城市生活垃圾渗滤液的控制.docx
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城市生活垃圾渗滤液的控制
分类号学号M201473261
学校代码10487密级
硕士课程论文
城市垃圾填埋场渗滤液的控制
学位申请人：
学科专业：
指导教师：
日期：
ADissertationSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirements
fortheMasterCourse
LandfillLeachateControlofMSW
Candidate:
Major:
Supervisor:
HuazhongUniversityofScience&Technology
Wuhan430074,P.R.China
November,2014
摘要
垃圾渗滤液是垃圾填埋过程中产生的一种有机浓度高、成分复杂的污水，对周边生态环境和人们身心健康影响极大。
渗滤液有机物浓度高，且水质波动大，本文详细分析了渗滤液的产生途径及其污染特性；结合国内外垃圾填埋场渗滤液的控制现状，并针对我国填埋场的具体情况，从控制渗滤液的产生、渗漏和加强渗滤液的处理三个方面，系统地阐述了填埋场渗滤液的控制措施；特别是在关于目前渗滤液的处理方式和处理技术方面也做了详细的总结。
最后强调提出，渗滤液的控制必须因地制宜。
关键词：
填埋场渗滤液控制
ABSTRACT
Leachateisakindofhigh-organic-pollutingandcomplexwastewaterwhichiffromtheprocessoflandfills.Itcanaffectenvironmentandpeoples’shealth.Leachateconcentrationoforganicmatterishigh,andwaterqualityisalwaysinlargefluctuations.Thispaperanalyzesthegeneratedwaysofleachateanditscharacteristics;Combinedwithcurrentsituationsoflandfillleachateathomeandabroad,andfocusedonourspecificcircumstancesonlandfills,therearethreepartsproposedtoleadtocorrespondingcontrolmeasuresinsystems,thatis,thegraspinggeneratedways,preventionofleakage,andthestrengtheningmethodsofleachate;Especiallyinregardtothecurrentleachatetreatmentanddisposaltechnologyhasalsodoneadetailedsummary.Finally,stressedtheproposethatlandfillleachatecontrolmustbeadaptedtolocalconditions.
Keywords：
LandfillLeachateControl
目录
摘要I
ABSTRACT3
1引言1
2渗滤液的产生及其污染特性1
2.1渗滤液的产生1
2.2渗滤液的成分2
3渗滤液的控制4
3.1对渗滤液产生的控制4
3.2对渗滤液渗漏的控制5
3.3加强渗滤液的处理6
3.3.1渗滤液的处理方式6
3.3.2渗滤液的处理技术7
4结语8
参考文献9
1引言
随着经济的发展、城市规模的扩大和人民生活水平的提高，固体废物产量与日俱增。
固体废物造成的环境污染日益严重，控制固体废物污染已成为我国急待解决的重大环境问题之一。
垃圾填埋法以费用低、技术成熟等优势，成为我国目前处理垃圾的主要方式[]，全国90%以上的城市垃圾均采用该方法。
然而，在垃圾填埋过程中产生的渗滤液是一种危害较大的高浓度有机废水，对周边水体、土壤、大气、生物等环境污染严重，其中高浓度的COD和BOD使地面水体缺氧，水质恶化，可使地下水丧失利用价值，造成严重的水资源浪费；因而对渗滤液进行有效的污染控制已成为当今城市环境中亟待解决的问题，垃圾渗滤液的处理技术是国际上的研究热点问题之一。
2渗滤液的产生及其污染特性
2.1渗滤液的产生
垃圾填埋技术的机理是利用厌氧发酵方法，将垃圾中的有机物质通过厌氧微生物的作用，转化为二氧化碳、甲烷等无害产物。
由于固体废物自身含有大量水分，在生物转化过程中会以内流水的形式渗滤出来，加上大气降水、地表水入渗及地下水径流等外来水分的影响，垃圾填埋场在使用期直至报废以后都会产生大量的渗滤液。
渗滤液的产生主要来源于降雨及地表水的走向，其次是垃圾中原有的水分和填埋后垃圾在微生物的作用下，其中有机物经过好氧和厌氧反应也会产生渗滤水。
垃圾渗滤液的水量主要取决于大气降水。
渗滤液的水量可由下式计算：
式中：
L—渗滤水产生量，mm/d；
P—降水量，mm/d；
W—垃圾中含有的水分，mm/d；
Q1—外部渗入的水，mm/d；
Q2—从外部地表流失的水，mm/d；
Q3—从填埋场地表流失的水，mm/d；
E1—从填埋场地表蒸发的水，mm/d；
E2—从填埋场植物叶面蒸发的水，mm/d；
H—场持水，mm/d。
该式为理论计算式，在此基础上结合填埋物实际情况可衍生出许多经验公式。
2.2渗滤液的成分
垃圾在填埋场内经过5个阶段：
调整期、过渡期、酸形成期、甲烷形成期、最后成熟期。
在这些过程中存在两种主要作用[]：
一是固体垃圾中有机物分解，形成可溶或挥发性产物，进入渗滤液或大气；另一作用是稳定的腐殖质的合成，这些腐殖质一部分留在垃圾中，一部分进入渗滤液。
这两个作用的综合结果是使渗滤液中浓度有机物增高，主要含有低分子量的脂肪酸，腐殖质类和高分子量的碳水化合物。
中等分子量的灰黄酸类物质，约90%的可溶性有机酸是短链的。
可挥发性脂肪酸中的主要成分是酷酸、丙酸和丁酸。
再之由于垃圾降解产生的CO2溶于垃圾滤液以后使垃圾渗滤液偏酸性，这种酸性环境使得不溶于水的碳酸盐、金属及其金属氧化物等无机物发生溶解。
污染物种类繁多，渗滤液中含量较多的有烃类及其衍生物、酸脂类、醇酚类、酮醛类和酚胺类等，其中有些物质己经列入我国环境优先控制污染物黑名单中。
郑曼英[]等对垃圾渗滤液有机污染物分析结果表明，从垃圾渗滤液中检测出的有机污染物有芳烃类29种，烯烃类18种，酸类5种，脂类5种，醇、酚类6种，醛、酮类4种，酚胺类2种，其它5种。
但不同地区的填埋场、同一填埋场不同时段的渗滤液水质均有很大变化。
表1我国部分城市垃圾渗滤液水质[]
一般垃圾渗滤液水质如表2[]所示。
表2城市垃圾渗滤液的水质特征
发达国家的垃圾成分与我国主要城市的垃圾成分差异很大，食品垃圾和藏渣所占比例明显低于我国，而纸类、玻璃、塑料等则明显高于我国，同时国外垃圾含水率一般为20％~30％，与土壤持水能力相当，而我国垃圾含水率一般在40％～50％，夏季则更高。
这种状况决定了我国垃圾填埋场渗滤液控制既要借鉴国外经验，更要考虑自身特点。
2.3渗滤液的污染特征
渗滤液由于其来源的特殊性，通常具有如下特征：
一是，水质成分复杂、变化大。
渗滤液由于受被填埋垃圾的成分，填埋场的水文地质、气候等众多因素的影响，水质很复杂，垃圾渗滤液内不仅含有有机污染物，还含有重金属和植物性营养物（以氮为主），如果其中混有工业垃圾，渗滤液中还会含有有毒有害有机污染物，水质十分复杂。
二是，氨氮含量高垃圾渗滤液中氨氮浓度很高，占总氮90%以上，且氨氮浓度在一定时期随时间的延长会有所升高，主要是因为有机氮转化为氨氮造成的。
在中晚期填埋场中，氨氮浓度高是垃圾渗滤液的重要特征之一，也是导致处理难度增大的一个重要原因[]。
由于目前多采用厌氧填埋技术，因而渗滤液中的氨氮浓度在填埋场进入产甲烷阶段后不断上升，达到高峰值后延续很长的时间直至最后封场，甚至当垃圾填埋场稳定后仍可达到相当高的浓度。
三是影响范围广，持续时间长。
国内郑曼英等报导[3]，广州市老虎窿填埋场虽然1992年封场，但直至1995年其排放的浸出液BOD、COD、氮和磷仍然超标，其中以氮为甚。
3渗滤液的控制
填埋在整个固体废弃物处理和处置体系中占有重要的地位，和其他方法相比，具有建设投资少、运行费用低、可回收沼气、对垃圾热值无特殊要求、土地可恢复、综合蛟益好等特点。
填埋引发的主要的环境问题是渗滤液造成的污染，采用适当的设计和操作方法或以有效控制渗滤液的质和量，并减少其对周边的污染。
具体地说，对渗滤液的控制可分为三大部分：
首先，尽量避免污染源产生，即控制渗滤液生成的物理的、化学的、生化的反应过程；其次，绝对不产生渗滤液是不现实的，因此对可能产生的渗滤液应控制其渗漏；再次，渗滤液贮留在防渗的填埋场中是有一定限度的，从长远观点看，任何防渗材料都难以有效地防止渗滤液的渗漏。
因此合理设计渗滤液控制系统，采取相关技术对渗滤液进行有效处理也是至关重要的一部分。
3.1对渗滤液产生的控制
渗滤液主要来源于降水、垃圾含水和分解水。
要控制渗滤液的产生，即控制入场垃圾类型，减少水质变化及复杂性，可采取以下措施：
（1）ThomasH．Christensen（丹麦）等人认为[]应通过垃圾源头管理，回收中心等，将城市垃圾中有害的部分，如废电池、过期药品、汞灯等分离出去，从而降低渗滤液中重金属和其他有毒物的浓度。
（2）尽量减少有机生活垃圾入场量，垃圾需经初步分选后，将易腐化的有机成分分离出来，把这些可生物降解的废物堆肥或厌氧发酵制作堆肥，以降低垃圾中有机物含量，严格控制工业废弃物的混填，减少有毒有害有机污染物的产生，从而减少产生渗滤液的可能。
（3）科学设计渗滤液控制系统。
滤液控制系统即是由各种水气导排系统组成的。
作为一个完整的填埋场渗滤液控制系统应包括防渗层、覆盖层（包括表面水排除系统）、渗滤液集排水系统、地下水集排水系统和雨水集排水系统。
气体控制系统往往因与集排水系统连接在一起并且还起着竖式集水管的作用，因此也具备渗滤液控制系统的作用。
场区排水系统的主要作用是最大限度将降水形成的径流或地表水拦截在场外或引出场外，防止其进入垃圾堆体转化成渗滤液。
①场边截洪沟：
拦截外部径流进入填埋区。
一般截洪沟为永久性设施，平原地区填埋场的截洪沟排水量可按城镇雨水重现期计算，山沟式填埋场截洪沟排水量应按其汇水面积进行水文计算确定。
②场内排水设施：
根据填埋场作业区域的划分和填埋区的深度，可在填埋场使用初期未填埋垃圾的区域和高度上设置临时排水渠将未受垃圾污染的雨水分离出来，以减少初期渗滤液的产生量。
随着垃圾填埋区域的扩大和高度的增加，可将这些临时排水渠改造成渗滤液收集渠。
③垃圾堆体覆盖：
应使填埋场部分填埋区域尽快达到可最终覆盖条件。
最终覆盖层一般由排气层、压实隔离层、防渗层、排水层、植被层组成。
这样可以减少垃圾填埋堆体的受水面积,从而减少渗滤液的产生量。
HeikoDoedens和UlfTheilen（德国）[7]指出，要从质和量两个方面对渗滤液加以控制，如限制作业区面积。
或在蒸发条件好的月份以5mm/d的速度喷洒稳定化的渗滤液（BOD5/COD＜0.1），加快填埋场稳定。
为降低渗滤液的浓度，德国常在填埋场底部铺一定厚度的堆肥，并通过渗滤液回灌调节含水率到50％～60％。
美国近年来出现了一种“干理法“的技术，也就是说。
严格限制进入填埋场的水量，使垃圾中无机物占大多数．并着重填埋场顶部覆土层的设计和研究，最大限度地减少外部水的进入。
3.2对渗滤液渗漏的控制
填埋场所有系统中最关键的部位是衬垫或衬垫系统，它与渗滤液收集和排放系统、气体收集系统和封顶系统构成了现代卫生填埋场的四大组成部分。
填埋场的防渗可分为水平防渗和垂直防渗两大类。
水平防渗可以利用天然不透水地质层（渗透系数小于10-7cm/s），对于不具备天然防渗条件的场址，采用人工防渗层。
人工防渗层通常可采用单层或双层防渗土工膜，也可由土工膜和粘土或膨润土复合垫组成复合衬层。
为防止土工膜被刺穿，对土工膜应设有保护层。
垂直防渗根据地质情况可采用灌浆帷幕墙或防渗土工膜。
现在采用的衬层有：
HDPE和粘土复合衬层，膨润土防渗衬层，粘土防渗衬层，沥青混凝土衬层等。
如深圳红梅危险废物填埋场的水平防渗基本符合国际标准，它采用双衬层，第一层为HDPE，底层为HDPE和50cm的改性红壤土组成的复合衬层。
北京北神树城市垃圾卫生填埋场采用添加膨润土的改性粘土衬层，阿苏卫城市垃圾卫生填埋场在场底局部地区铺设膨润土板等。
大部分城市垃圾卫生填理场和部分工业固体废物填埋场采用当地天然粘土或改性土壤防渗衬层。
部分工业固体废物填埋场采用沥青混凝土衬层，也有使用聚乙烯或聚氯乙烯塑料薄膜做为防渗材料[2]。
图1卫生填埋场双层复合衬垫系统示意图
美国卫生填埋场现已普遍采用双层复台衬垫系统防止渗滤液的渗漏，衬垫系统位于填埋场底部和周围侧面，是一种水力隔离措施，可避免废弃物污染周围土地和地下水。
美国《城市固体废物填埋场标准》规定防渗结构采用复合衬层系统，渗沥液收集导排系统必须能保持衬层上的渗沥液水头不超过30cm。
复合衬层系统包括上层的合成人工膜衬层和下层的压实粘土衬层，上层的人工膜厚度不得小于0.75mm，如果人工膜为HDPE膜，则厚度至少为1.5mm。
下层粘土衬层的厚度不得小于60cm，渗透系数应小于1.0×10-7cm/s[]。
3.3加强渗滤液的处理
3.3.1渗滤液的处理方式
渗滤液处理系统主要可分为合并处理和独立处理两种。
所谓合并处理就是将垃圾填埋场的渗滤液引入城市污水处理厂与城市污水混合后进行处理，这也可能包括在填埋场内进行必要的预处理和循环回喷处理。
对于渗滤液，合并处理是一种最简便的方法，因为城市污水处理厂水量较大，对渗滤液可起到稀释、缓冲作用。
但是渗沥液可经预处理排入污水处理厂，应满足以下条件[]：
（1）污水处理厂必须具备深度处理设施；
（2）渗沥液的进入量不得超过该污水处理厂每日污水处理量的0.5%，并应满足负荷小于该污水处理厂平均设计负荷的5%。
（3）渗沥液的总汞、总镉、总铬、六价铬、总砷、总铅等污染物浓度应达到《污染控制标准》规定的浓度限值。
由于有机物和重金属在生物处理污泥中的积累可能使污水厂的污泥用作农肥存在问题，为此，渗滤液处理的可行方案仍是在场内进行单独处理，这就要求对渗滤液的水质及其变化规律有确切的掌握。
处理系统的设计参数应能满足晚期（3~5年以上）渗滤液水质的处理效果，晚期渗滤液与初期渗滤液相比具有BOD5/CODCr低、NH3-N浓度高的特点，也正是因为较高的CODCr、NH3-N浓度而使渗滤液中磷的比例不足，必要时需补充磷。
不论是采用合并处理方案，还是采用场内独立处理方案，都应在填埋场设置足够容积的渗滤液调节池来调节水质和保持后续处理过程有连续稳定的流量。
另外，渗滤液的循环回喷处理对合并或独立处理两个方案都是有利的。
回喷处理具有可加速垃圾的稳定化、减少渗滤液的后续处理水量、降低渗滤液污染物浓度的优点。
另外，回喷处理可使渗滤液水质提前达到晚期渗滤液水质，有利于设计时选择处理工艺。
3.3.2渗滤液的处理技术
渗滤液的处理是城市垃圾填埋场正常运行的必不可少的环节之一[]，正因为渗滤液的成分变化很大，可处理性很难把握，到目前为止，国内外尚无十分完善的处理各种垃圾渗滤液的工艺[]。
常用的垃圾渗滤液处理方式主要有两种：
即物理化学法和生物处理法。
物理化学法主要有混凝沉淀、砂过滤、化学氧化还原、活性炭吸附、离子交换、膜过滤等多种方法。
物化处理可大幅度去除渗滤液中的污染物质，物化法不受水质水量变化的影响，效果稳定，但单独使用物化法的处理成本很高。
生物法分为好氧生物处理、厌氧生物处理以及厌氧一好氧组合生物处理。
好氧处理包括传统活性污泥法、氧化沟、SBR法、好氧稳定塘、生物转盘等等。
厌氧处理包括厌氧污泥床、厌氧固定生物反应器、混合反应器等等。
生物法处理渗滤液运行成本较低，在实际应用中有不少取得较好效果的例子，尤其是对初期（2~5年）渗滤液，COD、BOD的去除率可达到80%~90%以上[]。
生物法还包括了土地法。
渗滤液的土地处理包括慢速渗滤系统（SR）、快速渗滤系统（RI）、表面没流（OF）、湿地系统（WL）、地下渗滤土地处理系统（UG）以及人工快渗滤处理系统（ARI）等多种土地处理系统。
土地处理，主要通过土壤颗粒的过滤，离子交换吸附和沉淀等作用去除滤液中悬浮固体和溶解成分。
其去除机理，唐家富等作了土壤净化试验研究[]，目前用于渗滤液处理的土地法主要是回灌法和人工湿地。
近年来，垃圾渗滤液的非生化法处理研究在世界范围内成为热点，例如膜技术、光催化技术、电解处理技术、有效微生物（EM）技术、Fenton处理技术等。
其中膜技术对水质、水量负荷的变化有较强的适应性，处理效果也比传统生化处理好，使得膜技术成为目前最成功的非生化处理法，西欧、北欧、北美和澳洲地区正逐渐采用新型的膜分离技术处理和净化垃圾渗滤液，其中反渗透（RO）分离技术的应用最为广泛。
我国应用反渗透技术已建成几处垃圾填埋场渗滤液处理厂（如重庆和广州），其出水均可达到国家《生活垃圾填埋场污染控制标准》中的渗滤液一级排放标准。
董春松等[]认为在生化处理困难的情况下，应该采用与其他高效非生物法联合处理的方法，如与物理化学方法、膜处理等技术相结合。
4结语
我国早期的垃圾填埋场多为简易堆场，没有良好的防渗设施、清污分流设施、沼气导出设施和压实、灭菌设施[7]，和其他国家相比，我国垃圾中厨余垃圾比例较大，预处理程度较低。
同时现阶段我国运营的垃圾填埋场虽然一般都设有地表径流导排系统（包括导流坝、环场截洪沟和场内分区截洪沟）。
但对地下径流和降水入渗及最终覆土层的设计考虑不够，因此需要进一步加强管理，提高设计水平，采取适当的渗滤液控制措施，使之不致对地下水地表水、周围土壤和植物产生危害。
最重要的是，由于渗滤液水质的复杂性，必须因地制宜地通过技术经济比较后，合理选择相应的方法，才能实现经济效益、社会效益和环境效益的统一。
参考文献
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