废弃农村固废简易填埋场污染现状调查及其渗滤液处理技术(多介质层系统)研究

摘要

中国作为一个发展中国家，超过半数人口居住在农村地区，农村地区的生态环境质量对农民生活具有重要意义。在过去的几十年间，中国农村环境保护建设远落后于城市，农村基本上没有建立固体废物收集和处置体系。目前，中国农村固体废物与农村生活污水一起，已经成为影响农村环境卫生的主要污染源之一。此外，中国农村快速的城市化进程也是农村固体废物污染物的产量逐渐升高的原因之一，农村生态环境恶化趋势日趋严重。
　　 中国农村受到技术、投资与运行成本等因素限制，简易填埋成为农村固废的主要处置方式之一。随着我国经济的快速发展，2000年后农村地区逐渐采用规范化方式处置农村固废，原有的简易填埋场逐渐处于废弃状态。但是由于缺乏环境保护措施，废弃农村固废简易填埋场对周围环境的污染并没有得到根本防治，但目前对于此类简易填埋场的环境污染现状与相应污染控制措施等缺乏相关的系统研究。本研究以宁波市为例，对废弃农村固废简易填埋场进行了环境污染调查，在此基础上，探索采用多介质层系统(MML)处理简易填埋场垃圾渗滤液。主要研究结果如下：
　　 1.废弃农村固废填埋场环境污染调查
　　 通过现场实地调查与走访就近农村居民，表明：宁波地区有100多个废弃农村固废简易填埋场。由于填埋期较久，简易填埋场的固废物理组成与市政填埋场固废有较大差别，其中前者固废残余物含量高达85.0％，且混有较多工业固废。填埋场内固废有机质与Cd含量较高，分别达到69.8 g/kg(以干重计，下同)与17.6 mg/kg。氮和COD是垃圾渗滤液中主要污染物，但其浓度远远小于卫生填埋场的垃圾渗滤液浓度，极度地降雨稀释很可能是造成这一现象的重要原因。
　　 COD、氮与磷是简易填埋场周围地表水中主要污染物，营养盐污染远大于重金属污染，根据水质综合污染指数值，填埋场周围120m范围内约78.0％地表水样归类为中度-严重污染。
　　 填埋场周围土壤中TN、TP与Cr、Cu、Zn和Cd有积累趋势，Cr、Cu与Cd其污染程度均为未污染-中度污染，土壤Cd污染最重。与土壤Ⅱ级标准的Cd规定值相比，场内土壤Cd平均值是其10.3倍以上，因此填埋场周围100 m范围内土壤只适合作为林地，而不适合作为农业用地。
　　 2.废弃农村简易填埋场周围土壤-水稻生态系统污染
　　 以高桥简易填埋场为研究对象，研究了该填埋场周围土壤重金属与水稻重金属含量受填埋场的影响，结果表明：农村废弃填埋场周围120 m范围内，土壤-冰稻生态系统已经受到污染。土壤Cd含量高于农业土壤最大允许值。重金属Igeo值表明：土壤已经受到了Cd中度污染，而土壤中Cr、Cu与Pb污染状况为未污染-中度污染。水稻根部、茎叶和籽粒均呈现显著地重金属积累趋势。水稻籽粒Cr和Pb含量高于阈值，它们的平均含量分别是阈值的2.9-6.7倍与1.0-1.5倍。线性相关分析结果表明：填埋场渗滤液呈弱碱性是造成土壤pH升高，并进而影响水稻对Cd吸收的一个重要原因。
　　 3.MML对简易填埋场渗滤液的处理效果
　　 针对现有常规渗滤液处理工艺投资与运行成本高，操作维护较复杂等缺点，论文探索了采用MML工艺处理废弃农村固废简易填埋场渗滤液的可行性研究。MML具有管理方便与无动力处理的特点，适合处理此类填埋场渗滤液。本实验设置了4个水力负荷，并改进了土壤块(SMB)组成，在低曝气与不曝气条件下，研究了MML对渗滤液的处理效果。结果表明，MML可以有效地去除垃圾渗滤液中的COD、NH3-N与P。MML在HLR200L/(m2·d)和400 L/(m2·d)与无曝气条件下，NH3-N去除效率与 COD去除效率分别为97.4％和82.4％与972.0％和62.0％；在HLR800和1600 L/(m2·d)与间歇曝气时，NH3-N与COD去除效率分别为62.3％和53.4％与945.3％和35.3％。由于强烈的硝化作用，TN去除效率不高，在试验结束时，MML实际上基本丧失了对TN的去除能力。在HLR200 L/(m2·d)时，MML对P去除效率在75.6-91.9％，而其它3个水力负荷下P去除效率在26.1-54.9％之间。实验结果表明，MML用于处理该类填埋场渗滤液具有较好的前景。
　　 4.MML流态分析
　　 由于目前自然处理系统设计主要采用经验公式，而实际应用中由于受到所处地理位置、地质条件与气候等多种外界因素影响，其水流流态常常偏离设计，影响了其设计的有效性。本章实验通过投加示踪剂，求出MML停留时间分布曲线，进而明确其内部流体流动状态，明确其有效体积，为对MML反应器优化和高效利用提供依据。在水力负荷分别为200、400、800与1600 L/(m2·d)条件下，MML反应器示踪实验结果表明：
　　 (1)MML在HLR200-1600 L/(m2·d)返混程度中等偏下(d<0.3)，流动状态以平推流为主，但是随着HLR提高到实验最高负荷0600 L/(m2·d))，反应器流态有由平推流向全混流转变的趋向。
　　 (2)水力停留时间是决定MML反应器死区比例的一个关键因素之一，二者存在良好能负相关性。