献综述 1 4 垃圾填埋场渗滤液的特征及变化 1 4 。1 垃圾渗滤液水质特征 垃圾填埋后，在微生物作用下，垃圾中有机物经过好氧反应和厌氧反应 产生降解。垃圾中溶有的氧气少，好氧反应速度快，致使好氧反应很快终止 而进入厌氧反应。一般好氧反应可持续几十天，两厌氧反应则要持续许多年。 垃圾中有机物的降解主要是厌氧反应所致。 经过溶解、淋洗等作用使垃圾中原有的、以及垃圾降解后产生的大量污 染物进入垃圾渗滤液中，以致垃圾渗滤液污染物浓度特别高。再之由于垃圾 降解产生的c 0 2 溶于垃圾渗滤液以后使垃圾渗滤液偏酸性，这种酸性环境使 得不溶于水的碳酸盐、金属及其金属氧化物等无机物发生溶解。一般垃圾渗 滤液组成及其浓度变化如表1 1 所示。 表1 1 一般垃圾渗滹液组成及浓度变化 类别变化范围类别 变化范围( m g l ) 颜色黄一黑灰色 s 0 4 。29 7 3 6 嗅恶臭c l -18 9 3 2 6 2 总残渣( m g l ) 2 3 6 5 3 5 7 0 3 a s0 1 0 5 电导率( p s g l r l 。) 1 0 h 1 0 4c do o 1 3 p h 5 5 8 5p b0 0 6 9 1 5 3 c o d c ，( m g l ) 18 9 5 4 4 1 2c u0 1 1 4 3 b o d 5 ( m g l ) 1 1 6 1 9 0 0 0z n0 2 3 4 8 有机酸( m g l ) 4 6 2 4 6 0 0f e6 9 2 6 6 8 t p ( m g l ) 0 8 6 7 1 9 h g 0 0 0 3 2 n h 3 - n ( m g l ) 2 0 7 4 0 0c r0 0 1 2 6 l n 0 2 n ( m g l ) 0 5 9 1 9 2 6m n0 4 7 3 8 5 由此可知，垃圾渗滤液c o d 和b o d 5 浓度是生活污水的1 0 1 0 0 倍，其 它无机物和金属离子是地面水v 类标准( g b 3 8 3 8 - 2 0 0 2 ) 的数十倍，甚至数百 倍。因此，垃圾渗滤液水质特征是污染浓度极高且成分复杂。具体特征如下： 1 ) 垃圾渗滤液持续时间特征垃圾中有机物不断地降解，渗滤液也会不 断地产生，直至有机物彻底降解后渗滹液的产生才会终止，其有机物的降解 可用一级反应动力学方程式表示捧j ： 昆明理工大学硕士学位论文 文献综述 c t = c o k t 公式中，t 为反应时间： k 为有机物降解速度常数； c o 为有机物的浓度： c t 为t = t 时有机物的浓度。 其中k 是各种有机物降解反应速度的综合反映，与反应温度、垃圾成分 等因素有关。 1 9 7 3 年际f a r q u h a r 和r o v e r s t 7 1 认为k = 0 3 6 5 y r - t1 9 7 4 年c h e n t 8 1 研究 指出k = 0 0 1 2 0 7 8 8y r - 1 ，根据一级反应的半衰期t l f 2 = 0 6 9 3 k 计算，t 抛为 0 8 7 9 5 7 7 5 年，其最高k 值非常接近h o e k s 9 】1 9 8 3 年对食物垃圾进行快速 降解实验所测得的k 值为0 0 5 5 0 8 7y r ，其t l 2 为7 9 7 1 2 6 年。1 9 9 5 年d e a nk w a l l 和c h r i sz e i s s t l 0 1 模拟实验表明，用碳的浓度代替有机物浓度， 在垃圾填埋2 2 5 天中所测得的k 值范围为o 0 3 1 2 o 0 4 7 8y r ，其中t l 2 为 15 2 2 年。以上研究说明垃圾中有机物降解极其缓慢，一般在垃圾填埋后垃 圾渗滤液要持续2 0 3 0 年。因此，垃圾渗滤液时问特征是持续时间长。 2 ) 垃圾渗滤液流量特征渗滤液流量与垃圾和覆土的含水率、垃圾压密 程度、地表水和地下水以及降雨的渗透量有关。对于采取了阻水措施的卫生 填埋场，垃圾渗滤液主要受降雨的影响，其流量也随之而变化。卫生填埋场 渗滤液的流量可根据下列公式估算【6 l ： q = c a x l 0 3 公式中：q 为垃圾渗滤液平均流量： c 为渗出系数； i 为平均降雨强度； a 为卫生填埋场集雨面积。 其中渗出系数是指卫生填埋场内降雨量形成渗滤液的比率，为无量纲常 数。c 值随覆土坡度、垃圾种类、垃圾含水率、降雨强度、蒸发量等因素变 化而变。一般情况下c = 0 3 o 8 ，据某些填埋场测得c 仅为o 3 o 4 。 垃圾渗滤液在垃圾中流动或渗透速度很慢，一般在降雨后7 天左右才出 现渗滤液高峰期，渗滤液的量一般为降雨量的3 0 8 0 。 3 ) 垃圾渗滤液水质变化特征垃圾渗滤液水质的变化受垃圾组成、垃圾 含水率、垃圾填埋时间、垃圾体内温度、降雨渗透量等因素影响，其中垃圾 4 昆明理工大学硕士学位论文 文献综述 填埋时间和降雨渗透量是影响渗滤液水质变化的主要因素。 一般而言，垃圾填埋初期渗滤液污染物浓度较高，其污染物浓度一直延 续至封场，以后污染物浓度随垃圾中有机物不断降解而逐渐下降1 。垃圾中 有机物降解速度极为缓慢，垃圾被填埋后几年甚至几十年期间c o d 仍然会 高于1 0 0 0 0 m g l 1 1 2 。垃圾填埋结束后，渗滤液p h 值一般降到6 左右以后 p h 值保持在7 - - 8 左右。由于垃圾填埋前期渗滤p h 值较低，在填埋后2 l 6 个 月内，渗滤液中金属离子含量较高，经过溶解和雨水淋洗，3 4 年后几乎难 以检测到金属离子。降雨时，垃圾渗滤液猛增，由于淋洗和溶解使滞留在垃 圾层中大量污染物进入渗滤液未经充分降解丽流出，此时，垃圾渗滤液污染 物浓度会随垃圾渗滤液的量增加而突然升高。因此，垃圾渗滤液的水质变化 大。 综上所述，填埋场垃圾渗滤液特征是污染物浓度极高、持续时间长、流 量小且极不均匀、水质变化大等。另外，渗滤液中粗、重颗粒少，自然沉降 性能较差，且其中腐殖质易与重金属离子产生鳌合作用。呈黄褐色，外观混 浊，呈胶体状，并有恶臭。 1 4 2 垃圾渗滤液水质变化 垃圾填埋场相当于一个生物反应器，其中垃圾的稳定化过程是在厌氧微 生物的作用下完成的。在适宜的外部环境条件下，微生物将对从垃圾中溶出 的有机物氧化降解。因而，随垃圾填埋场“年龄”的增加，渗滤液的水质也 将发生相应的变化。在垃圾填埋后的初期调节、转化、产酸、产甲烷以及成 熟等五个阶段中，有机污染物的浓度呈现出上升一短期稳定一下降的变化趋 势。由于这种变化特征是在微生物的作用下发生的，因而在此变化过程中， 渗滤液水质特征也在发生相应的改变。 1 ) b o d 5 与c o d 比值的变化 b o d s c o d 值的高低与渗滤液处理工艺 方法的选择密切相关。渗滤液b o d 5 c o d 值与垃圾填埋场的使用年限有关。 随填埋场由“年轻”( 5 年以内) 逐渐向“中老年”( 5 1 0 年以上) 过渡时，渗 滤液中的高分子复杂有机物相对含量增加丽导致b o d 5 c o d 值的下降。c h i a n 和s c o t t 等人分别对不同年龄的填埋场渗滤液的b o d5 c o d 研究表明1 2 9 ，30 1 ， 使用5 年内的垃圾填埋场b o d j c o d 为o 5 左右，使用5 1 0 年后，由于垃 圾的稳定化，其渗滤液的b o d 5 c o d 可小于0 1 。a m o k r a n e 等人对位于法国 j e a n d e l a n i n c o u r t d 的已使用1 0 年以上填埋场渗滤液的分析表明，该渗滤液的 昆明理工大学硕士学位论文 文献综述 可生化性很差，b o d 5 c o d 仅为o 0 5 1 1 3 】。 当城市垃圾与工业垃圾混合填埋时，自工业垃圾中溶出的难降解有机物 将使渗滤液的b o d s c o d 更低。如i m a i 等人的研究也发现，日本使用1 0 年 以上的、城市和工业垃圾混合填埋场的平均b o d 5 c o d 仅为o 0 3 t 1 ”。英国处 于酸性阶段的“年轻”填埋场渗滤液的b o d 5 c o d 为o 3 0 6 7 ，而处于碱性 发酵阶段的“年老”填埋场渗滤液的b o d 5 c o d 则降至0 1 以下。由于城市 垃圾卫生填埋处理技术在我国的应用起步较晚，目前有关b o d 5 c o d 随垃圾 填埋场使用年限长期变化的监测研究报道尚不多见。张国政等曾对重庆市江 北区龙头寺垃圾场渗滤液b o d 5 c o d 作了分析，其比值为0 2 1 【1 5 】。渗滤液 b o d 5 c o d 随填埋时间的变化，带来了选择其适用型处理方法的困难。但从 总体上讲，使用时间在1 0 年以内的填埋场渗滤液的b o d s c o d 通常在0 ，3 0 6 之间，属于可生化性良好的有机废水。王宝贞教授等对我国南方地区杭州、 苏州、广州以及深圳等地填埋场渗滤液监测数据的统计和有关研究表明， b o d 5 c o d 在o 3 o 6 之间【1 6 】。由此可见，对年轻填埋场而言，其渗滤液一 般具有较好的生化处理可行性，可采用生物方法加以处理。但对于年老填埋 场的渗滤液的处理而言，必须考虑其可生化性随时间的变化。此外值的注意 的一点是，目前渗滤液的处理进水，大多取自填埋场的渗滤液在储存池己有 较长的停留时间而低于新鲜渗滤液。胡小龙等对绍兴市大坞垃圾填埋场渗滤 液处理的研究表明，其渗滤液b o d 5 c o d 经调蓄池后由0 5 2 右降至0 2 3 左 右】。渗滤液中b o d 5 c o d 的变化说明其有机物成分的变化。h a r m s e n 和 a r t i 0 1 f o r t u n y 等对产甲烷阶段的厌氧性渗滤液的有机成分变化作了研究，结 果表明渗滤液中溶解性有机碳( d o c ) 的3 3 6 0 是分子量在1 0 0 0 以上的 难降解物质，处于老龄阶段的填埋场渗滤液中则含有大量的富里酸和腐殖酸 8 ”l 。许多研究表明，渗滤液中有机成分变化较大，随填埋场“年龄”的增 加，在产酸阶段，渗滤液的有机成分中有8 0 9 0 是易生物降解的低分子 有机物( v f a ) ，进入产甲烷阶段后，由于产气的作用，有机成分由主要以乙 酸和氨基酸等配合基类的简单有机物为主向以带有多个酚、梭和氨等鳌合基 团( 如富里酸及腐殖质等) 的高分子为主豹有机物组成变化f 1 6 】。 2 ) n h 4 4 - _ n 浓度的变化垃圾渗滤液中高浓度的n h 4 + n 是导致其处理 难度增大的一个重要原因。当进入产甲烷阶段，填埋场渗滤液中的n h 4 + 浓度 不断上升，直至最后封场，浓度可高达1 0 0 0 0 m g l 。s h i s k o w s k i 等人对加拿 6 墨矍翌三查兰塑主兰垡笙茎 一塞堕堡望! 一 大b u m sb o g 垃圾填埋场渗滤液为期1 6 0 天的研究表明，n h 4 + n 浓度由2 0 0 m g l 迅速增加至1 2 0 0m g l ，最高达15 0 0 m g l 。此外，渗滤液中n h 4 + n 的 含量常占t n 的8 5 8 9 t 2 0 l 。渗滤液中高浓度的n h 4 + ，n 及其随时间的变化， 不仅加重了其对受纳水体的污染程度，也给其处理工艺的选择带来了困难， 增加了复杂性。由于n h 4 + - n 浓度过高，使得渗滤液的c n 过低( 如广州市 老虎窿垃圾填埋场渗滤液的c n 仅为4 0 ，而大田山填埋场渗滤液的c n 更 低，仅为2 0 ) 。过高的n h 4 + n 要求进行脱氮处理，而过低的c n 则对常规 的生物处理有抑制作用，而且有机碳源缺乏，难以进行有效的反硝化。 3 ) 金属离子的变化在渗滤液的多种污染物中，金属离子( 尤其是重金属 离子) 因其对环境的特殊危害性和对生物处理工艺的影响而比较引人注意。渗 滤液中含有多种金属( 重金属) 离子，它们由于物理( 淋溶) 、化学( 主要是生物 化学作用) 作用而使垃圾中的高价不溶性金属转化为低价的可溶性金属离子 丽溶于渗滤液中，因而对处于产酸阶段的填埋场而言，往往含有较多的金属 离子，在处理过程中必须考虑对它们的去除。对混合型的垃圾填埋场而言更 是如此。 1 4 3 垃圾填埋场渗滤液水质的影响因素 4 分析垃圾填埋场渗滤液水质是选择处理垃圾渗滤液工艺技术的基础，但 是渗滤液水质受诸多因素的影响，因此，分析水质影响因素与预测水质也是 兴建垃圾填埋场的一项重要课题。 1 ) 垃圾成分对垃圾渗滤液水质的影响垃圾填埋场渗滤液水质受垃圾成 分影响很大，渗滤液中c o d 、b o d 5 主要由厨余中有机物产生的，垃圾中厨 余含量高低直接影响渗滤液c o d 、b o d 5 浓度高低；另外，炉灰、脏土等对 渗滤液中有机物二有吸附、过滤作用，因此垃圾中炉灰、脏土的含量也会影 响渗滤液有机物浓度。由于生活水平、生活习惯以及环保意识的不同，各城 市的生活垃圾组成相差很大，致使填埋场渗滤液中c o d 、b o d 5 从数千m g l 至数万m g l 之间变化。 表2 2 歹0 举了国内部分城市垃圾组成。表2 3 为国内部分城市垃圾填埋 场渗滤液水质，分析表2 2 、表2 3 可知：当垃圾中炉灰含量相当近时，垃圾 厨余含量越高，渗滤液中c o d 、b o d 5 、n h 3 n 浓度越高。深圳是一座以经 贸、旅游为主的城市，人们生活水平较高，垃圾中厨余含量高，而燃煤量极 少，所以深圳市垃圾填埋场渗滤液c o d 、b o d 5 、n h 3 n 浓度很高。 墨矍翌三查兰塑主兰垡笙茎皇塑翌堕一 表1 2 我国主要大城市垃圾组成 城市北京上海天津广州 杭州哈尔深圳 滨 厨余( )3 22 92 93 2 2 51 66 0 炉灰( )6 56 76 6 27 18 2 砖陶、脏土7 ( ) 纸类( ) 1 31 21 41 61 3 o 61 0 塑料( ) 1 o1 41 32 61 5 o 813 玻璃( ) 0 41 00 81 21 0o 44 金属( ) o 3o 40 50 60 2o 2 l 表1 3 部分城市垃圾填埋场渗滤液水质 城市上海杭州广州深圳 c o d ( m g l ) 1 5 0 0 8 0 0 01 0 0 0 5 0 0 01 4 0 0 1 0 0 0 03 0 0 0 6 0 0 0 0 b o d s ( m g l ) 2 0 0 4 0 0 04 0 0 6 0 0 04 0 0 2 5 0 01 0 0 0 3 6 0 0 0 t n ( m g l l ) 1 0 0 7 0 08 0 8 0 01 5 0 9 0 0 n h 3 - n 6 0 4 5 05 0 5 0 01 3 0 6 0 04 0 0 1 5 0 0 ( m g l l ) s s ( m g l ) 3 0 5 0 06 0 6 5 02 0 0 6 0 01 0 0 6 0 0 0 p h5 6 56 6 5 6 5 7 86 2 8 o 2 ) 垃圾填理场填埋时间对垃圾渗滤液水质的影响垃圾渗滤液水质不仅 与垃圾组成有关，而且随填埋时间及各个阶段填埋场内垃圾分解而有很大变 化，填埋场各阶段垃圾分解形态与水质变化如下 2 1 】： ( 1 1 调整期 垃圾填埋场初期或垃圾填埋作业进行中，水分逐渐积累且尚有氧气存在， 厌氧发酵作用及微生物作用缓慢，本阶段渗滤液水量较少。 ( 2 ) 过渡期 本阶段水分达到饱和容量，垃圾及渗滤液中的微生物渐由好氧型转变为 兼氧型及厌氧型；因厌氧和缺氧情况下电子受体自0 2 转变成n 0 3 及s o 。 ， 此阶段尚无甲烷形成。 ( 3 ) 酸形成期 8 墨矍翌三查兰塑主兰垡笙茎 一= 墨堕堡望! 一 由于垃圾及渗滤液的兼性和专性厌氧微生物的水解酸化作用，垃圾中的 有机物迅速分解为脂肪酸，而含n 、p 的有机化合物经氨化和磷酸盐化转化 为氨盐和磷酸盐，同时一些金属( 铁、锰) 也会与有机酸发生络合作用，致使 渗滤液呈深褐色，在此期间所产生的渗滤液c o d 极高，b o d 5 c o d 为o 4 0 6 ，可生化性好，而且颜色也相当深，属于初期渗滤液。 ( 4 ) 甲烷形成期 在酸形成期间，如果有机酸未随渗滤液流出填埋场，则将进入甲烷形成 期，在这期间有机物经甲烷菌分解转化为c h 4 、c 0 2 ，同时产氢产乙酸菌的 存在，也会产生一些氢气。c 0 2 溶解于水形成h c 0 3 、c 0 3 2 、h 2 c 0 3 等不同 形态的碳酸化合物，p h 值则由于重碳酸盐的缓冲系统而维持在6 8 ，同时 也给甲烷菌提供了较好的生存条件，由于有机酸的急速分解，渗滤液的c o d 、 b o d 5 浓度会急速降低，b o d 5 c o d 也降为0 1 0 0 1 左右，渗滤液的可生化 性变差，此时渗滤液为后期渗滤液。 ( 5 ) 成熟期 此时垃圾渗滤液中可利用的有机成分已大量减少，细菌的生物稳定作用 趋于停止，并停止产生气体，渗滤液中的腐殖质易和重金属离子发生络合作 用，所以渗滤液的颜色还是很深，氧气及氯化物也随之增加，自然环境状况 逐渐恢复。 通过以上分析可知在垃圾填埋稳定过程中存在两种主要作用，一是固体 垃圾中有机物分解，形成可溶性或可挥发性的产物。，进入渗滤液或大气，而 最终离开填埋场；另一作用是稳定的腐殖质的合成，这些腐殖质有可能留在 垃圾中，也可进入渗滤液。这两种作用的综合结果是使渗滤液中高分子有机 物增加。 1 5 渗滤液中的主要污染物 1 5 1 垃圾分解机理 如上所述，垃圾在填埋场内分解分为五个阶段：调整期、过渡期、酸形 成期、甲烷形成期、最后成熟期。在这些过程中存在两种主要作用，一是固 体垃圾中有机物分解，形成可溶性或挥发性的产物，进入渗滤液或大气；另 一种作用是稳定的腐殖质的合成，这些腐殖质一部分留在垃圾中，一部分进 入渗滤液。这两个作用的综合结果是使垃圾渗滤液中不同分子有机物增高， 9 曩嘲工本攀积士学位论文文献综述 一1 。_ 。- 。_ - _ _ _ _ - - _ 。i _ 。- _ 。_ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ - - 。- 。_ - _ - - 。1 。_ - _ _ _ _ - _ _ _ 。- - 。一 主要含以下三大类： ( 1 ) 低分子量的脂肪酸： ( 2 ) 腐殖质类和高分予量的碳水化合物； ( 3 ) 中等分子量的酸类物质，约9 0 的可溶性有机酸是短链的。可挥发 性脂肪酸中的主要成分是醋酸、丙酸和丁酸；其次是带有烃基的芳黄霉酸【22 1 。 1 5 2 垃圾渗滤液中的主要污染物 1 ) 有机污染物 郑曼英等【2 3 ，2 4 】采用惠普5 8 9 0 型g s 和5 9 2 7 型m s 联机分析测定了垃圾 渗滤液中的含c 有机物，共检出主要有机污染物7 7 种，其中芳烃类2 9 种， 烷烃烯烃类18 种，酸类8 种，脂类5 种，醇、酚类6 种，酮、醛类4 种，酞 胺类2 种，其它5 种。在7 7 种有机污染物中，己被确认的可疑致癌物1 种， 促癌物、辅致癌物5 种。被列入我国环境优先污染物“黑名单”的5 种。 c e e i l l i ao m a n 等 2 5 1 采用气相色谱与质谱联用分析测定了垃圾渗滤液中的 含c 有机物，共检出有机污染物4 5 种。 2 ) 重金属离子 多数填埋场因为只接受生活垃圾，渗滤液中重金属离子含量很少，但某 些填埋场由于有工业垃圾的进入，使渗滤液中含有多种重金属离子，如c u 、 p b 、c d 、c r 、z n 、f e 、h g 、m n 、a s 等 2 6 1 。这些重金属离子会对生物处理过 程产生严重的抑制作用，因此在生物处理前需经预处理去除这部分重金属。 沈耀良等【2 6 1 研究了混凝沉淀焦碳吸附法对重金属离子的去除，对c u 、p b 、 c d 、c r 和z n 的去除率为5 0 1 0 0 。 1 6 垃圾填埋场渗滤液的生态影响 长期以来，填埋场渗滤液被认为是地表水及地下水的潜在污染源。渗滤 液所负载的有机物有氧降解会消耗纳污水体中的溶解氧。同时，填埋场渗滤 液通常含有的高浓度氨( 源自蛋白质及其它含氮有机物的降解) ，己被证实对 许多鱼类、藻类以及一些作物具有毒性 2 7 , 2 8 1 。实际上，富含氨的废物对细菌、 藻类、浮游动物及鱼类的毒性已成为全球范围内的环境问题。另外，渗滤液 还将污染附近地区的土壤和植被，并对植物的生长产生毒害 29 。 1 7 国内外垃圾渗滤液的处理方法 随着城市垃圾卫生填埋技术的不断应用，对垃圾填埋场产生的二次污染 1 0 昆明理工大学硕士学位论文文献综述 问题【j 0 , 3 1 1 ( 包括垃圾填埋气体、卫生指标、渗滤液对地下水的污染等) 的研究 越来越广泛深入。作为防治该技术应用过程中二次污染问题内容之一的渗滤 液处理方法和技术的研究也日益得到重视，并取得了较大的进展。但由于渗 滤液水质水量的复杂多交性，目前尚无十分完善的处理工艺。大多根据不同 填埋场的具体情况及其他经济技术要求提出有针对性处理方案和工艺。 垃圾填埋场渗滤液的处理技术既有与常规废水处理技术的共性也有其 极为显著的特殊性。对渗滤液的处理而言，通常有两方面的问题必须首先加 以研究。一是甩什么样的处理方案，二是采用什么样的处理工艺方法。 1 7 1 垃圾渗滤液处理方案的研究现状 垃圾渗滤液的处理有场内和场外两大类处理方案。具体方案有以下四种： 1 ) 直接排入城市污水处理厂进行合并处理； 2 ) 渗滤液向填埋场的循环喷洒处理； 3 ) 经必要的预处理后汇入城市污水处理厂合并处理： 4 ) 在填埋场建设污水处理厂进行独立处理。 这些处理方案须在充分的技术经济比较和处理可行性研究的基础上加以 合理而慎重的选用。表1 4 列出了不同处理方案的主要特点。 表1 4 渗滤液的不同处理方案的比较 渗滤液处理方案基本特点 预处理一合并处理运转灵活、投资低、可利用城市污水中的营养物、处 理效果可得到有效的保证，适用于填埋场离污水处理 厂较近的场合 循环喷洒处理需在建垃圾填埋场的同耐建成回灌系统，运转灵活、 投资低、可大大降低渗滤液水量和水质，但循环喷洒 并不能完全清除渗滤液污染问题，仍须单独处理或进 入城市污水处理场处理 直接合并处理可省去场内处理设擒的建设但对城市污水处理厂易 造成严重的冲击负荷乃至破坏污水处理厂的运行仅 适用于大援模污永处理厂的场台 场内独立处理系统处理出水难以达标，仍需汇入下水道系统进入城市污 东处理厂处理投资和运转费用较高、运转管理困难 昆明理工大学硕士学位论文 文献综述 总之，渗滤液有不同的处理方案，应因地制宜地通过技术经济比较后加 以合理地选择。在经济发达且实际条件许可的情况下，可建设场内独立的完 全处理系统；在经济尚不发达的地区则可采用预处理合并处理的方案；在无 力建设处理设施的情况下则可采用回灌与合并处理相结合或直接将渗滤液排 入就近城市污水厂合并处理的方案。应该说，预处理。合并处理是一种较为理 想的处理方案。在场内建设物化预处理设施，不仅可大大减轻其后续合并处 理对城市污水处理厂的压力，而且物化处理方式运转灵活，便于根据水质的 变化及时调整工艺运行参数。经预处理后的渗滤液汇入城市污水处理厂合并 处理则既可借助于城市污水中的营养物质又可合理利用其较大的处理规模而 节省运转费用。 1 7 2 渗滤液处理方法的研究现状 垃圾渗滤液因其水质的复杂多变性，须多种工艺的组合运行才能达到要 求的处理目标。在处理工艺的选择时，物理化学的方法往往是去除渗滤液中 重金属离子和n h 4 + n 的主要方法，对于可生化性较_ 低的中老年填埋场渗滤 液比较适合。而年轻的填埋场渗滤液的b o d c o d 通常在o 3 - 0 7 之间，因而 属于可生化性茛好的有机废水，理论上各种生物的处理方法均适用于该废水 的处理，在预处理效果得到保证或渗滤液中有毒有害物质含量不足以危害微 生物的生长时，可获得良好的有机污染物处理效果。 国内外对渗滤液的处理业己进行了较广泛的研究，取得了一定的进展。 特别是在垃圾卫生填埋技术发展和应用较早的欧洲，由于在生产实践中的不 断探索，发展较快。 1 ) 渗滤液的物化处理 填埋场在运行了一段时间后，逐渐进入稳定阶段，渗滤液中易降解性有 机物的含量就会逐渐降低。生物处理过程的效率也因此而降低，这时物化方 法就显现出其优越性。 物化处理的目的主要是去除渗溏液中的有毒有害重金属离子及氨氮，为 渗滤液的达标排放和生物系统有效运行创造良好的条件。无论是好氧处理还 是厌氧处理，若采用预处理合并处理或独立完成处理的方式，为减少合并处 理时冲击负荷及有毒有害物的影响，保证生物处理的效果，多需要进行物化 预处理。虽然物化法不能完全代替生化法，但某些方法( 如混凝、吸附、吹脱 和氧化等) 则可作为预处理或后( 深度) 处理而减轻生物处理的负荷、冲击作用 昆明理工大学硕士学位论文 文献综述 或进一步提高出水水质。比如，对于“年老”的填理场渗滤液而言，其 b o d s c o d 值较低( 低于0 1 ) ，将其生物处理后，c o d 浓度仍可高达 7 0 0 - 1 5 0 0 m g l ，若采用物化法处理，可使c o d 降至1 0 0 3 0 0m g l 。采用吹脱 法则可有效地去除渗滤液中的n h 4 + 一n 。因此，单一的物化处理系统只适用于 非常老的填埋场潘滤液。 渗滤液的物化处理有以下几种方法： ( 1 ) 吸附法吸附法主要是利用多孔性