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[摘 要]本文针对目前城市垃圾填埋厂产生的渗滤液分析检测和处理中存在的问题，通过采用 ICP-AES技术从渗滤液中檢测出美国环境保护局颁布的13种优先污染重金属中的11种，其含量大幅超标，并讨论目前研究中的吸附法、交换法和固化法对渗滤液处理效果。
[关键词]垃圾渗滤液；重金属；分析检测；处理
中图分类号：R124.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）12-0259-01
1.前言
目前，我国城市生活垃圾的主要处置方法是卫生填埋。但在填埋阶段以及填埋场封场后监管期间产生的垃圾渗滤液易于渗透进入未经防渗处理的岩土层和表土层，向周围水体扩散重金属离子等污染物，然而，不论自然界自净能力有多大，势必还有一部分污染物，尤其是某些难降解重金属，当超过介质的环境容量之后一定会继续向外迁移[1]。重金属离子浓度高，垃圾渗滤液中含有的铜、铁、锌、铬、镉、铅等重金属离子浓度是一般生活污水的上百倍，如何高效经济地检测分析和处理好垃圾渗滤液，是摆在环境工作者面前的一项严峻任务。目前采用的处理方法如：物理法、化学法、生物法对于垃圾渗滤液特别是中晚期垃圾渗滤液的治理都还存在各种缺点，且垃圾渗滤液的处理成本都要远高于一般生活污水和工业废水的处理成本。本文进一步采用ICP-AES技术检测并分析重金属的类别与浓度，并结合国内外最新研究讨论现行垃圾渗滤液处理新技术。
2.ICP-AES测试结果与分析
美国环保局（EPA）曾颁布了优先污染物名单，其中列出了13种优先考虑的重金属，分别为锑、砷、铍、镉、铜、铅、汞、镍、硒、银、铊、锌、铬[2]。我国环保部也曾颁布68种重点污染物，其中列出了9种优先考虑的重金属及其化合物[2-3]。本实验采用ICP-AES技术针对美国EPA优先污染物名单检测垃圾渗滤液中13种重金属。由表1可见，除铍外，其余均有检出，而且大量超出《生活垃圾填埋场污染物控制标准》（GB16889-2008）的水污染物特别排放限值、部分超出《污水综合排放标准》（GB8978-1996）的允许排放浓度。垃圾渗滤液中存在有毒甚至具有放射性的重金属，如果不妥善地加以处理，将对土壤、水体等造成极大的危害。同时也发现，废弃的电子材料、金属器件、颜料涂料、电池电视以及药物等物质，是导致垃圾渗滤液中重金属含量超高的直接原因，垃圾的不分类收集是导致渗滤液中重金属毒性增强的间接原因。所以，将含有重金属的废弃物分类回收并处理利用是解决重金属污染的主要措施。
3.垃圾渗滤液处理新技术研究
3.1 吸附法
实验[4]将锯末、活性炭、沸石、废旧报纸加入到厌氧填埋的生活垃圾中，可吸附垃圾中的污染物质，对他们的吸附能力的比较发现，锯末和活性炭能够较好地吸附渗滤液中溶解的重金属离子如铜离子、镉离子和铅离子，从而降低填埋初期渗滤液中的重金属离子浓度。研究结果表明，锯末对垃圾渗滤液具有减量作用的根本原因在于锯末具有很强的吸附能力。锯末的主要成分是纤维素，占锯末成分的50%以上。纤维素在降解过程中消耗了垃圾层中的水分，所消耗水分中的氢最终转变成甲烷中的氢，水分中的氧最终转变成二氧化碳中的氧，而锯末在整个降解过程中并未产生水分，从而消耗了一部分进入垃圾中的水分，并协同降解有机物。报纸中的主要成分是植物纤维，其降解过程与锯末的降解过程类似。由于报纸中的植物纤维降解很快，因而其对渗滤液的减量作用虽明显，但持续时间短，整体减量效果不如锯末。活性炭和沸石同样对垃圾层中的水分具有吸附和吸收作用，活性炭和沸石吸收的水分，除少部分被微生物的生理活动消耗掉外，大部分通过蒸发的形式进入空气中。此后，沸石和活性炭继续吸收进入垃圾层中的水分，使这一过程得以连续进行，从而减少了渗滤液的产生量。从加速垃圾降解、减少渗滤液产生量、降低渗滤液COD和有机物及重金属离子浓度等方面综合考虑，锯末作为垃圾中填料的效果好于沸石、活性炭、报纸，且锯末的价格比活性炭便宜，因而采用锯末作为垃圾中的填料是适宜的。
3.2 交换法
本研究[5]采用鸟粪石结晶法与膨润土组合处理垃圾渗滤液，利用了矿物的结晶效应。鸟粪石结晶可分为两个阶段：成核阶段和成长阶段。成核阶段，组成晶体的各种离子形成晶胚。成长阶段，组成晶体的离子不断结合到晶胚上，晶体逐渐长大，最后达到平衡。垃圾渗滤液经过鸟粪石结晶法与膨润土组合处理后，COD由2566mg/L降到245mg/L，同时，代表性重金属Hg由0.305mg/L降为未检出，出水达到国家二级排放标准。矿物法组合处理垃圾渗滤液中COD和重金属，主要发挥了矿物的结晶效应、表面吸附效应以及离子交换效应，类似于有机界生物处理方法。此外，鸟粪石是一种优质氮磷肥料，理论价格为198美元/吨-330美元/吨，具有很高的经济价值。针对中晚期垃圾渗滤液这一水处理难题，矿物法提供了一条新的思路。
3.3 黏土固化注浆帷幕法
本研究[6]采用仿真渗滤液经过防渗系统后进入地下水系统时重金属污染物浓度的变化规律可以看出，黏土固化注浆帷幕使重金属污染物在运移过程中，在水力梯度和浓度梯度作用下发生沉淀、扩散、吸附和转化，完成对渗滤液的污染控制。在填埋场设计使用的30年内，对单排孔注浆帷幕（L=200cm），对铅的阻滞率为97.6%，对镉的阻滞率为70.4%；若采用双排孔注浆帷幕（L=300cm），则对铅的阻滞率达到99.9%以上，对镉的阻滞率为94.5%。由此可知，黏土固化注浆帷幕具有良好地净化和阻滞重金属污染物的能力。
参考文献
[1] 孔德坊.生活垃圾卫生填埋及地质环境效应概论[J].地质灾害与环境保护，1999，10（S1）：1-11.
[2] 中国环境优先监测研究课题组.环境优先污染物[M].北京：中国环境出版社，1989.
[3] 周文敏，傅德黔，孙宗光.水中优先控制污染物黑名单的确定[J].环境科学研究，1991，4（6）：9-12.
[4] 蒋宝军，尹军，吴晓燕.填料对生活垃圾降解及渗滤液水质水量的影响[J].化工学报，2010，61（5）：1268-1274.
[5] 凌辉，鲁安怀等.矿物法组合处理垃圾填埋场渗滤液的研究[J].矿物学报，2011，1：95-101.
[6] 陈永贵，邹银生，张可能.黏土固化注浆帷幕控制重金属污染物运移的数值模拟[J].岩土工程，2006，27（10）：31-34.
[关键词]垃圾渗滤液；重金属；分析检测；处理
中图分类号：R124.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）12-0259-01
1.前言
目前，我国城市生活垃圾的主要处置方法是卫生填埋。但在填埋阶段以及填埋场封场后监管期间产生的垃圾渗滤液易于渗透进入未经防渗处理的岩土层和表土层，向周围水体扩散重金属离子等污染物，然而，不论自然界自净能力有多大，势必还有一部分污染物，尤其是某些难降解重金属，当超过介质的环境容量之后一定会继续向外迁移[1]。重金属离子浓度高，垃圾渗滤液中含有的铜、铁、锌、铬、镉、铅等重金属离子浓度是一般生活污水的上百倍，如何高效经济地检测分析和处理好垃圾渗滤液，是摆在环境工作者面前的一项严峻任务。目前采用的处理方法如：物理法、化学法、生物法对于垃圾渗滤液特别是中晚期垃圾渗滤液的治理都还存在各种缺点，且垃圾渗滤液的处理成本都要远高于一般生活污水和工业废水的处理成本。本文进一步采用ICP-AES技术检测并分析重金属的类别与浓度，并结合国内外最新研究讨论现行垃圾渗滤液处理新技术。
2.ICP-AES测试结果与分析
美国环保局（EPA）曾颁布了优先污染物名单，其中列出了13种优先考虑的重金属，分别为锑、砷、铍、镉、铜、铅、汞、镍、硒、银、铊、锌、铬[2]。我国环保部也曾颁布68种重点污染物，其中列出了9种优先考虑的重金属及其化合物[2-3]。本实验采用ICP-AES技术针对美国EPA优先污染物名单检测垃圾渗滤液中13种重金属。由表1可见，除铍外，其余均有检出，而且大量超出《生活垃圾填埋场污染物控制标准》（GB16889-2008）的水污染物特别排放限值、部分超出《污水综合排放标准》（GB8978-1996）的允许排放浓度。垃圾渗滤液中存在有毒甚至具有放射性的重金属，如果不妥善地加以处理，将对土壤、水体等造成极大的危害。同时也发现，废弃的电子材料、金属器件、颜料涂料、电池电视以及药物等物质，是导致垃圾渗滤液中重金属含量超高的直接原因，垃圾的不分类收集是导致渗滤液中重金属毒性增强的间接原因。所以，将含有重金属的废弃物分类回收并处理利用是解决重金属污染的主要措施。
3.垃圾渗滤液处理新技术研究
3.1 吸附法
实验[4]将锯末、活性炭、沸石、废旧报纸加入到厌氧填埋的生活垃圾中，可吸附垃圾中的污染物质，对他们的吸附能力的比较发现，锯末和活性炭能够较好地吸附渗滤液中溶解的重金属离子如铜离子、镉离子和铅离子，从而降低填埋初期渗滤液中的重金属离子浓度。研究结果表明，锯末对垃圾渗滤液具有减量作用的根本原因在于锯末具有很强的吸附能力。锯末的主要成分是纤维素，占锯末成分的50%以上。纤维素在降解过程中消耗了垃圾层中的水分，所消耗水分中的氢最终转变成甲烷中的氢，水分中的氧最终转变成二氧化碳中的氧，而锯末在整个降解过程中并未产生水分，从而消耗了一部分进入垃圾中的水分，并协同降解有机物。报纸中的主要成分是植物纤维，其降解过程与锯末的降解过程类似。由于报纸中的植物纤维降解很快，因而其对渗滤液的减量作用虽明显，但持续时间短，整体减量效果不如锯末。活性炭和沸石同样对垃圾层中的水分具有吸附和吸收作用，活性炭和沸石吸收的水分，除少部分被微生物的生理活动消耗掉外，大部分通过蒸发的形式进入空气中。此后，沸石和活性炭继续吸收进入垃圾层中的水分，使这一过程得以连续进行，从而减少了渗滤液的产生量。从加速垃圾降解、减少渗滤液产生量、降低渗滤液COD和有机物及重金属离子浓度等方面综合考虑，锯末作为垃圾中填料的效果好于沸石、活性炭、报纸，且锯末的价格比活性炭便宜，因而采用锯末作为垃圾中的填料是适宜的。
3.2 交换法
本研究[5]采用鸟粪石结晶法与膨润土组合处理垃圾渗滤液，利用了矿物的结晶效应。鸟粪石结晶可分为两个阶段：成核阶段和成长阶段。成核阶段，组成晶体的各种离子形成晶胚。成长阶段，组成晶体的离子不断结合到晶胚上，晶体逐渐长大，最后达到平衡。垃圾渗滤液经过鸟粪石结晶法与膨润土组合处理后，COD由2566mg/L降到245mg/L，同时，代表性重金属Hg由0.305mg/L降为未检出，出水达到国家二级排放标准。矿物法组合处理垃圾渗滤液中COD和重金属，主要发挥了矿物的结晶效应、表面吸附效应以及离子交换效应，类似于有机界生物处理方法。此外，鸟粪石是一种优质氮磷肥料，理论价格为198美元/吨-330美元/吨，具有很高的经济价值。针对中晚期垃圾渗滤液这一水处理难题，矿物法提供了一条新的思路。
3.3 黏土固化注浆帷幕法
本研究[6]采用仿真渗滤液经过防渗系统后进入地下水系统时重金属污染物浓度的变化规律可以看出，黏土固化注浆帷幕使重金属污染物在运移过程中，在水力梯度和浓度梯度作用下发生沉淀、扩散、吸附和转化，完成对渗滤液的污染控制。在填埋场设计使用的30年内，对单排孔注浆帷幕（L=200cm），对铅的阻滞率为97.6%，对镉的阻滞率为70.4%；若采用双排孔注浆帷幕（L=300cm），则对铅的阻滞率达到99.9%以上，对镉的阻滞率为94.5%。由此可知，黏土固化注浆帷幕具有良好地净化和阻滞重金属污染物的能力。
参考文献
[1] 孔德坊.生活垃圾卫生填埋及地质环境效应概论[J].地质灾害与环境保护，1999，10（S1）：1-11.
[2] 中国环境优先监测研究课题组.环境优先污染物[M].北京：中国环境出版社，1989.
[3] 周文敏，傅德黔，孙宗光.水中优先控制污染物黑名单的确定[J].环境科学研究，1991，4（6）：9-12.
[4] 蒋宝军，尹军，吴晓燕.填料对生活垃圾降解及渗滤液水质水量的影响[J].化工学报，2010，61（5）：1268-1274.
[5] 凌辉，鲁安怀等.矿物法组合处理垃圾填埋场渗滤液的研究[J].矿物学报，2011，1：95-101.
[6] 陈永贵，邹银生，张可能.黏土固化注浆帷幕控制重金属污染物运移的数值模拟[J].岩土工程，2006，27（10）：31-34.