填埋结构对渗滤液水质变化影响研究.pdf

监 测 与 评 价 填埋结构对渗滤液水质变化影响研究 ＊ 王 琪 中国环境科学研究院, 北京 100012 杨玉飞 中国环境科学研究院, 北京 100012 西南农业大学资源环境学院, 重庆 400716 黄启飞 刘玉强 董 路 中国环境科学研究院, 北京 100012 摘要 依据准好氧填埋和厌氧填埋的原理, 构建了大型模拟填埋场, 并定期对渗滤液水质进行监测分析。 结果表明, 准好氧填埋结构比厌氧填埋结构更有利于渗滤液中污染物的衰减, NH3-N尤为明显; 准好氧填埋结构渗滤液主要污染 物浓度呈稳步下降规律, 而厌氧填埋结构渗滤液水质在前期波动较大, NH3-N在后期仍有较大幅度的变化。 关键词 准好氧 城市固体废物 填埋 渗滤液 ＊国家“十五”863 计划课题 2001AA644010 1 引言 垃圾填埋具有技术成熟、处理费用低等特点, 是 我国城市垃圾集中处置的主要方式。而卫生填埋场 产生的渗滤液为高浓度有机废水 , 具有氨氮含量高、 污染负荷大 、 水质水量变化大的特点, 传统水处理方 法难以处理 [ 1,2] 。因此, 从降低渗滤液污染物浓度入 手可以减轻后续水处理的压力 , 也符合清洁生产、源 头控制的理念。准好氧填埋结构能有效降低渗滤液 中污染物的浓度 [ 3～ 7] 。 准好氧填埋的设计思想是不用动力供氧 ,而是利 用渗滤液收集管道的不满设计 , 使空气自然通入, 在 垃圾堆体发酵产生温差的推动下, 使填埋场内部存在 一定的好氧区域 ,以使渗滤液得以处理和加快填埋垃 圾的分解稳定速度 [ 5] 。 本研究试图揭示大型准好氧填埋场渗滤液性质 的时空变化特点 ,为推广准好氧填埋工艺 ,解决渗滤 液污染问题提供理论依据 。 2 材料与方法 2. 1 填埋试验装置 模拟填埋场规模21 m3. 8 m6. 0 m 图1 。准 好氧填埋场建立 填埋场底先铺 HDPE 高密度聚乙 烯 膜 ,然后在膜上放置一直径为 20 cm 渗滤液收集 管,收集管周围用碎石覆盖 ,在收集管的 3 个等分处 安装直径为 15 cm 的竖导气管, 竖导气管周围用石笼 保护, 以利于导气, 然后往填埋场里填埋生活垃圾并 压实, 在填到5. 5 m 高度铺设模拟降雨装置, 最后用 塑料薄膜代替粘土覆盖层实现密封效果 。厌氧填埋 场的建立 铺设 HDPE 膜及渗滤液收集主管道 、 支管, 但不设竖直导气管, 并在渗滤液收集主管出口设球阀 以控制渗滤液, 保持垃圾层处于厌氧状态 。 图 1 实验填埋场装置结构示意图 2. 2 试验样品 试验垃圾为江西省九江市生活垃圾 ,所填垃圾量 250 t ,试验垃圾成份见附表。 附表 试验垃圾样品成份分析 厨余草木纸类布类塑料金属砖瓦玻璃灰土 50 . 82 . 304 . 561. 208. 740. 185. 3826. 8 2. 3 试验方法 实验在填埋场封场后 1 个月开始 ,每周进行 1 次 水质分析, 模拟降雨量根据九江市年降雨量分次控 制,1 周为 1 m 3 。 3 结果与讨论 3. 1 填埋结构对渗滤液 CODCr、BOD5及可生化性变 化影响 图2反映了不同填埋结构渗滤液CODCr值随时间 的变化 。厌氧填埋处理的渗滤液 CODCr最高值远远 69 环 境 工 程 2005年 8 月第23 卷第4 期 大于准好氧填埋, 分别为53 620、 26 486 mg L ,并且在 整个过程中厌氧处理的 CODCr值都高于准好氧处理。 第39 周后准好氧填埋处理渗滤液 CODCr值下降为 173 mg L , 厌 氧 填 埋 处 理 渗 滤 液 CODCr值 为 1 100 mg L 。 造成两者 CODCr有较大差异的原因可能 是准好氧填埋场中有机物降解较为彻底 ,大部份转为 气相, 成为 CO2和 N2等气体, 因此, 进入渗滤液中的 有机物就较少 , 导致渗滤液 CODCr值低 [ 5,8] 。厌氧条 件下有机物降解是有机物的自身氧化还原过程,降解 不彻底 , 以还原性更高的产物为主, 所以渗滤液 CODCr值较高 [ 9] 。 图 2 不同填埋结构渗滤液 CODCr变化 从变化趋势上来看 , 准好氧填埋处理渗滤液 CODCr随时间的延续稳步下降 ,没有出现厌氧填埋处 理渗滤液 CODCr在前期会累积上升并有较大波动的 情况 图 2 。这是由于在填埋初期 ,厌氧填埋处在调 整期和过渡期, 垃圾层内存在局部有氧环境 ,好氧细 菌占主导地位, 此阶段有机物部分是好氧降解 ,随着 垃圾层内氧气被耗尽, 从而出现厌氧环境 ,进入酸化 阶段, 垃圾中的有机物迅速分解为脂肪酸 , 渗滤液 CODCr值上升 [ 10] 。由于环境的改变, 使得垃圾层内微 生物种类发生改变 ,影响了微生物的活性 ,对垃圾中 有机物的降解活动也受影响, 所以导致渗滤液中 CODCr值的波动 。而准好氧填埋场由于大部分垃圾层 内一直处于有氧环境, 环境改变较小, 从而对微生物 活性的影响也较小并且好氧微生物的繁殖较快,对渗 滤液中有机物的降解彻底 ,所以出现了准好氧填埋场 渗滤液CODCr稳步下降的趋势。 图3 和图 4 反映了不同填埋结构对渗滤液 BOD5 和可生化性变化的影响情况 。填埋结构对渗滤液 CODCr和 BOD5变化趋势的影响基本相同 。准好氧填 埋处理渗滤液的可生化性在 10周前要高于厌氧填埋 处理 ,在 10周后却低于厌氧处理 ,准好氧处理渗滤液 在第 13周 BOD5 CODCr值降到 0. 1 以下, 而厌氧处理 渗滤液在实验期间 BOD5 CODCr值都高于 0. 1 图 4 , 这表明准好氧填埋结构能迅速降低渗滤液的可生化 性,使得渗滤液在较短的时间内达到相对稳定, 由于 准好氧条件下有机物的分解大部分是好氧分解,分解 彻底而且速度较快, 到后期所剩的基本上是难生物降 解的有机物 ,而厌氧条件下有机物的降解要相对不彻 底,所以导致其渗滤液在较长时间段内保持较好的可 生化性 [ 9] 。 图 3 不同填埋结构渗滤液 BOD5变化 图 4 不同填埋结构渗滤液 BOD5 CODCr值变化 3. 2 填埋结构对NH3- N和NO - 3- N变化的影响 厌氧填埋处理渗滤液NH3-N浓度始终保持在较 高的水平且波动性很大, 而准好氧填埋处理NH3- N浓 度除了前几周略有波动外 ,后面一直呈下降的趋势且 下降的速度很快 图 5 , 在 13～ 24 周稳定在 200 ～ 100 mg L 间, 第 35 周 下降 到 15 mg L , 下 降率 为 99. 6。而厌氧填埋却还保持在1 100 mg L 左右。 渗滤液中氨氮主要来源是填埋垃圾中蛋白质等含氮 类物质的生物降解 ,其浓度高且变化范围大 ,过高的 氨氮浓度可抑制垃圾中微生物活性从而减缓垃圾的 降解, 而且高浓度的氨氮也不利于渗滤液的后续处 理,因此降低渗滤液中高浓度氨氮也一直是渗滤液处 理中的急需解决的难题 [ 11～ 13] 。 准好氧填埋场通过工程措施保证垃圾层中保持 一定的有氧区域 ,使得垃圾层中的氨氮有很大一部分 通过硝化和反硝化作用以 N2的形式进入空气, 从而 使得渗滤液中NH3- N浓度的下降。本实验中厌氧填 埋处理氨氮浓度虽远远高于准好氧填埋 ,但并没有出 现国内外文献所报道的传统厌氧填埋场氨氮不断累 70 环 境 工 程 2005年 8 月第23 卷第4 期 积的现象 [ 14,15] ,造成这种现象的原因可能是实验条件 的不同,本实验中由于除了人工降雨外部分天然降雨 也进入填埋仓, 对垃圾层中氨氮的淋溶作用导致渗滤 液氨氮浓度有所降低, 但是总的溶出负荷却增高 [ 7] 。 在21 周后加强了 2 个填埋场的防降雨效果, 厌氧填 埋处理氨氮浓度有所上升但上升的幅度不大 ,且基本 稳定在1 000 mg L 左右 。相反, 准好氧填埋处理氨氮 浓度仍然保持下降的趋势, 由此可见, 准好氧填埋场 氨氮浓度快速下降的主要原因是硝化作用。NO - 3- N 的变化也印证了这一规律 ,在整个过程中准好氧填埋 处理渗 滤液NO - 3- N 的浓度都 高于厌氧填 埋处理 图 6 。 准好氧填埋处理硝酸盐氮在前期浓度维持在 较低的水平,一方面是硝化作用受到高浓度有机物的 抑制, 另一方面也有反硝化作用的缘故 。第 10 周到 第29 周硝酸盐氮有所波动但都保持在较高水平, 这 是由于硝化细菌对环境逐渐适应和有机物浓度的下 降导致硝化作用的增强 , 但直到 33 周才出现高浓度 的硝酸盐氮 ,达到 78 mg L, 由于渗滤液中有机物浓度 的大幅度下降, 反硝化作用所需的碳源不足 ,反硝化 作用减弱导致硝酸盐的累积 [ 16～18] 。 图 5 不同填埋结构渗滤液NH3-N变化 图 6 不同填埋结构渗滤液NO- 3- N变化 图7 反映了不同填埋结构渗滤液pH 值的变化情 况,准好氧填埋处理除了在前 2 周渗滤液 pH 值略低 于7, 其他阶段都呈弱碱性 7. 0～ 8. 5 ,而厌氧填埋场 渗滤液 pH 值在很长时间段内都呈弱酸性 ,可见准好 氧填埋结构下微生物对有机物的降解较为彻底,反应 的时间也较短, 水解酸化产物存在的量少 ,时间短 。 图7 不同填埋结构渗滤液pH值变化 4 结论 1 准好氧填埋结构渗滤液有机污染物浓度变化 稳定 呈稳步下降趋势 , 没出现累积现象; 下降速度 快,在第 39 周 CODCr、BOD5浓度分别下降为 173 mg L 和30 mg L ,下降率为 99. 4和99. 8, 较大程度地减 轻了渗滤液后续处理的压力。 2 准好氧填埋场由于存在部分的有氧区域使得 硝化反硝化作用明显 ,导致渗滤液中氨氮衰减显著, 在填埋 39 周后降为 15 mg L , 下降率可达 99. 6, 解 决了传统填埋场渗滤液中氨氮浓度过高的难题。 3 准好氧填埋场渗滤液在后期由于碳源的不足 导致硝酸盐氮过高, 可通过渗滤液回灌填埋场补充碳 源,既有利于反硝化作用的顺利进行又能降低渗滤液 的有机污染物浓度。 4 从本试验结果来看 ,准好氧填埋结构对渗滤 液污染物去除有较好效果, 在垃圾填埋场的设计、建 设中值得引起更多的关注 。 参考文献 1 聂永丰. 三废处理工程技术手册 固体废物卷 . 北京 化学工业出 版社, 2000. 2 王伟, 袁光钰. 我国的固体废物处理处置现状与发展. 环境科学, 1997. 18 3 87～ 90, 96. 3 王琪, 周北海, 董路. 填埋场渗滤液控制系统的作用与组成. 环境 科学研究,1998. 11 3 28～ 31. 4 王琪, 董路, 黄树华等. 垃圾填埋场渗滤液回流技术的研究. 环境 科学研究,2000. 13 3 1～ 5. 5 花岛正孝. 一般废弃物最终处分场. 川崎 财团法人日本环境卫 生, 1994. 6 于晓华, 何品晶, 李国建等. 填埋层空气状况对渗滤液中氮成份变 化的影响. 同济大学学报, 2004. 32 6 741～ 744. 7 Raffaello Cossu, Roberto Raga et al.The PAF model an integrated approach for landfill sustainability. 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Using the high temperature and reduction of the blast furnace slag, the chromium dregs were mixed at appropriate proportion with blast furnace slag, which could make chromium dregs detoxify. In the present study, the detoxification mechanism of chromium dregs was analyzed theoretically. The experiment results show that the blast furnace slag can remove the toxic of Cr6completely while the mass quantity of added chromium dregs was less than 10 percent. Keywords chromium dregs, blast furnace slag and detoxification mechanism DISCUSSION ON PRODUCTION OF SOLID FUEL USING INDUSTRIAL SOLID WASTES WITH HEAT VALUELin Guangqing et al 67 Abstract A large amount of solidwastes are produced every year by industrial enterprises. If the wasteswith heat value are used to research and produce mixed RDF solid fuel, the advantages of recycling resources and recovering energy can be realized. It can control effectively the secondary pollution while the reduction of environmental pollution can also be realized, whose economic, social and environmental benefits have strong attraction, which is worth exploring . Keywords waste plastic film, sludge, RDF and solid fuel INFLUENCE OF LANDFILL STRUCTURE ONLEACHATE CHARACTERISTICS Wang Qi et al 69 Abstract Two large scale landfilling installations were built according to semi-aerobic landfilling and anaerobic landfilling theories. The concentrations of CODCr, BOD5andNH3-N were detected regularly . The results showed that, the concentration of pollutants in leachate of semi- aerobic landfilling structure reduced more quickly than that in anaerobic landfilling structure. The pollutant concentrations in leachate of semi- aerobic landfilling structure reduced regularly , but which in aerobic landfilling leachate varied greatly in early period of experiment. Keywords semi -aerobic, municipal solid waste, landfill and leachate APPLICATION OFMODIFIEDOSCULATINGINENVIRONMENTALQUALITY ASSESSMENT ON SURFACE WATERCao Jianrong et al 72 Abstract As a multi-objective decision optimization , osculating has been used in assessment on environmental quality of surface water. Modified osculating considers environmental criteria as samples of environmental matrix. Osculating value of every sample is given to make sure the qualities of all surface water sections. Moreover, analytic hierarchy process was used to decide the contribution of each index . It makes the result of environmental quality assessment on surface water more scientific. Keywords osculating , analytic hierarchy process, surface water and environmental quality assessment STUDY ON THE SYNTHESIS OF A NEW CHROMOGENIC REAGENT AND ITS APPLICATION IN ENVIRONMENTAL MONITORINGZhang Chunniu et al 75 Abstract This paper reports the synthesis of the new reagent 1- 4 -nitrophenyl -3 - 5 -bromopyridyl -triazene NPBPDTand the color reaction of NPBPDT with mercury. In the presence of the surface active agent Triton X -100 and in the Na2B4O7-NaOH medium of pH 11. 5, the reagent a yellow complex withmercury in the molar ratio of 1∶ 2. The molar absorptivity is 2. 80105L mol cm by dual -wavelengh of 440 nm and determination wavelengh of 535 nm. Beer s law is obeyed in the range of 0 ～ 12 μ g 25 mL. The has been applied to the direct determination of mercury in waste water with satisfactory results. Keywords 1 - 4 -nitrophenyl -3 - 5 -bromopyridyl -triazene, mercury and color reaction STUDYONTHESFORDETERMININGTRACEALDEHYDEBY PHLOROGLUCINOLZhang Shulin 77 Abstract This article studies a new of determining trace aldehyde by phloroglucinol. The application conditions of color reagent are investigated. This is simple, convenient and less sort of reagent and the degree of accuracy and precision is higher. Keywords aldehyde, phloroglucinol and color reaction STUDYONATMOSPHERICENVIRONMENTALCAPACITYANDATMOSPHERIC ENVIRONMENTAL MANAGEMENT IN ENERGY HEAVY INDUSTRY AREALin Jiquan et al 79 Abstract The atmospheric environmental capacity in Longmen Energy Heavy Industry Area is calculated using a box model of different frequency of wind speed. The result shows that the capacity of sulfur dioxide andTSP is respectively 21 097. 72 t and 63 293. 15 t in a year. The of selecting data and benefit transfer approach are respectively put into use to add up systematically discharging capacity and calculate the unsystematically discharging amounts, and the amount of sulfur dioxide is 13 728. 79 t a, and TSP is 68 555. 97 t a. The using ratio of SO2of atmospheric environmental capacity is 71. 2, and TSP is 108. 1 on small wide speed and still wind occasion. The using ratio of SO2of atmospheric environmental capacity is 30. 1, and TSP is 109. 6 on gale occasion. The result shows air pollution is different in different conditions, that is to say, SO2comes from systematically discharging, comparative spare capacity is 7 368. 93 t a. And TSP is in excess of its capacity, flying dust about coal and uncovered floor are main pollution sources on gale occasion, and atmospheric pollution is produced by 5 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 23,No. 4, Aug . , 2005