第六章垃圾填埋场的环境污染与生态修复

第六章垃圾填埋场的环境污染与生态修复环境科学陈茜目录1234垃圾处理技术与综合利用垃圾填埋场的生态环境问题垃圾渗漏液的处理垃圾填埋场的植被恢复1、垃圾处理技术与综合利用垃圾：它包括一切以固体形式存在的无用、未用或者被抛弃的物质。化学成分平均干重所占的比例/%纤维素、糖类、淀粉半纤维素木质素脂类蛋白质5811.911.25.73.4典型垃圾的化学组成卫生填埋法•应用广泛•土地占用量大，产生的气体和渗透液对环境影响较大焚烧法•产生无菌无臭的残渣，体积减少•成本高，产生的气体或副产物会造成二次污染堆肥法•投资较低、技术简单、有机物分解后可作为肥料•对垃圾分类要求高、有氧分解过程中产生的臭味会污染环境综合利用：简易、无控制的垃圾填埋卫生填埋和简单的废物回收及再利用系统固体废弃物的综合管理（第一阶段）（第二阶段）（第三阶段）固体废弃物管理的三个发展阶段2、垃圾填埋场的生态环境问题垃圾填埋场内部的微生物活动垃圾渗漏液的环境问题垃圾填埋场气体的环境问题垃圾填埋场的其它环境问题2.1垃圾填埋场内部的微生物活动城市固体废弃物（垃圾）小分子有机物挥发性脂肪酸、乙醇、氢气、二氧化碳乙酸、氢气、二氧化碳甲烷、二氧化碳水解作用产酸作用产乙酸作用产甲烷作用垃圾填埋场内部复杂有机物的厌氧降解过程2.2垃圾渗滤液的环境问题垃圾渗滤液的产生及其理化特征：渗透进垃圾填埋场内部的水分带走垃圾层中有机、无机的降解中间产物和最终产物，再从填埋场往外渗漏，便形成垃圾渗滤液。来源降雨垃圾被填埋时其本身所包含的水分垃圾经微生物降解过程中所产生的水垃圾渗滤液的数量与当地的气候条件、最终覆盖层的性质及质量、垃圾填埋场的地理状况以及被填埋垃圾的特性等因素有关。垃圾渗滤液的成分变化很大，主要取决于垃圾填埋场的设计与运作条件、年龄（稳定化阶段）、所填埋垃圾的具体组成以及微生物降解垃圾的状况等等。通常，随着垃圾填埋场年龄的不断增加，渗滤液中的许多化学成分也会随之持续下降。垃圾填埋场垃圾渗滤液的理化特征：1）渗滤液成分复杂；2）有机污染物和氨氮含量高；3）重金属含量大，色度高且恶臭；4）微生物营养元素比例失衡；5）COD和BOD浓度都很高。垃圾渗滤液对环境的影响：其他有机污染物也具有生物毒性对地表水和地下水构成潜在的威胁污染周边的土壤和植被高浓度的铵离子具有急性毒性2.3垃圾填埋场气体的环境问题垃圾填埋场内部微生物的厌氧降解活动使大部分的有机垃圾被转化为气态的最终产物，即以甲烷和二氧化碳为主要成分的填埋气体。成分所占比例（干体积）/%CH4CO2CON2O2H2H2S其他痕量成分40~7030~600~33~50~30~50~20~1典型填埋气体的组成包括各种卤化脂类、芳香族化合物、杂烷化合物、酮类、脂类和萜类等填埋气体的环境影响：2.4垃圾填埋场的其他环境问题•垃圾成分的不断降解和淋溶损失•垃圾在填埋时没有被彻底、均匀地压缩原因•破坏最终覆盖层的结构并导致局部地区填埋气体和垃圾渗滤液的溢漏•给其植被重建和生态恢复以及重新开发利用等造成负面影响。危害（1）地面沉降（2）导致火灾或爆炸富含甲烷的填埋气体更有利于对其能量的回收，但它同时也面临易燃、与空气结合形成爆炸性混合物以及容易通过扩散或对流而迁移出垃圾填埋场等的危险。3、垃圾渗滤液的处理处理方法生物学处理法（好氧和厌氧）物理和化学处理法3.1生物学处理法3.1.1好氧微生物法好氧微生物过程能有效地去除垃圾渗滤液中的铵离子，而且可以在很宽的温度范围内运作。此外，垃圾渗滤液中的许多物质（如烷基苯）在好氧条件下降解的速率要比在厌氧环境下快得多。好氧处理主要是活性污泥法，通过提高污泥浓度来降低污泥的有机负荷，可以获得令人满意的处理效果。低氧、好氧活性污泥法及SBR法等改进型活性污泥法比常规活性污泥法更为有效，因其能维持高有机负荷、低水力停留时间，因而节省空间、提高处理能力。由于渗滤液的成分复杂，尤其是“年老”的渗滤液，BOD5/COD值很低，氨氮浓度很高，可生化性较差，需结合其他方法，如采用联合工艺，以提高处理的效率。3.1.2厌氧微生物法厌氧微生物过程是处理含有高浓度有机物的垃圾渗滤液的最有效办法，通过它可以将渗滤液中的有机酸等化合物降至很低的水平。同时它还可以使重金属以碳酸盐或硫化物的形式从垃圾渗滤液中沉淀而去除。垃圾渗滤液回灌：回灌就是将未经处理的渗滤液直接喷洒到填埋场表面，利用垃圾层、覆盖土层的净化作用和终场后表面植物的吸收、蒸发作用来处理垃圾渗滤液。其实质是把填埋场作为一个生物反应器，利用填埋场自身形成的稳定系统，使渗滤液在流经覆盖层和垃圾层时发生一系列的生物、化学、物理作用而被截流、降解，同时由于植物的蒸发作用而使渗滤液量变小。渗滤液回灌工艺流程优点：设施简化、基建投资省、运行费用低、耐冲击负荷；促进垃圾加速降解和垃圾填埋场的稳定化，减少渗滤液流量。缺点：易造成土壤堵塞、对氨氮的除去效果不好3.1.3好氧/缺氧（或厌氧）微生物法结合好氧和厌氧微生物过程的处理方法可以有效地降低垃圾渗滤液中氮素水平。许多垃圾渗滤液都含有很高浓度的铵离子，在好氧阶段，这些铵离子通过微生物硝化作用而被氧化成硝酸根离子；然后这些硝酸根离子在厌氧阶段中通过反硝化作用被还原成氮气。3.1.4利用微型藻类处理垃圾渗滤液微型藻类毒害作用垃圾渗滤液脱氨处理加磷当渗滤液的N/P超过一定的阈值时将导致藻类对氨氮的去除不完全；通过人工加入磷而调节N/P比例的方法能明显促进藻类在垃圾渗滤液中的生长并提高它们对COD、NH3-N和重金属的去除率。方法活性炭吸附主要用来吸附疏水性物质和芳香烃化合物。反向渗透法能够去除大部分物质。蒸发法让垃圾渗滤液在一种很薄的塑料膜上蒸发。很好地去除COD和NH4+-N脱氨处理加入氢氧化钙，将pH提高至11，主要去除氨，部分去除COD、总磷及PO43--P沉淀法加入硫酸铝、硫酸亚铁、硫酸铁或石灰与磷产生沉淀而达到去除磷的目的氧化作用常常与生物处理法一起使用3.2物理、化学处理法3.3生物处理和物理-化学处理相结合的方法由于含有高浓度的NH4+-N和COD，许多垃圾渗滤液需要通过生物处理和物理或化学处理相结合的方法进行处理。由于产甲烷阶段垃圾填埋场的渗滤液中大部分的有机污染物是难以生物降解的，因而必须通过物理或化学的方法将其COD降至足够低的水平。土地处理系统是利用土地的物理、化学和微生物潜能对废物进行去毒、降解或钝化等处理。土壤不仅能提供较大面积的吸附表面，而且具有很好的离子交换能力以及含有能进行生物降解的微生物种群。与其他的渗滤液处理方法相比，土地处理法是比较经济而有效的。有待解决：（1）一旦土壤内部的重金属结合位点趋于饱和，垃圾渗滤液中的重金属将无可避免地进入到地表水中。（2）渗滤液的连续淋溶也会导致盐分在土壤中积累问题。（3）厌氧条件、细菌生长以及渗滤液中高浓度的悬浮物质等因素最终会导致土壤的淤塞，从而使土壤的过滤性能及其对渗滤液的处理效率持续下降。（4）垃圾渗滤液中的许多有机物在土壤内部的厌氧环境下非常难以降解。4、垃圾填埋场的植被修复4.1概述最近一些年来，利用已关闭垃圾填埋场作为运动场、公园和高尔夫球场等公共娱乐设施已在世界各地成为一种趋势。但是，在对垃圾填埋场进行各种形式的开发和重新利用之前必须进行植被的重建和维持。良好的植被重建和生态修复是控制垃圾填埋场的环境污染的关键，它还能有效改善垃圾填埋场的外貌景观及减少其侵蚀作用，而且对保持公众对垃圾填埋处理方式的认受和支持具有重要意义。4.2影响植物在垃圾填埋场上定居和生长的主要因素最终覆盖层土壤中填埋气体的存在是影响植物在垃圾填埋场上生长的重要因素。除此之外，垃圾渗滤液的污染以及最终覆盖层土壤的贫瘠、干旱、高温和高度致密等也会严重制约植物的定居及正常生长。4.2.1填埋气体（1）填埋气体各组分对植物的影响①甲烷甲烷可以通过直接的气体置换作用而使根系周围的氧气耗尽；由甲烷氧化细菌参与的活跃的甲烷氧化作用能迅速消耗土壤中有限的氧气。②二氧化碳虽然少数植物已被证实对二氧化碳具有较强的耐性，而且温和水平的二氧化碳已被发现对植物根系的生长起刺激作用，但浓度在15%甚至20%以上的二氧化碳一般来说对植物是致命的。③其他气体成分填埋气体中常常还含有其他一些微量气体成分，他们当中被认为具有植物毒性的包括硫化氢、氨气、苯和乙醛等。（2）垃圾填埋场上的植被覆盖与填埋气体之间的关系植被覆盖填埋气体4.2.2垃圾渗滤液垃圾渗滤液中通常含有大量的氨氮，从而对许多生物体具有急性的毒性效应。渗滤液中还含有许多重金属、酚类、丹宁、可溶脂肪酸以及其他的有机污染物，所有这些物质均对植物生长具有潜在的危害作用。垃圾层中过量的渗滤液常常能侵入最终覆盖层中较为薄弱的地方或者填埋场没有覆盖的部分，会对周围的植物造成伤害。4.2.3其他因素土壤的理化性质营养元素土壤质地水分温度4.3植被重建4.3.1耐性树种的选择衡量一个植物种是否适合用于垃圾填埋场的植被重建的两个基本原则是：①能够忍耐填埋气体和垃圾渗滤液的污染；②对干旱具有较强的抗性。（1）草本植物与普通木本植物相比，浅根系的草本植物，包括禾草类和杂草类，似乎更能在填埋气体较多的地方生长，原因是最终覆盖层表层土壤中的填埋气体的浓度一般较低。此外，许多草本植物已被证实能够忍耐较高水平的重金属，从而在一定程度上缓解了垃圾渗滤液对它们的影响。（2）豆科植物固氮作用耐填埋气体耐干旱（3）植物的种植①种植草本或者其他类型的植物时，通常需要将其种子埋在最终覆盖层土壤里面；②在填埋气体较多的地方，最好还撒上一层木屑以减少气体的侵蚀；③乔灌木最好是在种草后的1~2年内再开始种植；④实施长期的护理及灌溉计划才能保证这些植物在填埋场上成功地定居和发展。4.3.2垃圾渗滤液的灌溉干旱是限制植物在垃圾填埋场上生长和发展的主要因素之一。垃圾渗滤液可以作为灌溉用水，用以减轻水分胁迫对植物可能造成的伤害，此外垃圾渗滤液本身所携带的大量的营养物质可以促进植物的生长，而土壤/植物系统可以通过去除其中的具有潜在毒性的污染物从而达到净化渗滤液的目的。然而，一些植物则由于接受较高强度的垃圾渗滤液而出现了生长受阻的现象，原因可能是过高的盐度导致植物面临较大的渗透及离子压力。垃圾渗滤液对植物生长的毒害作用主要取决于其浓度及施用的方式，如果垃圾渗滤液中的有毒物质被控制在足够低的水平（通过稀释作用或者减少灌溉的频率），那么它就可以作为灌溉用水用以减轻水分胁迫对植物生长的影响。4.3.3填埋气体和垃圾渗滤液抽排系统的建造虽然草本植物等能够忍耐中等强度的填埋气体，然而，在填埋气体浓度较高的地方，仍然有必要补建一套抽气系统（一般还需在垃圾层和最终覆土层之间同步铺上一层砾石隔离层），以最大限度减少溢入最终覆盖层土壤并抑制植物根系生长的填埋气体的数量，从而才有可能获得理想的植被重建。4.4我国垃圾填埋场的现状及其生态环境问题（1）我国城市生活垃圾产生量和填埋气产量处于快速增长阶段据统计，目前中国人均年产生活垃圾约为300kg，年增长率高达7％～9％，但无害化处理率不足20％，大量生活垃圾运到城郊裸露堆放，历年堆存量高达40多亿吨，侵占土地5亿多m2。（2）现有大多数垃圾填埋场设施落后，填埋气体处于无控制排放状态目前，我国城市生活垃圾多数是裸露堆放或简易填埋，少数填埋场虽然比较规范，但也未考虑填埋气体的收集和利用。（3）填埋气体回收利用有多种技术选择利用途径包括：直接燃烧产生蒸汽；通过内燃机发电，作为运输工具的动力燃料；经脱水净化处理后用作管道煤气，用于CO2工业；用于制造甲醇的原料及用于垃圾填埋场本身渗滤液的蒸发处理等。（4）建立配备填埋气体回收装置的卫生填埋场是今后城市生活垃圾处理的主要方向从目前对环境的影响状况看，填埋气体的危害是垃圾填埋场中仅次于渗滤液的重要污染物，应当在填埋场尤其是大型填埋场的建设过程中，配备填埋气体收集和资源化利用或无害化处理装置，从而避免对环境的直接污染和二次污染。谢谢聆听·