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垃圾填埋场渗滤液回流技术研究进展

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来源: 作者: 2018-10-26 18:03:44

垃圾填埋场渗滤液回流技术研究进展

摘要:垃圾填埋场渗滤液回流能有效降低渗滤液中污染物的浓度,提高填埋场稳定化程度,具有广泛的应用前景。本文综述了国内外学者对该技术的研究情况,包括技术特点及相关机理、渗滤液特性研究及回流效果的影响因素,指出了该技术现存的不足之处和尚待解决的理论和技术问题。

关键词:渗滤液;回流技术;垃圾填埋场

随着我国城市化进程的加快,城市规模的不断扩大和人们生活水平的日益提高,城市垃圾的产量也在逐年增加。近年一种新的处理方法即将填埋场设计成生物反应器,利用渗滤液回流垃圾层净化渗滤液和加速填埋场稳定化取得了满意的成果,国外已有一些应用实例[1]。

渗滤液回流是指将不经任何处理或略加处理的渗滤液直接回流垃圾层,利用垃圾层的“生物滤床”作用,经一系列物理、化学和生物作用降低渗滤液中污染物的浓度和加速填埋场稳定化。

1渗滤液的水量、水质特性

渗滤液主要来源于大气降水、垃圾本身所含的水分及垃圾分解时产生的水。目前国内外计算渗滤液的方法多为水量平衡法[2],基本原则是考虑了产生各种渗滤液的影响因素,然后综合得到某个时间段的渗滤液产生量,该法没有考虑填埋场内水分的运动过程。另外一种计算方法综合考虑了水量平衡以及水分在场内的运动,即美国的填埋场水文评价模型—HELP模型和FILL模型。

渗滤液的典型污染物组成及浓度变化[3](见表1)。渗滤液中高浓度COD主要来自于微生物对垃圾中有机物的分解,场内蛋白质等含氮物质降解后会产生高浓度的氨氮,并会随时间的延长而累积。重金属主要由垃圾本身带入。

渗滤液水质波动性大主要受垃圾成分和填埋时间的影响[3]。垃圾填埋场渗滤液水质受垃圾成分的影响很大,渗滤液中的COD、BOD5主要由厨余中有机物产生,垃圾中厨余含量的高低直接影响渗滤液中的BOD5、COD浓度的高低。炉灰、胀土对渗滤液中的有机物有吸附过滤作用,因此,垃圾中灰土的含量会影响渗滤液中有机物浓度的高低。

表1渗滤液的典型污染物组成及浓度变化(mg/L)

在填埋场中,随大气降水的渗入,填埋场内的固相有机垃圾也逐渐开始水解,因而渗滤液COD、BOD5浓度逐渐升高,pH较低,可生化性较好。随着场内固相有机垃圾的水解,可降解的固相垃圾总量逐渐减少,水解酸化产物也逐渐减少,因而渗滤液COD浓度也开始下降,pH也开始回升。在填埋场进入产甲烷阶段后,填埋初期产生的可溶性短链可挥发性脂肪酸比重下降,BOD5、COD浓度下降速率明显加快,可生化性变的很差,pH恢复中性,但氨氮浓度较高。有资料表明渗滤液中的BOD5一般在垃圾填埋后0.5~2.5a间逐渐增加并达到高峰,此后逐渐降低。Kouzeli-katsiri[4]将填埋场假设为一完全混合反应器,将垃圾中固体有机物降解反应和可溶有机物降解反应都视为是一级反应,忽略渗滤液中不可降解有机物,认为渗滤液回流填埋场的渗滤液有机污染物动态变化符合方程(1),即:

式中:C(t)—t时刻渗滤液中的COD浓度;MS0—呈固相的可淋滤的COD初值;k1—固相有机物衰减常数;k2—生物降解有机物的速率常数;V(t)—t时刻渗滤液产量;t—填埋时间。

垃圾场填埋结构对渗滤液成分也有影响,半好氧填埋的渗滤液中有机物浓度降低最快,氨氮含量大大低于厌氧填埋。渗滤液中的重金属含量与填埋结构和填埋工艺无关而取决于垃圾成分。

2填埋场渗滤液回流技术特点

渗滤液回流垃圾层可以增加垃圾的湿度,补充垃圾层中的微生物以及微生物分解垃圾有机成分所需的营养元素,从而有提高微生物的活性,有利于净化渗滤液的水质,促进填埋场稳定化。

徐迪明等[5]人的研究表明,垃圾渗滤液经回流处理后,COD、BOD5去除率可达95%以上,并且土壤对渗滤液中的COD、重金属有一定的吸附净化能力。英国SeamerCarr填埋场进行的1.0hm2规模的渗滤液循环实验表明,随着循环的不断进行,循环区和控制区的渗滤液COD浓度均不断下降。循环区的渗滤液COD从开始时的66000mg/L下降到第三年末的16000mg/L;而控制区则从76000mg/L降到52000mg/L。氨氮和氯化物浓度随时间的变化幅度较小。Reinhart在佛罗里达州某填埋场进行的渗滤液回流生物反应器填埋场研究中,渗滤液中的COD从封场时的35000mg/L,6年后降至5000mg/L。一般的厌氧填埋场渗滤液通过回流对BOD5、COD有较好的净化效果,但对氨氮处理效果不明显,反而会随着回流时间的延长出现氨氮累积现象,而高浓度的氨氮对渗滤液的后续处理相当不利。日本学者[6]提出的准好氧填埋结构能有效解决渗滤液回流导致填埋场渗滤液中氨氮浓度过高的难题。OnayT.T等[7]人在研究渗滤液回流对垃圾层中重金属的影响时发现反应器中90%的重金属经渗滤液回流后被沉淀,其主要机理是垃圾中有机态硫被微生物分解,在酸性条件下大部分以H2S的形式存在,进而发生如下反应:

渗滤液回流能给填埋场垃圾层带来大量的微生物,同时能在场内形成更有利于垃圾降解的环境,如湿度增大、VFA和重金属离子浓度下降很快,因而能加速垃圾有机组分的降解。渗滤液回流加速填埋场稳定化主要表现在加速填埋场沉降、提高填埋气产气率。Wall等用高1.70m,直径0.57m的实验柱研究表明,加水使垃圾达到饱和含水率,初期沉降率为高度的30%,回灌30d后沉降率增加15%。利用渗滤液回灌的生物反应器填埋场废物沉降很容易达到10%~25%的原始高度,甚至可达到40%,而时间一般为3~5a,传统的填埋场需要20~30a。Chugh[8]在研究回灌渗滤液对生活垃圾降解的影响时发现产气速率增加,产气量高峰值提前出现,其原因是增加含水率和强化垃圾层的传质作用,加速有机物水解酸化产物的溶出与稀释;加速降解产生的抑制性物质的稀释与释出;加速营养物质的均匀分布;加速微生物的均匀分布;加速营养物质及降解中间产物与微生物的接触等。

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