浅谈寒冷地区垃圾渗滤液的回灌处理

1、浅谈寒冷地区垃圾渗滤液的回灌处理    核心提示：中文摘要：在哈尔滨某地建立了室外模拟垃圾填埋场 ,进行了渗滤液回灌与不回灌的跟踪监测研究。结果表明 :回灌能减量 87.0 5 %的渗滤液 ,明显改善渗滤液水质 (显著降低COD、SS、NH+ 4-N浓度 ,提高pH值 ) ,降低渗滤液处理难度 赵庆良 , 刘雪雁 , 刘志刚 , 齐旭东 , .中文摘要：在哈尔滨某地建立了室外模拟垃圾填埋场 ,进行了渗滤液回灌与不回灌的跟踪监测研究。结果表明 :回灌能减量 87.0 5 %的渗滤液 ,明显改善渗滤液水质 (显著降低COD、SS、NH+ 4-N浓度 ,提高p

2、H值 ) ,降低渗滤液处理难度     赵庆良 , 刘雪雁 , 刘志刚 , 齐旭东 , 邱薇 (哈尔滨工业大学 市政环境工程学院 , 黑龙江 哈尔滨 150090) 摘 要 : 在哈尔滨某地建立了室外模拟垃圾填埋场 ,进行了渗滤液回灌与不回灌的跟踪监测研究。结果表明 :回灌能减量 87. 05 %的渗滤液 ,明显改善渗滤液水质 (显著降低 COD、SS、NH +4 - N浓度 ,提高 pH值) ,降低渗滤液处理难度。关键词 : 寒冷地区 ; 卫生填埋 ; 垃圾渗滤液 ; 回灌 ( School of Municipal and Environmental

3、 Engineering , Harbin Institute of Technology , Harbin 150090 , China)Abstract :A long2term monitoring was conducted by using two disposals of leachate recirculation and non2recirculation from outdoor simulation refuse sanitary landfill in Harbin. Result shows that if recirculation isKey words :cold

4、 areas ; sanitary landfill ; leachate ; recirculation基金项目 : 黑龙江省科技厅重点攻关项目 ( GB01C204 - 02)卫生填埋产生的渗滤液是一种成分极为复杂、具有严重污染性、有毒有害的高浓度有机废水 ,且随着填埋场地、填埋时间、垃圾组分性质和气候的不同而具有非常大的特异性1、2 。因在寒冷地区设计垃圾渗滤液处理工程时 ,没有可以参考的水量、水质资料 ,故有必要进行水量、水质等基础性研究 ,为实际工程设计提供参考。渗滤液回灌就是将收集到的、未经任何处理的渗滤液重新回灌到填埋场。回灌的渗滤液为垃圾层带来大量微生物 ,使填埋场成为一个以垃

5、圾层为填料的厌氧生物反应器 ,加速填埋场内垃圾的降解。回灌操作能提高垃圾的湿度和微生物的活性 ,缩短垃圾的稳定化进程3、4 。该技术在四季变化明显、冰冻期较长、蒸发量大于降雨量的东北地区具有广阔的应用前景。 1 试验装置和方法 111 试验设备设计了两个长 ×宽 ×高 = 750 mm ×700 mm × 1 000 mm 的垃圾填埋模拟装置 ,其中 1 # 装置的渗滤 液不回灌 ,作对照 ;2 # 装置的渗滤液通过回流泵均匀回灌 ,具体见图 1。112 试验方法装填的垃圾样品取自哈尔滨工业大学家属区 ,其组分和性质见表 1。?6?中国给水排水2004

6、Vol . 20 CHINA WATER & WASTEWATER No. 10? 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. _ 图 1 垃圾渗滤液回灌装置 Fig. 1 Leachate recirculation experimental set2up表 1 垃圾样品组分及性质组分 质量 (kg) 比例 ( %)厨余物 492 82纸类 48 8塑料、橡胶 36 6丝织品 9 1. 5砖头、沙石 9 1. 5玻璃、金属 6 1含水率 39. 2收集的垃圾经过分拣、称重、均匀混合后按

7、照填埋结束后 ,铺 10 mm 的临时覆土 ;第二批填埋结束后 ,在垃圾表面覆盖 50 mm 的土层作最终的封场处理。操作过程中始终保持 1 # 和 2 # 装置的垃圾填埋量和操作方式完全相同。每日收集 1 # 和 2 # 装置的渗滤液 ,测定渗滤液的产量 ,取样 100 mL 进行水质分析 ,1 # 剩余渗滤液留做处理研究 ,2 # 剩余渗滤液按照 4 200 mL/ d即 8面5 ,若不足 4 200 mL 则全部回灌。第一批垃圾于 2003 年 5 月 26 日装填完毕 ,6 月滤液产生期共计 162 d。渗滤液产量随时间的变化见图 2。可以看出 ,渗滤液量随着降雨量的变化而变化 ,并略

8、有滞后。在填埋初期 (前 10 天) 渗滤液呈现缓慢增长趋势 ,产量维持在 300 mL 左右 ;由于受第 10天第二批垃圾填埋夯实和挤压的影响 ,以及第 11 天强降雨的影响 ,在第 11 天和第 13 天渗滤液大幅度增加 ,最高达到 4 080 mL/ d ;在降雨多发时段 (第 302土壤的持水能力均已达到饱和 ,垃圾层的截留作用减弱6 ,降雨量几乎全部转化为渗滤液 ,表现为该时段渗滤液产量整体上高于其他时段。随着填埋时间的增加和降雨的减少 ,垃圾层进入稳定期。1 # 产生渗滤液总量累计 136 117 mL ,平均产量为 1. 60 ×滤液产量的 12. 95 %。减少的水量

9、一部分由于蒸发作用而散失 ,另一部分则被垃圾吸收、贮存在填埋场内 ,供给微生物生长需要。东北地区年蒸发量远大于降雨量 ,随着运行时间的延长 ,连续的回灌操作将使渗滤液进一步减少 ,甚至达到最终的水量平衡 ,从而可以省去部分渗滤液处理设施。 图 2 渗滤液产量的变化曲线 渗滤液的 pH 值变化见图 3。可以看出 ,pH 值整体维持在 5. 497. 43 之间 ,并呈逐渐上升趋势。这是由于经过缓慢的初期调整后 ,逐渐形成了有利于微生物生存的厌氧环境 ,垃圾被分解并产生大量的有机酸 ,使 pH值降低。由于第 10 天第二批垃圾填埋的挤压和后期降雨的影响 ,渗滤液产量猛增 ,较强的稀释作用使 pH

10、值升高 ,随后逐渐下降并在小范围内波动。不回灌的渗滤液 pH 值整体变化平缓 ,也表明其内部垃圾分解缓慢。回灌的渗滤液不仅为垃圾层带来大量的水分 ,还带来大量的微生物 ,使有机物分解和溶出速度加快 ,促使渗滤液较快地从酸性转变为中性或弱碱性 ,表现为 2 # 渗滤液 pH 值从第 73 天开始迅速提高。?7? 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 图 3 渗滤液 pH值变化曲线 渗滤液 SS的变化见图 4。 图 4 渗滤液 SS 变化曲线 可以看出 ,填埋初期垃圾之间的孔隙较大 ,杂质容易

11、渗出。随后 ,在覆盖土压力和自身重力的作用下 ,垃圾层逐渐下沉 ,密实度增加 ,孔隙减小。同时垃圾与土壤之间的空隙被累积的水分充满 ,使垃圾层对杂质的拦截、阻留作用加强 ,出水 SS 浓度逐渐降低。受第 10 天第二批垃圾填埋挤压的影响 ,渗滤液 SS值在第 15 天出现异常 ;第 28 天出现了第一次强降雨 (23. 3 mm) ,其巨大的冲刷作用使垃圾层截留的大量杂质被重新冲出 ,表现为第 29 天 SS 出现峰值。而第 93 天 SS 的峰值主要是因为第 88 天出现了强降雨 (11. 7 mm) 。另外 ,中间覆土层的大量颗粒杂质此时也下渗到底部 ,并进入渗滤液中。回灌渗滤液对内部垃圾

12、层和土壤的冲刷作用强、时间长 ,其渗滤液的 SS值较高 (第 150 天) 。进入雨季后 ,由于连续降雨和回灌渗滤液的持续冲刷淋洗 ,垃圾层内能冲出的杂质已经非常少 ,表现在第 60 天以后 2 # 渗滤液 SS较低且有平缓的下降趋势。渗滤液 COD 变化见图 5。封场后垃圾中的易降解有机物迅速与填埋过程 中带进的氧气发生反应 ,释放能量 ,氧气被很快耗 尽。同时 ,内部水分逐渐积累 ,形成有利于微生物生存的高温、高湿的厌氧环境。在兼性和专性厌氧菌的水解酸化作用下 ,垃圾被迅速分解 ,造成渗滤液部可利用的有机物逐渐减少 ,其他抑制性物质逐渐积累 ,使微生物生长缓慢、活性降低 ,垃圾降解速率随之

13、降低 ,表现为渗滤液 COD 浓度自第 21 天以后逐渐下降。 图 5 渗滤液 COD 变化曲线 由于垃圾是分批填埋的 ,两批垃圾的好氧分解、兼性厌氧和完全厌氧阶段发生重叠 ,渗滤液中有机物的浓度不是严格地按各阶段变化 ,表现为有一定幅度的波动。如图 5 所示 ,第一批垃圾经过好氧 分解和兼性厌氧分解 ,1 # 渗滤液 COD 从 30 058 mg/ 到第 10 天的 45 082 mg/ L。由于第二批垃圾快速地好氧分解 ,其 COD 又迅速升高并在第 21 天达到最大值 (75 160 mg/ L) 。此后两批垃圾先后都进入了完全厌 氧阶段 ,其渗滤液的 COD 才呈现一致的下降趋势。从

14、图 5 可以明显看出 ,虽然 1 # 和 2 # 渗滤液的降低的速率也不相同。1 # 渗滤液从第 21 天的最大值 (75 160 mg/ L)下降到第 162 天的 51 709 mg/ L ,平均降解速率为 166 mg/ (L?d) 。2 # 渗滤液从第 16 天的最大值 (69 251 mg/ L) 下降到第 162 天的 9 868的 2. 45 倍。除了回灌渗滤液的稀释作用外 ,造成滤液能为垃圾层带来大量的水分和微生物成长所需 要的营养物质 ,回灌渗滤液中的厌氧菌起到了菌种 “嫁接”的作用 ,使得垃圾层基本上相当于一个用垃圾作填料的厌氧生物滤池。在垃圾表面有相当数量的菌胶团 ,其吸

15、附和降解水中有机物的能力强、速度快。?8? 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.渗滤液 NH+4 - N 变化见图 6。 图 6 渗滤液 NH+4 - N 值变化曲线 可以看出 ,NH +4 - N 浓度在填埋初期快速上升 ,一段时间后逐渐下降。初期大量含氮有机物被快速分解 ,渗滤液NH +4 - N 浓度从第 2 天的 142 mg/渗滤液中的氮以 NH +4 、NO -2 、NO -3 和多种有机氮形式存在并且相互转化 ,在第 895 天 NH+4 - N 浓度在数值上波动较大。随着运

16、行时间的延长 ,垃圾内部完全厌氧 ,渗滤液中的氮主要以 NH +4 - N 的形式存在 ,并被微生物吸收利用。而氨氮的积累必然导致以降解、利用氨氮为主的微生物优先生长 ,这样就会有利于氨氮的降解 ;另外 ,氨氮还与一些物质发生复杂的化学反应 ,生成不溶于水的、不可生物降解的络合物 ,也可以转化成腐殖酸成分 ,从而使渗滤液的行过程中积累的大量代谢产物的抑制作用 ,使得微生物对剩余垃圾的降解速率变慢。尽管 1 # 和 2 # 渗滤液整体变化趋势一致 ,后期下降幅度比前期平缓 ,但是 1 # 渗滤液的 NH +4 - N 浓度明显偏高 ,并且下降速率较 2 # 渗滤液缓慢。渗滤液的产量受降雨影响 ,并滞后于降雨的发生。寒冷地区渗滤液产生不连续 ,日变化幅度大。回灌操作能减量 87. 05 %的渗滤液 ,节省部分处理设施。初期渗滤液 pH 值低 ,SS、COD、NH+4 - N 浓度高且数值变化范围大 ,但随填埋时间延长呈递减趋势。回灌操作能加快污染物的溶出速度 ,显著降低渗滤液的 SS、COD、NH+4 - N 浓度 ,提高 pH 值 ,改善渗滤液水质 ,有利于渗滤液处理。渗滤液回灌技术适合在寒冷地区