（环境工程专业论文）垃圾填埋场渗滤液处理过程中有机污染物动态变化的研究.pdf

摘要 本论文以北京市六里屯垃圾填埋场垃圾渗滤液为研究对象，共分三部分研究内容。第一部 分是对有机物检测前处理过程中的幕取、浓缩和衍生化等条件的确定；对g c - - m s 检测时毛细 管柱固定相的选择、程序升温等进行方法摸索，旨在为渗滤液中有机物的检测分析提供一个准 确、简便的方法。第= 部分研究垃圾填埋场渗滤液处理区“三段法”( 厌氧段、吹脱段和a k ) 氧 化段) 工艺不同处理单元有机污染物的成分及其变化规律，以及有机污染物变化与渗滤液水质 之间的相关性。第三部分研究渗滤液回灌处理系统有机污染物成分变化过程与机理，并与填埋 场渗滤液“三段法”处理效果进行对比研究。 研究结果表明； 1 、通过三组对比实验，确定对渗滤液样品在中性、碱性和酸性条件下联合萃取并进行化学 衍生预处理后，采用h p 一5 色谱柱进行检测，可以有效地提高有机污染物的检出率和可信度， 此方法对于垃圾渗滤液中有机组分的全谱分析有一定的适用性。 2 、对垃圾填埋场“三段法”渗滤液处理系统各个处理单元出水进行监测，在调节池中检测 并鉴别出7 4 种有机污染物，厌氧反应器出水中5 1 种，气浮装置出水中4 3 种，脱氮出水中3 4 种， a o 氧化沟出水中8 种，= 沉池出水中8 种，对于有机污染物的去除，以厌氧反应器和a o 氧化 沟两个单元的处理效果最好。 3 、在“三段法”渗滤液处理系统中，水质指标c o d c r 、b o d 5 和氨氮的浓度变化均与有机污 染物数量的变化没有明显相关性，但是都具有相同的下降趋势。 4 、在垃圾填埋场渗滤液中检测到苯酚、邻甲基苯酚、对甲基苯酚和问甲基苯酚这四种辅致 癌物，研究表明“三段法”的处理工艺可以有效地对其进行去除，其中厌氧反应器对苯酚和问甲 基苯酚的去除起主要作用，a o 氧化沟对邻甲基苯酚的去除起主要作用，而对于对甲基苯酚的去 除，则需要厌氧、气浮和氧化沟的联合作用。 5 、在“三段法”处理工艺的最终出水中，仍残留有乙基胺、8 - 甲基喹唑啉、十六酸、1 氨基 环丙羧酸_ 2 ，6 一二- t 丁基- 4 - 甲氧基一苯- t j d j ( 1 5 r ) - 1 2 羟基1 5 甲基石松胺5 酮5 种有机污染物。 6 、模拟垃圾填埋柱实验表明，厌氧回灌和好氧回灌的有机污染物去除率分别为7 4 3 和7 8 4 ，好氧回灌效果略好于厌氧，未去除的有机污染物成分两种回灌方式基本相同。 7 、“三段法”、厌氧回灌和好氧回灌三种渗滤液处理技术比较分析表明：回灌法去除有机污 染物的效果要明显劣于“三段法”，其残留的有机污染物不仅在数量和浓度上要高于“三段法”， 而且残留有机污染物的降解难度也要高于“三段法”。 关键词：垃圾渗滤液，有机污染物，g c - - m s 检测，回灌 a b s t r a c t l e a c h a t eo fl i u l i t u nl a n d f i l li nb e i j i n gw a sc o l l e c t e dt or e s e a r c h ，a n dt h i sp a p e rd i v i d e dt h r e ep a r t s o fr e s e a r c hc o n t e n t sa l t o g e t h e r t ef i r s tp a r ti tw a st or e a f c ht h em e t h o do fe x t r a c t i o n ，c o n c e n t r a t i o n a n dd e r i v a t i o ne t c i nt h ec o u r s e b e f o r em e a s u r i n g , a n dc a p i l l a r yc o l u m ns t a t i o n a r yp h a s ea n d t c m p e r a t m ep r o g r a m m i n go ng c - m sm e a s u r i n g i no r d e rt oo f f e ra na c c u r a t ea n dc o n v e n i e n tm e t h o d f o r t h em e a s u r ea n da n a l y s eo fo r g a n i cm a t t e ri nl e a c h a t e t b es e c o n dp a r ti tw a st or e s e a r c ht h e c o m p o s i t i o no fo r g a n i cp o l l u t a n t sa n dc h a n g er e g u l a r i t yo fd i f f e r e n tp r o c e s s i n gu n i t si n ”t h r e es e c t o r s “ s y s t e mw h i c hi n c l u d i n go fa n a e r o b i c ，d e n i t r i d i n ga n da 0o x y d a t i o n ，a n ds t u d yo nt h ec o r r e l a t i o n b e t w e e no r g a n i cp o l l u t a n t sa n dt h ew a t e rq u a l i t yo fl e a c h a t e 1 1 ”t h k dp a r ti tw a st os t u d yt h ec h a n g e a n dm e c h a n i c so ft h eo r g a n i cp o l l u t a n t sc o m p o s i t i o no ft h er e c i r c u l a t i o ns y s t e m ，a n dw h i c hc o m p a r e w i t h ”t h r e es e c t o r s ”l e a c h a t et r e a t m e n ti nl a n d f i l lt oa p p r a i s e t h er e s u l t so fs t u d yw e r ea sf o l l o w s ： 1 ) c o m p a r e dw i t ht h et h r e ee x p e r i m e n tg r o u p s ，c o n f i r m e dt h a ta d o p t e dh p - 5c h r o m a t o g r a mc o l u m nt o m e a s u r ea f t e re x t r a c t i n gl e a c h a t es a m p l e su n d e rn e u t r a l ，b a s i ca n da c i dc o n d i t i o n sa n dd e r i v i n g c h e m i s t r yi ti na d v a n c et r e a t m e n t , c o u l di m p r o v ed e t e c t a b l er a t ea n dc r e d i b i l i t yo fo r g a n i cp o l l u t a n t s e f f e c t i v e l y t h j sm e t h o dw a sa p p l i c a b l ef o rc h r o m a t o g r a p h yw h o l ea n a l y s eo fo r g a n i cm a t t e ri n l e a c h a t e 2 ) m o n i t o r e dw a t e rq u a l i t yo fe a c hu n i to f ”t h r e es e c t o r s ”l e a c h a t ep r o c e s s i n gs y s t e mo fl a n d f i l l sa n d f o u n d7 4k i n d so fo r g a n i cp o l l u t a n t si nr e g u l a t i n gr e s e r v o i t , 5 1i ny i e l d i n gw a t e ro fa n a e r o b i cp o o l ，4 3 i ny i e l d i n gw a t e ro fa i rf l o a t i n g , 3 4i ny i e l d i n gw a t e ra f t e rd e n i t r i d i n g , 8i ny i e l d i n gw a t e ro f 加 o x i d a t i o nd i t c ha n d8i ny i e l d i n gw a t e ro fd e s i r e r a n a e r o b i cp o o la n d 们o x i d a t i o nd i t c hh a dt h eb e s t e f f e c ti nr e m o v a lo fo r g a n i cp o l l u t a n t s 3 ) a l t h o u g hc o n c e n t r a t i o nc h a n g e so f w a t e r - q u a l i t yi n d e xs u c ha sc o d e x 、b o d 5a n da m m o n i an i t r o g e n h a dn os i g n i f i c a n tc o r r e l a t i o nw i t hq u a n t i t yc h a n g eo fo r g a n i cp o l l u t a n t si n ”t h r e es e c t o r s 。s y s t e m ，t h e y a l le x h i b i t e dd e c r e a s i n gt r e n d 4 ) a u x i l i a r yc a n c i n o g e n i c s u b s t a n c e ss u c ha s p h e n o l ，2 - m e t h y l p h e n o l ，4 - m e t h y l p h e n o la n d 3 - m e t h y l p h e n o lw e r ed e t e c t e di nl e a c h a t e s o m er e s e a r c h e sf o u n dt h a t 。t h i n es e c t o r s ”t r e a t m e n tc o u l d r e m o v et h e s eo r g a n i cp o l l u t a n t se f f e c t i v e l y a n a e r o b i cp o o lh a dl e a d i n ge f f e c ti nr e m a v a lo fp h e n o la n d 3 - m e t h y l p h e n 0 1 2 - m e t h y l p h e n o lw a sm a i n l yr e m o v e db ya oo x i d a t i o nd i t c h r e m o v a lo f 4 - m e t h y l p h e n o ln e e d e dc o m b i n a t i o no fa n a e r o b i cp o o l ，a i rf l o a t i n ga n dx i d a t i o nd i t c h 5 ) t h e r ew e r e5 o r g a n i cp o l l u t a n t so fe t h y l a m i n e ，8 - m e t h y l q u i n a z o l i n e ，h e x a d e c a n o i ca c i d ， 1 - a m i n o c y c l o p r o p a n e c a r b e x y l i ca c i d ，2 ，6 - d i _ t _ b u t y l - 4 - m e t h o x y - p h e n y l e s t e r a n d ( 1 5 r ) - 1 2 - h y d m x y - 1 5 - m e t h y l - l y c o p o d a n - 5 - o n ei nt h ey i e l d i n gw a t e ro f ”t h r e es e c t o r s ”s y s t e m 6 ) s i m u l a t i o nr u b b i s hp o s te x p e r i m e n ti n d i c a t e d t h er e m o v a lr a t eo fo r g a n i cp o l l u t a n t so fa e r o b i c r e c i t e l l l a t i o nw a s7 8 4 a n da n a e r o b i cr e c i r c u l a t i o n sw a s7 4 3 t h er e s u l to fa e r o b i cr e c i r c o l a t i o n w a sb e t t e rt h a na n a e r o b i c s o r g a n i cp o l l u t a n t sc o m p o s i t i o nt h a tn o tg o tr i do fw a sb a s i c a l l yt h es a m eo f t w ok i n d so ft r e a t m e n t u 7 ) c o m p a r e dw i t h ”t h r e es e c t o r s ”a e r o b i cr e c i r e u l a t i o na n da n a e r o b i cr e c i l c u l a t i o n ，i tw r sf o u n dt h a t t h er e m o v a lr a t eo fr e c i r c o l a t i o nw a si n f e r i o rt o ”t h r e es e c t o r s ”，o fw h i c ht h eq u a n t i t ya n d c o n c e n t r a t i o no f o r g a n i cp o l l u t a n t sr e m a i n e dw e r eh i g h e ra n dd e g r a d a t i o nw a sm o r ed i f f i c u l t k e yw o r d s ：l e a c h a t e ，o r g a n i cp o l l u l a n t s ，g c - - m sd e t e c t i o n ，r e c r c u a t i o n i u 图表清单 表1 1 常用垃圾处理方法的特点及存在问题2 图1 1 本项研究的技术路线简图1 1 图2 - - 1 样品中某物质质谱图与标准谱图比对1 3 图2 2 渗滤液中有机污染物总离子流图( 中性条件萃取) 1 4 图2 3 渗滤液有机污染物总离子流图( 中性、碱性和酸性条件联合萃取) 1 4 表2 - - 1b s t f a + t m s 衍生化试剂的应用范围1 6 图2 4 渗滤液有机污染物总离子流图( 未进行化学衍生) 1 6 图2 5 渗滤液有机污染物气相色谱图( h p 一1 毛细管柱) 1 7 图3 1 “三段法+ 1 ”处理垃圾填埋场渗滤液工艺流程图加 图3 2 采样点分布示意图2 1 表3 1 六里屯新鲜生活垃圾含水率2 2 表3 2 六里屯2 0 0 4 年2 0 0 5 年新鲜垃圾平均组成表( 干基) 2 2 表3 3 调节池中匹配值o 一5 0 有机污染物的测定结果2 2 图3 3 厌氧反应器出水有机污染物总离子流图2 6 表3 4 厌氧反应器出水匹配值q 5 0 有机污染物的测定结果2 6 图3 4 气浮装置出水有机污染物总离子流图2 8 表3 5 气浮装置出水匹配值o 5 0 有机污染物的测定结果2 9 图3 5 吹脱氨氮出水有机污染物总离子流图3 1 表3 6 脱氮出水匹配值q 5 0 有机污染物的测定结果3 1 图3 - - 6 a o 氧化沟出水有机污染物总离子流图3 3 表3 7 a o 氧化沟出水匹配值o i 5 0 有机污染物的测定结果3 3 圈3 7 二沉池出水有机污染物总离子流图3 4 表3 8 二沉池出水匹配值0 5 0 有机污染物的测定结果3 4 图3 8 各渗滤液处理单元有机污染物数量变化3 5 表3 9 渗滤液不同处理单元的水质指标3 7 图3 - - 9 苯酚类有机物峰面积的变化3 8 图3 1 0 未去除有机污染物峰面积变化4 0 图3 1 1 三种未去除有机污染物的分子结构4 1 图4 1 垃圾填埋柱设计示意图4 2 图4 2 厌氧回灌出水有机污染物总离子流图4 4 图4 3 好氧回灌出水有机污染物总离子流图4 4 表4 1 厌氧回灌出水匹配值q 5 0 有机污染物的测定结果4 5 表4 2 好氧回灌出水匹配值q 一 5 0 有机污染物的测定结果4 6 表4 3 渗滤液不同处理工艺的水质指标4 7 图4 4 三种处理工艺共有的未去除有机污染物对比4 8 v 独创性声明 、 7 7 4 0 3 3 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加阻标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国农业大学或其它教育机构的学位或证书 而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示了谢意。 研究生签名：时间： 1 卯歹年月功日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国农业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留 送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或扫描等复 制手段保存、汇编学位论文。同意中国农业大学可以用不同方式在不同媒体上发表、 传播学位论文的全部或部分内容。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 研究生躲名刊乙帆聊厂年九锄日 导师签名： 弓v 时间： 易心年百月沙日 中国农业大学硕士论文 第一章绪论 1 1 研究背景 第一章绪论 1 1 1 我国城市生活垃圾产量分析 随着我国城市数量增加，规模扩大，人口增多以及人民生活方式的变化和生活水平的提高， 城市生活垃圾以年均增长率8 - 1 0 的速度迅猛增加( 李冰，2 0 0 2 ) ，2 0 0 1 年城市生活垃圾的清 运量已经达到7 8 3 5 万吨。大、中城市，尤其是特大城市的人均垃圾产生量相对较高，其城市垃 圾的增长速度有的已经高达2 0 ( 郑易生等2 0 0 1 ) ，致使我国城市生活垃圾历史积累存量高达 6 1 矿吨，侵害土地面积多达5 x1 旷m 2 ，约有2 3 的城市处于垃圾包围之中，且有l 4 的城市 已无适当场所堆放垃圾( 王伟等，1 9 9 7 ；殷兴军，1 9 9 9 ；宋晓岚，2 0 0 1 ；张宪生等，2 0 0 3 ) ，数 量如此庞大的城市垃圾已对城市及城市周围的生态环境构成日趋严重的威胁。 影响我国城市生活垃圾增长的主要因素有以下两个方面： 一是城市数量增加、城镇人口增长。1 9 7 8 年1 9 9 7 年的1 9 年间增加的城市数量是改革开 放前3 0 年的8 1 倍，1 9 9 7 年城市数量是1 9 7 8 年的3 6 7 倍，平均每年新增加2 5 6 个城市。这段 时间里，我国城镇人口增长了1 9 7 4 4 1 0 4 人，年均增长率达到4 1 。到2 0 0 0 年底，全国总人 口已达1 2 5 6 亿，6 6 8 座城市( 不含镇) 中市区人口约占全国总人口数的3 6 。根据目前我国 城市化趋势预测的结果表明，到2 0 1 0 年、2 0 3 0 年和2 0 5 0 年，我国城镇人口比重将分别达到4 3 、 6 0 和7 6 左右( 方创琳，1 9 9 5 ) 。今后5 0 年是我国人口和城市化的高峰期。根据前述城市化 水平推算，预计到2 0 0 8 年、2 0 0 9 年和2 0 1 0 年我国垃圾总量将分别达到1 4 9 2 9 7 4 、1 5 4 3 9 3 和 1 5 9 6 9 9 万吨( 孟繁柱等，2 0 0 3 ) ，就北京市而言，预计2 0 0 1 年至2 0 1 0 年北京市人口相对增长 率为1 1 6 9 ，而垃圾产量相对增长率为1 9 2 8 ，2 0 1 0 年北京市垃圾产量将达到4 7 8 0 3 万吨( 周 翠红等，2 0 0 3 ) 。城市生活垃圾若不得到妥善处理，“垃圾围城”的局势将日趋严重。 二是居民生活水平和消费水平不断提高。居民生活水平和消费水平的提高使物流速度加快， 垃圾产生率上升。从1 9 9 9 2 0 0 0 年，城镇居民的消费水平提高了5 倍左右，而垃圾产生量也有 大幅增长。据统计，到2 0 0 0 年底，我国每天城市生活垃圾的产生率为0 6 6 k g j k 2 6 2 k g x ，平 均为每人每天1 1 6 k g 。比1 9 9 2 年的0 7 3 6 k g ，增长了约0 6 倍( 袁英，2 0 0 3 ) 。 然而，面对城市生活垃圾如此庞大的历史积累存量和迅猛的增长速度，我国生活垃圾的清 运能力和有效处理能力并没有随之增加。1 9 9 7 年国家公布的生活垃圾处理率达5 7 3 ，但由于 资金缺乏，技术力量不够，管理体制不健全等诸多原因，城市生活垃圾有效处理率约为1 3 ， 无害化处理率仅为5 9 & 左右( 李冰，2 0 0 2 ) 。在我国许多城市的一些路段、小区时常可见大小不 等的垃圾堆，有些河道两岸常年堆积着垃圾，城市生活垃圾处理现状不容乐观。 1 1 2 我国城市生活垃圾的处理现状 我国城市生活垃圾处理起步于8 0 年代，9 0 年代前全国城市生活垃圾处理率不到2 ，9 0 年 l 中国农业大学硕士论文第一章绪论 代后，我国城市生活垃圾处理水平有所提高。目前我国现行城市生活垃圾处理方式主要有卫生 填埋、焚烧和堆肥三种，国外一些新的垃圾资源化处置利用方法( 如热解和固化) 均处于研究 阶段，还不能普遍应用。 表1 1 列出了卫生填埋、焚烧和堆肥三种垃圾处理技术的特点及其存在的问题，通过比较 可以看出，无论从经济、技术，还是废物管理现状来看，垃圾填埋都是一项较为适合我国国情 的实用技术。目前我国城市垃圾处理的最主要方式仍然是填埋，其次是高温堆肥，焚烧量甚微。 根据中国环境监测总站在2 0 0 0 年的统计数据( 闵庆文等，2 0 0 2 ) 。2 0 0 0 年度全国3 0 个省、自治 区、直辖市( 西藏和台、港、澳地区未统计) 共有城市生活垃圾处理设施3 4 5 个，其中垃圾填 埋场2 9 8 个，占8 6 4 ；堆肥厂2 4 个，占6 9 ：各类垃圾焚烧厂2 3 个，占6 7 。全国城市生 活垃圾处理设施的总处理规模为1 3 5 3 2 5 吨厌，约为0 4 9 亿吨，年，其中，垃圾填埋场处理规模 为1 2 1 4 8 8 吨厌，占8 9 8 ；堆肥厂处理规模为6 1 8 7 吨厌，占4 6 ；各类垃圾焚烧厂处理规模 为7 6 5 0 吨y ，占5 6 。全园城市生活垃圾处理设施的总投资为7 2 3 6 2 9 3 1 万元，其中，垃圾 填埋场处理设旅的总投资为5 0 1 4 4 6 6 1 万元，占6 9 3 ；堆肥厂的总投资为5 0 1 4 1 7 万元，占6 9 ： 各类垃圾焚烧厂的总投资为1 7 2 0 4 1 万元，占2 3 8 。 表1 1 常用垃圾处理方法的特点及存在问题( i l l 思琪等，2 0 0 3 ：余江，2 0 0 2 ) ! 鲤! ! ：! ! 丝垒宝j 塑磐! p 磐些! 些2 l 刨篓融些盐g i 翌塑! 卫生填埋法堆肥法焚烧法 经济性比较 工艺要求 处理过程中 的经济利用 1 简埋费用低 2 卫生填埋费用较犬； 3 征地费用高； 4 运输需多次周转 1 工艺设备简单； 2 航底要做抗渗衬底： 3 沼气要收集利用，要防止 气爆； 4 污水要导捧处理 1 处理费用一般# 2 租地费用一般； 3 运输费用低 1 工艺设各简单； 2 曲有2 5 以上的残渣需要 填埋： 3 需分拣 1 产生沼气可利用；可作肥料，但经济效益太差 2 航填满后疆盖，三年后可 作土地利用 优点 垃圾的最终处置方法 存在问题 1 占地面积较大； 2 渗滤液处理难度大 1 资源化效果好； 2 投资少、运行费用低 l - 需配套填埋设施； 2 需保证堆肥产品市场 1 娃理费用高； 2 征地费用一般： 3 设各投资高； 4 场地使用少 1 专门设备、操作管理严 格： 2 能全天候运行； 3 有1 5 2 0 残渣： 4 烟气需处理： 5 污水需处理 1 _ 蒸汽可利用，余热可发 电，但成本高： 2 ，可回收金属； 3 残渣可利用，经济效益 1 减容效果好： 2 能源可劂收利用； 3 无害化较彻底 1 威本较高； 2 易产生二嗯英、苯并芘 等有毒物质，造成二次 污染： 3 热量利用难度较大，发 一 一 皇圭里望苎 2 中国农业大学硕士论文第一章绪论 i i 2 i 垃圾填埋处理 垃圾填埋处理分为传统填埋与卫生填埋两类。传统填埋法实际上是在自然条件下，利用坑、 塘、洼地，将垃圾集中堆置在一起，不加掩盖，未进行灭菌、除臭、防污染等处理的堆填。所 谓卫生填埋就是能对垃圾渗滤液和填埋气体进行控制的填埋方式，通常首先要进行防渗处理， 在填埋场底采用人工衬层，四周采用垂直防渗幕墙并使之与天然隔水层相连接，使填埋场场底 下形成一个独立的水系，使之不会污染地下水，渗滤液收集后一般通过管道收集后直接处理或 送城市污水处理厂处理。垃圾填埋场气体中含有大量甲烷、二氧化碳、及其他微量成分，若不 采取适当的收排系统进行处理，则会在填埋场累积，通过填埋覆盖层或侧壁向场外释放，对周 围环境和人类健康造成很大危害。这些气体一般需通过石笼等收集后燃烧排空或收集扁经过净 化处理作为能源回收。 目前世界上采用填埋处理垃圾的国家主要是欧洲国家。除瑞士外，其它国家约占垃圾处理 总量的5 0 以上，其中前苏联为9 3 ，德国为6 7 5 ，而垃圾产量较多的美国为9 0 ( 李湘洲， 2 0 0 0 ) 。就此项技术总体而言，我国城市垃圾卫生填埋技术由上个世纪8 0 年代开始应用，由于 技术上的不完善而产生的问题仍很多，具体表现为：近年来投入运营的一些卫生填埋场尽 管投资较高、规模较大、建设相对规范，但在设计上仍存有缺陷，表现在渗滤液处理设施和环 保措施不到位，处理效果较差；同时，普遍缺乏沼气的收集处理设施，导致沼气直接外排，这 不仅对填埋场本身的安全运行构成威胁，也对所处功能区的大气质量产生不良影响。早期建 设的一些卫生填埋场由于投入不足，设施简陋、防渗措施简单，渗滤液只经过一个氧化塘或沉 淀池的简单处理就外排，导致二次污染。不少城市( 经济不发达地区尤为普遍) 是利用自然 沟壑或自然塌陷区来处理城市生活垃圾，此类简易垃圾填埋场无防渗层，亦无渗滤液收集、导 排系统而任其外排，严重污染了周围环境。目前全国尚无一家城市生活垃圾填埋场排放的污染 物全部指标均达到国家标准。究其原因，主要是由于资金不足、设计不善、监管不力、环保设 施不到位等原因所致( 国家环境保护总局污染控制司，1 9 9 9 ；王中民等，1 9 9 1 ) 。 i i 2 2 垃圾堆肥处理 垃圾堆肥处理是在有控制的条件下，依靠自然界广泛分布的微生物，使垃圾中有机成分分 解，转化为腐殖土状的有机肥或土壤改良剂。在该反应过程中，有机物、氧气和细菌相互作用 并分离出二氧化碳、水和热量，同时合成腐殖土。在堆肥过程中。由于垃圾自身的温度会自动 上升到5 5 6 5 c ，所以大部分致病微生物、寄生虫卵和苍蝇幼虫等都会被杀死，从而达到垃圾 的无害化。垃圾堆肥处置按需氧程度分为厌氧堆肥与好氧堆肥；按温度范围分为中温堆肥与高 温堆肥；按技术条件又分为露天堆肥( 长堆) 与封闭机械装置堆肥。实践证明，堆肥的周期、 质量要取决于堆肥颗粒的大小、成份、含水量、供氧时问、介质的p h 值及搅拌程度。 目前在欧洲，大约只有2 的城市垃圾被用来堆肥( 李湘洲，2 0 0 0 ) 。我国城市垃圾堆肥现 在存在产品肥效较低、质量较差等问题。近年来，由于受化学肥料的冲击，堆肥的销售量逐年 下降，市场前景欠佳，使企业难以维持运转，有的堆肥场甚至将肥料送至填埋场处理( 李东等， 2 0 0 0 ；郝国镛等，1 9 9 7 ；高光等，2 0 0 0 ) 。但是，我国是以农业为基础的发展中国家，近年来， 由于大量施用化肥和缺少有机肥投入使农业环境日趋恶化，土质下降。我国城市垃圾中的可堆 肥物质，随着城市燃料结构及生活水平的不断提高而增加。大量城市垃圾加上城市粪便，经堆 肥化处理后，可成为良好的有机肥。目前全国有2 0 余处堆肥场在运转，上海、南京、武汉、重 中国农业大学硕士论文 第一章绪论 庆、广州等市都有一部分垃圾堆肥处理，垃圾堆肥在我国有着良好的发展前景( 闵庆文等，2 0 0 2 | 曹恩琪等，2 0 0 3 ) 。 1 1 2 3 垃圾焚烧处理 垃圾焚烧处理，般是指将垃圾作为固体燃料送入垃圾焚烧炉中，垃圾中的可燃成分与空 气中的氧进行剧烈的化学反应放出热量，转化成高温的燃烧气和量少而性质稳定的固定残渣， 燃烧气可以作为热能回收利用，性质稳定的残渣可直接填埋。采用焚烧工艺处理垃圾能以最快 的速度实现无害化、稳定化、资源化和减量化的晟终目标( 冯斌等，2 0 0 0 ) 。一般当垃圾热值高 于4 0 0 0 k l k g ，同时土地资源有限时应优先采用焚烧法处理( w i l l i a m s ，1 9 9 4 ；p e t t s 。1 9 9 4 ) 。 采取焚烧的方法处理城市垃圾，是当前世界工业发达国家最广泛采用的手段之一，如日本、 德国、法国、瑞士等国。据统计，欧洲国家2 5 的城市垃圾都是采用焚烧的方法处理的，其中 以日本和联邦德国采用焚烧方法处理城市垃圾数量的增长较明显。日本1 9 7 5 年采用焚烧的方法 处理垃圾占垃圾处理总数的5 2 ，1 9 8 4 年则为6 5 3 ；联邦德国目前采用焚烧方法处理垃圾量 占垃圾总量的2 9 ，预计2 0 0 0 年达到5 0 ( 李湘洲，2 0 0 0 ) 。 采用焚烧技术处理垃圾在我国尚处于起步阶段，这与我国城市垃圾中的可燃物含量低，经 济技术条件差以及综合因素的影响有关。但近年来，随着我国国民经济的发展和人民生活水平 的提高，城市垃圾的质量也发生了很大变化。据不完全统计，在全国城市垃圾中有机物与无机 物在构成上分别为1 5 5 1 和4 2 8 1 。有燃气和集中供暖的城市和社区有机物占7 0 7 5 ，无燃气和集中供暖的城市和社区，无机物构成占6 7 8 2 ( 殷兴军等，1 9 9 9 ) 。部分火 城市和部分沿海开放城市垃圾成分中的可燃、易燃物已增长到4 0 6 0 ，垃圾热值基本上适 于焚烧处理，加之很多城市都出现了垃圾消纳困难问题，因而很多城市都在着手研究开发或引 进垃圾焚烧技术。可以说在未来几年间，在大城市尤其对那些土地紧张的沿海城市发展垃圾焚 烧技术已是必然的发展趋势。就目前我国的经济、技术条件而言，以焚烧作为主要方式处理仅 在少数城市可以考虑，在大部分中小城市尚不具备建设大型垃圾焚烧厂的条件。其原因在于采 用垃圾焚烧处理的一次性投资过高，超出了这些城市的经济承受能力，日后昂贵的运转费用又 会成为沉重的财政负担；中小城市人民的总体生活水平不高。生活能源气化率低，生活垃圾中 的可燃、易燃成分少，不适于进行焚烧处理；垃圾产量小( 张益等。2 0 0 0 ) 。 我国城市生活垃圾焚烧处理近年来虽有长足发展，但与世界先进水平相比，仍有较大差距。 在运行的可靠性、焚烧温度控制和垃圾燃烬程度、自动化程度等方面均有不足之处，尤其是烟 气净化和热能回收技术相对落后。 1 1 3 我国垃圾处理中存在的环境污染问题 根据中国环境监测总站在2 0 0 0 年的调查数据( 闵庆文等，2 0 0 2 ) ，2 9 8 个垃圾填埋场中，1 9 5 个填埋场的渗滤液直接外捧，无任何处理或防护措施，占6 5 4 ：9 3 个填埋场有渗滤液处理设 施，占3 1 2 ，另有1 0 个填埋场将渗滤液送往当地污水处理厂进行处理，占3 4 。经对1 0 7 个 垃圾填埋场的渗滤液进行监测结果表明，8 6 个填埋场的渗滤液超标，8 1 4 ，主要超标项 目为化学需氧量( c o d c r ) 、氨氮、大肠菌值。对7 4 个垃圾填埋场的地下水进行监测，结果表 明，3 1 个填埋场的地下水超标，占4 0 9 ，主要超标项目为氨氮。经调查，2 9 8 个垃圾填埋场中， 4 中国农业大学硕士论文第一章绪论 2 4 0 个填埋场对产生的沼气无任何收集或处理设施，直接外排，占8 0 5 有3 8 个填埋场设置 了横竖相通的排气管，引导沼气自然排放，占1 2 8 ；有1 2 个填埋场安装了燃烧器或与民用燃 气掺混，占4 0 ：另有8 个填埋场利用沼气发电，占2 7 。对9 1 个垃圾填埋场无组织排放的 废气进行监测，结果表明，1 8 个填埋场无组织排放的废气超标，占1 9 8 ，主要超标项目为氨 和臭气浓度。对1 6 个垃圾焚烧厂的烟气排放口进行监测，结果表明，1 1 个焚烧厂超标，占6 8 8 ， 主要超标项目为烟尘、一氧化碳( c o ) 和二嚼英类。抽测的9 个焚烧厂中，有6 个焚烧厂的烟 气二嚼英类超标，占6 6 7 。对1 1 个垃圾堆肥厂二次发酵的垃圾进行监测，结果表明，有1 个 堆肥厂的总铅超标，其余均不超标。 从以上调查数据可以看出：垃圾填埋场，大多数垃圾填埋场的设计没有考虑对垃圾分解 产生的渗滤液采取相应的防渗、防漏及净化措施( 唐鸿寿等，2 0 0 2 ) ，致使各填埋场渗滤液中的 化学需氧量( c o d c r ) 、氨氦、大肠菌值及地下水中的氨氮超标现象普遍，地下水和周边土壤受 到不同程度的污染；同时，由于无任何沼气收集或处理设施，填埋厂区内氨和硫化物等恶臭气 体浓度超标，孽生蚊蝇，污染大气；另外，未能有效处理的垃圾在堆积、简易填埋等过程中产 生了大量的酸碱有机物，并溶解出垃圾中的重金属，对土壤和地下水也会产生一定污染。垃 圾堆肥厂，由于垃圾堆肥过程不可能完全去除重金属离子，重金属离子会被+ 壤吸附，造成土 壤污染，再由植物吸收，最终通过食物链进入人体。危害人体健康；垃圾焚烧厂，由于资金、 技术等局限，不少地区主要偏熏于垃圾焚烧，多数未配套热能利用及符台环保要求的烟气净化 设施。致使烟尘、一氧化碳和二唔英类超标，给环境带来了不同程度的影响，特别是环境激素 二嗯英类的污染，更是危害巨大。 综上所述我国城市生活垃圾处理存在的主要问题是：垃圾产生量大、垃圾处理能力不足、 处理率偏低；垃圾处理效果差、超标现象普遍、二次污染明显，而且该污染对环境的即时和潜 在的危害都很大，垃圾污染事故频出，严重破坏了城市生态系统的平衡，己成为一个亟待解决 的社会问题，因此，垃圾处理产生的二二次污染问题，特别是垃圾填埋场的环境污染，引起了国 内外学者极大的关注，并对此做了大量的研究工作，提供了很多有价值的数据和成果，为后人 的研究奠定了一定的基础。 1 2 垃圾渗滤液的有机污染问题 垃圾填埋所引起的二次污染问题越来越受到人们关注，人们从垃圾资源化、垃圾场管理、 填埋工艺、工程技术、工程地质、污染防治等各个角度对其进行研究，其中垃圾填埋场渗滤液 有机物污染问题就是其中一个重要研究方面。 1 2 1 垃圾填埋场的有机物来源 同国外发达国家相比，我国垃圾填埋有自身的特点。国外垃圾通过分类收集，分块处理， 最终填埋的方式，垃圾填埋成分单一；而我国垃圾填埋以混合填埋为主，从资源观的角度，将 我国城市垃圾分为五个类别： 5 中国农业大学硕士论文 第一章绪论 l 2 1 1 材料垃圾组分 某一种原料在其生命周期中，从某一环节来看已构成垃圾，而从另一个环节来说，它们往 往是原材料，可以再利用，如玻璃、磁性或非磁性金属、废纸、橡胶、塑料等。 1 2 1 2 有机垃圾组分 该组垃圾主要是家庭厨房垃圾( 果皮、菜叶、菜根、剩菜剩饭等) ，属易腐性生物垃圾，约 占垃圾总量的1 1 1 0 ，具有分散、量大、处理困难、易污染环境等特点。 1 2 1 3 无机垃圾组分 主要有炉灰渣、砖瓦、陶瓷等。由于我国大多数城市，特别是中小城市能源消费结构仍以 煤为主，加之居住、生活习惯等不可避免地排放大量无机垃圾。 1 2 1 a 有毒有害垃圾组分 包括废旧电池、荧光灯管、杀虫剂容器、过期药物以及废电视机、电话、电脑等废旧电器、 电子垃圾，此组垃圾对环境潜在危害很大。 1 2 1 5 大件垃圾组分 主要是一些废旧家具等。此组垃圾可利用厂家以旧换新或“跳蚤市场”收集来解决( 崔树 军，2 0 0 1 ) 。 从有机污染物形成的角度分析，垃圾的有机组分和材料组分为有机污染的主要来源。 1 2 2 垃圾填埋降解过程与渗滤液中有机污染物的产生 垃圾填埋后，由于微生物的活动，垃圾中的可降解有机成分被逐渐分解，这一过程可大致 分为以下五个阶段： 1 2 2 1 水解，好氧阶段在垃圾填埋的初期，好氧微生物起主导作用，好氧微生物将垃圾堆 体中的氧和部分有机物转化为简单的碳水化合物、二氧化碳和水，并放出热量。放出的热量可 以使垃圾堆体的温度达到6 0 7 0 c ，但通常由于垃圾堆体中没有足够的氧气，垃圾堆体的温度 要低于这一数值。这一阶段的主要产物是二氧化碳和水，由于二氧化碳易溶于水而生成碳酸， 因此这一阶段的渗滤液呈弱酸性。 1 2 2 2 水解发酵阶段随着氧的消耗，垃圾堆体转变为厌氧环境，厌氧微生物起主导作用。 碳水化台物、蛋白质、脂肪水解为耱，并进一步分解为二氧化碳、氢气、氨和有机酸。在这一 阶段，垃圾堆体的温度降为3 0 5 0 。 1 2 2 3 酸化阶段在厌氧条件下，水解产生的有机酸在微生物作用下转化为乙酸及其衍生 物、二氧化碳和氢气。二氧化碳、氢和碳水化合物在微生物作用下可直接转化为乙酸。因此， 这一阶段中，二氧化碳和氢气的含量开始下降，较低的氢气水平将有利于甲烷菌的生长。由于 有机酸的大量产生，该阶段渗滤液的p h 值可达4 ，甚至更低，且渗滤液中溶解了大量的金属离 子。 l 2 2 4 产甲烷阶段这一阶段是填埋气产生的主要阶段， 机酸及其衍生物在甲烷菌的作用下，转化为甲烷和二氧化碳。 跃，一种是中温甲烷菌，其活跃的适宜温度为3 0 3 5 c ，另一 温度为4 5 6 5 。c 。随着有机酸的不断转变为甲烷和二氧化碳， 6 持续时间晟长，可达数十年。有 在这一阶段有两种甲烷菌非常活 种为嗜热甲烷菌，其活跃的适宜 p h 值上升到7 8 。 中国农业大学硕士论文 第一章绪论 1 2 2 5 氧化阶段随着垃圾堆体内各种有机酸在产生甲烷和二氧化碳的过程中被耗尽，垃 圾降解进入氧化阶段，新的好氧微生物取代厌氧微生物并建立起好氧环境，好氧微生物将残余 的甲烷氧化为二氧化碳和水。 以上五个阶段之间并没有明显的界限，可以在垃圾不同填埋层同时发生，而产生的有机物 之间还会发生下一级反应，所以实际中发生的化学反应要比理论上复杂的多，而且在垃圾降解 过程中还伴随着腐殖质的形成过程，因此，最终形成了有机污染物种类众多、性质较复杂的渗 滤液废水。 1 2 3 有机污染物的危害 垃圾渗滤液经过处理后排入到水环境中，由于其中含有有机污染物