城市垃圾渗滤液重金属污染特征及修复研究

时间：2007-03-13 来源： 福建农林大学 作者：侯晓龙

摘 要：随着城市规模的不断扩大，城市垃圾产量剧增，垃圾污染日趋严重。特别是城市垃圾中的重金属污染因具有积累性、滞后性、隐蔽性的特点，可通过食物链在人体中积累，给人类带来很多疾病，这些疾病不易被察觉，一旦被发现就很难治愈，因此城市垃圾中重金属污染及其治理受到世界各国的普遍关注。虽然国内外对城市垃圾的污染问题上已进行过不少研究，但多是对垃圾处理场BOD, COD, NH3-N等指标的研究监测，对垃圾及其渗滤液中的重金属监测研究较少，而且目前采用的重金属污染治理方法存在投资大、治理成本高和治理效果差等问题。因此如何筛选出治理成本低和效果好的城市垃圾渗滤液重金属污染修复技术已成为当前城市发展过程中急需解决的重人课题。

    有鉴于此，本研究采用全面踏查和典型调查相结合的方法，对福建省主要城市(包括福州、厦门、泉州、漳州、龙岩、三明、南平)垃圾处理场的垃圾污染现状进行详细调查，分别从垃圾产量、物理组成、垃圾渗滤液中BOD, COD, NH3-N及重金属污染等方面分析了福建省主要城市垃圾的处理、污染及其治理现状。并在对福建省主要城市生活垃圾的处理现状全面了解基础上，通过室内模拟试验，分别利用7种物理吸附剂(沸石、焚烧灰、炉灰、草木灰、木炭、赫石、活性炭)、4种化学絮凝剂(FeS04. AIC13. FeCl3,  Ah(SO4)3)和3种水生植物进行垃圾渗滤液中重金属的污染去除研究，比较不同物理吸附剂、化学絮凝剂和水生植物对垃圾渗滤液重金属污染的去除效果，试图从中筛选出治理成本低和治理效果好的城市垃圾渗滤液重金属污染修复技术，供南方城市垃圾处理场推广应用。主要研究结果如下:

      (1)福建不同城市的垃圾产量均呈逐年迅速增长趋势，垃圾产量与城市人口、经济发展水平明显相关。福建不同城市垃圾产量的增长速度大约在10%-20%之间，其中福州和厦门的增长比较快。福建主要城市垃圾处理场的垃圾处理方式比较单一，以垃圾填埋为主;垃圾多未经分类处理，对电子垃圾和垃圾中重金属污染处理重视不够;福州、厦门、三明、南平主要采取垂直防渗措施进行垃圾场渗滤液防渗处理，防渗效果较差，有些城市垃圾场渗滤液根本没有防渗处理就直接排放;而泉州、龙岩、漳州则采取水平防渗措施，防渗效果比较好。

    (2)对福建省七个城市垃圾处理场垃圾渗滤液的分析发现:根据国家《污水综合排放标准》( GB8978-1996 )中的三级标准，福建省七个城市垃圾渗滤液中的BOD, COD, NH3-N等指标均远远超过该标准，三明、漳州、龙岩、福州、厦门垃圾处理场垃圾渗滤液中锰的含量都超标，福州垃圾渗滤液的镍和锅、厦门垃圾渗滤液的镍均超标，其中福州市垃圾渗滤液的锰超标15.6倍。与国家地面水环境质量标准V类标准(GB3838-88)相比，福建省七个城市圾渗滤液只有锌未超标，其它五种重金属(Cd, Cr, Pb, Mn, Ni)均超标，其中福州垃圾渗滤液中锰、错、锅超标32.2, 1.3,  18.0倍，厦门垃圾渗滤液中镍超标1.7倍，泉州垃圾渗滤液中铬超标13.3倍。

      (3)不同填埋时间垃圾填埋场垃圾渗滤液中的重金属污染存在明显差异。随填埋时间的增加，垃圾渗滤液的pH值和重金属含量均呈增加趋势，其中填埋11年垃圾场渗滤液的Mn, Zn,Pb, Cd、Cr和Ni分别比填埋2年的增加3.6倍、19.0倍、1.0倍、11.0倍、3.0倍和1.3倍。对福州垃圾填埋场渗滤液的月动态监测表明:不同月份垃圾渗滤液中不同重金属含量变化较大，没有一定的规律性，但渗滤液中的pH值有逐月增大的趋势。

      (4)福建不同城市垃圾处理场渗滤液浸蚀土壤的重金属污染存在明显差异。三明、漳州、泉州、龙岩、福州、厦门、南平垃圾处理场渗滤液浸蚀土壤中的Pb, Cr, Zn, Mn, Ni分别是当地土壤背景值的1.0-3.9倍、I.1-36.6倍、1.5-3.1倍、1.2-9.6倍、1.2-5.8倍。与国家城镇垃圾农用控制标准(GB8172-87 )相比，福建不同城市垃圾渗滤液浸蚀十壤中的Zn, Mn, Ni均超标，其中龙岩、漳州的Pb超标，福州Cr超标。垃圾渗滤液浸蚀土壤中的重金属污染程度表现为:Cr >Zn>Mn>Ni>Pb>Cd。

      ⑸福建七个城市垃圾处理场渗滤液浸蚀土壤的污染评价结果表明:福州、南平、三明、和泉州Zn的单项污染指数达重度污染标准，厦门Zn为轻度污染;漳州的Zn和Ni为重度污染:龙岩的Pb为轻度污染，Zn达到中度污染。从综合污染指数上看，福州、南平、泉州、漳州、三明五个城市垃圾处理场渗滤液浸蚀土壤的复合污染均达到重度污染水平，龙岩和厦门为轻度污染。

      (6)石、活性炭、木炭、人造沸石、草木灰、垃圾焚烧灰、炉灰七种物理吸附剂对不同重金属的去除研究发现:七种物理吸附剂对不同重金属均有较好的去除效果。在试验的不同物理吸附剂中，储石对重金属去除效果最好，经储石处理的重金属废水均未超出国家地面水环境质量标准V类标准，因此储石非常适合在南方垃圾渗滤液中重金属污染治理上应用。储石对铅的最佳吸附条件为加入量20g/L、pH为8-8.5和振荡时间120min;对锰的最佳去除条件为加入量40g/L、pH为10-10.5、振荡时间120min:对镍最佳去除条件为加入量20g/L, pH为2-2.5、振荡时间120min;对锅的最佳去除条件为加入量40g/L、pH为10-10.5、振荡时间60min:对锌去除最佳去除条件为加入量40g/L, pH为10-10.5、振荡时间120min:对铬最佳去除条件为加入量20 g/L, pH为4-4.5 ,振荡时间120min。木炭、草木灰和炉灰对Mn的去除效果均比活性炭的去除效果好，可以代替活性炭。垃圾焚烧灰吸附重金属后的废水达到了污水排放标准，可考虑作为垃圾渗滤液污染治理的吸附剂。

      (7) pH对物理吸附剂吸附重金属效果有很大影响。炉灰和草木灰对六种重金属去除效果影响最大的因素是pH。除活性炭对Cr和Pb,焚烧灰对Cr、木炭对Ni,赫石对Ni与Cd、沸石对Pb, Mn, Cd, Zn的去除效果受吸附剂加入量的影响较大外，其它实验的去除效果均是pH的影响最大。因此pH是影响重金属去除效果的主要因素。同时振荡时间对吸附效果也有显著影响，不是主要影响因素。

(8)四种化学絮凝剂AL2(S04)3、 ALCL3、 FeS04·7H20、 FeCL3对模拟垃圾渗滤液的六种重金属进行的絮凝实验发现:不同化学絮凝剂对重金属均有一定的去除效果，其中FeC13对Pb、Mn、 Cd、和Zn的去除率最大，对Ni和Cr也有较好的去除效果，对Pb、 Mn、 Ni、 Cd、Zn、Cr的最大去除率分别可达96.55%, 100%, 97.77%, 100%, 98.48%, 76.26%，处理后的废水达到污染排放的标准，因此FeC13在四种絮凝剂中最适合应用于废水重金属的治理。Al2(S04)3对Ni的去除效果最好，适用于Ni含量高废水的处理;FeS氏对Cr的去除率最高，适合用于Cr;含量较高废水的处理。FeC13对铅的去除最好条件为加入量为0.80g/L、pH为11:对锰去除最好条件为加入量为0.20g/L、pH为11;对镍的去除最好条件为加入量为0.20g/L、pH为11;对福的去除最好条件为加入量为0.20g/L、pH为11;对锌的去除最好条件为加入量为0.20g/L, pH为11;对铬去除的最好条件为加入量为0.80g/L、pH为9。

⑼水浮莲、水葫芦、浮萍3种水生植物吸附垃圾渗滤液中重金属的研究表明:3种水生植物在垃圾渗滤液中生长适应能力较差，最多能成活72h，72h后基本上枯萎死亡。3种水生植物对垃圾渗滤液中重金属有一定吸附效果，其中水浮莲的吸附效果最好，对Ni, Zn, Cr, Cd, Pb,Mn的最高去除率分别可达50.21%, 50.92%, 100%, 73.27%, 89.99%, 88.52%,适合应用于垃圾渗滤液中重金属的治理。但不同重金属达最大去除率所需要的时间各不相同，最佳吸附时间还需进一步的实验来确定。浮萍对铬和铅的去除率最大，适用于铬与铅含量较大重金属废水的处理;水葫芦对锌的去除率最大，适用于锌含量较大重金属废水的处理，水葫芦对铅的富集转运系数大于1，已具备了铅超富集植物的部分标准。

关键词:城市垃圾;垃圾渗滤液;重金属污染:植物修复;吸附剂;絮凝剂

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