生活垃圾填埋场渗滤液性质随时间变化关系研究

生活垃圾填埋场渗滤液性质随时间变化关系研究1楼紫阳，赵由才*，宋玉，李雄，刘振宇同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室，上海20092摘要：通过对上海老港填埋场不同年份渗滤液的取样分析，测定了以下参数：电导率、ORP、CODCr、NPOC、NH3-N、TN、正磷酸盐与总磷、pH、阴离子（F-、Cl-、Br-、SO42-），并建立了各参数与时间的关系。发现不同的渗滤液指标随填埋时间延长，其变化趋势略有差异，其中NPOC、COD、N、P、pH、电导率等指标值随时间的延长，总体表现为降低趋势；而ORP则逐渐升高；阴离子等变化趋势不明显，呈现波动趋势。对于相同变化趋势的指标，其降解过程也并不一致，对于含C物质－NPOC和COD，经4年降解后分别达到500mg·L-1和2000mg·L-1；对于含N物质，则可分为三个阶段，前4年的快速降解阶段，随后3年的中速降解，最后进入慢速降解阶段稳定在500mg·L-1以内；TP含量随填埋时间在开始的9年内降解迅速，从35mg·L-1降到3.4mg·L-1，后基本维持稳定值；pH值则在开始的7年内下降较快，随后变化不大；电导率在填埋开始的7年内下降较快；而ORP则在开始的9年内上升较多。同时发现，随着填埋时间的延长，NPOC/TOC、NH3-N/TN、正磷酸盐/TP比例总体表现为降低，硫酸根/Cl-比例有稍微升高，最终保持在0.2左右。关键词：渗滤液，老港填埋场，不同时间，性质表征CharacteristicsofleachatewithdifferentagesfromLaogangRefuseLandfillLouZiyangZhaoYoucai*SongYuLiXiongLiuZhengyuTheStateKeyLaboratoryofPollutionControlandResourceReuse,TongjiUniversity,Shanghai200092Abstract:LeachatewithdifferentageswerecollectedfromLaogangLandfillinShanghai,China,andtheparameters,suchasconductivity、ORP、CODCr、NPOC、NH3-N、TN、orthophosphate、TP、pH、anionions(F-、Cl-、Br-、SO42-),weredetermined,andtherelationshipbetweentheparametersandtimeswereco-related.Itisfoundthatvaluesoftheseparameters,suchasNPOC、COD、N、P、pH、conductivity,generallydecreasedandORPincreasedandanionsfluctuated,astimeextended.NPOCandCODdecreasedquicklyinthefirst4yearsto500mg·L-1and2000mg·L-1,respectively.ThedecompositionprocessofNcanbedividedintothreestages,i.e.,degradationfastestinthefirst4years,andthendegradationslowinthenext3years,whileslowerdegradationinthelatter6years,whichreachedtobelow500mg·L-1.TPdecreasedquicklyinthefirst9years,andthenreachedtoastablevalueofaround3.4mg·L-1.pHdeclinedslightlyinthe1本工作受到国家自然科学基金(No.20177014)，教育部2005年重大科技项目(No.305005)和2005上海市科委重重大项目资助（No.05DZ12003）SupportedbyChinaNationalNaturalScienceFoundation(No.20177014);2005KeyProjectofScienceandTechnologyofChinaEducationMinistry(No.305005);2005KeyProjectofShanghaiScienceandTechnologyCommission（No.05DZ12003）楼紫阳，男，1980年生，现为同济大学环境学院博士生，研究方向：固体废弃物处理及资源化，以及高浓度有机废水处理。Biography:LouZiyang(1980~),male,PhD.CandidateofTongjiUniversityfirst7years,andthenalmostreachedtoastablevalueofaround7.5.Forconductivity,itdecreasedfastintheinitial7yearsafterlandfillwhileORPincreasedremarkablyinthefirst9years.ItisalsofoundthatratiosofNPOC/TOC、NH3-N/TN、orthophosphate/TPinleachatesdeclinedingeneralasageextended,whileratiosofSO42-/Cl-increasedslightly,andultimatelyreachedtoabout0.2.Keywords:Leachate,LaogangLandfill,differentages,characteristics1.引言填埋场稳定化过程的研究，对于填埋场建设、设计以及管理具有重要的作用。为得到填埋场内生物降解过程以及垃圾的自然衰减规律，需对不同时间的垃圾进行取样研究，但由于研究费用、取样要求以及填埋方式（我国通常采用山谷型填埋）等原因，使得很难对同一个填埋场各时间段的垃圾进行取样分析(朱青山等，1996；Jensen,etal.1999;赵由才等，2000)。而对于不同填埋场，则由于垃圾来源、气候、操作方式、地质状况等原因，使得各个年龄段垃圾的性质相差较多。填埋场稳定化过程主要考察渗滤液组成产量的变化、垃圾成分沉降的变化以及填埋气组成产量的变化，其中渗滤液组成变化能较为直观的反映填埋场的稳定化进程。基于以上原因，虽然已有不少关于填埋场稳定化过程的研究，但大都以实验室模拟实验为主，且所用垃圾的规模主要集中于几百公斤到几千公斤垃圾(朱青山等，1996；Jensen,etal.1999;赵由才等，2000;谢强等，2003；杨玉飞等，2005)，目前文献报道中最大的模拟装置为赵由才等于1995年进行的一个垃圾稳定化现场试验，所用垃圾量也只有10800吨（面积3000m2）（赵由才等，2000），相对于垃圾填埋场动则填埋上千至上万吨/天的规模，仍有一定的差距。总结起来，此类模拟试验，主要存在以下几个问题：①垃圾量较少，不能有效保证渗滤液量，一般此类规模的垃圾如果不通过外加水量，其自产渗滤液通常在2～3个月内即消失；实验过程中为了保证渗滤液产生量，一般都是通过外加水源，类似于对垃圾的淋溶试验；②实际填埋场一般每天都填埋新鲜垃圾，而模拟过程由于试验容器等的限制，使得一般都是开始阶段装填好垃圾后，基本都以此垃圾作为渗滤液的母体，而没有考虑新鲜垃圾携带水分的淋洗以及原有垃圾降解过程产生的微生物接种作用；③一般填埋场中虽然要求及时导排水份，但总会有部分水分的积累，而水分可有效加速填埋场的稳定化过程以及促进渗滤液的降解，而模拟过程其水分积累很少；④模拟过程试验装置的壁效应相对实际填埋场要严重，使得渗滤液与垃圾的接触时间与面积明显减少；⑤由于人员变动、经费问题，使得试验模拟过程一般只持续3～5年，对于推测出的降解规律其相对数据量较少；⑥虽然也有部分学者对实际填埋场进行了监测，但一般也由于经费以及其它原因，只是对3～5个不同的填埋场进行取样分析，持续时间一般少则几个月，多则2～3年。这样使得不同气候、不同垃圾组成、不同填埋方式影响了渗滤液性质随时间的变化状况。因此，对于垃圾来源较为一致的实际填埋场，通过长时间研究其产生的渗滤液性质随时间的变化状况，对于了解填埋场的稳定化过程，渗滤液的实际降解规律以及最终物质的组成具有重要的意义。本文主要通过收集上海老港填埋场不同填埋时间单元的渗滤液，分析其性质的变化规律，了解渗滤液组分随着稳定化时间推移的变化过程。2.采样流程与分析方法2.1老港填埋场简介老港填埋场作为我国目前最大的填埋场，坐落于上海市南汇区，始建于1985年，1991年正式投入运行。垃圾填埋采用单元操作的方式，每个填埋单元约10公顷，一般可填埋大约3～4个月的垃圾。老港填埋场每天接受上海市产生的75％垃圾，约9000吨/天。采用分期建设，已完成三期工程，目前正在进行四期工程的建设，并于2005年初投入运行。目前老港处置场填埋区面积5134亩，其中1号填埋场2400亩，2号填埋场1500亩，3号填埋场1234亩。前三期项目的场地基本已经填埋完毕，其具体的填埋垃圾量以及相应的位置都有较为详细的记录，老港填埋场前三期的平面图见图1，各填埋单元相应的填埋时间见表1。老港填埋场分单元填埋方式能有效解决以往填埋场渗滤液研究中的问题：填埋场垃圾都来自同一城市，而上海市在90年代初即已实现了家庭气化工程，因此进入填埋场的垃圾可认为具有一定的相同性；不同填埋单元位于同一种滩涂型地质，具有相同的地质要求及气候要求；不同填埋单元的垃圾填埋操作方式基本类似；填埋场管理部门对于每一单元都有良好的记录，方便采样；封闭后的填埋单元不采用渗滤液外排方式，使得各单元内渗滤液能消除排放过程的外界影响因素。湿三期工程已建围堤七九塘距老港镇2km填埋场内堤1#码头港池区区进场道路区生活北活生区南5号桥2#码头港池三期工程已建围堤(12)填埋场南堤地苇芦(13)图1老港填埋场各填埋单元分布平面图Figure1theschematicmapofLaogangRefuseLandfill表1填埋单元与垃圾年份的对应关系Table1ageofrefuseinthelandfillandtheirrelativeplacementsite填埋单元垃圾年份填埋时间(a)填埋单元垃圾年份填埋时间(a)16＃1991年1423＃1998年732＃1992年1310＃1999年631＃1993年1254＃2001年440＃1994年1119＃2002年312＃1996年949＃2003年22.2采样流程虽然填埋场的本体物质－垃圾具有较大的异质性，但由于老港填埋场封闭单元内渗滤液不外排，所以底部积累的水样具有良好的流通性。因此本实验过程中，采用随机采样方式，基本可以认为每个单元内部的渗滤液能够有效代表特定年限垃圾所产生的渗滤液。采样具体流程如下：选用型号WY160的履带式挖掘机，斗容量1.6m3，液压驱动，最大转速9rmp，最大挖掘深度4.5m，最大挖掘半径7.38m，理论生产能力384m3·h-1；筛选采用孔径为50mm的滚筒筛，筛分量约为20～30t·h-1。采样过程一般先移去表面30～40cm的覆土层，再进行挖掘，一般挖掘3m左右，可见到渗滤液，等待半个小时，通过填埋场垃圾的自重，可使渗滤液集中到挖掘坑内，收集渗滤液于采样瓶中，尽快避光冷冻送到实验室进行分析。2.3分析方法为了尽可能了解渗滤液的性质及随时间的变化，在实验可行的条件下，本试验选用了以下一些参数：电导率、ORP、CODCr、NPOC、NH3-N、TN、正磷酸盐与总磷、pH、阴离子（F-、Cl-、Br-、SO42-）等作为渗滤液的污染指标。各参数的具体测定分析方法如下：电导率：采用上海雷磁仪器厂生产的DDS-307型电导率仪进行测定；pH：采用上海雷磁仪器厂生产的PHS-3C精密pH计直接测定；