回灌对渗滤液中营养物质的处理作用

摘要：本论文采用四座规模为42m3的模拟实验柱（垃圾有效填埋量30t），1号、2号和3号实验柱每周分别回灌填埋垃圾量5.3%，2.7%和0.67%的渗滤液，4号实验柱每周回灌填埋垃圾量0.33%的清水作为控制柱进行对比，对生物反应器填埋场回灌量对渗滤液中N、P元素的去除效果进行了中试研究。实验结果表明，回灌对渗滤液中的营养物质起到了很好的去除作用。

关键词：生物反应器填埋场；渗滤液；回灌

Effects of leachate recirculation on its nutrient substance

Zhang Chaoping 1，Zhou Shengyong 1，Jiang Jianguo 2，

(1. Shenzhen Xiaping Sanitary Landfill, Shenzhen 518019, P.R.China；2. Department of Environmental Science and Engineering, Tsinghua University, Beijing, 100084, P.R.China)

Abstract: This paper studied the impacts of recirculation volume on removing element N、P of the leachate. Four simulated bioreactor landfill columns were operated weekly with different recirculation ratios, respectively 5.3%, 2.7%, 0.67% leachate and 0.33% water, in this comparative research. The results indicate that: leachate recirculation brings good effects on removing its nutrient substance

Keywords: bioreactor landfill; leachate; recirculation

渗滤液回灌是一种简单的增加填埋场内部湿度，加速填埋场稳定化进程的方法，同时还能降低渗滤液污染物浓度，加速填埋气体产生[1,2]。采用渗滤液回灌技术的生物反应器填埋场已经由实验室规模实验走向中试规模实验和全规模实验并开始得到实际应用。截至1993年，在美国、德国、英国和瑞典，已经有接近20个生物反应器填埋场[3]。北美固体废弃物组织1997年的调查表明，在美国境内，已经有超过130个填埋场实行了渗滤液回灌[4]，积累了相当丰富的运行管理经验。

渗滤液回灌过程中，栖息于覆盖土壤、垃圾体中的微生物能吸收利用大量的有机污染物，而有机和无机胶体的吸附、络合和螯合、离子交换、机械阻留对渗滤液也有一定的处理作用[5]。处理渗滤液也是生物反应器填埋场的主要优势之一，回灌对渗滤液处理效果的考察是本试验研究的重点内容之一。渗滤液中含有大量的营养物质，主要是N、P等元素，N和P在生物法中、特别是厌氧工艺中，去除效率较低，对于有机物浓度高且普遍采用厌氧方法处理的渗滤液而言，需要单独添加脱氮除磷工艺以使其达标排放。下坪填埋场使用吹脱法去除氨氮，运行费用很高。在以往的文献报道中，厌氧型生物反应器填埋场对N和P的去除效果很小，而局部改进了氧化还原环境的局部兼氧型填埋场则有更好的去除效果[6-10]。渗滤液回灌对N和P的去除效果，是本试验考察的主要目的。

1、实验装置及实验方法

1.1 实验装置

本实验由四个平行的中试规模实验柱和相应的集水池组成，实验柱结构如图1所示。

图1 中试实验柱结构示意图

Fig.1 Schematic of simulated bioreactor column

实验柱规模为2.5×3×5.5 m3，池壁在不同高度设有采样口两个，并设置有温度探头。各实验柱中均填入净高4m的垃圾，垃圾的下部和上部均有HDPE网和砾石作为导水和导气层，实验柱内壁以及顶部均用HDPE膜焊接密封。上层砾石中埋有渗滤液布水管和填埋气体收集管，渗滤液布水管连接到渗滤液调节池，填埋气体收集管接有阀门和累积型气体流量计。下层砾石中埋有渗滤液出水管，用于收集实验柱产生的渗滤液，出水管上设置有液位计，用于观察垃圾体中水位高度。

1.2 实验材料

实验所用垃圾取自深圳市当日收集的新鲜垃圾，垃圾被压缩车送来后，均匀地填入四个实验柱中，并人工压实，填埋垃圾组分见表1。四个实验柱的垃圾密度均接近1t/m3，此密实度参考了深圳下坪固体废弃物填埋场实际垃圾填埋密度。

本实验所采用的回灌渗滤液为填埋场渗滤液调节池的原渗滤液，此渗滤液为弱碱性，具有调节酸碱度和接种的作用。

表1 实验柱填埋垃圾组分

1.3 实验方法

1号、2号和3号实验柱分别回灌1.6 m3，0.8 m3，0.2 m3的渗滤液，其回灌量分别为垃圾填埋量的5.3%、2.7%和0.67%；4号实验柱作为控制柱回灌0.1m3的清水，其回灌量为垃圾填埋量的0.33%。回灌每周进行一次。

实验期间定期采样分析进出流渗滤液，同时对实验柱温度和填埋气体产生量进行监测。

2、实验结果

2.1 N的变化规律

渗滤液回灌前后NH3-N和TN的变化规律分别如图2和3所示。

图2NH3-N变化规律

图3TN变化规律

从图3-6和3-7的试验结果不难看出，在回灌35周之前，垃圾体对于回灌渗滤液中的N没有去除效果，出流渗滤液N污染物浓度甚至高于回灌渗滤液浓度中N的浓度。回灌初始阶段，回灌柱的出流NH3-N有两个主要来源：一是回灌渗滤液含有的，二是垃圾中蛋白质等含氮物质降解产生的。同时，回灌柱中微生物的增长要消耗一定的含氮物质。在15周以前，回灌柱的NH3-N和TN浓度都与回灌渗滤液相近，说明此阶段垃圾分解所产生的含N污染物与微生物生长所需要的量相近。而到15周时，回灌柱的NH3-N浓度开始明显增长，并达到整个回灌过程的顶峰，变化幅度要明显大于回灌渗滤液中NH3-N的变化规律，这说明此时微生物的水解作用占主导地位，大量的含N污染物被溶解释放，速率超过了微生物增长所需。控制柱NH3-N变化规律也与此类似，但变化幅度要小于回灌柱。在回灌进行17周左右的时间内，3个回灌柱NH3-N峰值浓度分别为回灌渗滤液浓度的1.55、1.47和1.73倍。

17周之后，出流N污染物浓度开始下降，直至35周左右，出流NH3-N浓度开始低于回灌渗滤液NH3-N浓度。从40周开始，反应柱出流NH3-N与回灌渗滤液NH3-N浓度开始保持一种稳定相关的状态，回灌后NH3-N的浓度降低的值基本保持稳定，说明微生物环境基本稳定，易经降解释放N污染物的有机物消耗殆尽，生物活动所消耗的N保持稳定状态。此阶段回灌对渗滤液的NH3-N有一定的去除作用。40周后3个回灌柱的NH3-N平均去除效果为42.8%、45.1%和41.4%，去除率虽然远低于有机物的去除效果，但对高NH3-N浓度的渗滤液而言，已经有不错的效果。

2.2 TP的变化规律

渗滤液回灌前后TP的变化规律分别如图4所示。

图4TP变化规律

厌氧条件下，微生物对P的需求比对N的需求更低，故生物处理P的去除率十分有限。从图3-8可以看出，30周前反应柱出流渗滤液P的变化规律与N的变化规律基本相同。在最初的回灌期，TP浓度不断降低，而到了10周以后则开始上升，在15周时达到峰值并重新下降，说明此阶段内微生物活性增加，更多的P从垃圾中水解溶出，而到了30周以后趋向稳定。与NH3-N不同的是，回灌柱出流TP的浓度与回灌渗滤液的浓度相差无几，并没有明显的去除效果，这完全是厌氧微生物对磷的需求很低造成的。总体说来，回灌法对P几乎没有处理效果。

3、小结

N和P是渗滤液中较难去除的营养物质。试验结果表明，厌氧型生物反应器填埋场对N的去除效率较好，而对P的去除效率有限。回灌初期，出流渗滤液比回灌渗滤液有更高的营养物质浓度。40周后3个回灌柱的NH3-N平均去除效果为42.8%、45.1%和41.4%，有一定的去除效果。而对P而言，整个回灌过程中都未见到明显的去除作用。由试验结果可以看出，回灌对渗滤液中营养物质的去除起到了很好的作用。今后，提高N和P的去除率，是厌氧型生物反应器填埋场的改进发展方向。

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