垃圾填埋中的渗滤液形成和特性.doc
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1、垃圾填埋中的渗滤液形成和特性一、 城市垃圾的卫生填埋随着我国城市化建设步伐的加快,城市人口的急剧增加、城市规模的扩大和居民生活水平的提高,我国城市生活垃圾的产量在急剧增加。据有关统计资料表明,2005年,我国的城市生活垃圾年产量已突破2亿吨,并且在进入21世纪以来,全国每年的递增速度在10 以上,按照4亿城市人口日均人产垃圾已达到1.37 kg,与工业发达国家的人均日产数量已经基本持平。进入21世纪以来,我国在垃圾资源化方面有了长足的进步,兴建了一批垃圾焚烧发电厂,但是,垃圾焚烧发电不仅是个高投资高风险的项目,还必须要有规模,只适合于大中城市应用,对于小城市、小城镇不宜采用。因此,根据垃圾处理
2、“资源化、减量化、无害化”的“三化”原则,我国的中小城市和小城镇、甚至于绝大部分中等城市将全部采用卫生填埋场的形式来处置垃圾,而大城市和特大城市也将会由卫生填埋和焚烧发电同时并行,城市垃圾的卫生填埋仍然要在今后相当长的年代里担任垃圾处置的主角。20世纪60年代中期以来,国际上大体形成了填埋、焚烧、堆肥、热解等一系列处理方法。各国根据本国的具体情况,发展了垃圾的处理方法:日本以焚烧为主;美国60的垃圾用卫生填埋法处理;西欧则多采用有控制的填埋法;我国由于资金与技术等原因,主要也采用填埋法。填埋法由于其固有的经济实用、技术成熟等优点,仍然是当前世界上固体废弃物的主要处理方法。按照最新出台的我国“十
3、一五”环境保护规划,至2010年末以前,我国的城市垃圾处理率要达到60%,而目前我国的城市垃圾安全处置率还不足一半。可以想见,未来五年内将要新建一大批城市垃圾卫生填埋场。二、 垃圾填埋场的渗滤液而垃圾卫生填埋场却将面临一个不可回避的问题垃圾渗滤液污染;垃圾焚烧发电过程中,其垃圾临时堆场同样也存在垃圾沥滤液的问题,只是其量小而已。废弃物在填埋处置过程中产生的含有大量污染物的渗滤液便会构成新的污染源。渗滤液来源于自然降水、废弃物自身含水、废物在堆场受热分解产生的液体等,以及在填埋场中产生重力流动并在固体废弃物中冲淋浸泡所产生的液体。虽然渗滤液的水量不大,但由于液体在流动过程中有许多因素可能影响到渗
4、滤液的性质,包括废弃物的种类、污染物的溶出速度和其它相关物理因素、化学因素以及生物因素等,使得渗滤液中污染物的浓度非常高,水质相当恶劣:BOD5和COD浓度可达几千或者上万,严重时甚至于高达几万也是常见的;并且含有高浓度的氨氮;还含高重金属量离子;微生物营养元素比例失调等。城市垃圾渗滤液具有不同于一般城市污水的典型特点:成分复杂,水质非常差、水量很小、水质水量变化的范围大、其随机性也极大。所以,垃圾渗滤液是否能够有效处理,实现达标排放是衡量一个城市垃圾填埋场是否为“卫生”填埋场的重要指标之一。作为一种高浓度有机废水,渗滤液的处理近十余年得到了广大科研人员的关注,进行了大量的试验研究,取得了不少
5、成果,现有的城市垃圾文生填埋场基本都配套有渗滤液处理厂。但是,城市垃圾渗滤液的处理一直是填埋场设计、运行和管理中非常棘手的问题。在实际的处理过程中,由于渗滤液自身的典型特点使得小水量的渗滤液的处理成为相当复杂的工程。但只有解决了城市垃圾渗滤液的污染问题,固体废弃物对环境的危害才被真正遏制。因此,渗滤液污染问题的解决,是垃圾卫生填埋场建设过程中的关键问题,也是城市垃圾处理中急待解决而又必须做好的一项十分重要的事情。为能切实有效地处理好垃圾渗滤液,就必须对垃圾渗滤液有一个全面的认识和深入的了解。据此笔者试图通过本文就渗滤液的成分、特性进行深入和全面的分析与探讨,以便在城市垃圾渗滤液处理工程中,为处
6、理工艺和工程设计提供较为具体的参考依据。 三、 渗滤液的来源及控制(一) 渗滤液的定义渗滤液是指降水、废弃物自身含水及废物分解产生的水分和液体等在填埋场中产生重力流动并在固体废弃物中冲淋浸泡所产生的液体的总和。(二) 渗滤液的来源城市垃圾填埋场渗滤液的主要来源如下:1.自然降水 直接降水包括降雨和降雪,它是渗滤液产生的主要来源。降水冲刷填埋场,使渗滤液水质严重恶化。影响渗滤液产生数量的降雨特性有降雨量、降雨强度、降雨频率、降雨持续时间等。2.废物中的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(当储水池密封不好时)量。入场废物携带的水分是渗滤液的主要来源
7、之一。3.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。4.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、温度和菌种有关5.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。但一般在设计施工中采取防渗措施,可以避免或减少地下水的渗入量。 (三) 渗滤液产生量影响因素填埋场渗滤液的产生量通常由:场地地表条件、获水能力、固体废物条件、填埋场构造、操作条件等五个相互有关的因素决定,并受其它一些因素如形成填埋场气体所消耗的水分、形
8、成水蒸气所消耗的水分等的制约。(四)控制渗滤液产生量的工程措施1 入场垃圾含水率控制填埋过程中随填埋废物带入的水分,相当部分会在废物填埋压实过程中沥渗出来,其量展相当大的比例。通过入场前的废物压实、破碎和分选以保证垃圾含水率10a(老年)pH7.5COD(g/l)10102.72.02.72.0BOD5/COD0.50.80.10.50.1由于液体在流动过程中有许多因素可能影响到渗滤液的性质,包括物理因素、化学因素以及生物因素等,渗滤液的性质在一个相当大的范围内变动。一般来说,其pH值变化范围为49,CODCr和BOD5浓度高,COD在200062000mg/L的范围内,BOD5为604500
9、0mg/L,特别是在垃圾填埋场运行初期,垃圾渗滤液中的CODCr最高达到90000mg/L;渗滤液的性质及变化特征一般为:1色嗅呈淡茶色或暗褐色,色度在2000左右,有时高达4000度左右,有较浓的有机物腐化臭味;其色深和恶臭会随场龄的增长而逐步消退或变淡,还会因自然降水和工业废弃物的性质和数量而变化。2PH值填埋场初期PH值为67,呈弱酸性,随着时间的推移,PH值可提高到78,呈弱碱性;其PH值会随场龄的增长而逐步趋向偏碱性,同样也会因自然降水而和工业废弃物的性质和数量而发生变化。3BOD5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
10、BOD5多以溶解性为主,随后此指标开始下降,到615年填埋场安定化为止。 4CODcr 填埋初期CODcr较低(但一般也可以达到上万),随着时间的推移,CODcr下降缓慢,而BOD5急速下降,这导致了B/C大为下降,可生化性变差。具体的CODcr与BOD5的关系见下文的有机污染特性分析。5TOC 浓度一般为2652800mg/L。BOD5/TOC可反映渗滤液中有机碳氧化状态。填埋初期,BOD5/TOC值高;随着时间的推移,填埋场趋于稳定化,渗滤液中的有机碳以氧化态存在,则BOD5/TOC值降低。垃圾填埋场渗滤液的特性和特征下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
11、性盐的浓度可达10000mg/L,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悬浮物 垃圾渗滤液中的悬浮物通常都不高,SS一般多在300mg/L以下;但是一旦填埋场出现异常时,悬浮物变化会很大,曾经出现过几万mg/LSS的纪录,好在悬浮物还是比较容易处理。8氨氮浓度高垃圾渗滤液中的氨氮,以氨态为主,一般为0.4g/L左右,有时高达1.7g/L,有机氮占总氮的1/10。氨氮浓度随填埋时间的增加而相应增加,渗滤液中的氮多以氨氮形式存在,约占TKN40%50%。如此高浓度的氨氮,使微生物营养元素比例严重失调,仅靠硝化细菌和反硝化细菌脱氮不仅
12、不能去除,反而会影响处理系统的正常运行,因此,在渗滤液进入生化处理前常需用物化法脱氮,9.含盐量高渗滤液中的盐主要为氯化物(1004000mg/L)和磷酸盐(91600mg/L),在降雨量稀少的缺水地区更加严重,如果需要对渗滤液再生回用时,必须进行脱盐处理。10重金属含量高 生活垃圾单独填埋时,重金属含量会较低;但与工业废物或污泥混埋时,重金属含量会很高。混埋的城市垃圾渗滤液中含有10多种金属离子,其中铁2050mg/L,铅12.3mg/L,锌370mg/L,钾、钠2500mg/L,钙甚至高达4300mg/L。生物处理系统中如金属离子含量过高,对微生物有强烈抑制作用。11.营养元素比例失调垃圾
13、渗滤液通常有机物和氨氮含量高,而磷元素较为缺乏,其C/P比较大,C/N比较小,NH3-N含量过高。加上碱度高,对厌氧消化不利。磷元素的缺乏也影响系统的稳定。因此,处理工艺中需在生化前进行脱氮处理,并往往需向系统投加磷等营养元素。12. 水质变化大填埋时间是影响渗滤液水质的主要因素。渗滤液BOD5/CODcr一般在0.40.75。但随着填埋时间的增加,垃圾层日趋稳定,垃圾渗滤液中的有机物浓度降低,可生化性差的相对分子质量大的有机化合物占优势,其BOD5/CODcr值甚至可低于0.1。这表明生物法处理垃圾渗滤液的效率随填埋龄的增加越来越低,后序处理构筑物负荷逐渐加大,可见在设计中应留有余地,渗滤液
14、的水质受季节降雨影响而波动较大,其变化规律很难确定。渗滤液水质如此不稳定,这就要求其处理系统要有很强的抗冲击负荷能力。(三)水质特征城市垃圾填埋场渗滤液的处理一直是填埋场设计、运行和管理中非常棘手的问题。渗滤液是液体在填埋场重力流动的产物,主要来源于降水和垃圾本身的内含水。由于液体在流动过程中有许多因素可能影响到渗滤液的性质,包括物理因素、化学因素以及生物因素等;其中至关重要的两个影响因素一是自然降水量、二是填埋场的年龄(场龄),故渗滤液的水质变化往往是不确定的,但却是按照其自身特定的规律,会在一个相当大的范围内波动变化。通常其pH值在49之间,极端PH值曾出现过310的纪录;CODcr在20
15、0062000mg/L的范围内波动,极端值曾有超过100000mg/L的纪录;BOD5从6045000mg/L的范围内波动,极端值曾有超过80000mg/L的纪录; 重金属含量,是城市垃圾填埋场渗滤液中最难以量化的一个复杂的参数,也是渗滤液处理中最为棘手的问题。它的存在,往往跟一个城市的工业化水平和工业废弃物的掺入相关,因此若要控制垃圾填埋场渗滤液中重金属的含量,唯一有效的手段,就是阻断工业废弃物的掺入,实行工业垃圾与生活垃圾分类收集和分类处理。填埋场渗滤液的治理方案由前文可知,垃圾渗滤液是一种高浓度的有机废水,若不加处理而直接排入环境水体,将造成严重的水污染事故而危害生态环境。所以,必须对渗
16、滤液进行行之有效的处理使之达标排放,杜绝和避免它对自然环境的污染危害。垃圾渗滤液的处理技术因渗滤液的自身特点有其极为显著的特殊性,常用的处理方案有以下四种:(一)输送合并处理方案直接引入城市污水合并处理渗滤液与规模适当的城市污水处理厂合并处理是最为简单的处理方案,它不仅可以节省单独建设渗滤液处理系统的大额费用,还可以降低处理成本,但这并非是普遍适用的方法。一方面,由于垃圾填埋场往往远离城市污水处理厂,渗滤液的输送将造成较大的经济负担;另一方面,由于渗滤液所特有的水质及其变化特点,在采用此种方案时,如不加控制,则易造成对城市污水处理厂的冲击负荷,影响甚至破坏城市污水处理厂的正常运行。(二)渗滤液
17、循环喷洒方案用渗滤液向填埋场作循环喷洒处理渗滤液的循环喷洒是一种较为有效的处理方案。通过回喷可提高垃圾层的含水率,由20%25%提高到60%70%,增加垃圾的湿度,增强垃圾中微生物的活性,加速产甲烷的速率、垃圾中污染物溶出及有机物的分解;还可以因喷洒过程中挥发等作用而减少渗滤液的产生量,对水量和水质起稳定化的作用,有利于废水处理系统的运行,节省费用;此外,能加速垃圾中有机物的分解,缩短填埋垃圾的稳定化进程,可使原需15年20年的稳定过程缩短至2年3年。(三)预处理后合并方案经预处理过的渗滤液与城市污水合并预处理-合并处理是基于减轻进行直接混合处理时渗滤液中有害的毒物对城市污水处理厂的冲击危害而
18、采取的一种场内外联合处理方案。渗滤液首先通过设于填埋场内的预处理设施进行处理,以去除渗滤液中的重金属离子、氨氮、色度以及SS等污染物质或通过厌氧处理以改善其可生化性、降低负荷,为合并处理正常运行创造良好的条件。(四)单独系统处理方案建设独立的场内完全处理系统垃圾渗滤液具有不同于一般城市污水的特点:BOD5和CODcr浓度高、金属含量较高、水质水量变化大、氨氮的含量较高,微生物营养元素比例失调等。在渗滤液的处理方法中,在填埋场建设污水处理厂是将渗滤液彻底处理的最有效的方法。另外,在场内建设完全独立的处理系统,能够完全地消除渗滤液,将渗滤液的危害全部消除,是最彻底的渗滤液处理方法。 由于渗滤液的污
19、染负荷很高,尤其是有毒有害物含量较高,因而其处理工艺系统须为多种处理方法的有机组合。目前多采用预处理生物处理后处理的工艺流程。(五)方案选择直接排入城市污水处理厂是最为简单的方法,但是由于渗滤液的水质非常差,水质变化很大,将渗滤液直接排入城市污水处理厂会使处理厂的水质很不稳定,给污水处理厂的水处理工作带来很大的麻烦。为了环保要求,保证污水的处理效果,越来越多的污水处理厂拒绝接受填埋场渗滤液。而且在本工程中,垃圾填埋场离城市污水处理厂很远,直接排入污水处理厂在经济上也是不可行的。向填埋场的循环回喷处理很经济,也有着稳定填埋场等很多好处,但其存在的问题也不少,很显著的是以下两个问题:(1)不能完全
20、消除渗滤液。由于喷洒或回灌的渗滤液量受填埋场特性的限制,因而仍有大部分渗滤液须外排处理。(2)通过喷洒循环后的渗滤液仍需进行处理方能排放,尤其是由于渗滤液在垃圾层中的循环,导致其NH3-N不断积累,甚至最终使其浓度远高于其在非循环(Single Pass Leachating)渗滤液中的浓度。 这种造成二次污染的很不彻底的处理方式也是不可取的。场内预处理场外合并处理的方式容易令人接受。但是渗滤液经过两次处理和两次长距离的运送,本身就是不经济的。而且渗滤液的极不稳定性是推行这种方法最大的阻力。 场内建立独立的场内完全处理系统还受到资金等方面的限制。在过去,很少有垃圾填埋场用场内建场法处理垃圾渗滤
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