模拟准好氧填埋场重金属迁移转化规律及机理研究

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准好氧填埋技术因具有填埋结构简单、垃圾降解速度快等优势而成为目前垃圾处理处置领域的一个研究热点,本文通过模拟实验对准好氧填埋场重金属迁移转化进行研究,得出了准好氧填埋场重金属迁移转化的基本规律,建立了准好氧填埋场重金属迁移转化的数学模型,提出了控制准好氧填埋场重金属污染的合理对策措施。  通过模拟准好氧填埋场不同空间位置的渗滤液水质特征比较研究表明,尽管每次回灌相同的渗滤液从一定程度上弱化了模拟准好氧填埋场研究区域渗滤液水质的差异,但研究还是表明,不同区域、不同空间高度渗滤液的COD变化快慢并不同步,总体上距导气管近的区域渗滤液COD浓度更低,距导气管远的区域渗滤液COD浓度更高。在准好氧填埋场中,仍然存在SO42-的还原现象,表明准好氧填埋场中仍然存在着一定区域的缺氧和厌氧还原带,渗滤液回灌到还原带后,其中的重金属就会与还原带中的S2-形成极难溶的硫化物沉淀,因而准好氧填埋场仍能阻滞重金属的运移。  从准好氧填埋场渗滤液中重金属离子浓度变化趋势可以看出,不同的重金属呈现了两种不同的浓度变化特点。其中,Ni2+、Cu2+和Zn2+浓度均随着填埋时间存在一个先上升后下降的变化趋势,而pb2+、Cr3+浓度基本随时间不断下降。在实验开始后第121、93、93、31d,Ni2+、pb2+、Zn2+、Cr3+浓度分别达到最大值1.355、0.16、2.94和0.085mg/L。经过250天的准好氧填埋后,渗滤液中的Cr、Ni和Pb浓度分别下降76.5%、94.3%和91.4%。从整体上看,准好氧填埋场内各重金属离子均经历了一个释放-迁移-重新固定的过程。  通过对重金属在准好氧填埋场中赋存形态和分布的研究,获得了重金属的含量、化学形态分布特征和迁移行为特征。垃圾原样中Ni和Cu以残渣态所占比例最高,分别为60.26%和60.92%,Pb以有机物结合态所占比例最高,为54.92%,Cr以铁锰氧化物结合态所占比例最高,为57.44%,而Fe以铁锰氧化物结合态、有机物结合态、残渣态为主,所占比例相近,均为32%左右。经准好氧填埋8个月后,Pb、Ni的有机物结合态所占比例降低,可交换态、碳酸盐结合态或铁锰氧化物结合态所占比例增加;Cu、Fe残渣态所占比例降低,可交换态、碳酸盐结合态或有机物结合态所占比例增加;Cr铁锰氧化物结合态所占比例降低,碳酸盐态或残渣态所占比例增加,金属活性增大。填埋垃圾中Fe、Ni和Pb的迁移能力较强,迁移能力依次为Fe>Ni>Pb>Cr>Cu。  通过人为添加重金属离子,研究准好氧填埋场对外部重金属侵袭的抗干扰能力。研究表明:准好氧填埋场对渗滤液中各重金属离子有较好的去除效率,且对外部重金属侵袭具有较好的净化能力,但部分区域渗滤液中的部分重金属浓度需要经历较长时间才能趋于稳定,且部分区域固相垃圾中部分重金属离子呈现出由稳定态向不稳定态转化的趋势,因而可能对填埋场内部及周边环境形成长期的压力。  结合重金属在固液两相中的迁移转化机理,将其分为从固相向液相迁移的释放阶段和从液相向固相迁移的固定阶段,并选取垃圾固相中含量较高、迁移释放较为明显的Cu和Fe为目标物分别进行分阶段和全过程拟合。拟合结果表明,Cu和Fe在释放阶段均符合指数递增模型,在固定阶段均符合指数递减模型,并据此提出了准好氧填埋场重金属污染控制的对策和措施。
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