第五章+填埋_2.ppt

1、第三节 渗滤液的产生及控制,3.1 填埋场渗滤液组成及特征 （1）填埋场渗滤液的主要成分 填埋场渗滤液的主要成分有下述四类： 常见元素和离子：如Mg、Fe、Na、NH3、碳酸根、硫酸根和氯根等。 微量金属： 如Mn、Cr、Ni、Pb、Cd等。 有机物：常以TOC、COD来计量，酚等也可以单独计量。 微生物。,城市生活垃圾、工业废物、以及城市生活垃圾和工业废物混合处置填埋场的渗滤液成分比较。,（2）渗滤液浓度变化特征 对于常用的厌氧填埋来说，渗滤液的性质一般为： （a）色嗅：呈淡茶色或暗褐色，色度在20004000之间，有较浓的腐化臭味。 （b）pH值：填埋初期pH为67，呈弱酸性，随时间推移，

2、pH可提高到78，呈弱碱性。 （c）BOD5：随着时间和微生物活动的增加，渗滤液中的BOD5也逐渐增加。一般填埋6个月至2.5年，达到最高峰值，此时BOD5多以溶解性为主，随后此项指标开始下降，到615年填埋场安定化为止。,（d）COD：填埋初期COD略低于BOD5，随着时间的推移，BOD5急速下降，而COD下降缓慢，因而COD略高于BOD5。渗滤液的生物降解性可用BODCOD之比来反映，当BODCOD= 0.5时，渗滤液较易生物降解；当BOD5COD0.1时，渗滤液难于降解。最初，这一比值将在0.5或者更大一点的量级上；当介于0.4到0.6之间时，表明渗滤液中的有机物质开始生物降解；对于成熟

3、的填埋场，渗滤液的此项比值通常为0.050.2，其中常含有不被生物降解的腐植酸和富里酸。,（5）TOC：一般为2652800mgL。BOD5TOC可反映渗滤液中有机碳氧化状态。填埋初期，BOD5TOC值高；随着时间推移，填埋场趋于稳定化，渗滤液中的有机碳以氧化态存在，则BOD5TOC值降低。 （6）溶解总固体：渗滤液中溶解固体总量随填埋时间推移而变化。填埋初期，溶解性盐的浓度可达10000mgL同时具有相当高的钠、钙、氯化物、硫酸盐和铁。填埋624个月达到峰值，此后随时间的增长无机物浓度降低。 （7）SS：一般在300 mgL以下。 （8）氮化物：氨氮浓度较高，以氨态为主，一般为0.4 mgL

4、。左右，有时高达l mgL，有机氮占总氮的10。,（9）重金属：生活垃圾单独填埋时，重金属含量很低，不会超过环保标准。但与工业废物或污泥混埋时，重金属含量会增加，并可能超标。 3.2 渗滤液的产生及控制 （1）渗滤液来源 （a）直接降水。降水包括降雨和降雪，它是渗滤液产生的主要来源。 （b）地表径流。地表径流是指来自场地表面上坡方向的径流水，对渗滤液的产生量也有较大的影响。取决于填埋场地周围的地势、覆土材料的种类及渗透性能、场地的植被情况及排水设施的完善程度等。 （c）地表灌溉。与地面的种植情况和土壤类型有关。,（d）地下水。如果填埋场地的底部在地下水位以下，地下水就可能渗入填埋场内，渗滤液的

5、数量和性质与地下水同垃圾的接触情况、接触时间及流动方向有关。 （e）废物中水分。随固体废物进入填埋场中的水分，包括固体废物本身携带的水分以及从大气和雨水中的吸附（当贮水池密封不好时）量。 （f）覆盖材料中的水分。随覆盖层材料进入填埋场中的水量与覆盖层物质的类型、来源以及季节。覆盖层物质的最大含水量可以用田间持水量（FC）来定义，即克服重力作用之后能在介质孔隙中保持的水量。典型田间持水量：对于砂而言为6%12%，对于粘土质的土壤为23%31%。,（g）有机物分解生成水。垃圾中的有机组分在填埋场内经厌氧分解会产生水分，其产生量与垃圾的组成、pH值、温度和菌种等因素有关。 （2）影响渗滤液产生量的因

6、素 填埋场渗滤液的产生量通常由：获水能力；场地地表条件；固体废物条件；填埋场构造，及操作条件等五个相互有关的因素决定，并受其他一些因素制约，其关系示于“图6-2-11”中。,1,（a）填埋场构造 填埋场的水运移及水平衡示于“图6-2-12”。大气降水到达填埋场表面后，一部分变成地面径流流出填埋场，另一部分通过表面蒸发离开，只有少部分渗入覆盖层。,在覆盖层中部分被植物吸收并蒸腾入大气，其余则通过覆盖层顶层土壤的扩散、迁移进入覆盖层内的衬层-排水层入渗水收排系统，大部分水沿底坡流入收集管网而排出填埋场，仅有小部分水能下渗到废物层而形成渗滤液，这时的渗滤液主要来源于废物本身带入的水分。,（b）降雨

7、影响渗滤液产生的降雨特征有四个：降雨量、降雨强度、降雨频率和降雨周期。降雨量通常用以表示在一给定地区、于某一时段（如月或年）内到达地表的雨水总量，此数可以是一次或多次降雨的结果。 许多估算渗滤液产生量的方法常以月平均降雨量为基础，往往忽略了降雨强度、频率和时间周期对地表土壤颗粒的影响。而这些影响可能会改变入渗速率并进而使渗滤液的产生量发生一定程度的变化。 （c）地表径流 地表径流包括入流和出流。入流是指来自场地表面上坡方向的径流水，称为区域地表径流。出流是指填埋场场地范围内产生并自填埋场流出的地表水，称为填埋场地表径流。,地表径流一般使用经验公式来确定。Chow(1964)提出的下述经验公式，

8、是目前应用较为广泛的经验公式之一，即：R=CPA，式中，R为地表最大径流量；P为降雨强度的平均速率；A为填埋场的面积；C为地表径流系数，它表示离开该区域的地表流动的水量所占总降水量的百分数。,（d）贮水量 渗入土层的水分，只有部分会下渗进入废物层，另一部分则滞留在土层内。假如降水的入渗恰好使固体废物上面的覆盖土层饱和，则土层中超过填埋场田间持水量的水量迅速下排变为填埋场渗滤液量。此后，由于蒸发蒸腾作用，含水率还会渐渐降低。如在土层内有植物根系，则土壤含水率还会下降至凋萎系数（即土壤在植物不在能吸收水分条件下的含水量，在达到此值时土壤水张力的值大约是15atm），然后基本保持不变；如在土层内无植

9、物的根系，则土壤含水率最终要比其凋萎系数大。因此，填埋场植物根部区土壤的贮水容量S可表示为：,对于无植被的的覆土层或固体废物层，其贮水容量只与该层的厚度、实际土壤含水率和田间持水量有关，即： 式中，Hr为覆盖土层或固体废物层的厚度，为土壤实际含水率。,（e）腾发量 腾发量的大小主要取决于两方面的因素：一是受辐射、气温、湿度和风速等气象因素的影响；二是受土壤中含水率的大小、分布及植物的影响。当土壤供水能力强时，由大气蒸散能力决定的最大可能蒸散强度称为潜在蒸散强度，实际的腾发强度一般要比潜在的腾发强度小。 用于估算腾发强度的理论公式或经验公式很多，但通常都是以气候（温度、湿度）和植物耗水量为基础。

10、一般使用Thornthuaite经验公式（1948），即： Ei是潜在的月腾发量(cm)；Ti是第i个月的平均气温其()；Ii是第i个月的月热指数。,在知道每个月的月热指数后，相应的年热指数可由下式求出： ai为经验常数，由下式确定： Ki为第i月的实际天数Di和该月平均日照时数的修正系数，由下式确定： （3）控制渗滤液产生量的工程措施 （a）入场废物含水率的控制 随填埋废物带入的水分中，很大一部分会在废物压实过程中沥滤出来。因此必须控制入场填埋废物的含水率，对于城市垃圾卫生填埋场一般要求入场填埋的城市垃圾含水率30%(重量)。,（b）控制地表水的入渗量 对包括降雨、暴雨地表径流、间歇河和上升

11、泉等的所有地表水进行有效控制，可以减少填埋场渗滤液的产生量。 设计雨水流路 设置雨水沟、涵洞 雨水贮存塘 增加覆盖层的贮排水作用,（c）控制地下水的入渗量 对地下水进行管理的目的在于防止地下水进入填埋区与废物接触。其主要方法是控制浅层地下水的横向流动，使之不进入填埋区。成功的地下水管理可以减少渗滤液的产生量，此外还可为改善场区操作创造条件。具体而言，有如下各种控制方法。 设置隔离层法 通过低渗透率材料的隔离作用、防止地下水进入填埋区是一种常用的被动型控制方式。实用的方法有：使用合成材料柔性膜、帷幕灌浆、打入钢板桩等。为取得更可靠的效果，这种隔离层需要嵌入现场的地下某一低渗透层。,设置地下水排水

12、管法 可在场区边界位置开挖沟渠，例如排水管，并用高渗透性材料回填。当地下水位升高时，即会流入排水管排走。为防止排水管阻塞，应在管外用无纺布包裹。,抽取地下水法 使用水泵抽水法控制地下水位时，应在处置区附近开凿一系列的井眼。经过抽取地下水将在填埋区下面形成一个漏斗，可使地下水位降至填埋区的底部以下。抽出的水可以排往地表水系统，该法虽然有效，但显然会增加运行费用。 3.3 渗滤液产生量估算方法 （1）年平均日降水量法 这是一种根据多年的气象观测结果，把年平均日降水量作为填埋场平均日渗滤液产生量的计算依据、预测渗滤液产生量的简单近似方法，其计算公式为：,式中，Q为渗滤液平均日产生量，m3/d；I为年

13、平均日降雨量，mm/d；A为填埋场面积，m2；C为渗出系数，即填埋场内降雨量中成为渗滤液的分数，其值随填埋场覆盖土性质、坡度而有不同，一般在0.20.8之间，封顶的填埋场则以0.30.4居多。据Ehrig对德国15个填埋场的观测结果，高压实填埋场（压实密度0.8t/m3）的渗出系数为0.250.40，低压实填埋场（压实密度0.8t/m3）的渗出系数为0.150.25。,另外，日本全国都市清扫协会认为以下式估算填埋场渗滤液产生量较为合理，即： （6-2-27） （6-2-28） 式中，Q为填埋场渗滤液产生量，m3/d；A为填埋场总面积，m2；A1为填埋场操作面积，A1=A-A2-A3，m2；A2

14、为填埋场封闭区面积，m2；A3为未填埋区面积，m2；C1为填埋操作区A1的渗出系数；其值为0.40.7，标准值为0.5；C2为填埋场封闭区A2的渗出系数，其值为0.20.4，标准值为0.3；I为最大月平均降雨量的日换算值，mm/d。,3.4 渗滤液收排系统 （1）收排系统的作用 渗滤液收排系统应保证在填埋场预设寿命期限内正常运行，收集并将填埋场内渗滤液排至场外指定地点，避免渗滤液在填埋场底部蓄积。 （2）收排系统的构造 渗滤液收排系统由收集系统和输送系统组成。收集系统的主要部分是一个位于底部防渗层上面的、由砂或砾石构成的排水层。在排水层内设有穿孔管网，以及为防止阻塞铺设在排水层表面和包在管外的

15、无纺布。在大多数情况下，渗滤液的输送系统由渗滤液贮存罐、泵、和输送管道组成。,典型的填埋场液体收排系统由以下几个部分组成： （a）排水层：排水层通常由粗砂砾铺设厚30cm以上构成，要求必须覆盖整个填埋场底部衬层上，其水平渗透系数应大于10-2cm/s，坡度不小于2%。，但也可使用人工排水网格。 （b）管道系统： 一般在填埋场内平行铺设，位于衬层的最低处。管道上开有许多小口。管间距要合适、以便能及时迅速地收集渗滤液。此外、应具有一定的纵向坡度(通常在千分之几)，使管道内的流动呈重力流态。 （c）隔水衬层： 由粘土或人工合成材料构筑，具有一定厚度，能阻碍渗滤液的下渗，并具有一定坡度 (通常2%5%

16、)，以利于渗滤液流向排水管道； （d）集水井、泵、检修设施、以及监测和控制装置等：畚以接纳贮存排水管道所排出的渗滤液，测量并记录积水坑中的液量。,（3）收排系统的类型,（4）收排系统数学模型 （a）衬层排水层收集数学模型 最大积水深度为： 式中，e是进入填埋场废物层 的水通量（如图6-2-19），cm/s；KS是横向排水层（砂砾石层）的水平方向的渗透系数，cm/s；C e/KS，故hmax 是e/KS 的函数。 （b）渗滤液通过底部衬层的运移速度和穿透时间 渗水通量： 渗滤液泄漏量：,运移速度： 穿透时间： 式中：h为渗滤液在衬层上的积水高度，d为衬层的厚度，cm；Ks为衬层的渗透系数，cm/

17、s；A为填埋场底部衬层面积；e为衬层的有效空隙率。 为使透过衬层的渗漏速率降低，提高收排效率，可结合实际条件采取下述措施：增大排水层的横向饱和导水系数Ks1；降低衬层的饱和导水系数Ks2；适当增大衬层的坡度 tg；减小衬层水平排水距离L；适当增大衬层的厚度d。,（5）系统布置 各个填埋场的渗滤液收排系统的布置均不相同，主要取决于填埋废物类型、场地地形条件、填埋场大小、气候条件、设计者的偏好和技术法规的要求等。 （a）渗滤液收集系统 渗滤液收集系统应设计成能加速渗滤液在衬层上流动和自系统流出。自废物层流出的渗滤液，通过收集管道、汇集于落水井，然后用泵送往渗滤液处理系统。渗滤液收集系统的布局应能提

18、供渗滤液有不同路线流至落水井，并设有检查和排水层发生沉陷的维修条件。,（b）可供选择的渗滤液流动路线,（6）排水层 设计排水层时应尽量选用水平渗透系数大的粒状介质，渗滤液收排主系统排水层应采用5-10mm的卵石或砾石，层厚不小于30cm，渗透系数大于0.1cm/s。 （7）渗滤液收集沟（管） （a）渗滤液收集管 渗滤液收集管一般安放在渗滤液沟中，用砾石将其四周加以填塞，再衬以纤维织物，以减少细粒物进入沟内，渗滤液通过上述各层、最后进入收集管。,（b）渗滤液收集沟 渗滤液收集沟中的砾石应按如图所示的那样堆成，以便分散压实时的机械负荷，从而更好地保护渗滤液收集管，防止其破碎。如用土工织物作为过滤层

19、，则应将其包覆在砾石层的上面。也可以用分级沙滤层来防止废弃物中的细粒渗入渗滤液收集沟内。,（c）土工织物过滤层 过滤织物的设计方法主要是将土壤粒径特征与织物的表观开口尺寸（AOS）进行比较，由柯勒推荐的简单程序如下： 对于50%的颗粒能通过0.074mm筛的土壤，过滤织物的AOS应0.59mm。 对于50%的颗粒能通过0.074mm筛的土壤，过滤织物的AOS应0.297mm。 （8）避免系统失效的措施 （a）管道堵塞及清除方法 造成管道堵塞的原因有： 细颗粒的结垢：渗滤液中细颗粒或由于收集沟中带出的粘土的沉积会引起管道结垢。, 微生物增长：生物堵塞是因为渗滤液中存在微生物。与生物堵塞有关的因素

20、有渗滤液中的碳氮比、营养供给、聚尿酸胺、温度和土壤温度； 化学物质沉淀：化学沉淀导致的堵塞，可能是由化学或生物化学过程引起的。 （b）避免管道破裂 （c）避免设计缺陷 3.5 渗滤液处理 渗滤液的处理方法和工艺取决于其数量和特性。而渗滤液的特性决定于所埋废物的性质和填埋场使用的年限。城市垃圾填埋场渗滤液处理的基本方法包括：（a）渗滤液循环，（b）渗滤液蒸发，（c）处理后处置，（d）排往城市废水处理系统。,（1）渗滤液再循环 在填埋场的初期阶段，渗滤液中包含有相当量的TDS，BOD，COD，氮和重金属。通过循环，这些组份通过发生在填埋场内的生物作用和其他物理化学反应被稀释。例如，渗滤液中的简单有

21、机酸将转换为CH4和CO2。当CH4产生时，渗滤液的pH值升高，金属成分将发生沉淀被保留在填埋场中。渗滤液循环的另一个好处是含有CH4的填埋场气体的恢复利用。通常渗滤液回灌系统将是填埋场气体的产生量增加。为了防止渗滤液循环造成填埋场气体无控释放，填埋场内要安装气体回收系统。最终，必须收集、处理和处置剩余的渗滤液。,（2）渗滤液蒸发 渗滤液管理系统的最简单方法是蒸发，修建一个底部密封了的渗滤液容纳池，让渗滤液蒸发掉。剩余的渗滤液喷洒在完工的填埋场上。 （3）渗滤液处理 当未使用渗滤液循环或者蒸发法、而又不可能排往污水处理厂时，就需要加以一定的预处理或者完全处理。由于渗滤液成份变化很大，因此有多种

22、处理方法。主要的生物和物理化学处理方法列于下表中。采用何种处理过程主要取决于要除去的污染物的范围和程度。,用于渗滤液处理的生物、化学和物理过程及应用说明：,（4）排往城市污水处理厂 如果填埋场建造在污水收集系统附近、或者可以将渗滤液收集系统连向城市污水收集系统时，通常是将其排往污水处理系统中。通常在排往该收集系统之前要进行预处理以减少所含有机成分的含量。对于不能排向污水收集系统、而蒸发或者回灌又不可行的填埋场渗滤液，则要进行彻底处理、然后排入地表水体。,第四节 填埋气体的产生与控制,为阻止填埋场气体（LFG）的直接向上或是通过填埋场周围土壤的侧向和竖向迁移，进而通过扩散进入大气层，在填埋场内一

23、般设有气体控制系统，用以收集场中填埋废物所产生的气体，并将其用于生产能量或是在有控条件下放空或火化，其目的在于减少对大气的污染。,4.1 填埋气体的组成特征 填埋场的主要气体是填埋废物中的有机组分通过生化分解所产生，其中主要含有氨、二氧化碳、一氧化碳、氢、硫化氢、甲烷、氮和氧等。它的典型特征为：温度达4349，相对密度约1.021.06，为水蒸气所饱和，高位热值在1563019537kJ/m3。,以干体积为基准,填埋场产气阶段,初始调整 过程转移 酸性阶段 产甲烷阶段 稳定化阶段,4.2 填埋气体的产生及速率 （1）第一阶段=初始调整阶段 废物中的可降解有机组分在被放置到填埋场后很快就会发生微

24、生物分解反应。此阶段是在生化分解好氧条件下发生的，因为有一定数量的空气随废物夹带进入填埋场内。使废物分解的好氧和厌氧微生物主要来源于日覆盖层和最终覆盖层土壤，填埋场接纳的废水处理消化污泥，以及再循环的渗滤液等。,（2）第二阶段=过程转移阶段 此阶段的特点是氧气逐渐被消耗，而厌氧条件开始形成并发展。当填埋场变为厌氧环境时，可作为电子接受体的硝酸盐和硫酸盐常被还原为氮气和硫化氢气体。测量废物的氧化还原电位可监测厌氧条件的突变点。 （3）第三阶段=酸性阶段 在此阶段，微生物活动明显加快，产生大量的有机酸和少量氢气。由于有机酸的出现及场内二氧化碳浓度升高，渗滤液的pH值常会下降到5.0以下，其BOD5

25、、COD和电导在此阶段会显著上升，一些无机组分（主要是重金属）在此阶段将会溶解进入渗滤液。假如渗滤液不循环使用，系统将会损失基本的营养物质；但如在此阶段渗滤液没有形成，则转化产物将浓集于废物所含水分中和被废物吸着，从而保存在填埋场内。,（4）第四阶段=产甲烷阶段 由于产酸菌产生的有机酸和氢气被转化为甲烷和二氧化碳，填埋场中的pH值将会升高到6.88的中性值范围内。因此，如有渗滤液产生，则其pH值将上升，而BOD5、COD及其电导将下降。在较高的pH值时，很少有无机组分能保持在溶液中，故渗滤液中重金属浓度也将降低。 （5）第五阶段=稳定化阶段 在废物中的可降解有机物被转化为甲烷和二氧化碳之后，填

26、埋废物进入成熟阶段，或称为稳定化阶段。,4.3 填埋气体产量估算 （1）经验估算 需要数据：填埋场地尺寸，填埋平均深度，废物组成，降解速度，垃圾填埋量和该场地的最大容量等有效数据。通过地形勘察和数据分析，先判断记录数据的准确性。然后就可以得到填埋场目前和远期产气较为简单的估算。根据垃圾填埋量和填埋场含水率进行的初步估算是初步设计中的有用工具。典型的垃圾填埋场（25%的含水率，填埋以后不改变）。每年的近似产生量为0.06m3/kg。如果是干旱或半干旱的气候条件，又没有添加水，填埋废物干燥，则产气量会降低到0.030.045 m3/kg。相反，如果填埋后有很合适的湿度条件，产气量可能达到0.15

27、m3/kg或更高。为了在一个给定的填埋场中得到可靠的估算，估算者必须依靠自己的经验和其他类似的填埋场数据。,（2）化学计算法：根据垃圾的“分子式”进行计算。 （3）化学需氧量法： 假设：填埋释放气体产生过程中无能量损失；有机物全部分解，生成CH4和CO2。则据能量守恒定理，有机物所含能量均转化为CH4所含能量，即： 有机物所含能量CH4所含能量 而物质所含能量与该物质完全燃烧所需氧气量（即COD）成特定比例，因而有： 据甲烷燃烧化学计量式：CH4+2O2=CO2+2H2O，可导出,为便于实际测量和应用，将CH4的衡量单位转化为体积（L），得到： 1gCOD有机物0.35L CH4（0，1大气压

28、） 据此，可以计算填埋场的理论产CH4量（即最大CH4产生量）。 由于填埋场气体中CH4的浓度约为50%，可近似地认为总气体产生量为CH4产生量的2倍，于是可得： 1 kg COD有机物0.7 m3填埋气体 （0，1大气压）,因此如果知道单位质量城市垃圾的COD以及总填埋废物量，就可以估算出填埋场理论产气量： 式中：W=废物质量，kg；CCOD=单位质量废物的COD，kg/kg，我国垃圾中的有机物主要为植物性厨房废物，其CCOD=1.2 kg/kg；VCOD=单位COD相当的填埋场产气量，m3 /kg；L0 = 填埋废物的理论产气量，m3；=垃圾的含水率质量分数，%；有机物=垃圾中的有机物含量

29、质量分数，%（干基)。,4.4 填埋场产气持续时间,在一个刚封场的已完工的填埋场内部，其气体成分分布是时间的函数。填埋场产气阶段的持续时间，将随填埋废物降解难易、温度、湿度、初始压实程度以及是否可以得到营养物质而变化。例如，某几种不同的废物被压实在一起，碳/氮比和营养平衡可能会不利于产生LFG。同样，假如填埋场内的废物不能获得足够的水分，则LFG的产生将受到抑制。,增加放置于填埋场内废物的密度，将会减少水分到达填埋废物层各部分位置的可能性，从而降低生物转化和气体产生速率，使产气时间变长。已发现缺乏足够水分含量的填埋场处于一种“皱缩”状态，填埋几十年的新闻纸在此状态下仍保持较好。因此，虽然从城市

30、垃圾中会产生出的气体总量可严格地从化学反应计量方程通过计算来确定，但填埋场所处场址的实际水文条件会明显地影响到气体产生的速率和产气周期的长短。,通常，易降解、产气速率高的有机废物，其产气持续时间较短。城市垃圾中的有机物质按产气持续时间长短可分为三类： 被迅速分解（3个月到5年）的有机物； 缓慢分解（5年以上，直到50年或更长时间）的有机物； 不可生化分解的有机物。城市垃圾中可迅速分解的有机物包括食品废物、新闻纸、办公纸、纸板、树叶和草；缓慢分解的有机物有纺织品、橡胶、皮革、木头和树枝、杂物等；塑料通常被认为是不可生化分解的。有机城市垃圾中可生化降解的成分，在很大程度上与废物中的木质素含量直接有关。,4.5 影响填埋气体迁移和释放的因素,废物中有机物的生物降解不断产生气体，使垃圾内部压力增加并且通常会超过大气压。一旦填埋场内部压力和大气压力相同时，将发生LFG迁移和排放。影响LFG迁移和排放的主要因素包括： （1) 覆盖和垫层材料 低渗透性的覆盖层可阻止气体向大气的排放，但如覆盖物渗透性低并且垃圾未垫封或垫层材料是可渗透性的，将主要产主横向迁移；,（2) 地质条件 周围的地质条件会影响地下