难降解垃圾渗滤液填埋场终场覆盖层灌溉处理及其生态效应

摘要

生活垃圾填埋场渗滤液水质水量多变，水质复杂，现有渗滤液处理系统存在处理费用高，处理流程长等问题；特别是以生物反应器填埋场渗滤液循环回灌出水、老填埋场渗滤液为代表的难降解垃圾渗滤液，问题尤为严重，此类渗滤液的溶解性有机物中有大量的腐殖类物质、生物可降解性差、氨氮浓度高、溶解性盐离子含量较高；终场覆盖层水分含量低、营养缺乏为填埋场植被恢复的主要限制因素之一，植被对填埋场的安全稳定、环境美化等具有重用作用；难降解垃圾渗滤液在垃圾填埋场终场覆盖层的灌溉处理，利用覆盖层植物土壤系统来蒸腾蒸发减量和净化作用，可有效处理处置难降解垃圾渗滤液，同时还能有利于终场覆盖层植被的建植，此途径是否可行，在于要有良好的渗滤液减量和净化效果，同时也要保持覆盖层植物土壤系统的良好环境质量；难降解垃圾渗滤液另一的处理处置途径为资源化利用作为农林灌溉用水，而此也决定于灌溉的生态效应是否有利于植物土壤。本文以老港填埋场渗滤液原液经实验室处于稳定产甲烷期的垃圾填埋柱循环回灌出水——难降解垃圾渗滤液为研究对象，通过模拟实验和现场试验研究了难降解渗滤液垃圾填埋场终场覆盖层灌溉处理的可行性，筛选适用于此工艺的草本植物和土壤材料；相应的研究了难降解渗滤液不同体积浓度稀释液和不同水力负荷原液灌溉对植物土壤系统的生态效应，并对难降解渗滤液对植物生理影响的机制和资源化利用作为农林灌溉用水的可行性进行了分析；探讨了难降解渗滤液溶解性有机物(DOM)特征及厌氧垃圾层循环回灌和终场覆盖层灌溉处理二个单元对DOM的去除特征。研究主要结论概括如下：1、垃圾渗滤液有机组分主要为溶解性有机物(DOM)，采用DOM分子量分级和亲水－憎水性分类的方法对老港原液、循环出水及其模拟终场覆盖层灌溉出水等渗滤液进行了DOM特征分析；结果表明，老港原液DOM以亲水类HyI(66.3％)和分子量小于1k有机物为主(81.5％)；难降解渗滤液(循环出水)DOM主要以腐殖质(HS)为主占58％，HyI占42％，且有机物分子量分布范围较广，10～50k间含量最高(34.94％)；灌溉出水中DOM主要以HyI(63％)和分子量4k以下有机物为主(63％)，而HS只37％；循环回灌对老港原液中小分子量HyI类有机物去除效果好，去除率为91.2％，终场覆盖层灌溉处理对循环出水中高分子量的HS类有机物去除较佳，去除率为85.7％，二者组合对老港原液DOM去除率高达96.9％，且对HS和HyI均具较高的去除效果，去除率分别为96.6％、97.0％。植物毒性试验结果表明，各渗滤液生物毒性高低依次为老港原液、循环出水、灌溉出水，循环回灌和覆盖层灌溉二个处理单元显著地降低了渗滤液的生物毒性，但条件相同(TOC、作用时间)时各渗滤液稀释液生物毒性灌溉出水＞循环出水＞老港原液，需注意处理单元出水的生态安全性。2、从对渗滤液灌溉胁迫的抗性和处理效果综合分析，香根草、改良型百慕大、狗牙根、百喜草四种暖季型禾草中，除百喜草外均可耐受难降解渗滤液原液的直接灌溉，可作为渗滤液垃圾填埋场终场覆盖层灌溉处理草本植物材料，但改良型百慕大、香根草更适宜；而高羊茅、黑麦草、白三叶三种冷季型草中，高羊茅最佳；难降解垃圾渗滤液灌溉处理下，适宜植物生长的土壤材料顺序依次为垃圾土、砂壤土、黄砂土、黄壤土；从植物生长、灌溉处理效果、土壤生物活性等角度综合考虑，黄壤土不适宜用作终场覆盖层土壤；若渗滤液覆盖层灌溉处理全年运行，可选择黄砂土或砂壤土；若采用暖季型封场植物且灌溉处理集中在气温较高的季节，垃圾土最适宜用作终场覆盖层土壤材料。3、首次研究了渗滤液原液及其不同体积浓度稀释液灌溉对禾草胁迫及其抗氧化系统的影响；结果表明，体积浓度大于35％的渗滤液灌溉，随浓度的增大，禾草叶绿素含量和a/b值降低明显，丙二醛(MDA)、H2O2、脯氨酸进一步积累，相对膜透性显著增加，抗坏血酸(AsA)、还原型谷胱甘肽(GSH)、类胡萝卜素(Car)含量下降，过氧化物酶(POD)和超氧化物岐化酶(SOD)活性受抑制，高浓度渗滤液灌溉会导致禾草活性氧产生和抗氧化系统清除间动态平衡的破坏和膜脂过氧化的加剧，加速了禾草衰老进程；这表明维持活性氧清除系统的稳定，以减轻膜脂过氧化的伤害可能是禾草抗渗滤液胁迫的机制之一。4、随灌溉难降解垃圾渗滤液稀释液体积浓度或原液水力负荷的升高，植物生物量、叶绿素含量、土壤酶活性、呼吸强度和微生物碳均先增强(大)后减弱(小)，且渗滤液灌溉组一般高于对照组，反映植物胁迫指标丙二醛(MDA)、脯氨酸(Pro)、H2O2含量减小后增大且渗滤液灌溉组一般低于对照组；这表明适当浓度的渗滤液稀释液或适当水力负荷原液灌溉会显著提高土壤的生物活性和肥力、减缓对植物的逆境胁迫，通过控制一定浓度或水力负荷而控制污染物的负荷，对植物生长和土壤是安全有利的，资源化利用难降解垃圾渗滤液作为农林灌溉用水是可行的，且可选择原液直接和原液稀释2种灌溉方式，稀释灌溉时水力负荷12mm/d下原液体积浓度要控制在35％以下，原液直接灌溉时水力负荷6.46～10.15mm/d较佳，此参数可作为确定难降解垃圾渗滤液填埋场终场覆盖层灌溉处理水力负荷的参考依据。5、现场封场植物夹竹桃胁迫相关生理指标和抗氧化系统成分一年四季的监测表明，渗滤液灌溉组(10mm/d)和自然生长的对照组夹竹桃各监测指标动态变化规律相似，渗滤液灌溉对夹竹桃生理生态效应主要受气候的季节性变化调控，渗滤液灌溉处理对封场植物生长有利且不会显著加大对封场植物胁迫，但需防范环境因子较恶劣时，环境气候因子和渗滤液灌溉对封场植物复合胁迫的风险。渗滤液灌溉初期的2～6月内覆盖层土壤酶活性、微生物量碳和呼吸强度持续增强(大)，现场研究后期缓慢下降或波动变化，但各时间点覆盖层土壤酶活性、微生物量碳、呼吸强度均高于灌溉起始土壤，表明渗滤液灌溉提高了覆盖层土壤的生物活性；植物毒性实验表明覆盖层土壤的生态毒性基本没有增强。6、渗滤液灌溉过程中土壤理化性质和生物学性质在终场覆盖层土壤剖面的分布差异显著；土壤有机质、全氮、酶活性、微生物生物量碳、呼吸强度一般在渗滤液灌溉布水管下的-30～-20cm层最强(高)、表层土(-10～0cm层)次之，剖面沿-30～-20cm层再往下，各指标含量或强度持续下降。灌溉各时间段终场覆盖层土壤有机质均线性增加，且有机质含量和渗滤液COD的去除量呈线性正相关，表明渗滤液中有机物去除主要是被土壤截留吸附而非生物降解。土壤主要盐离子在灌溉4个月内增加显著，随灌溉时间延长盐离子累积不明显，表明终场覆盖层土壤对盐有一定吸附饱和度，土壤中盐不会持续积累。7、现场试验研究表明，难降解垃圾渗滤液填埋场终场覆盖层灌溉处理有良好的水量减量和污染物去除效果；每天灌溉1次进水水力负荷10mm/d下，渗滤液减量负荷可达5.34～7.83mm/d，利用蒸发蒸腾作用有可能完全平衡填埋层产生的渗滤液，影响渗滤液减量的主要因素为进水水力负荷，其次为植物和气候；主要污染物去除率COD 89.5～94.1％、NH3-N94.1～95.8％、无机氮68.8～88.4％、SS85.3～92.7％；但随灌溉渗滤液水力负荷的提高，减量率和去除率下降；灌溉处理对封场植物生长有利，并提高了覆盖层土壤的生物活性，上述结果表明难降解垃圾渗滤液填埋场终场覆盖层灌溉处理是可行的，此为难降解垃圾渗滤液的处理处置和填埋场的生态恢复提供了一个新的途径。关键词：垃圾渗滤液，灌溉处理，生态效应，终场覆盖层，胁迫，抗氧化系统

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1研究背景

1.2研究目的和意义

1.3研究内容

1.4研究的创新点

第2章国内外研究状况

2.1渗滤液的水质水量

2.1.1渗滤液来源和产生量

2.1.2渗滤液水质特征

2.2渗滤液处理的国内外研究状况

2.2.1渗滤液的处理方法

2.2.2填埋场渗滤液回灌(循环)

2.2.3渗滤液土地处理

2.3渗滤液灌溉的生态效应

2.3.1渗滤液灌溉对植物生长的影响

2.3.2渗滤液灌溉对土壤性质的影响

第3章渗滤液的水质特征及其毒性评价

3.1实验材料及方法

3.2实验结果及分析

3.2.1处理过程中DOM在渗滤液中所占比例

3.2.2不同阶段渗滤液中有机物分类特征

3.2.3灌溉处理对渗滤液中DOC去除效果

3.2.4不同阶段渗滤液中HA、FA和HyI的芳构化程度变化

3.2.5不同阶段渗滤液的分子量分布

3.2.6渗滤液中HA、FA和HyI的分子量分布

3.2.7渗滤液中HA、FA和HyI在不同分子量区间的芳构化程度

3.2.8不同阶段渗滤液的毒性评价

3.3本章结论

第4章 难降解垃圾渗滤液灌溉的生态效应及终场覆盖层植物土壤材料筛选

4.1实验材料及方法

4.1.1实验材料

4.1.2实验设计

4.1.3测定项目与方法

4.1.4数据处理

4.2实验结果及分析

4.2.1填埋场终场覆盖层草本植物筛选

4.2.2垃圾渗滤液灌溉对植物土壤系统的生态效应

4.2.3不同质地土壤用作终场覆盖层土壤的比较

4.2.4渗滤液循环出水灌溉的时间效应

4.3本章结论

第5章不同水力负荷难降解垃圾渗滤液灌溉处理及其生态效应

5.1实验材料及方法

5.2实验结果及分析

5.2.1不同水力负荷渗滤液循环回灌出水灌溉处理效果比较

5.2.2不同水力负荷渗滤液循环回灌出水灌溉对植物的生态效应

5.2.3渗滤液循环回灌出水灌溉处理对土壤理化性质的影响

5.2.4渗滤液循环回灌出水灌溉处理对百慕大草中元素含量的影响

5.2.5不同水力负荷渗滤液循环回灌出水灌溉对土壤生物学性质的影响

5.2.6结语

5.3本章结论

第6章渗滤液垃圾填埋场终场覆盖层灌溉处理研究

6.1实验材料及方法

6.1.1研究场地设计

6.1.2实验材料

6.1.3实验方法

6.1.4数据处理与计算

6.2实验结果与分析

6.2.1灌溉现场降雨量及平均气温日照

6.2.2垃圾填埋场终场覆盖层灌溉处理渗滤液减量效果及影响因素

6.2.3垃圾填埋场终场覆盖层灌溉处理渗滤液的主要污染物去除

6.2.4灌溉处理渗滤液前后终场覆盖层土壤理化性质

6.2.5灌溉处理渗滤液前后终场覆盖层土壤生物学性质

6.2.6终场覆盖层灌溉处理渗滤液对封场植物夹竹桃的生理生态效应

6.3本章结论

第7章主要结论与建议

7.1主要结论

7.2建议

致谢

参考文献

个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果