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滲濾液回流對(duì)垃圾填埋場(chǎng)加速穩(wěn)定化的影響研究

論文類型 基礎(chǔ)研究 發(fā)表日期 2004-12-01
來源 環(huán)境科學(xué)與工程
作者 王,琪,董,路,黃啟飛,薛詠海
摘要 王 琪* 董 路 黃啟飛 薛詠海 ( 中國環(huán)境科學(xué)研究院固體廢物污染控制技術(shù)研究所,北京 100012 )   摘要:垃圾填埋場(chǎng)中有機(jī)物的分解速度是制約垃圾填埋場(chǎng)穩(wěn)定的關(guān)鍵因素。加快垃圾填埋場(chǎng)中有機(jī)物的分解是控制垃圾填埋場(chǎng)污染的重要手段。本文通過實(shí)驗(yàn)證明,垃圾滲濾液的回流對(duì)于加速垃圾填埋場(chǎng)中有 ...

王 琪* 董 路 黃啟飛 薛詠海
( 中國環(huán)境科學(xué)研究院固體廢物污染控制技術(shù)研究所,北京 100012 )

  摘要:垃圾填埋場(chǎng)中有機(jī)物的分解速度是制約垃圾填埋場(chǎng)穩(wěn)定的關(guān)鍵因素。加快垃圾填埋場(chǎng)中有機(jī)物的分解是控制垃圾填埋場(chǎng)污染的重要手段。本文通過實(shí)驗(yàn)證明,垃圾滲濾液的回流對(duì)于加速垃圾填埋場(chǎng)中有機(jī)物的分解有著明顯的效果。但是在厭氧條件下,滲濾液的回流不能降低滲濾液中氨氮濃度,甚至增加氨氮的濃度;在厭氧條件下滲濾液的回流對(duì)于填埋場(chǎng)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定沒有明顯的效果。因此在厭氧條件下滲濾液回流對(duì)垃圾填埋場(chǎng)的穩(wěn)定效果是有限的。通過工程措施在填埋層中擴(kuò)大好氧區(qū)域?qū)τ诩铀偬盥駡?chǎng)穩(wěn)定有著明顯的效果。
  關(guān)鍵詞:垃圾;填埋;滲濾液;回流;穩(wěn)定

Research on Effect of Leachate Recirculation on Stabilizing of MSW Landfills
WANG Qi*, DONG Lu, HUANG Qi-fei, XUE Yong-hai
(Research Institute of Solid Waste Management, Chinese Research Academy of Environmental Sciences, Beijing 100012, China)

Abstract: The rate of organic decomposition in municipal solid wastes (MSW) landfill site is key factor in stabilization of landfill site. Accelerating organic decomposition in landfill site is an important method of controlling pollution of landfilling. In our experiment it was found that the leachate recirculation could accelerate organic decomposition obviously. But in anaerobic condition, the recirculation of leachate could not play down NH3-N concentration of leachate. Indeed it could increase NH3-N concentration. In the experiment, it was found that the effect of anaerobic recirculation of leachate on stabilization of landfilling was limited. And enlarging aerobic area in landfilling layer by engineering measure could accelerate stabilization of landfilling obviously.
Key words: MSW, landfill, leachate, recirculating, stabilization

  生活垃圾中含有大量有機(jī)質(zhì)。由于獨(dú)特的生活習(xí)慣和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平,中國的城市生活垃圾中所含的有機(jī)質(zhì)較高,其中廚余物的含量在50%以上[1]。如果包括草木和廢紙等可腐物,則可腐物的含量可以達(dá)到60~70%。目前在我國無論什么區(qū)域,生活垃圾中可腐類廢物都是占大多數(shù)[1]。
  目前在中國,垃圾的直接填埋是垃圾處理的主要方式[2]。當(dāng)這些垃圾進(jìn)入垃圾填埋場(chǎng)后,由于微生物的作用,可腐類廢物中的有機(jī)物被分解。在分解過程中,會(huì)產(chǎn)生大量的污染釋放物,特別是高濃度有機(jī)污水——垃圾滲濾液。這些釋放物會(huì)對(duì)環(huán)境造成巨大的壓力[3]。同時(shí)垃圾中有機(jī)物的分解造成垃圾填埋場(chǎng)長時(shí)間的不穩(wěn)定,而在這一不穩(wěn)定期間內(nèi)垃圾填埋場(chǎng)無法進(jìn)行土地的再開發(fā)利用,從而減少填埋場(chǎng)的土地利用價(jià)值。因此加快有機(jī)物的分解,盡快使垃圾填埋場(chǎng)達(dá)到穩(wěn)定,是垃圾填埋場(chǎng)污染控制的重要手段[4]。
  一般加快填埋場(chǎng)穩(wěn)定所采取的主要方式包括滲濾液回流、在填埋層中創(chuàng)造并擴(kuò)大好氧區(qū)域等[4]。本文通過實(shí)驗(yàn)探討了不同方式對(duì)垃圾填埋場(chǎng)穩(wěn)定化的影響程度。實(shí)驗(yàn)表明,在厭氧條件下高濃度滲濾液回流對(duì)垃圾填埋場(chǎng)穩(wěn)定的影響并不明顯,比較而言填埋場(chǎng)中好氧區(qū)域的存在對(duì)垃圾填埋場(chǎng)穩(wěn)定的影響更強(qiáng)。在準(zhǔn)好氧條件下采用滲濾液的回流可以最大程度地加速垃圾填埋場(chǎng)的穩(wěn)定和減少滲濾液對(duì)環(huán)境的威脅。

1 實(shí)驗(yàn)條件

1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備
  本實(shí)驗(yàn)采用兩套實(shí)驗(yàn)柱進(jìn)行。其中小型實(shí)驗(yàn)柱C為直徑0.2m,有效高度1.0m的玻璃柱。C裝置共有4只實(shí)驗(yàn)柱,分別為C1、C2、C3、C4柱。中型實(shí)驗(yàn)柱A為直徑0.6m,有效高度3.0m的有機(jī)玻璃柱。A裝置也有4只實(shí)驗(yàn)柱,分別為A1、A2、A3、A4柱。填埋柱的材料可以保證在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中不會(huì)與實(shí)驗(yàn)樣品發(fā)生反應(yīng)。
  由于四季的變化和垃圾填埋層中微生物活性的影響,在實(shí)際的氣候變化中垃圾填埋的穩(wěn)定時(shí)間非常長。為了加快實(shí)驗(yàn)的進(jìn)度,本實(shí)驗(yàn)的C柱實(shí)驗(yàn)在恒溫恒濕箱中進(jìn)行。恒溫恒濕箱內(nèi)部空間尺寸為1650(L)×1650(W)×2200(H)mm;恒溫范圍為0~40℃±5℃,恒濕范圍30~90%RH±15%。實(shí)驗(yàn)中采用的濕度為50%,溫度為25℃。
  C柱采用兩種填埋構(gòu)造,同時(shí)采用不同的滲濾液回流工藝。表1為C柱的實(shí)驗(yàn)條件。
  A柱根據(jù)C柱實(shí)驗(yàn)結(jié)果,采用兩種填埋構(gòu)造,并分別采用滲濾液回流與不回流的工藝。表2為A柱的實(shí)驗(yàn)條件。在實(shí)驗(yàn)后期,為驗(yàn)證空氣流通的效果和排氣管道的通氣效果,分別在A1柱和A4柱中安裝蛇形導(dǎo)滲導(dǎo)氣豎管。豎管長度5m,直徑35mm;豎管管壁打孔,孔徑3~4mm,孔間距30mm。豎管內(nèi)填充礫石,礫石粒徑10~20mm。

表1 C柱實(shí)驗(yàn)條件
Table 1 Experimental conditions in simulation columns of Group C

條件C1柱C2柱C3柱C4柱
上部與空氣接觸
下部與空氣接觸
回流液前期清水清水自身滲濾液不回流
后期高濃度滲濾液高濃度滲濾液高濃度滲濾液
前期回流量500ml/week500ml/week500ml/week——

表2 A柱實(shí)驗(yàn)條件
Table 2 Experimental conditions in simulation columns of Group A

條件A1柱A2柱A3柱A4柱
上部與空氣接觸
下部與空氣接觸
滲濾液回流

1.2 實(shí)驗(yàn)樣品
  在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中,采用了兩種實(shí)驗(yàn)樣品。由于C柱結(jié)構(gòu)尺寸較小,為保證實(shí)驗(yàn)的穩(wěn)定性和均勻性,采用了半人工配置的垃圾,即用中國環(huán)境科學(xué)研究院食堂垃圾配入部分廢塑料、廢紙、廢金屬、草木樹枝等。樣品均破碎至1cm見方。樣品配置參照北京市垃圾成分調(diào)制,其組成比例見表3。表4為C柱實(shí)驗(yàn)樣品的特性分析值。
  A柱實(shí)驗(yàn)采用北京市清潔車輛四場(chǎng)收集的朝陽區(qū)城市生活垃圾。垃圾組成見表5。表6為A柱實(shí)驗(yàn)垃圾樣品的特性。

表格3 C柱垃圾實(shí)驗(yàn)樣品組成成分(重量 百分比)
Table 3 Composition of garbage sample used in the experiments of Group C (%)

樣品成分廚余草木紙類織物塑料金屬磚瓦玻璃渣土
比例/%47.8213.0716.883.672.211.094.3610.89

表格4 C柱垃圾實(shí)驗(yàn)樣品特性(平均)
Table 4 Garbage properties in experiments of Group C (average)

裝填重量/kg密度(kg/m3三 成 分 / %
水分揮發(fā)分灰分
28.1073051.7329.7218.55

表5 A柱垃圾實(shí)驗(yàn)樣品組成成分(重量 百分比)
Table 5 Composition of garbage sample used in the experiments of Group A (%)

樣品成分廚余草木紙類織物塑料金屬磚瓦玻璃渣土
比例/%57.720.8610.650.657.801.805.9214.59

表格6 A柱垃圾實(shí)驗(yàn)樣品特性(平均)
Table 6 Garbage properties in experiments of Group A (average)

裝填重量/kg密度/kg/m3三 成 分 / %
水分揮發(fā)分灰分
505.32679.251.0117.1931.8

1.3 分析方法
  本次實(shí)驗(yàn)主要進(jìn)行了滲濾液中pH值、COD、BOD5、NH3-N和垃圾(固體)樣品的水分、揮發(fā)分、灰分、有機(jī)物含量以及垃圾組分等項(xiàng)目的測(cè)定。分析方法分別采用相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[5]。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 C柱實(shí)驗(yàn)滲濾液變化
  圖1所示為C柱實(shí)驗(yàn)過程中滲濾液中COD濃度變化曲線。從圖中可以看出,在實(shí)驗(yàn)的前期,進(jìn)行滲濾液回流的C3柱產(chǎn)生的滲濾液COD濃度變化與回流清水的C1柱、無回流的C4柱產(chǎn)生的滲濾液COD濃度變化基本一致。從實(shí)驗(yàn)的第21周開始,三個(gè)實(shí)驗(yàn)柱的滲濾液水質(zhì)變化出現(xiàn)不同,C3柱滲濾液COD濃度的下降速度明顯加快,而C1柱滲濾液COD濃度的下降速度卻相對(duì)緩慢。
  C4柱滲濾液COD濃度的下降速度也較快。實(shí)際上這是由于沒有外界水分進(jìn)入填埋柱,滲濾液產(chǎn)生量極少,COD測(cè)定結(jié)果難以代表填埋層中實(shí)際滲濾液有機(jī)物濃度。在實(shí)驗(yàn)的第50周向C4柱中注入清水,則產(chǎn)生的滲濾液COD濃度為35000mg/L。而這時(shí)C1、C2、C3柱產(chǎn)生的滲濾液中COD濃度分別為905、739和3203mg/L。這說明如果填埋層中水分不充足,其中的有機(jī)物就無法充分降解,當(dāng)有外界水分進(jìn)入時(shí),未分解完全的有機(jī)物大量溶入水中,從而產(chǎn)生含高濃度有機(jī)物的滲濾液。
  滲濾液回流對(duì)于滲濾液穩(wěn)定時(shí)間的影響是明顯的。C1柱滲濾液水質(zhì)變化在第41周開始平緩,在60周達(dá)到最低點(diǎn);C3柱在第27周開始平緩,在33周達(dá)到最低點(diǎn)。也就是說滲濾液回流可以使?jié)B濾液水質(zhì)在最短的時(shí)間里達(dá)到穩(wěn)定。但是在達(dá)到穩(wěn)定后,C1、C3柱滲濾液中NH3-N濃度較高,特別是C3柱達(dá)到3100 mg/L(見表7[6])。這主要是由于滲濾液的回流使NH3-N在填埋層中積累造成其濃度增高。
  C2柱在整個(gè)實(shí)驗(yàn)中的效果明顯。其滲濾液COD濃度下降最快。在第20周,C2柱出水水質(zhì)變化趨于平緩,但是在以后的30周內(nèi)滲濾液水質(zhì)仍然繼續(xù)發(fā)生變化,直至第52周達(dá)到最低點(diǎn);這時(shí),與其他柱滲濾液相比C2柱滲濾液COD和NH3-N濃度最低。

圖1 C柱實(shí)驗(yàn)滲濾液水質(zhì)變化
Fig. 1 COD concentration of leachate as a function of time from Group C

表7 C柱各填埋模擬柱填埋初期與穩(wěn)定期滲濾液水質(zhì)
Table7 Leachate quality and stabilization time of Group C

柱號(hào)

滲濾液狀態(tài)

水質(zhì) / mg/L測(cè)定日期

(年/月)

CODCrBOD5NH3-NpH
C1填埋初期702004400029006.031998/03
穩(wěn)定期592813208.061999/05
C2填埋初期770006100028806.031998/03
穩(wěn)定期398182.438.321999/03
C3填埋初期進(jìn)水805006010030206.011998/03
出水817005400033406.02
穩(wěn)定期進(jìn)水920004300030006.691998/11
出水330038031008.59
C4填埋初期770004400035005.971998/03

穩(wěn)定期

260001220034008.531999/03

2.2 A柱實(shí)驗(yàn)滲濾液變化
  圖2所示為A柱滲濾液COD濃度變化曲線[7]。與C柱實(shí)驗(yàn)相比,A柱實(shí)驗(yàn)更接近實(shí)際情況。而且對(duì)準(zhǔn)好氧填埋構(gòu)造實(shí)驗(yàn)柱也分別進(jìn)行了滲濾液回流的對(duì)比實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)表明,進(jìn)行滲濾液回流的實(shí)驗(yàn)柱產(chǎn)生的滲濾液COD濃度下降速度均比相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)柱要快。但是在圖3所示的A柱滲濾液NH3-N濃度變化顯示,在同樣的時(shí)間內(nèi)NH3-N濃度卻沒有明顯變化。
  為加強(qiáng)A1柱和A2柱的空氣流通效果,在實(shí)驗(yàn)的91周對(duì)這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)柱結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改造,加入了蛇形導(dǎo)滲導(dǎo)氣豎管[4]。實(shí)際上,結(jié)構(gòu)改造后對(duì)滲濾液水質(zhì)的影響是決定性的,這從圖2和圖3中可以看出。當(dāng)A1柱和A2柱結(jié)構(gòu)改造后,滲濾液COD濃度均大幅度下降。特別需要說明的是,滲濾液中氨氮的變化行為受結(jié)構(gòu)改造的影響最大。在改造之前,即使A1柱滲濾液出現(xiàn)COD濃度大幅度下降,氨氮濃度仍然非常高。但是在結(jié)構(gòu)改造后,A1柱和A4柱滲濾液氨氮濃度均大幅度下降。
  與此相反,A2和A3柱滲濾液NH3-N濃度在實(shí)驗(yàn)的兩年內(nèi)基本沒有大的變化,甚至在后期還有升高的趨勢(shì)。因此可以看出,滲濾液回流對(duì)滲濾液NH3-N濃度變化的影響不是很大。
2.3 C柱拆柱實(shí)驗(yàn)
  在2001年8月對(duì)已經(jīng)進(jìn)行了4年實(shí)驗(yàn)的C柱進(jìn)行了拆柱。拆柱后對(duì)柱內(nèi)殘存垃圾進(jìn)行了各項(xiàng)分析,

圖2 A柱實(shí)驗(yàn)滲濾液COD濃度變化
Fig. 2 COD concentration of leachate as a function of time from Group A

圖3 A柱滲濾液氨氮變化曲線
Fig. 3 NH3-N concentration of leachate as a function of time from Group A

  表8是拆柱后的實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果[7]。在厭氧構(gòu)造實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中出現(xiàn)奇怪現(xiàn)象,即沒有進(jìn)行滲濾液回流也沒有模擬降水的C4柱的物料和有機(jī)物的降低率高于進(jìn)行了滲濾液回流、微生物分解活性應(yīng)該強(qiáng)于C4柱的C1和C3柱。其中的原因尚不清楚,可能是分析或操作誤差造成的。而比較C1和C3柱數(shù)據(jù),一直進(jìn)行滲濾液回流的C3柱有機(jī)物分解率低于回流清水的C1柱。這說明在厭氧條件下滲濾液回流對(duì)垃圾填埋場(chǎng)中有機(jī)物的分解并沒有明顯的影響。
  C2柱數(shù)據(jù)卻以非常明顯的優(yōu)勢(shì)表明在垃圾填埋過程中空氣流通對(duì)加速穩(wěn)定的作用,即通過工程手段造成填埋層中的好氧區(qū)域,將會(huì)大大加快填埋場(chǎng)的穩(wěn)定速度,進(jìn)而減小填埋場(chǎng)對(duì)環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)壓力。

3 討論

3.1 滲濾液回流對(duì)有機(jī)物降解的影響程度
  從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出,滲濾液回流可以加快有機(jī)物的降解,可以使?jié)B濾液COD濃度較快地下降。但是滲濾液回流對(duì)于滲濾液中NH3-N濃度變化的影響并不明顯,而且由于積累作用有可能造成NH3-N濃度升高。在厭氧條件下滲濾液回流不能使?jié)B濾液NH3-N濃度下降,這在兩組實(shí)驗(yàn)中都得到明確結(jié)論。這是因?yàn)樵趨捬鯒l件下微生物不能進(jìn)行NH3-N的硝化反應(yīng),所以NH3-N不能被分解[8]。因此,在厭氧條件下滲濾液回流對(duì)NH3-N的去除沒有任何作用。相反,由于滲濾液回流造成NH3-N的積累,會(huì)使NH3-N濃度升高;再加上其他生物代謝反應(yīng)產(chǎn)物的積累,有可能抑制微生物的活性,降低生物分解的效應(yīng)。

表8 C柱拆柱實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
Table 8 Data of survey on disassembling experiment of Group C

柱 號(hào)C1C2C3C4
柱內(nèi)物料重量 (干重) /kg6.44.96.96.6
物料沉降高度 /cm11.0 22.0 6.5 5.0
物料體積 /L27.96 24.50 29.37 29.85
有機(jī)物含量 (干基) /%41.1026.8143.3040.40
物料重量降低率 (干基) /%39.5752.6733.9139.84
有機(jī)物重量降低率 /%59.6079.3653.4460.46

  因此在厭氧條件下,滲濾液回流對(duì)于加快滲濾液水質(zhì)穩(wěn)定的效果是有限的。
3.2 滲濾液回流對(duì)填埋場(chǎng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的影響
  在C柱的拆柱實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)(見表9)中可以看出,C1柱的物料沉降高度要大于C3柱,而且C1柱的物料重量降低度和有機(jī)物重量降低度也都要大于C3柱。這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果與滲濾液回流可以促進(jìn)有機(jī)物分解的論斷是完全不同的。
  造成這一現(xiàn)象的原因可能有以下幾點(diǎn):
 ?、?滲濾液回流在填埋早期可以加快填埋場(chǎng)中微生物的生物量,使得微生物分解有機(jī)物的能力加大。但是這一效應(yīng)是有限的,在微生物量增加到一定程度后分解有機(jī)物的能力不會(huì)隨微生物量的增加而加大。相反,由于滲濾液回流造成NH3-N以及其他代謝產(chǎn)物的積累而抑制微生物的活性,造成有機(jī)物分解速度的下降。而回流清水可以帶走一部分代謝產(chǎn)物,可以促進(jìn)微生物的活性;
 ?、?高濃度滲濾液回流實(shí)際是增加了填埋場(chǎng)內(nèi)有機(jī)物量。在厭氧條件下微生物分解有機(jī)物的能力有限,有機(jī)物的增多加重了生物分解的負(fù)擔(dān),使得有機(jī)物分解率下降。而回流清水可以帶走大量的可溶解有機(jī)物,造成了填埋場(chǎng)中有機(jī)物的下降;
 ?、?長時(shí)間實(shí)驗(yàn)過程中產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)誤差。
  造成這種現(xiàn)象的具體原因需要在進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)中確認(rèn)。但是與C2柱實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相比較至少可以說明,在厭氧條件下滲濾液回流對(duì)于填埋場(chǎng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性沒有明顯的效果。
3.3 填埋構(gòu)造對(duì)填埋場(chǎng)穩(wěn)定的影響
  實(shí)驗(yàn)表明,無論是否采用滲濾液回流,采用準(zhǔn)好氧填埋構(gòu)造的有機(jī)物分解率、滲濾液COD濃度和NH3-N濃度的下降速度都比厭氧構(gòu)造的實(shí)驗(yàn)結(jié)果要好。而在準(zhǔn)好氧構(gòu)造條件下滲濾液回流可以大大降低其中有機(jī)物的濃度(包括NH3-N濃度),可以起到滲濾液處理器的作用。
  在A柱實(shí)驗(yàn)過程中,為增加填埋柱內(nèi)空氣流通的效果,為A1柱和A4柱安裝了導(dǎo)氣豎管。從圖2和圖3中可以看出,導(dǎo)氣豎管的安裝對(duì)于垃圾填埋的穩(wěn)定起著關(guān)鍵作用。對(duì)于A1柱,在安裝導(dǎo)氣豎管之前滲濾液COD濃度已經(jīng)大幅度下降,但是滲濾液NH3-N濃度卻沒有發(fā)生明顯的變化。與填埋初期相比,第90周時(shí)(安裝導(dǎo)氣豎管前)滲濾液COD已經(jīng)下降了95%,而滲濾液NH3-N 只下降了49%。在填埋初期,滲濾液COD:NH3-N(濃度比)為100:3.5,而在此時(shí)這一比值變?yōu)?00:35。出現(xiàn)這一現(xiàn)象的主要原因是由于在A1柱內(nèi)大部分區(qū)域是厭氧區(qū)域。在A1柱底部和頂部,雖然垃圾層與大氣接觸,但是空氣滲入影響區(qū)域不能包括所有的垃圾。C柱實(shí)驗(yàn)中的C2柱實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明,當(dāng)垃圾層厚度低于一定值時(shí),雖然實(shí)驗(yàn)柱內(nèi)沒有導(dǎo)氣豎管,滲濾液NH3-N濃度依然會(huì)在很短的時(shí)間內(nèi)大幅度降低(見表7)。這說明填埋場(chǎng)作業(yè)面的暴露對(duì)于垃圾填埋層有機(jī)物的降解有促進(jìn)作用,但是作用是有限的,因?yàn)榭諝獾臐B透厚度是有限的。由于好氧區(qū)域有限,氨氮的硝化效應(yīng)有限,氨氮的分解率低;同時(shí)滲濾液回流造成氨氮的積累。所以造成了安裝導(dǎo)氣豎管之前滲濾液NH3-N濃度高。
  A4柱滲濾液COD和NH3-N濃度在安裝導(dǎo)氣豎管之前沒有出現(xiàn)大幅度下降的現(xiàn)象。與填埋初期相比,第90周時(shí)(安裝導(dǎo)氣豎管前)滲濾液COD僅下降了21%,而滲濾液NH3-N 也僅下降了29%;但是滲濾液COD:NH3-N(濃度比)卻由100:3.5變?yōu)?00:3.1。這是由于沒有滲濾液回流,沒有微生物的接種效應(yīng)。而由于空氣的滲透厚度有限,填埋層中大部分區(qū)域處于厭氧狀態(tài),微生物的繁殖速度和有機(jī)物的分解速度都很低。但是由于存在好氧區(qū)域和微氧區(qū)域,可以部分完成氨氮的硝化和反硝化,使得氨氮濃度的降低率大于COD的降低率。
  在安裝導(dǎo)氣豎管后,由于導(dǎo)氣豎管的作用,在填埋層中大大擴(kuò)大了好氧區(qū)域,使得好氧菌成為優(yōu)勢(shì)菌種。而好氧菌的有機(jī)物分解速度要大大高于厭氧分解。與安裝導(dǎo)氣豎管前的第90周相比,安裝后的第92周滲濾液COD濃度下降了62.3%, NH3-N濃度下降了58.8%。
  由以上分析可以看出,相對(duì)于滲濾液回流,填埋場(chǎng)結(jié)構(gòu)的好氧改造對(duì)氨氮的去除更有效。當(dāng)安裝導(dǎo)氣豎管后,在導(dǎo)氣豎管周圍形成好氧區(qū)域;在好氧區(qū)域和厭氧區(qū)域之間會(huì)有一個(gè)含氧量逐漸減少的過度區(qū),即存在著含氧量較低的微氧區(qū)域。由于垃圾層密度不均勻和孔隙率的不均勻,使得這些區(qū)域的厚度不均勻。因此當(dāng)滲濾液在填埋層內(nèi)遷移過程中,不斷交替穿過好氧、微氧區(qū)和厭氧區(qū)域,完成硝化和反硝化反應(yīng),達(dá)到脫氮的目的。

4 結(jié)論

  (1) 在垃圾填埋場(chǎng)中,滲濾液的回流對(duì)于垃圾場(chǎng)中有機(jī)物的降解有著明顯的促進(jìn)效果,可以大幅度降低滲濾液中有機(jī)物濃度。但是在厭氧條件下,滲濾液回流沒有明顯的脫氮效果,甚至造成滲濾液含氮量增高;同時(shí)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明,在厭氧條件下滲濾液回流對(duì)填埋場(chǎng)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定沒有明顯的效果。因此,在厭氧條件下滲濾液回流對(duì)填埋場(chǎng)穩(wěn)定作用是有限的。
  (2) 準(zhǔn)好氧填埋構(gòu)造可以有效地加快填埋場(chǎng)中有機(jī)物的分解。但是如果沒有有效的空氣流通渠道,垃圾填埋層中好氧區(qū)域太小,不能完全發(fā)揮其功效;而正確、恰當(dāng)?shù)匕惭b導(dǎo)氣豎管可以使空氣在填埋層中順暢流動(dòng),形成較大的好氧區(qū)域,使?jié)B濾液可以在厭氧、微氧和好氧區(qū)域之間流動(dòng),順利完成有機(jī)物的分解和含氮有機(jī)物的氨化、亞硝化、硝化和反硝化的整個(gè)脫氮過程,促進(jìn)垃圾填埋場(chǎng)的穩(wěn)定化和有效地控制垃圾填埋場(chǎng)的污染。因此,導(dǎo)氣豎管的安裝是發(fā)揮準(zhǔn)好氧填埋效果的關(guān)鍵因素。
  (3) 鑒于在厭氧條件下滲濾液回流對(duì)填埋場(chǎng)穩(wěn)定的效果有限,同時(shí)考慮到中國目前大多為厭氧填埋,所以應(yīng)該尋找新的填埋工藝。首先可以在填埋場(chǎng)中設(shè)置與滲濾液集水管連通的排氣管,創(chuàng)造好氧區(qū)域。這種改造的效果已在實(shí)驗(yàn)中得到驗(yàn)證(見圖2和圖4)。下一步需要進(jìn)行改造工藝和方法研究。其次考慮到完全厭氧環(huán)境無法完成NH3-N的硝化反應(yīng),造成滲濾液NH3-N的積累,從而使?jié)B濾液NH3-N濃度升高。所以設(shè)想在滲濾液循環(huán)過程中增加滲濾液曝氣的過程,使之完成NH3-N的硝化反應(yīng),從而可以徹底分解NH3-N,解決滲濾液回流造成NH3-N濃度高的問題。目前我們正在進(jìn)行這一回流工藝的實(shí)驗(yàn)研究。

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基金項(xiàng)目: 國家863高科技研究發(fā)展項(xiàng)目(2001AA644010)

作者簡介: 王琪(1957~), 男,研究員,所長,固體廢物污染控制首席科學(xué)家,主要研究方向?yàn)楣腆w廢物管理和處理處置技術(shù)。

*通訊作者:E-mail:wangqi@craes.org.cn

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