前言:一篇好文章的诞生,需要你不断地搜集资料、整理思路,本站小编为你收集了丰富的垃圾填埋过程主题范文,仅供参考,欢迎阅读并收藏。
【Abstract】Landfill unit microbial carbon metabolism is not only organically influenced by the impact of landfill unit, but also closely related to the levels of landfill unit nitrogen. This work was undertaken with the aim of investigating the influence of different carbon and nitrogen ratio on the quantity of landfill leachate microbial communities such as ammoniation, nitrification and denitrification bacteria, and to provide a basic data for leachate treatment.In this paper, Black soil was used as the layer of landfill and we use laboratory experiments to comparative and study four kinds of nitrogen treatment which are used to collect samples periodically. Using MPN measured the number of microorganisms of the unit of landfill.Experimental results show:(1)The number of ammonifiers, nitrobacteria and denitrifying bacteria is large in the low carbon nitrogen ratio landfill,but high carbon nitrogen ratio is opposite.(2)Over time, different carbon nitrogen ratio changed the number of nitrogen cycling bacteria of the landfill unit and they are presented to increase after the decrease trend..From this, we know the number of nitrogen cycling bacteria in the landfill unit is related to the ratio of carbon and nitrogen in the landfill unit.
【Key words】Carbon nitrogen ratio; Nitrogen cycle; The unit of landfill
目前,我国主要以卫生填埋作为垃圾的主要处理方式。垃圾渗滤液是在垃圾填埋过程中产生并存在于垃圾填埋单元的一种高浓度废水,其中的氨氮是较为难处理的最主要的有害物质之一。本实验模拟垃圾填埋过程,通过调节不同碳氮比影响微生物代谢,进而影响微生物数量变化。将垃圾填埋单元调节成不同碳氮比的垃圾填埋单元,定期测定垃圾填埋单元中氮循环细菌数量,以探究不同碳氮比对垃圾填埋单元中氮循环细菌数量的影响及其规律,以及随着时间推移,不同碳氮比填埋单元中氮循环细菌数量的变化。为避免垃圾填埋过程中渗滤液造成土壤,水体污染和生物除氮提供依据。
1 材料及方法
1.1 实验材料
实验在吉林农业大学资源与环境学院实验室内进行,供试土壤采自于吉林农业大学周边黑土。供试土壤有机碳含量为0.6573%,全氮含量为1.725g/kg,填埋单元有机碳含量为14.11g/kg,全氮含量为5.364g/kg。供试的垃圾为白菜,土豆,采购于吉林农业大学旁农贸市场。
1.2 实验设计
用塑料瓶进行垃圾填埋(垃圾采用白菜、土豆)培养2个月后调节填埋单元的碳氮比,分别为调节自然条件下的垃圾填埋单元和碳氮比5:1,20:1;50:1的垃圾填埋单元。在温度为25℃的恒温箱内培养,每28T进行一次氮循环细菌数量测定,观察其数量变化。
1.3 填埋单元氮循环细菌数量测定
用MPN法测定垃圾填埋单元中氮循环细菌数量,分别配置氮循环细菌培养基。
每个填埋单元土样做5个10倍稀释,每个稀释度做三个平行,取垃圾填埋单元土样10g于90ml的无菌水中,然后用移液管依次稀释,每个试管中接种稀释土样1ml。
在28℃条件下,氨化细菌培养7d,硝化细菌,反硝化细菌培养14d,用纳氏试剂,格利斯试剂,二苯胺试剂等检测各种形态氮的产生和消失情况,最后查MPN表,得出1ml样品中的细菌数量。
2 结果与分析
2.1 不同碳氮比的垃圾填埋单元中氨化细菌的数量变化
氮素矿化的第一步是氨化作用。从表1中可以看出,调节碳氮比后28T,测得所有处理的填埋单元中氨化细菌数量均有大幅增长,而其中未调碳氮比的自然对照增幅较小。在第二个周期各处理的垃圾填埋单元中氨化细菌数量达到峰值且氨化细菌数量大小为碳氮比5:1>20:1>50:1>自然对照。在第三个周期时氨化细菌数量均有所下降。从时间变化规律看,不同碳氮比处理均出现了氨化细菌先增高后降低的趋势。
2.2 不同碳氮比的垃圾填埋单元中硝化细菌的数量变化
硝化作用是氨在微生物的作用下氧化为硝酸根的的过程,微生物将铵态氮转化为硝态氮。如表2所示调节碳氮比后第一个周期各碳氮比填埋单元中硝化细菌数量均有所增长。在第二周期时硝化细菌数量大幅度下降,与同在第二周期个填埋单元中氨化,反硝化细菌数量增减情况相反。各周期硝化细菌数量出现先增加后减少再增加的趋势。在同一周期不同碳氮比填埋单元中硝化细菌基本呈现为5:1>20:1>50:1,但在第一周期时垃圾填埋单元50:1垃圾填埋单元中硝化细菌数量大于了20:1硝化细菌数量。
2.3 不同碳氮比的垃圾填埋单元中反硝化细菌的数量变化
反硝化反应在自然界中具有非常重要的作用。(下转第84页)(上接第80页)第一个周期后,调节碳氮比实验组的反硝化细菌数量均有所增长,其中碳氮比为5:1的垃圾填埋单元中反硝化细菌数量增长幅度最大。在第一周期和第二周期中垃圾填埋单元中反硝化细菌数量呈上升趋势并且在第二周期各处理的垃圾填埋单元中反硝化细菌数量达到最大值,其中第二周期中碳氮比为5:1的垃圾填埋单元的反硝化细菌数量较第一周期增长近10倍。在第三周期中各处理的垃圾填埋单元的反硝化细菌数量均开始下降。其数量变化趋势与氨化细菌数量变化趋势基本一致(表3)。
3 讨论与结论
不同碳氮比可以影响垃圾填埋单元中有机物质的组成,从而影响垃圾填埋单元中微生物数量的变化。本研究发现:在不同碳氮比填埋单元同一时期时,随着碳氮比的升高,氨化细菌,硝化细菌和反硝化细菌数量有降低的趋势。从时间变化规律看,不同碳氮比处理均出现了氨化细菌和反硝化细菌先增高后降低的趋势,并且趋势趋于一致。而硝化细菌数量呈现先增高后减少再增高的现象。其可能的原因:(1)碳氮比低的垃圾填埋单元即本实验中碳氮比为5:1的垃圾填埋单元有利于微生物在有机质分解过程中的养分释放,垃圾填埋单元中有效氮增加;碳氮比高的垃圾填埋单元即本实验中碳氮比为50:1的垃圾填埋单元微生物在分解有机质的过程中会出现氮受限,微生物数量降低。因此低碳氮比的垃圾填埋单元微生物数量多于高碳氮比垃圾填埋单元微生物数量。(2)在第而周期时产生较多渗滤液,使垃圾填埋单元形成厌氧条件,而硝化细菌为好氧细菌,因此硝化细菌数量下降。
【参考文献】
[1]王利利,董民,张璐,等.不同碳氮比有机肥对有机农业土壤微生物生物量的影响[J].中国生态农业学报,2013,21(9):1073-1077.
[2]苏丹,张凯,陈法霖,李睿达,郑华.施氮对不同有机碳水平桉树林土壤微生物群落碳代谢功能的影响[J].生态学报,2014,35(18).
[3]赵彤,蒋跃利,闫浩,黄懿梅.土壤氨化过程中微生物作用研究进展[J].应用与环境生物学报,2014(20)2:315-321.
[4]张春霞,郝明德,魏孝荣,等.不同农田生态系统土壤微生物生物量碳的变化研究[J].中国生态农业学报,2006,14(1):81-83.
[5]唐莉娜,张秋芳,陈顺辉.不同有机肥与化肥配施对植烟土壤微生物群落PLFAs和烤烟品质的影响[J].中国烟草学报,2010,16(1):36-40.
[6]张兰英.垃圾渗滤液中有机污染物的污染及去除[J].中国环境科学,1998,18(2):184-188.
关键词:垃圾填埋场 安全运行设计理念 渗滤液处理
Abstract: landfill treatment history, due to transportation convenient management, low treatment cost, the technology is mature, and become the main way of garbage disposal. But the leachate in the landfill process is a kind of high concentration organic wastewater of larger, on the surrounding environment and the substrate of the landfill soil pollution is serious, and the pollution is of long duration, two times pollution. Therefore, the effective collection and processing on the leachate has become urgent to solve the problem of city environment.
Keywords: landfill leachate treatment operation safety design concept
中图分类号: R124 文献标识码: A 文章编号:
前言;随着我国垃圾填埋场建设数量及建设规模的不断增加,在积极吸取国外建设经验的前提下,并结合国内建设项目的具体情况,国家有关部门在逐步加强生活垃圾填埋场设计规范及建设标准的编制和推广。随着垃圾填埋场建设的不断发展,新技术、新材料、新理念不断推广,必将极大提高垃圾填埋场的安全性能。如何抓好垃圾填埋场的建设安全运行工作,以保证填埋场的正常运转,防止二次环境污染和生产安全事故的发生,是摆在我们面前的一个重要课题。
一、 高标准科学建设是确保填埋场安全运行的重要前提
卫生填埋场工程建设是涉及环境卫生、岩土、材料、土建、水力学等多学科的一类项目,故而在立项、设计的过程中需要各专业通力合作,在确保填埋场容积(使用年限)的前提下,主要应完成以下内容的安全设计及分析:①根据建设场地岩土地质报告,合理确定场地边坡,确保主体结构在运行情况下的边坡稳定。②加强生活垃圾成分及物理力学分析,优化垃圾堆体稳定计算。③根据场地土质情况,科学选择水平防渗结构型式,防止渗漏。建设方应组织专业管理人员贯穿项目的整个建设过程,深入理解设计理念,掌握安全运行的基本专业知识,提高项目的建设标准,为卫生填埋场的安全运行打下良好的技术基础。
二、城市垃圾的卫生填埋技术
我国城市垃圾填埋多采用厌氧填埋法,利用天然的地形地貌进行适当的整治,并建有防渗层。在防渗层中,为提高防渗能力,一般还采用了人工合成的化学合成材料,如高密度聚乙烯板等。在垃圾填埋系统中设有渗出液收集系统及沼气收集系统等。填埋层中采用垃圾,黏土交替压实铺砌的填埋方法,上部设有防水的覆土层,覆土上部还可以进行绿化处理。这一技术可回收沼气作为能源,但是,垃圾渗滤液必须处理。
好氧填埋技术也是一项重要的垃圾填埋技术,它具有对有机物分解彻底、迅速的优点,但是,其工程的成本高,构造复杂,运行费用也高,故在我国尚少应用。
三、垃圾填埋场设计内容及设计理念
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,所以渗滤液的性质在一个相当大的范围内变动。因此,城市垃圾填埋场渗滤液是一种成分复杂的高浓度有机废水,若不加处理而直接排入环境,会造成严重的环境污染。
3.1生活垃圾卫生填埋场包括库区防渗系统(临时道路、永久道路、截洪沟、锚固沟、地下水导排系统、渗滤液收集系统、导气石笼和防渗膜)、大坝、调节池、渗滤液处理站及地表水导流明渠和配套设施等。生活垃圾填埋场建设中的渗滤液处理系统和HDPE防渗膜的施工质量是决定垃圾填埋场技术成功的关键,其直接关系到对附近地表水的污染程度。其中保证库区渗滤液不渗入地表污染地下水是整个工程的关键,渗滤液经处理站处理达到国家二级排放标准是目的。
3.2按照《生活垃圾卫生填埋场防渗系统工程技术规范》JJ113-2007和《生活垃圾填埋场污染物控制标准》( GB 16889-2008)的要求,垃圾填埋场一般采用分层覆土填埋对垃圾进行处理,容易降低垃圾的污染,对促进我国的生活垃圾焚烧设施建设有很大的促进作用。生活垃圾填埋场应建有较完备的污水处理设施,渗滤液需经过处理达到标准规定的排放限值后才能排放。对填埋场产生的恶臭气体要严格监控,甲烷气体须综合利用或处置,应对全球气候变化、促进节能减排和建设循环型社会方面起到积极作用。
四、影响调节池容量确定的主要因素
生活垃圾卫生填埋场中垃圾渗滤液的产生随季节呈现较大的变化,建设者们通常在垃圾坝的下游设置渗滤液调节池,以调节、储存来自垃圾库区的渗滤液,从而有效的防止雨季垃圾渗滤液溢出,污染周围的环境。调节池容量的确定是卫生填埋场设计的难点之一,它是一个系统工程,涉及的因素较多,准确的设计确实有一定的难度。
4.1调节池主要用来调节填埋场中的水力负荷和有机负荷,减轻冲击负荷对渗滤液处理设施的影响,最大限度的降低渗滤液溢出对周围环境的影响。其中渗滤液产量和处理设施的规模影响尤为重要。
4.2影响渗滤液产量的因素比较复杂,主要有:降水、地表条件、气候、填埋操作和气候等因素,其中自然降雨量是影响渗滤液产量的决定性因素,因此在设计调节池容量时,也常以降雨量为主要的计算依据。降雨量的季节性特征决定了垃圾渗滤液年内分配的不均匀,通常雨季的渗滤液产量较大,占全年的绝大多数,而平常渗滤液产量则很少,甚至没有。这种渗滤液分布不均的状况决定了调节池容纳渗滤液在雨季多而平时少的特性,也使得调节池容量的设计增加了很大的难度。
4.3应对措施
①降雨量与垃圾渗滤液产生量有着密切的关系,它是产生垃圾渗滤液的重要因素,因此,以降雨量为基础来计算渗滤液产生量和确定调节池容量是可行的。
②我国《城市生活垃圾卫生填埋处理工程项目建设标准》中所采用的计算渗滤液调节池容量的方法,计算简单,所需数据少,但该法设计的处理设施规模和调节池容量偏小。
③《按废弃物最终处置场指南解说》中推荐的计算渗滤液调节池容量的方法,计算科学,推理严密,结果准确,能适应我国的大部分地区,值得在卫生填埋场设计中推广应用。
随着我国垃圾填埋场建设数量及建设规模的不断增加,在积极吸取国内外建设经验的前提下,并结合国内建设项目的具体情况,国家有关部门逐步在加强生活垃圾填埋场设计规范及建设标准的编制和推广。现行的有关标准和规范主要有《城市生活垃圾卫生填埋处理工程项目建设标准》、《生活垃圾卫生填埋技术规范》、《生活垃圾填埋污染控制标准》、《生活垃圾填埋场环境监测要求》、《生活垃圾填埋场无害化评价标准》等,涵盖了垃圾填埋场立项、设计、建设、运行管理的各个阶段,有效地提高了垃圾填埋场的建设标准,为逐步实现垃圾处理的无害化、资源化作出了积极贡献。
五、生活垃圾卫生填埋场防渗系统的施工
生活垃圾填埋场防渗系统的工程质量应在建设过程中做好控制,从设计、材料选用、施工、监理等环节严格把关。填埋场建设业主应执行质量监督制、工程监理制等管理制度,选择具有相应资质的设计、施工、监理单位,做好施工图审查和施工过程监理等工作,按照有关标准、规范的要求,加强对材料质量和工程质量的控制。选用符合设计要求的防渗材料,施工过程中,应加强焊缝的质检控制;防渗膜及土工布铺设完成后,排除机械施工造成的防渗层破损。铺设导流层时,应采取有效措施,防止施工机械直接接触防渗层造成破损。
六、防渗系统工程验收
HDPE膜施工工序是防渗系统工程最重要的工程之一,规范规定验收资料应包括:HDPE膜的铺设、焊接和检测方面的施工记录,真实记载每片HDPE膜的卷材信息,每条焊缝的施工人员、设备和焊接参数信息,每条焊缝的检测人员、设备、检测结果和不合格处理意见。规定了防渗系统工程施工质量观感检验的要求及防渗系统工程施工质量抽样检测及焊接质量检测方法的要求,但无工程检验评定标准。目前我国能够对HDPE防渗膜作全面防渗漏无漏点检测的检测机构仅有几家,但都没有检测资质,也就说他们出具的检测报告不具备法律效力,如何对垃圾填埋场工程进行质量认定为合格。
我国目前只有行业标准而没有验收规范,工程施工结束后无法评定该工程是否合格,这是导致我国目前建设的垃圾填埋场普遍存在渗漏并污染水源的根本原因。
七、 加强现场监测和场地检查是安全运行的必要保障
按照有关规范要求,在填埋场周围布设监测井点和大气检测点,定期对填埋场周围进行观测,及时发现不利影响,以便采取有效措施防止污染事故的发生。应加强对周围山体和垃圾堆体稳定性的监测,一般采用水准仪定点定期观察垃圾堆体和山体的位移变化。在填埋区选择有代表性的点,每周进行检查与测量,发现异常情况及时处理,以便采取有效措施防止事故的发生。
应加强对填埋气体浓度的检测。现场监测一年期间,虽然填埋区域甲烷浓度一般在1%~2%之间,但不排除在特定的地点和特定的气候条件下,甲烷浓度会超过5%。因此加强对填埋区甲烷浓度的监测和对库区禁火工作的检查显得尤为重要。
关键词:生活垃圾 垃圾填埋场 发展
一、我国垃圾填埋场总述
在对城市发展所造成的各种垃圾的处理中,一般是采用填埋、焚烧或者堆肥的方式,而在以上几种处理方式中,将垃圾运到城市进行填埋是一种较为可取的方法,因此,垃圾填埋场便应运而生了。我国经济在近三十年来得到了突飞猛进的增长,后来垃圾填埋场的出现减轻了垃圾对我国经济增长的制约。这不得不得益于我国政府在对处理生活垃圾上的重视,特别是从1998年以来,我国城市生活垃圾产生量平均以8.98%的速度持续增长,产生垃圾堆存量已达66亿吨,来源于668座城市,随着生活水平的提高,垃圾的成分也在变化,其垃圾热量不断上升、容重继续下降、有机物比例增大、可回收利用物增加等特征。
垃圾填埋场的主要原理是将一个城市的垃圾运到城市近郊的空地上将垃圾用土地掩埋,从而使这些垃圾能够和空气以及地下水隔离起来,这样在不污染空气和地下水的基础上利用土壤的分解能力将掩埋的垃圾分解成有机肥料。
二、国外垃圾填埋场经验
(一)国外垃圾填埋场的现状
国外的发达国家将垃圾进行填埋的方法大概是从1980年后开始的,而此类想法的产生时间从70年代就有了。特别是在美国,现在对生活垃圾已经不仅仅是局限于对垃圾的填埋和处理掉,而是考虑到如何能够把现有的垃圾综合利用起来,以此将垃圾填埋场转型为垃圾能源再生处置场。而且这在美国已经初具规模,并且通过确定垃圾场的再生标准,成立了北美废弃物协会,在进行垃圾处理的同时,将可以回收利用的垃圾整理出来,采用先进的消毒技术,重新回到市场上,卖给相关的需求者。而德国对于垃圾填埋场则更加严格,为了安全考虑,德国在对垃圾进行处理中,更加考虑垃圾填埋的兼容效果,例如,对垃圾进行有效处理的同时,也关注垃圾填埋场操作员工的安全性;对周围居民的影响,不定期对垃圾填埋的影响作用进行总结评价;以及对垃圾处理过程中充分考虑到减容性,从垃圾中挑选出可以回收利用资源后,将垃圾进行压缩,再进行回填。
(二)国外垃圾填埋场的再生概念
从对垃圾填埋场进行分析中我们可以得出,国外的垃圾填埋场在处理生活垃圾时,不仅仅只是对垃圾的简单处理,而且特别注重对垃圾的再生。垃圾填埋场的再生,也就是指把过去掩埋在填埋场的垃圾重新挖掘出来,选择出能够产生价值再利用的物品,再将剩下的垃圾进行填埋再利用的流程。
垃圾填埋场的处理再生利用前期要经过一个较长时间的可行性论证,确保垃圾填埋场的建立要有一个很好的经济效益。
(三)我国垃圾填埋场的发展历程
我国垃圾填埋场开始之初主要是为了处理城市所产生的一些生活垃圾。起初是在城市近郊处购买专门的土地进行垃圾的堆放,任其分解。后来随着环境问题的日益严重,以及可持续发展观念的普及,人们渐渐开始利用技术手段进行垃圾的处理,再加上人们环保观念的日益增长,环保部门开始注重对生活垃圾的合理处理,通过各方面的实践,已经渐渐采用填埋的方式处理生活垃圾。1998年,我国产生的1.2亿吨的生活垃圾来源于668座城市,对垃圾的处理中约投资了8.6亿元,到了2009年,对垃圾填埋场的投资已经增加到了100亿。目前,在我国的大多数城市都有了自己的垃圾填埋场,并且已经采用了先进的填埋技术进行垃圾的集中处理。
(四)我国垃圾填埋场发展的问题
目前我国垃圾填埋场在发展过程中的主要问题有:
1、选址不合理,后续发展难度加大
由于垃圾填埋场涉及到环境污染问题,一般设在城市的郊区,但是这也预示着相当一部分的矛盾。由于填埋场项目需要进行详细而严密的规划和论证,并且要综合考虑到该城市的整体布局问题。但是我国的垃圾填埋场基本是在上世纪90年代就已经设立了,而当时欠缺论证,城市化规模也不大,所以一般设置在城市以外15公里左右内的地方。但是,随着我国城市化进程的不断加强,城市主体逐渐向扩张,这就使得城市用地和垃圾填埋场出现矛盾,而如果将垃圾填埋场迁移,又增加了垃圾的运输成本。
2、设计不合理,无法满足实际需要
在垃圾填埋场的前期设计中,只是简单的选择一块空地,设计一个导气管,但是却没有考虑设计出一个能够主动收集和利用填埋所产生的气体的沼气收集的导管,不仅在垃圾处理中并没有兼顾环境保护的作用,垃圾堆放产生的臭气严重影响周边环境的空气质量,大多数垃圾填埋场产生的填埋气体直接排入大气,即污染环境、浪费资源,又造成安全隐患,对填埋场气体资源化利用严重欠缺、不仅如此,因垃圾仍然未实行分类管理,填埋垃圾大部分为混合垃圾,混合垃圾渗滤液处理成本高。
3、运营管理欠缺周全
①对城市垃圾的处理是一项很严格的事物,不能忽视其各个环节的作用。例如,进场垃圾不按要求进行检验称重登记管理、场内垃圾不分区分单元填埋随意倾倒、进场道路和环境出现二次污染、安全管理存在隐患、环境监测工作未开展等突出问题,使得填埋场运营无管理、无制度。
②在人员配置、专业业务能力方面存在一定的差距,直接影响了垃圾无害化水平的提高,也就无法达到良好的运营效果。
③只注重垃圾的处理,不重视后续的利用。我国垃圾处理仅仅实现处理掉现有的垃圾,但是没有注重后期对有效资源的合理利用,更加没有在垃圾堆的周围进行绿化建设,从而使得垃圾填埋场的周围环境恶劣,无法达到环保标准。
三、国外垃圾填埋场对我国垃圾填埋场发展的借鉴
(一)国外垃圾填埋处理方法的优势
国外对垃圾填埋场的处理中我们可以得出,其有几大优势
(1)增加了现有垃圾处理场地的面积
(2)循环利用有效资源,兼顾经济效益和生态效益
(3)减少管理成本
(4)对垃圾气体的处理能够使得有效气体得到利用,减少污染,增加收益
(5)减少地下水的污染。
(二)我国垃圾填埋场的发展方向
1、注重垃圾的渗透滤液
在垃圾处理过程中,垃圾的“继生污染”已经成为垃圾的主要外渗污染源。假如一个垃圾填埋场从1970年开始到1987年间都不停地接受各种废弃物,并且底部没有没有一个较好的沼气回收设备,则其产生的COD、硝态氮以及氨态氮都能够污染地下水。因此要通过工程措施将浸出液进行有效的监测,在卫生垃圾填埋场内运用粘土的强化防渗透方式在垃圾填埋的底部进行防渗处理。同时,还需要加强开发出经济并且有效的渗滤液的防渗漏体系,重视对收集系统和监测技术的运用。
2、重视对垃圾再生利用
通过国外较为广泛运用的垃圾再生利用的成功例子,我们可以得出:重视对垃圾填埋场的再生利用,能够有效利用现有的垃圾产生较好的经济效益和生态效益。同时,我国城市化的进程中,土地占用矛盾日益增加,而生活垃圾日益增多,能够借鉴国外的先进再生技术,对垃圾进行填埋的同时能够回收有效的资源,有利于实现经济效益和生态效益。
3、重视利用沼气资源
在我国现有的垃圾填埋场中,导气管的设计都只是以排放气体出来为主要目的,而没有重视对沼气的收集再利用。而在国外的一些设计较好的先进的垃圾填埋场,都设计有较好的沼气收集系统。所以我国的垃圾填埋场要重视对沼气的收集处理,将其储存,这样既能够减少污染,又能合理利用有效资源。
图2 垃圾填埋场的气体随时间变化规律
由此可知,需要充分利用垃圾填埋场的沼气,避免其对环境造成破坏。
总结
目前我国垃圾填埋场发展过程还存在不少问题,对垃圾填埋场的选址、立项、可行性研究、环境影响评价、工程设计、施工、竣工验收、运行以及设备选型等阶段工作都应该值得重视,合理规划垃圾填埋场、规范建设、标准化运营,使得我国的垃圾填埋场能够成为一个能源回收利用的中心,实现经济效益和生态效益的统一。
参考文献:
[1]石 磊.垃圾填埋沼气的收集、净化与利用综述[J].中国沼气,2004(22):14-17.
垃圾填埋处理技术是一种特殊形式的综合利用技术。因为垃圾填埋后的无害化过程实质上就是生化处理过程,由于垃圾填埋场主要存在占地面积大,选址困难,因此填埋场渗滤液的生产及其避免对环境造成危害,则是填埋场设计、设计和运行中必须加以重点的问题。在此,针对吴忠市城市生活废气物无害化综合垃圾处理场运行中有可能出现的以下问题加以重视。
1.渗滤液渗入地下问题
由于高浓度的渗滤液较难处理,加之渗滤液收集量不大,而我市的垃圾处理场与污水场有甚远,不能借用污水处理场进行处理,所以防止渗滤液渗入地下。由于填埋场添埋垃圾年限较长,加上填埋后垃圾在场内随着时间的推移逐步分解,所产生的渗滤液全部将流出场内,而且吴忠市垃圾填埋场因为投资受限而无法按要求建造渗滤液最终处理系统,所以渗滤液的处理上要自始至终进行监测,防止污染地下环境。
2.废气排不畅
填埋场内封闭后,气体的导出采取燃烧处理,随时监测,不能出现垃圾场内由于温度过高,场内产生的气体不能即时导出,有可能发生爆炸的事故。由于垃圾处理与市区较远,所生产的气体不能利用,即时导出是直接安全的方法。
3.修建排水问题
垃圾填埋场位于牛首山下,下雨时形成山上洪水冲下来,对填埋场造成毁坏,如果洪水不能及时排出,雨水渗入垃圾填埋场中对防渗成造成负担。所以必须在填埋场外修建排水沟,将洪水及时排出场外。
4.解决处理中的技术问题
由于吴忠市垃圾和技术选择受到垃圾成份、经济发展水平、自然条件及传统习惯因素的影响,垃圾填埋是吴中市垃圾处理未来8-10年的固定模式。目前吴忠市垃圾处理年限为8年,8年后,随着经济的发展,科学技术的提高,对其他填埋场提出更高的要求,这样才能造福吴忠人民,解决垃圾填埋技术中垃圾焚烧和生化处理带来得好处。
国外发达国家的城市生活垃圾从收集、运输到处理技术,经过几十年的发展和完善已非常成功,并积累了许多经验。在收集方面,国外发达国家已经全面采用垃圾分类收集方式,有效地实现废物的最大程度回收和再生利用。为卫生填埋、垃圾堆肥、焚烧发电、资源综合利用等垃圾处理方式应用奠定了基础,为实现垃圾“资源化、减量化、无害化”的处理目标,提供了有力保障,并且推动经济效益和社会效益。在处理方面,广泛采用的城市垃圾处理方式主要有卫生填埋、焚烧、堆肥和综合利用四种处理方式;在投资方面,国外发达国家对垃圾处理的投资力度很大,资金来源多样化,使得垃圾处理技术和垃圾处理设备的研究工作蓬勃发展。吴忠市城市垃圾处理的目标是实现城市生活垃圾“减量化、无害化、资源化”的统一,也就是说保证城市生活垃圾中的各类有用物质得到直接回收利用及转换利用。
二、吴忠市城市垃圾处理三种方法的运用
解决垃圾问题的目标是将垃圾减量化、资源化和无害化处理.目前主要有三种方法:卫生填埋、焚烧及高温堆肥,以下对这三种技术在吴忠市城市垃圾处理过程中的运用作一比较。
1.垃圾卫生填埋
垃圾卫生填埋是一种保护环境质量,防治垃圾二次污染的最终处理技术,处理垃圾的比重最大,被认为是必备的首选技术。其主要表现在:卫生填埋场的选址及工程设计日益严格和规范;基础防渗技术、衬层铺设、填埋作业、渗滤液疏导和循环利用及填埋气体回收后再利用技术日趋成熟,渗滤液和填埋气体的二次污染防治技术及资源开发的迅速发展以及填埋操作所使用的多种机械都带来了较大的发展,由于无论采用何种垃圾处理方法,最终都会产生一些残渣需要处理,所以垃圾卫生填埋场是垃圾处理方案中必不可少的,垃圾卫生填埋最大的优点是投资费用较低,对垃圾的产量变化适应能力加强,可选用非耕地作场址。缺点是大量占用土地,资源回收率低。目前,吴忠市选择垃圾卫生填埋就是基于上述考虑,并且吴忠城市大多垃圾混装,无机物含量高,收集方法落后,以及垃圾处理所需的大量资金难以落实。因此目前采用单一的垃圾填埋技术。相信随着城市的发展扩大,对填埋场的技术标准越来越高,垃圾填埋技术将逐步与其他垃圾处理技术方式综合利用,取长补短,使垃圾填埋技术上一个新的台阶。
2.垃圾焚烧
焚烧是一种城市垃圾的高温焚烧处理工艺。垃圾焚烧则有使垃圾高度减量化、无害化和可供热、发电等优点,但垃圾焚烧需要一次性投资,处理成本较高,同时焚烧处理工艺复杂。针对吴忠是经济不发达地区,而且垃圾的可燃物比较少,热值低,不适于目前的吴忠城市垃圾处理,在以后城市经济迅速增强,人民的生活水平大幅度提高,垃圾焚烧技术的应用和建设运营会得到普遍公认。
3.垃圾高温堆肥
垃圾高温堆肥是指在一定温度下,对垃圾进行发酵、生物分解,使垃圾达到无害化的方法。这种方法,比较简单,投资比焚烧法低,较卫生填埋高,并且可以做到垃圾资源化利用。但垃圾堆肥的进场成分需要控制,否则堆肥产品质量将非常难以把控。堆肥产品销售也需要有较好的市场机制配合。采取这种方法,最主要的是对进场垃圾成分进行控制。国内外的垃圾堆肥实践充分证明,混合垃圾堆肥处理技术复杂,成本高,产品质量差,缺乏生命力,没有分类收集、堆肥处理是没有出路的。由于吴忠经济落后,垃圾混装,无机物与有机物的成分难以控制,甚至无机物增多,并且目前的吴忠市场对堆肥产品的质量不能确定,产品销售是一大难题。最终产生的不可用物仍需要处理。针对这种情况,也不能采用这种方法。
我市的垃圾处理技术有较高的水平,但是垃圾填埋场是一种比较保守的方法,从国外资料来看,垃圾处理发展的形式是:(1)分类收集垃圾越来越受到重视。实行生活垃圾分类收集,提高生活垃圾中可利用物的利用率,潜力很大。同时通过分类收集,还可以减少垃圾处理量,节约能源和土地资源,避免危险废物对环境和人体健康造成严重危害,是一项利国利民的事业。(2)垃圾填埋的标准越来越高,填埋比例逐步下降。(3)垃圾焚烧将稳步发展。但是吴忠城市垃圾处理符合国家规定的“减量化、无害化、资源化”的原则。城市生活垃圾处理是一个复杂的系统工程,任何单一的处理措施都无法满足。这样,才能有效地改善城市垃圾对环境造成的污染,提高城市的人居环境质量,造福吴忠人民。
我国对垃圾处理方案选择提出了指导性原则:卫生填埋、焚烧、堆肥等垃圾处理技术及设备都有相应的适用条件,在坚持因地制宜、技术可行、设备可靠、适度规模、综合治理和利用的原则下,可以合理选择其中一种或适当组合。从吴忠市城市垃圾处理技术来看,随着城市经济发展水平、技术水平、社会环境的变化,城市垃圾处理技术应向多元化方向发展,向系统处理方向发展,走可持续发展的道路!
填埋和焚烧是我国目前生活垃圾的主要处置方法,它们对环境造成的影响是不一样的。本文利用国际标准化组织(ISO)提供的生命周期评价(LCA)方法,评估苏州市现存的两种生活垃圾处置方法对环境的影响。
杨建新、王如松等人指出产品生命周期评价将成为21世纪最有效的环境管理工具之一。目前发达国家已把LCA用于产品设计,成了CAD的一个组成部分,还用于环境标志,用于衡量一个公司的环境表现(Environmental Performance)。与发达国家相比,我国在LCA应用上还存在较大差距,但是这些年来已经出现了一些重要的研究成果。文献[2]主要依据IS014041的规定,对产品进行了清单分析;文献[3~6]对不同的产品进行了生命周期评价。
本文收集了苏州市在垃圾填埋和垃圾焚烧过程中的有关数据,依据IS014041的规定,建立垃圾填埋和垃圾焚烧的生命周期清单。我们使用日本产业技术研究所LCA研究中心开发的生命周期评价软件AIST-LCA Ver.4,对上述两种处置方法的环境影响做出了评价。
1 苏州市垃圾填埋的生命周期清单分析
苏州七子山垃圾填埋场于1993年建成一直运行至今,是苏州市唯一的垃圾填埋设施。苏州七子山垃圾填埋场最近又建成了二期工程,并将垃圾填埋场产生的沼气引往沼气发电装置,自2006年7月起已经开始发电。
1.1研究对象的功能单位与系统边界
本节以苏州城市生活垃圾填埋为研究对象。垃圾填埋功能单位为填埋1t城市生活垃圾。本研究系统主要包括垃圾收集、垃圾运输、垃圾填埋以及利用垃圾产生的沼气发电等几部分,系统中不包括垃圾填埋场的建造阶段。
1.2苏州市垃圾填埋的生命周期清单
苏州居民每天的生活垃圾通常由专门的人员使用人力车、部分使用小型动力车运送到垃圾中转站。苏州各区有专门的机构,负责用汽车把垃圾从中转站运送到七子山垃圾填埋场。
根据对苏州市金阊区垃圾运输能耗数据的分析,我们得到,苏州市目前每吨垃圾运输油耗为2.23L。垃圾填埋需要推土机等机械作业,为了防止渗漏,还需要HDPE等材料。为了消灭害虫,垃圾填埋场普遍使用农药。表1列出了苏州七子山垃圾填埋场填埋每吨垃圾所需要消耗的物品及其数量。
垃圾填埋后,排放的气体污染物主要有CO2和甲烷等;水污染物主要有渗滤液和洗车水中的COD、SS、NH3-N以及一些重金属等。
大气污染物CO2和甲烷等在整个生命周期中排放量无法测量,只能采用计算数据。我们采用收集的苏州市垃圾组分数据,计算获得垃圾中DOC,采用IPCC推荐模型,计算CO2和甲烷的排放量。
式中,ECH1一垃圾填理场的甲烷总排放量,t;MSW-城市垃圾量,t;η-城市垃圾填埋率,%;DOC-采用上述计算结果;r-垃圾中可降解有机碳的分解百分率(IPCC推荐为77%)。取上述计算结果最近三年的平均值,CH4和c02的排放量如表2所列。其中H2s的含量按0.2%计算。
苏州七子山垃圾填埋场的沼气收集后用于发电。沼气发电项目配备两台1250kW内燃发电机组,于2006年7月开始正式发电。发电以后,一部分甲烷被燃烧,生成CO2,并产生了微量的Nox和VOC。垃圾填埋场填埋每吨垃圾产生的大气污染物量列于表2。
垃圾渗沥液水量和污染物的浓度变化很大,主要取决于所填埋废弃物的种类、污染物的溶出速度和化学作用、降雨状况、填埋场龄以及填埋结构等,其中填埋场龄最为重要。随着垃圾填埋场场龄的增加,渗沥液的可生化降解性不断下降。对于新的填埋场(一般小于5a),其渗沥液的性质属于低pH、BOD5、COD和BOD5/COD值,较高的氨氮和重金属离子浓度;对于中、老龄的填埋场(一般大于10a),其渗沥液pH呈中性或弱碱性,低BOD5和COD,低BOD5/COD值,较低重金属离子浓度,更高的氨氮浓度。
由于七子山填埋场已经工作十几年了,因此包含了处于各个阶段的垃圾,其析出的污染物量能够较好地代表垃圾各个阶段的平均析出情况。
渗滤液和洗车水中的污染物COD、SS、和NH3-N。渗滤液排放的污染物由2004年和2005年的月平均值再求平均计算获得。洗车水根据2005年的平均值获得。为了分析通过渗滤液排放的重金属数量,我们对渗滤液中的重金属含量进行了7天的采样分析。表3列出了填埋It垃圾所排放的水污染物的量。
2 苏州市垃圾焚烧的生命周期清单分析
苏州垃圾焚烧发电厂在苏州市光大环保静脉产业园内,位于七子山生活垃圾填埋场西北侧,一期工程建设规模为日处理垃圾1000t,年焚烧处理生活垃圾33.3万t。焚烧炉、烟气处理、自动化控制和在线监测等核心设备全部进口国外知名公司产品,2006年6月20日正式建成投产发电。生活垃圾焚烧发电厂二期建成后,处理规模可达1500t/日。
2.1垃圾焚烧排放清单的功能单位和边界条件
功能单位:此排放清单的功能单位定义为焚烧的每吨垃圾。
边界条件:垃圾焚烧排放清单的边界包括垃圾收集、垃圾运输以及垃圾焚烧、垃圾灰填埋四个过程。垃圾焚烧设施的建设过程不包括在边界之内。
2.2苏州市垃圾焚烧的生命周期清单
垃圾焚烧的主要物耗包括:垃圾运输的油耗、以及焚烧中点火的柴油,焚烧过程中为了处理废气的石灰和活性炭,还有部分水的消耗。我们把收集的一年数据取平均后,每吨垃圾焚烧的物耗如表4所列。
垃圾焚烧时排放的大气污染物主要有CO2、CO、SO2和极微量的PCDDs。垃圾焚烧CO2的排放量根据垃圾的含碳量计算获得,其他大气污染物利用现场监测数据,结果列于表5。垃圾焚烧前需要在垃圾贮坑内发酵,并析出垃圾中的渗滤液。渗滤液中的污染物主要包括有机物以及一些重金属。根据收集和监测的数据,我们得到每吨垃圾通过渗滤液排放的污染物如表6所列。根据现场统计资料,每吨垃圾焚烧后可发电287KWh。另外产生废渣200kg,送七子山填埋;灰6kg,送危险品填埋场填埋。
3 苏州市城市生活垃圾两种处置方法的生命周期评价
苏州市城市生活垃圾的两种处置方法,会对环境造成不同的影响。我们利用上述得到的污染清单数据,采用日本产业技术研究所IEA研究中心开发的生命周期影响评价软件进行评价。
3.1生命周期环境影响评价方法
我国最早讨论生命周期影响评价的是杨建新等。他们提出的评价类别主要包括能源耗竭、资源耗竭、全球变暖、臭氧层破坏、酸化、富营养化、光化学臭氧、固体废弃物、危险废弃物、烟尘及粉尘等,通过加权,最终获得影响指数。顾道金等在对中国建筑的生命周期评价中使用的评价类别与上述类别基本相同,最后加权也得到环境影响综合指标。胡志远等在燃料乙醇的评价时除了能源资源外,采用人体毒性、气溶胶、光化学污染、酸化和全球变暖等类型进行评价,并由此得到乙醇生命周期对环境的综合影响。任辉、董进宁等也根据自己建立的评价类别分别进行了生命周期影响评价。
总的来看,我国生命周期影响评价的成果还非常有限,各自采用了自己建立的评价体系。主要的原因是到目前为止,我国还未推出较有影响力的生命周期影响评价体系。
从国际上看,生命周期影响评价体系已经投入了大量的人力物力,不但建成了庞大的评价数据库,还开发了专门的计算机软件。目前非常有影响的评价体系主要有瑞典的EPS和荷兰的Eeo_indicator。
瑞典的EPS是由瑞典查尔莫斯理工大学(Chalmers University of Technology)Steen教授为首的研究小组开发的。这一系统的开发过程中,政府和学术界投入了大量的精力,非常有特色的是获得了瑞典大型企业,例如Volvo汽车等主要产业部门的大力支持。他们开发的系统首先在这些产业部门中得到了应用,并在以后的各种国际合作中获得传播和扩散。文献[7]介绍了EPS系统的一般原理和评价方法,文献[8]介绍了污染物环境影响潜值的计算。EPS系统最终得到的是损失的生态币值,结果易于理解。
Eco-indicator是由荷兰的PRe Consultants开发的,在国际上具有较大影响的有两个版本:Eco-indicator5和Eco-indicator99。文献[9]详细介绍了后一个版本的评价方法。
本文采用日本产业技术综合研究所IGA研究中心开发的评价系统AIST-IEA Ver4,软件中影响评价采用的方法是LIME(Life-cycle Impact assessment Method based on Endpoint Modeling)。采用的原因是这一评价体系在国际上已经具有一定的影响力,具有较为完整的数据库,而且还有计算机软件;另一方面,日本与我国一衣带水,距离较近。
3.2 LIME影响评价方法
由日本产业技术综合研究所LCA研究中心开发的生命周期影响评价系统LIME是为日本整个国家推出的影响评价方法。
LIME评价方法的框架如图1所示。在进行影响评价时,首先根据获得的污染清单,计算它们对城市空气污染、全球变暖等11种类型的影响,由这11种影响类型评价对我们需要保护的人类健康、社会财富、物种多样化和初级生产力等4个保护目标的危害,根据4个保护目标相应的权重,最终求得单一的生态指标:生态化的币值Yen。评价对象的损害大小,可以通过生态化的币值Yen直接表示。
3.3评价结果
利用AIST-LCA Vet4进行评价,首先需按照一定格式输入上述已经分析得到的污染清单。例如垃圾填埋处理需首先选定系统包括运输、填埋和发电,从而输入的清单也会自动生成三列。AIST-LEA Vet4评价软件,根据输入的污染清单和每种污染物对环境影响的潜值,计算对4个保护目标的影响。表7列出的是苏州七子山垃圾填埋场对4个保护目标的危害评价数据。表7各列具有不同的单位,相互之间不能互相比较。不过,同一列间的比较也很有意义,比如对人体健康的影响,我们可以发现,主要来自全球变暖和城市空气污染,等等。
表8列出了两种垃圾处置方法对环境的影响程度。表8将表7中各列的数据赋给一个权重,使得两种处置方法对4个环境保护目标的影响折算成共同的单位:生态货币值Yen。由表可见,对垃圾填埋而言,生态货币值较大的主要有全球变暖和城市空气污染;而对垃圾焚烧而言,放在第一位的也是全球气候变暖,其次是对人体和生态的毒害等。总体评价,垃圾填埋的生态币值要大得多。由此可见,LEA评价的结果认为,垃圾焚烧对环境的影响比垃圾填埋的影响要小。
4 结论与分析
本文针对苏州垃圾处置的两种方法,首先按照国际标准的规定,对它们进行了清单分析,利用AIST-IEA Vet4计算机软件,进行了环境影响评价。评价的结论表明:
(1)两种处置方法中,垃圾填埋的生态币值要大得多,由此可见,垃圾焚烧对环境的影响比垃圾填埋的影响要小;
关键词:城市垃圾;渗滤液;处理技术
中图分类号:G202文献标识码: A
在我国,垃圾填埋法是目前广泛使用的处理生活垃圾、工业垃圾的方法 。而且随着城市填埋技术二次污染相关问题的深入研究,作为防治二次污染问题的渗滤液处理技术也引起了越来越多的人和相关部门的重视。今后,符合我国基本国情的、经济的、具有针对性的并切实可行的垃圾填埋工艺和渗滤液处理技术的研究,将是我国研究的重点课题。
1垃圾渗滤液的特点
垃圾填埋场中重力流动的产物液体即是垃圾填埋场渗滤液,渗滤液主要包括外来水(如地下水渗入、地表水、大气降水)和垃圾分解产生的源水。能够影响垃圾场渗滤液性质的主要原因包括:填埋场条件、填埋地点的水文地质条件、填埋地点的气候条件、垃圾的主要成分、垃圾填埋的条件等。在以上多种因素的影响下,形成的垃圾填埋场渗滤液的以下特点:
1.1渗滤液水质复杂
影响垃圾填埋场渗滤液水质的主要因素是垃圾的组成成分。渗滤液是高浓度的有机废水,且不同地方垃圾的组成不同,渗滤液的水质也可能相差很大。据我国相关部门测定,国内几大城市垃圾填埋场渗滤液水质的调查显示,渗滤液中含有94种有机化合物,其中5种可诱导致癌,1种可致癌,20余种进入美国和我国EPA环境优先控制的污染物黑名单。其次,填埋的时间也会影响垃圾渗滤液的水质。一般情况下,垃圾填埋时间越长,渗滤液水质的可生化性就越差。同时随着垃圾填埋时间的增长,渗滤液中金属离子的含量降低,氨氮含量、PH值增加。除以上原因影响渗滤液水质外,填埋场的降水量、土质等也是其影响原因。由此可见渗滤液水质的变化规律是极其复杂的。
1.2渗滤液金属含量高
在垃圾的降解过程中产生的二氧化碳溶入垃圾渗滤液中,极易造成渗滤液水质呈微酸性,即加剧了垃圾中金属、金属氧化物和不溶于水的碳酸盐发生溶解,最终造成渗滤液中金属含量升高。垃圾填埋场渗滤液中主要金属离子包括:钙离子、铝离子、锌离子和铁离子等。
1.3渗滤液中氨氮含量高
垃圾填埋场渗滤液中垃圾的组成成分和垃圾的填埋方式的不同,造成渗滤液中氨氮质量浓度从数千毫克每升到几千毫克每升的变化。并且,随着垃圾的填埋时间的增长,垃圾中的有机氮不断转换为无机氮,使得氨氮的含量不断的升高。
2垃圾填埋场渗滤液的处理建议
2.1运用合并处理法
合并处理法是指垃圾渗滤液和一定规模的城市污水厂的污水合并处理,合并处理法是一种最为简便的处理方法。合并处理法的优点是:其一,节省大量单独建立垃圾渗滤液处理系统的费用,降低渗滤液处理成本。其二,能够利用污水处理厂污水对垃圾渗滤液达到稀释、缓冲的作用,实现城市污水和垃圾渗滤液同时处理的目的。合并处理法也有其缺点,包括:第一,因城市污水厂与垃圾填埋场间距离的问题,造成渗滤液的输送成为巨大的经济问题。第二,渗滤液水质复杂、组成多变容易对城市污水处理厂造成冲击负荷,甚至影响到城市污水厂的正常运行。综合合并处理法的优缺点,想在利用合并处理方法时得到效益最大化,那么必须考察其工艺的可行性。
2.2场内循环喷洒处理法
场内循环喷洒处理法是一种比较简单有效的处理方法。场内循环喷洒处理法优点包括:第一,通过回喷将垃圾的含水率由20%-25%提高到60%-70%,明显增加垃圾的湿度,提高垃圾中微生物的活性,使甲烷产生增加,以达到加速有机物的分解和污染物溶出的目的。第二,循环喷洒处理可降低渗滤液的浓度。第三,喷洒过程的挥发作用可减少垃圾渗滤液的产生,对水质及组成起到稳定作用,便于废水处理系统的正常运行及节省费用。第四,加速垃圾中有机物的分解,使垃圾场的稳定化进程由原需的15-20a缩短到2-3a。循环喷洒法存在的问题:(1)不能够完全消除渗滤液。(2)循环喷洒后的渗滤液仍需处理才可排放。
2.3渗滤液的预处理法
渗滤液中的SS污染物、色度、氨氮和金属离子通过设定在垃圾填埋场的预处理设备进行首处理,则可以得到有效的减少。又或者首先通过厌氧处理,使其生化性得到改善,降低处理负荷。渗滤液的预处理可为垃圾渗滤液的再次处理创造良好的运行条件。
渗滤液有着不同的处理方法,就方法的选则来说,应符合我国基本经济国情且达到保护环境的目的。另外,为了更好的研究垃圾渗滤液的处理技术应全面考察垃圾填埋场周边的有关因素及相应的处理技术的支持,使得垃圾渗滤液得到有效可行的处理。
参考文献
[1]常有锋,唐杰.人工湿地在城市垃圾渗滤液处理中的应用.《西安文理学院学报(自然科学版)》.2013年3期
【关键词】垃圾渗滤液 垃圾危害 地下水污染
1.垃圾渗滤液的产生来源及危害
垃圾渗滤液是指垃圾在堆放和填埋过程中由于发酵和降水的淋滤、冲刷,以及地表水和地下水的浸泡而滤出来的有机污水。
渗滤液的来源主要是由以下几方面产生:①降水(包括降雨和降雪)直接落入填埋场;②地表水进入填埋场;③地下水进入填埋场;④填埋场垃圾废物中含有部分水。
渗滤液是一种高浓度毒性大的有机废水,由于其浓度高,流动缓慢,渗漏持续时间长,对周围地下水和地表水均会造成严重的污染。一个不合格的垃圾填埋场就是一个大的再生污染源,其污染延续时间可以长达数十年,甚至上百年。一旦地下水源和周围土壤被其污染,与地下水连通后向周围扩散,有的地区每年可达1km的速度向外扩散,10年后将有300km2的区域遭到污染。污染一旦产生,想用人工方法修复,技术上将十分困难,其费用也是极其昂贵。国内外有关垃圾渗滤液污染地下水和饮用水源的事故屡有发生,给人民生活生产带来了非常大的危害和损失。
2.垃圾渗滤液的产生量及渗漏量
垃圾填埋场渗滤液对地下水的影响,一般需要大量的资料外还需要通过复杂的数学模型进行分析计算。这里主要根据降雨入渗量和填埋场垃圾含水量估算渗滤液的产生量。从土壤的自净、吸附、弥散能力以及有机物自身降解能力等方面,定性和定量的预测填埋场渗滤液可能对地下水产生的影响。
(1)渗滤液的产生量受垃圾含水量、填埋场区降水情况以及填埋作业区大小的影响;同时也受到场区蒸发量、风力的影响和场地地面情况、种植情况等因素的影响。最简单的估算方法是假设整个填埋场的剖面含水率在所考虑的周期内等于或超过相应田间持水率,用水量平衡法进行计算:
Q=(Wp-R-E)Aa+QL
式中:Q―渗滤液的年产生量,m3/a;Wp―年降水量;R―年地表径流量,R=C×Wp;C―地表径流系数;E―年蒸发量;Aa―填埋场地表面积;QL―垃圾产水量。
(2)渗滤液渗漏量对于一般的废物堆放场、未设置衬层的填埋场,或者虽然底部为粘土层,渗透系数和厚度满足标准但无渗滤液收排系统的简单填埋场,渗滤液的产生量就是渗滤液通过包气带土层进入地下水的渗漏量。对于设有衬层、排水系统的填埋场,通过填埋场底部下渗的渗滤液渗漏量Q为:Q渗滤液=AKs
式中:Q渗滤液―通过填埋场底部下渗的渗滤液渗漏量,cm3/s;d―称层的厚度,cm;Ks―衬层的渗透系数,cm/s;A―填埋场底部衬层面积,cm2;hmax―填埋场底部最大积水深度,cm。
3.防治地下水污染的措施
人类对固体垃圾的处理最初是简单的堆放,认识到其对周围环境产生的危害后,采取了卫生填埋方法,这是垃圾最终处置且行之有效的方法之一。但卫生填埋中比较重要的一环是防止渗滤液对地下水的污染,其防渗措施和防渗材料是关键环节。目前填埋场的防渗措施主要有:底层收集和排泄系统、底部衬垫层、封顶覆盖层。最终处置的基本原则是合理地、最大限度地使其与自然和人类环境隔离,减少有毒有害物质释放进入地下水的速率和总量,将其在长期处置过程中对环境的影响减至最低程度。城市生活垃圾填埋场的安全处置期在30~40年。为了防止渗滤液对地下水造成污染,应从填埋场选址的天然环境地质条件和工程措施等方面考虑。
(1)工程防渗措施:填埋场衬层系统是防止垃圾填埋处置污染环境的关键工程屏障。根据渗滤液收集系统、防渗系统和保护层、过滤层的不同组合,填埋场的衬层系统有不同的结构,如单层衬层系统、复合衬层系统、双层衬层系统和多层衬层系统等。
底层收集和排泄系统是填埋场的底层设置收集和排出渗滤液的装置。一方面收集系统将收集的渗滤液稀释后送入污水处理厂处理或回灌进填埋场让其进行生物降解自净,另一方面排出系统使渗滤液按照设计路径可控制排出,对防止和减少渗滤液对地下水的污染起着重要的作用。排出管道一般采用耐腐蚀、抗老化、光滑阻力系数小的材料。底部衬垫层的作用是防止未及时排走的渗滤液的渗漏,这是防止渗滤液污染地下水的关键。顶部覆盖层的作用主要是防止大气降水或地表径流入渗,同时也可以阻止填埋场中有害气体的释放。要求的安全处置时间越长,所选用的衬层就应该越好。重点是填埋场所选用的衬层(类型、材料、结构)防渗性能及其在垃圾填埋需要的安全处置期内可靠性是否满足;把渗滤液封闭于填埋场中,使其进入渗滤液收集系统;防止地下水进入填埋场中,增加渗滤液的产生量。
渗滤液穿透衬层所需时间一般要求应大于30年。采用下述简单公式计算:t=
式中:d―衬层厚度,m;v―地下水运移速度,m/a。
(2)填埋场场址地质屏障措施:一般来说,在含水层中的强渗透性砂、砾、裂隙岩层等地质介质对有害物质具有一定的阻滞作用,但由于@些矿物质的表面吸附能力一再因吸附量的增大而减弱。此外,地下水径流量的变化,对有害物质的阻滞作用不可能长时间存在,因而含水层介质不能被看做是良好的地质屏障。
地质介质的屏障作用可分为三种类型:①隔断作用。在不透水的深地层岩石层内处置的废物,地质介质的屏障作用可以将所处置废物与环境隔断。②阻滞作用。对于在地质介质中只被吸附的污染物质,虽然其在此地质介质中的迁移速度小于地下水的运移速度,所需的迁移时间比地下水的运移时间长,但此地质介质层的作用仅是使该污染物进入环境的时间延长,所处置废物中的污染物质,最终会大量进入到环境中来。③去除作用。对于在地质介质中既被吸附又会发生衰变或降解的污染物质,只要该污染物在此地质介质层内有足够的停留时间,就可以使其穿透此介质后的浓度达到所要求的低浓度。
【关键词】垃圾渗滤液;处理方法
一、垃圾渗滤液的基本性质和危害
(一)垃圾渗滤液的产生特点
当进入填埋场的水大于蒸发和提供给垃圾本身一定的湿度时,多余部分的水即从垃圾场中渗滤出来,即形成垃圾渗滤液。进入填埋场的水主要有两部分,一是垃圾本身所含水量;它包括垃圾本身所含的显水和垃圾在长期的厌氧发酵过程中产生出来的化合水。二是有效降水量;其主要受降水量、蒸发量、气温和径流量等因素的影响。众多实践表明,垃圾渗滤液的产生量主要受当地的降水量影响,降水量的大小又直接影响垃圾渗滤液的多少。而降水量受季节性的影响很大,因此渗滤液的产生量又与季节的变化密切相关。一般来说,在我国冬季和春季的降水量较小,夏季和秋季的降水量多而大,故冬季和春季内的渗滤液产生量相对较小,夏季和秋季内的渗滤液产生量大而多,在我国北方尤显突出。由此看来,全年内的渗滤液产生量很不平衡,继而又对水质的变化产生影响。这一特点为渗滤液的处理带来了一定难度。
(二)垃圾渗滤液的水质特点
垃圾渗滤液的水质除与降水量的多少直接相关外,还与填埋场的垃圾填埋时间有关,处于酸性发酵阶段的较“年轻”的填埋场产生出来的渗滤液,PH5.5~6.5,CODcr15,000~40000mg/l或更高,CODcr/BOD5值为1.5~3.0,由于PH较低,故其中的重金属含量较高,往往可达3~30mg/l。而处于碱性发酵阶段的较“老”填埋场产生出来的渗滤液,PH为7~8,CODcr1,500~5,000mg/l,CODcr/BOD5值大于10,重金属含量往往小于5mg/l。渗滤液的另一特点是含氮量和含盐量高,氮多以氨氮的形式存在,其主要是在废物的厌氧分解过程中,由各种蛋白质和其它含氮化合物的分解而产生出来的,约占TKN的80~90%。盐主要为氯化物(2000~4000mg/l)和硫酸盐(100~500mg/l)。渗滤液的水质特点也给其处理工艺的选择带来一定的难度。
(三)垃圾渗滤液的危害
垃圾渗滤液中除含有高浓度的有机物和氨氮外,还含有大量的有毒有害污染物质如重金属等。如果处理不好,将严重污染周围环境和水体,尤其是对地下水的污染。据对7600个垃圾填埋场的调查发现,有2000个填埋场对人体健康产生了直接威胁,所以必须对其进行有效处理。
二、垃圾渗滤液的处理方法及应用
众多研究结果表明,垃圾渗滤液可用生物法、化学絮凝、炭吸附、膜过滤、脂吸附、气提等方法单独或联合处理,而其中生物法因其费用低,效率高而得到最广泛的应用。目前国内外最普遍使用的渗滤液处理方法是好氧生物法,此法可有效地降低BOD5、CODcr和氨氮,还可去除其它污染物,如铁、锰等金属。在好氧法中又以延时曝气法用得最多,另外还有曝气稳定塘和生物转盘等。对于BOD5含量低,氨氮含量高,一般BOD5/NH3-N
(一)与城市污水合并处理法
如果能将垃圾渗滤液直接送到城市污水处理厂或与城市污水相类似的污水处理厂与这些污水合并处理,是最简单最经济的处理方法。由于渗滤液中所含成份与城市污水基本相同,所不同之处则是渗滤液中的BOD5、CODcr及氨氮含量高于城市污水中的含量。但由于城市污水量较大,可将渗滤液中的有机物及氨氮加以稀释,同时又可弥补渗滤液中磷含量的不足,而对于城市污水处理系统的正常运转来说又不产生任何影响。据国外资料介绍,当渗滤液的CODcr浓度在24000mg/l时,其体积占城市污水处理总体积的2%时,对污水处理厂的处理效果不产生影响,如CODcr浓度为3500mg/l,其渗滤液体积占城市污水处理总体积的40%时,污水处理厂的处理效果也不受影响。因此,将渗滤液送到城市污水处理厂共同处理是可行的,并且污水处理厂中的剩余污泥又可作为垃圾回填到垃圾填埋场。由于剩余污泥中的微生物含量很高,可加速垃圾中有机物的分解稳定,缩短垃圾的发酵期,从而缩短垃圾填埋场的稳定过程。将渗滤液与城市污水共同处理的综合处理工艺,可减少城市污水处理厂的污泥处理部分,又可减少垃圾填埋场的污水处理部分,因此可使整个工程造价和运行费用大大降低,是改善投资效果,提高环境效益的最佳选择。但采用该处理工艺时,需要考虑如下几个因素:(1)城市污水处理厂或与其相类似的污水处
理厂必须具有二级以上的污水处理设施;(2)城市污水处理厂
二级污水处理设施或与其相类似的污水处理厂的设计规模和远景规划;(3)垃圾填埋场与城市污水处理厂或与其相类似的
污水处理厂的距离等。
(二)渗滤液单独处理法
对于大多数目前现已存在的城市来说,情况往往是不尽人意的。很多城市的污水处理已先行,而垃圾处理只是近几年来才实施的项目,并且垃圾填埋场往往又远离城市,其渗滤液与城市污水合并处理具有一定的困难。因此,在这种情况下必须对渗滤液进行单独处理。
1.渗滤液循环回流处理法。渗滤液循环回流处理就是将垃圾渗滤液收集后,经调节池预沉淀处理后,喷灌回流至填埋场。一则通过喷灌,在太阳的照射下,可蒸发掉部分水量以减少后续处理的水量。二则可将垃圾填埋场当作一个巨大的不加控制的生物滤池,上层垃圾可作为好氧生物滤池,下层垃圾可作为厌氧生物滤池。喷灌回流又可增加污水中的氧量以加速微生物对渗滤液中有机污染物的降解。渗滤液在经过多次回流蒸发及垃圾渗滤过程中的生物降解和吸附之后,其流量和有机物的含量会越来越少。同时在这一工艺处理过程中,由于渗滤液的回流作用,又可加速垃圾中有机物的分解稳定,可以起到缩短填埋场稳定过程的作用。对有沼气回收系统的填埋场来说,又可增加沼气的产量。但在选择该工艺处理垃圾渗滤液时,应首先在垃圾填埋场设计时,就要考虑渗滤液的收集与导出措施。
关键词:飞灰处置;卫生填埋;工程改造
中图分类号:X799.1文献标识码:A文章编号:16749944(2013)12019103
1引言
垃圾焚烧处理是实现垃圾无害化、减量化和资源化的最有效的手段之一\[1\],是当前国际上生活垃圾处理较先进的技术,也是目前我国发达地区城市生活垃圾的主要处置方式。生活垃圾焚烧处置后会产生一定量的飞灰,由灰富集了生活垃圾焚烧过程中所产生的各种重金属以及有机有毒物,世界各国均将其列为危险废弃物范围,我国相应的技术政策也将飞灰作为危险废弃物予以管理和处理\[2\]。以往,在具体的处理方式上,主要按照《危险废物填埋污染控制标准》(GB18598-2001)要求,将飞灰经过稳定化处置后进入危险废物填埋库的方法。2008年4月,我国了《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB16889-2008)代替原有的垃圾填埋场的建设标准,提出了经过一定处理、符合标准要求的生活垃圾焚烧飞灰等废物可以进入生活垃圾填埋场,这对我国的生活垃圾焚烧设施建设将有很大的促进作用,同时也对飞灰的稳定化处置及垃圾填埋库的建设提出了新的要求。
由于目前我国各城市普遍存在危险废物集中处置设施缺失和固体废物填埋场难以建设的困难,生活垃圾焚烧产生的飞灰量又较大,因此各地区均需要采用合适的工程手段解决飞灰的填埋问题。如何利用现有条件进行工程改造,使其符合飞灰卫生填埋标准,是我们面临的紧迫和现实的问题。
2工程概况
常熟市南湖生活垃圾焚烧发电厂2006年建成投产,其产生的飞灰均按《危险废物填埋污染控制标准》(GB18598-2001)要求,经过稳定化处置后进入危险废物填埋库。后因库满,新(扩)建危险废物填埋库有难度,常熟市又按《生活垃圾卫生填埋技术规范》(CJJ17-2004)标准建成了南湖生活垃圾填埋场三期工程。要实施(GB16889-2008)标准,达到对飞灰稳定化处置后单独分区填埋的要求,必须对各相关标准予以研究,找出异同,然后进行工程改造,以适应新标准的要求。
2.1新旧标准对填埋场建设的要求差异
南湖生活垃圾填埋场三期扩建工程是按照《生活垃圾卫生填埋技术规范》(CJJ17-2004)标准予以设计、施工,项目已于2008年底竣工验收。要将已建好的常熟南湖生活垃圾卫生填埋场三期作为飞灰的卫生填埋场,必须使其符合新标准的各项要求。对照《生活垃圾卫生填埋技术规范》(CJJ17-2004)标准与《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB16889—2008),找出并分析二者之间的差异,按新标准要求做好改造,是解决常熟飞灰改由原实施的安全填埋转为卫生填埋的重要工作。
《生活垃圾卫生填埋技术规范》(CJJ17-2004)与《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB16889-2008)对填埋场要求的不同点列于表1。
2.2原填埋库(三期)概况及特点
常熟南湖生活垃圾卫生填埋场三期扩建工程位于垃圾焚烧厂西侧,工程已于2008年底竣工验收,并投入运行,主要作为垃圾焚烧厂的备用场。工程总库容量为43.7万m3,共分5个填埋库区,每个库区底标高(黄海高程系)和库容如表2所示。
库区采用垂直防渗+水平防渗结构。垂直防渗采用深层水泥搅拌桩,桩底深入库区底部隔水层以下,水平防渗采用单层复合防渗结构。防渗结构层如图1所示。
三期工程具有以下特点。
(1)填埋库区底部基础层为4层粉质粘土夹粉土层,部分为5层粉细砂层,其渗透系数均大于10-5cm/s。
(2)采用深层搅拌桩施工后,库区地下水位降低在-7.0m以下。
三期扩建工程实施前,地勘资料表明,场址位于常熟市西南的南湖荡南岸,为砖瓦厂取土坑区和南湖河道围填而成。场地主要由大、小不等鱼塘及取土坑构成,鱼塘水深1.5~2.5m,地形稍有起伏,地面高程0.5~1.4m,地下水流向为S10°W向。工程地质条件及评价根据勘察资料,场地内在20.50m深度范围内共分布有8个工程地质层,自上而下分述如下。
①素填土;②淤泥质粉质粘土;③粉质粘土;④粉质粘土;⑤粉质粘土夹粉土:平均厚度1.43m;中压缩性土;⑥粉细砂;⑦粉质粘土;⑧粉质粘土。
三期扩建工程场地地基土层分为8个工程地质层,其水文地质及工程地质评价如下:1层素填土:以粘性土为主,属透水层,平均厚度0.82m;2层淤泥质粉质粘土:平均厚度4.21m,高压缩性土,工程特性差,Kv=3.26×10-7cm/s,KH=3.46×10-7cm/s,属相对隔水层;3层粉质粘土:平均厚度0.78m,工程性能较好,Kv=5.20×10-7cm/s,KH=7.54×10-7cm/s,属相对隔水层;4层粉质粘土:平均厚度2.68m,中压缩性土,工程特性良好,Kv=6.98×10-7cm/s,KH=8.40×10-7cm/s,属相对隔水层;5层粉质粘土夹粉土:平均厚度1.43m;中压缩性土,Kv=1.37×10-5cm/s,KH=2.01×10-5cm/s,属弱承压含水层;6层粉细砂:灰黄—黄色,饱和,中密,含云母碎屑,分选性中等,工程性能中等,Kv=4.15×10-3cm/s,KH=5.86×10-3cm/s,属承压含水层;7层粉质粘土:厚度平均6.95m,局部为粉土层,工程特性较差,属相对隔水层;8层粉质粘土:厚度大于1.40 m,工程特性较好,属相对隔水层。
根据以上地质条件,制定相应的工程改造方案。
3填埋库的工程改造
以上对已建的垃圾填埋场与新标准要求所作的差异分析得知,二者之间主要体现在对防渗系统、分区坝、渗滤液导排系统等方面要求的差异,本次改建即围绕上述几方面为重点对其中的4号库区予以展开。
3.1防渗系统改造
防渗系统填埋场防渗处理在三期中防渗系统工程按《生活垃圾卫生填埋技术规范》(CJJ17-2004)设计,防渗采用单层复合防渗结构。本次技改,4#库区需同时满足《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB16889-2008)。原设计中,4#库区基础层为(4)层粉质粘土夹粉土层和(5)层粉细砂层,其饱和渗透系数均大于10-5cm/s,按《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB16889-2008)要求,需采用双层人工合成材料衬层。飞灰填理场处理的首要问题,是防止填埋场附近地下水及地表水受到渗沥液的污染,在合理选址的基础上必须考虑防渗系统的设计。根据场址的工程地质和水文地质情况,对填埋场底部进行防渗处理,其目的一方面是防止渗沥液浸入地下,污染地下水;另一方面是防止地下水浸入填埋场,造成渗沥液水量的大幅度上升。防渗处理要因地制宜选择不同的防渗方式,其中水平防渗为填埋场设计需主要考虑的问题之一。水平防渗方式主要采用以下两种方法:①天然防渗:天然防渗系统主要在场地的土壤、水文地质条件允许的情况下才能采用;②天然和人工防渗相结合防渗:如果场地部分满足天然防渗条件,可采用以上两种方式相结合。防渗衬里是由土工布、无纺布、过滤层、高密度聚乙烯等多种材料复合而成,具有很好的防渗性、耐腐性、(绕)曲性。
根据规范要求,结合三期扩建工程实施的4#单元坑防渗结构特点,本技改工程防渗系统采用人工双层复合防渗结构。防渗结构层(从上到下)如下。
(1)缓冲层:采用 300mm厚的袋装飞灰。
(2)渗沥液收集导排系统:底部采用300mm厚碎石导渗层,反滤层采用160g/m2机织土工布。
(3)膜上保护层:为800g/m2长丝聚酯无纺土工布。
(4)主防渗层:坡面选用平模挤出工艺生产的1.5mm厚单糙面HDPE土工膜,糙面朝下铺设。平面选用平模挤出工艺生产的1.5mm厚光面HDPE土工膜。
(5)膜下保护层:为600g/m2长丝聚酯无纺土工布+200g/m2长丝聚酯无纺土工布,200g/m2长丝聚酯无纺土工布已铺设。
(6)渗沥液检测层:底部为300mm厚碎石层,坡面为复合土工排水网,三期扩建工程已铺设。
(7)次防渗层:选用平模挤出工艺生产的1.5mm厚HDPE土工膜,三期扩建工程已铺设。
(8)防渗保护层:>0.75m厚粘土层,饱和渗透系数不大于10-7cm/s。三期扩建工程已建设。
(9)地下水导排:为间隔20m的碎石盲沟。三期扩建工程已建设。
(10)基础层:为4层粉质粘土夹粉土层和5层粉细砂层。构造如图2所示。
3.2分区坝结构
根据规范要求,飞灰进入生活垃圾卫生填埋场需分区填埋处置。三期扩建工程共分5个填埋库区,库区采用1m高的粘土坝分隔,以减少渗沥液产量。本改造工程需建设高度为3m,顶标高为-0.8m(黄海高程)的分区结构物,以分隔飞灰填埋坑和生活垃圾填埋坑。
分区结构物采用挡土墙。挡土墙主要有以下几种类型:重力式挡土墙、悬臂式挡土墙、扶壁式挡土墙、锚杆式挡土墙等。本工程的适用方案选择如表3所示。
由以上对比可知:重力式挡土墙技术简单、应用广泛、造价低,但其体积较大,占用库容大;悬臂式和扶壁式挡土墙虽占用库容小,但其施工复杂,需将原工程铺设的防渗系统切割出工作面后,方可施工,且造价较高。锚杆式挡土墙技术复杂,适用于高度较大的挡土墙。
本次改造工程中,飞灰填埋区分区挡土墙高度约为3m,结合现场实际情况,推荐采用重力式挡土墙作为分区结构物的形式,重力式挡土墙材质采用粘土。
3.3渗滤液导排系统
在填埋单元坑填埋过程中,难以阻止雨水进入飞灰堆层,当降水使飞灰完全饱和后,继续降雨必然会产生渗沥液,这是场区渗沥液的主要来源。
本工程排水系统分地下水排水系统、膜下水排水系统和渗沥液排水系统。设计情况如下:地下水排水系统主要为库区底部的地下水导排盲沟;膜下水排水系统可利用三期扩建工程建设的渗沥液导流层改造成膜下水导流层,渗沥液泵井改造成膜下水渗漏检测井;渗沥液排水系统在坑底主防渗层上铺设碎石导水层,顶面铺盖一层土工布作为过滤层,渗沥液最终通过穿孔HDPE管排至渗沥液收集井;在渗沥液收集井中设有移动式潜污泵,提升送至污水储存罐。
4结语
整个常熟三期垃圾填埋库4号坑的改造工程历时4个月,投入改造资金400万元,工程经有关部门检验合格通过验收,现已投入正常使用。
《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB16889—2008)为飞灰的处置开辟了新的出路,同时也对飞灰的处置及垃圾填埋库的建设提出了更高的要求。在按原标准建设的垃圾填埋场基础上进行工程改造,能够解决目前我国各城市对危险废物集中处置设施和一般固体废物填埋场都面临难以建设,又必须面对大量飞灰需处理的现实问题。常熟市按照(GB16889—2008)标准的要求,改造原有的填埋场的渗滤系统,设置分区坝结构和渗滤液导排系统,有效解决了当地飞灰处置的问题,可为其他各地类似情况的解决提供有益的借鉴。
参考文献:
[1]时璟丽,张成.垃圾焚烧发电技术在我国的应用及发展趋势[J].可再生能源,2005(2):63~65.
[2]赵光杰,李海滨,赵增立.垃圾焚烧飞灰基本特性研究[J].燃料化学学报,2005(4):184~185.