生活垃圾填埋场渗滤液性质随时间变化关系研究

⽣活垃圾填埋场渗滤液性质随时间变化关系研究1楼紫阳，赵由才*，宋⽟，李雄，刘振宇

同济⼤学污染控制与资源化研究国家重点实验室，上海20092摘要：

通过对上海⽼港填埋场不同年份渗滤液的取样分析，测定了以下参数：电导率、ORP、COD Cr、NPOC、NH3-N、TN、正磷酸盐与总磷、pH、阴离⼦（F-、Cl-、Br-、SO42-），并建⽴了各参数与时间的关系。发现不同的渗滤液指标随填埋时间延长，其变化趋势略有差异，其中NPOC、COD、N、P、pH、电导率等指标值随时间的延长，总体表现为降低趋势；⽽ORP则逐渐升⾼；阴离⼦等变化趋势不明显，呈现波动趋势。对于相同变化趋势的指标，其降解过程也并不⼀致，对于含C物质－NPOC和COD，经4年降解后分别达到<500 mg·L-1和<2000 mg·L-1；对于含N物质，则可分为三个阶段，前4年的快速降解阶段，随后3年的中速降解，最后进⼊慢速降解阶段稳定在500 mg·L-1以内；TP含量随填埋时间在开始的9年内降解迅速，从35mg·L-1降到3.4 mg·L-1，后基本维持稳定值；pH值则在开始的7年内下降较快，随后变化不⼤；电导率在填埋开始的7年内下降较快；⽽ORP则在开始的9年内上升较多。同时发现，随着填埋时间的延长，NPOC/TOC、NH3-N/TN、正磷酸盐/TP ⽐例总体表现为降低，硫酸根/Cl-⽐例有稍微升⾼，最终保持在0.2左右。关键词：渗滤液，⽼港填埋场，不同时间，性质表征

Characteristics of leachate with different ages from Laogang Refuse LandfillLou Ziyang Zhao Youcai*Song Yu Li Xiong LiuZhengyu

The State Key Laboratory of Pollution Control and Resource Reuse, Tongji University, Shanghai 200092Abstract:

Leachate with different ages were collected from Laogang Landfill in Shanghai, China, and the parameters, such as

conductivity、ORP、COD Cr、NPOC、NH3-N、TN、orthophosphate、TP、pH、anion ions (F-、Cl-、Br-、SO42-), weredetermined, and the relationship between the parameters and times were co-related. It is found that values of theseparameters, such as NPOC、COD、N、P、pH、conductivity, generally decreased and ORP increased and anionsfluctuated, as time extended. NPOC and COD decreased quickly in the first 4 years to <500 mg·L-1and <2000 mg·L-1,respectively. The decomposition process of N can be divided into three stages, i.e., degradation fastest in the first 4 years,and then degradation slow in the next 3 years, while slower degradation in the latter 6 years, which reached to below 500mg·L-1. TP decreased quickly in the first 9 years, and then reached to a stable value of around 3.4 mg·L-1. pH declinedslightly in the

1本⼯作受到国家⾃然科学基⾦(No.20177014)，教育部2005年重⼤科技项⽬(No. 305005)和2005上海市科委重重⼤项⽬资助（No.05DZ12003）

Supported by China National Natural Science Foundation (No. 20177014); 2005 Key Project of Science and Technology ofChina Education Ministry (No. 305005); 2005 Key Project of Shanghai Science and TechnologyCommission（No.05DZ12003）

楼紫阳，男，1980年⽣，现为同济⼤学环境学院博⼠⽣，研究⽅向：固体废弃物处理及资源化，以及⾼浓度有机废⽔处理。Biography: Lou Ziyang (1980~), male, Ph D. Candidate of Tongji University

first 7 years, and then almost reached to a stable value of around 7.5. For conductivity, it decreased fast in the initial 7 yearsafter landfill while ORP increased remarkably in the first 9 years. It is also found that ratios of NPOC/TOC、NH3-N/TN、orthophosphate /TP in leachates declined in general as age extended, while ratios of SO42-/Cl-increased slightly, andultimately reached to about 0.2.

Key words: Leachate, Laogang Landfill, different ages, characteristics1. 引⾔

填埋场稳定化过程的研究，对于填埋场建设、设计以及管理具有重要的作⽤。为得到填埋场内⽣物降解过程以及垃圾的⾃然衰减规律，需对不同时间的垃圾进⾏取样研究，但由于研究费⽤、取样要求以及填埋⽅式（我国通常采⽤⼭⾕型填埋）等原因，使得很难对同⼀个填埋场各时间段的垃圾进⾏取样分析(朱青⼭等，1996；Jensen, et al. 1999; 赵由才等，2000)。⽽对于不同填埋场，则由于垃圾来源、⽓候、操作⽅式、地质状况等原因，使得各个年龄段垃圾的性质相差较多。填埋场稳定化过程主要考察渗滤液组成产量的变化、垃圾成分沉降的变化以及填埋⽓组成产量的变化，其中渗滤液组成变化能较为直观的反映填埋场

的稳定化进程。

基于以上原因，虽然已有不少关于填埋场稳定化过程的研究，但⼤都以实验室模拟实验为主，且所⽤垃圾的规模主要集中于⼏百公⽄到⼏千公⽄垃圾(朱青⼭等，1996；Jensen, et al. 1999; 赵由才等，2000; 谢强等，2003；杨⽟飞等，2005)，⽬前⽂献报道中最⼤的模拟装置为赵由才等于1995年进⾏的⼀个垃圾稳定化现场试验，所⽤垃圾量也只有10800吨（⾯积3000m2）（赵由才等，2000），相对于垃圾填埋场动则填埋上千⾄上万吨/天的规模，仍有⼀定的差距。总结起来，此类模拟试验，主要存在以下⼏个问题：①垃圾量较少，不能有效保证渗滤液量，⼀般此类规模的垃圾如果不通过外加⽔量，其⾃产渗滤液通常在2～3个⽉内即消失；实验过程中为了保证渗滤液产⽣量，⼀般都是通过外加⽔源，类似于对垃圾的淋溶试验；②实际填埋场⼀般每天都填埋新鲜垃圾，⽽模拟过程由于试验容器等的限制，使得⼀般都是开始阶段装填好垃圾后，基本都以此垃圾作为渗滤液的母体，⽽没有考虑新鲜垃圾携带⽔分的淋洗以及原有垃圾降解过程产⽣的微⽣物接种作⽤；③⼀般填埋场中虽然要求及时导排⽔份，但总会有部分⽔分的积累，⽽⽔分可有效加速填埋场的稳定化过程以及促进渗滤液的降解，⽽模拟过程其⽔分积累很少；④模拟过程试验装置的壁效应相对实际填埋场要严重，使得渗滤液与垃圾的接触时间与⾯积明显减少；⑤由于⼈员变动、经费问题，使得试验模拟过程⼀般只持续3～5年，对于推测出的降解规律其相对数据量较少；⑥虽然也有部分学者对实际填埋场进⾏了监测，但⼀般也由于经费以及其它原因，只是对3～5个不同的

填埋场进⾏取样分析，持续时间⼀般少则⼏个⽉，多则2～3年。这样使得不同⽓候、不同垃圾组成、不同填埋⽅式影响了渗滤液性质随时间的变化状况。

因此，对于垃圾来源较为⼀致的实际填埋场，通过长时间研究其产⽣的渗滤液性质随时间的变化状况，对于了解填埋场的稳定化过程，渗滤液的实际降解规律以及最终物质的组成具有重要的意义。本⽂主要通过收集上海⽼港填埋场不同填埋时间单元的渗滤液，分析其性质的变化规律，了解渗滤液组分随着稳定化时间推移的变化过程。2. 采样流程与分析⽅法2.1 ⽼港填埋场简介

⽼港填埋场作为我国⽬前最⼤的填埋场，坐落于上海市南汇区，始建于1985年，1991年正式投⼊运⾏。垃圾填埋采⽤单元操作的⽅式，每个填埋单元约10公顷，⼀般可填埋⼤约3～4个⽉的垃圾。⽼港填埋场每天接受上海市产⽣的75％垃圾，约9000吨/天。采⽤分期建设，已完成三期⼯程，⽬前正在进⾏四期⼯程的建设，并于2005年初投⼊运⾏。⽬前⽼港处置场填埋区⾯积5134亩，其中1号填埋场2400亩，2号填埋场1500亩，3号填埋场1234亩。前三期项⽬的场地基本已经填埋完毕，其具体的填埋垃圾量以及相应的位置都有较为详细的记录，⽼港填埋场前三期的平⾯图见图1，各填埋单元相应的填埋时间见表1。⽼港填埋场分单元填埋⽅式能有效解决以往填埋场渗滤液研究中的问题：填埋场垃圾都来⾃同⼀城市，⽽上海市在90年代初即已实现了家庭⽓化⼯程，因此进⼊填埋场的垃圾可

Table 1 age of refuse in the landfill and their relative placement site

2.2 采样流程

虽然填埋场的本体物质－垃圾具有较⼤的异质性，但由于⽼港填埋场封闭单元内渗滤液不外排，所以底部积累的⽔样具有良好的流通性。因此本实验过程中，采⽤随机采样⽅式，基本可以认为每个单元内部的渗滤液能够有效代表特定年限垃圾所产⽣的渗滤液。

采样具体流程如下：选⽤型号WY160的履带式挖掘机，⽃容量1.6m3，液压驱动，最⼤转速9rmp，最⼤挖掘深度4.5m，最⼤挖掘半径7.38m，理论⽣产能⼒384m3·h-1；筛选采⽤孔径为50mm的滚筒筛，筛分量约为20～30 t·h-1。采样过程⼀般先移去表⾯30～40cm 的覆⼟层，再进⾏挖掘，⼀般挖掘3m左右，可见到渗滤液，等待半个⼩时，通过填埋场垃圾的⾃重，可使渗滤液集中到挖掘坑内，收集渗滤液于采样瓶中，尽快避光冷冻送到实验室进⾏分析。2.3 分析⽅法

为了尽可能了解渗滤液的性质及随时间的变化，在实验可⾏的条件下，本试验选⽤了以下⼀些参数：电导率、ORP、CODCr、NPOC、NH3-N、TN、正磷酸盐与总磷、pH、阴离⼦（F-、Cl-、Br-、SO42-）等作为渗滤液的污染指标。各参数的具体测定分析⽅法如下：电导率：采⽤上海雷磁仪器⼚⽣产的DDS-307型电导率仪进⾏测定；pH：采⽤上海雷磁仪器⼚⽣产的PHS-3C精密pH计直接测定；ORP：采⽤便携式⾃动电位仪测定；COD Cr：重铬酸钾标准法测定；NPOC、TN：采⽤岛津公司TOC-VCPN型总有机碳分析仪测定；NH3-N：纳⽒试剂光度法测定，正磷酸盐：钼酸盐溶液⽐⾊法，采⽤棱光牌

UV755B紫外可见分光光度计；总磷：过硫酸钾—钼酸铵分光光度法；F-、Cl-、Br-、SO42-：采⽤美国戴安公司ICS-1000离⼦⾊谱仪。3. 实验结果与讨论3.1 试验结果

3.1.1 还原性物质的降解过程

渗滤液对⽔体污染的⼀个重要原因是其还原性物质含量很⾼，其随填埋时间的变化过程见图2。

图2 渗滤液NPOC和COD与不同填埋时间的变化关系

Figure 2 the relationship between NPOC, COD of leachate and leachate ages 从图2中可看出，随着填埋时间的延长，渗滤液中的还原性物质以及不可吹扫性有机物总的趋势都逐渐减少。⼤约经过4年左右的时间（到2001a），渗滤液的COD达到⼀个较为稳定的状态，⼤约维持在1000～2000 mg·L-1，⽽NPOC则虽然仍持续下降，但下降幅度不⼤，最后达到200 mg·L-1之间。

图3 渗滤液NPOC/COD与不同填埋时间的变化关系

Figure 3 the relationship between the ratio of NPOC/COD and leachate ages

NPOC/COD可以部分反映出渗滤液组分的变化状况，从图3中可以看出不同年份渗滤液NPOC/COD总体来说随填埋时间有下降趋势，从开始阶段较⼤值0.43降到0.1左右。说明渗滤液中有机C所占的⽐例逐渐减少，这主要是由于填埋场中渗出的有机污染物减少和有机化合物降解速度提⾼两⽅⾯共同作⽤的结果。3.1.2 ⽆机营养物质的降解过程

对于渗滤液中N元素的含量，从图4中可看出，渗滤液中N含量很⾼，2003年的TN 和氨氮分别达到了4368 mg·L-1和4251mg·L-1。在填埋初期的4年内（2001年前），N的含量下降较快，从4368 mg·L-1降到1753 mg·L-1；随后3年（1998年前）的降解速度相对较慢；最后⼀直到1993年，渗滤液中N含量以较低的速度下降，最终的TN维持在500 mg·L-1左右。

图4 渗滤液中N含量与不同填埋时间的变化关系

Figure 4 the relationship between N of leachate and leachate ages 相对⼀般废⽔，渗滤液P的含量总体含量相对较⾼，但相对于⽣物所需的C:N:P=100:5:1，其⽐例明显偏低。从总体趋势来看，渗滤液中P的含量随填埋时间延长逐渐降低，特别是开始的9年时间内（1996年）呈持续下降趋势，从35 mg·L-1降到3.4 mg·L-1；随后虽然在1994年有波折，但总体趋势仍旧下降，到1993年时，TP含量⼩于1 mg·L-1。

图5 渗滤液中P含量与不同填埋时间的变化关系

Figure 5 the relationship between P of leachate and leachate ages3.1.3 pH、电导率与ORP

从图6中可以看出，渗滤液的pH值随时间逐渐下降，从开始的8.15逐渐下降到7.34，说明渗滤液pH随时间的延长，逐渐降低，在开始的7年内（1998年前）下降较为迅速，⽽随后的变化较⼩。

图6 渗滤液中pH与不同填埋时间的变化关系

Figure 6 the relationship between pH and leachate ages

渗滤液的ORP值可作为判断溶液中有机物量以及多价离⼦的氧化还原状态的⼀个参照值，同时可以⽤于量化离⼦活度和确定溶液的氧化还原特性。从图7中可看出，随着填埋时间的推移，渗滤液的ORP值逐渐升⾼，从开始阶段-307mv升⾼到-88mv。

图7 渗滤液中ORP与不同填埋时间的变化关系

Figure 7 the relationship between ORP and leachate ages 渗滤液的电导率值反映了渗滤液中⾃由离⼦的总量。随着填埋时间的延长，渗滤液的电导率值逐渐降低，从41500µs·cm-1（2003a）降到6380µs·cm-1（1993a），⽽且渗滤液中的电导率在开始7年内（1998年前）下降较快，⽽在随后年份变化不⼤。

图8 渗滤液中电导率与不同填埋时间的变化关系

Figure 8 the relationship between conductivity and leachate ages3.1.4阴离⼦

从渗滤液的卤素阴离⼦与硫酸根离⼦的浓度随时间的变化图9和10可以看出：渗滤液中Cl－、Br－、F－等离⼦的浓度都很⼤。由于这些离⼦很难降解，因此其浓度值随时间变化

不明显，Cl－浓度在1500 mg·L-1左右，Br－浓度在60～100 mg·L-1，F－浓度在15 mg·L-1左右，⽽硫酸根离⼦在⼀般在200～400 mg·L-1范围内。

图9 渗滤液中F－、Br－与不同填埋时间的变化关系

Figure 9 the relationship between F－, Br－and leachate ages

图10 渗滤液中Cl－、SO42－与不同填埋时间的变化关系

Figure 10 the relationship between Cl－、SO42－and leachate ages3.2 讨论

⼀般认为：渗滤液中主导性污染物质为可溶性有机物，悬浮物所贡献的COD Cr相对较低。⽽上述各年龄段的渗滤液中，悬浮物含量较少。渗滤液中的有机物质总体可分成三部分：

①⼩分⼦的醇和有机酸；②中等分⼦量的灰磺酸类物质；③⾼分⼦的腐殖质。填埋初始阶段的渗滤液，⼤约90%的可溶性有机碳由短链的可挥发性脂肪酸组成，相应的有机C含量较⾼，其次是带多羧基和芳⾹族羧基的灰黄酶酸。⽽当填埋场达到相对稳定时，⼤部分有机物得到降解，剩余的主要为灰黄酶酸物质以及⾼分⼦的腐殖质，还有较多的⽆机还原物质，从⽽使得NPOC/COD降低。

渗滤液的N元素中，主要以氨氮形式存在，其所占⽐例范围在97％～55％间波动，说明随着时间的推移，渗滤液中的N逐渐由氨氮转化为其它形式的氮，⽽且填埋初期垃圾中的氮先以氨氮形式淋洗到渗滤液中。

渗滤液中的正磷酸盐在TP中所占的⽐例随着时间也逐渐减⼩，从开始的98.2％⼀直降到29.2％，说明⽼龄渗滤液中的磷主要以其它形式的磷（缩合磷酸盐、有机结合的磷酸盐等）存在，⽽⾮正磷酸盐，也说明正磷酸盐等可能不易与渗滤液中的降解产物－腐殖质粒⼦、⽔⽣⽣物等结合。⽽1991年与1992年垃圾由于混杂了部分较近年份的垃圾，使得其磷的含量与总的变化趋势发⽣改变（其它指标也有相似的趋势）。

对于渗滤液的宏观化学性质pH，其随着时间的推移逐渐降低，这可以从其碳酸盐浓度可以看出，初期渗滤液加⼊盐酸，渗滤液产⽣⼤量的⽓泡，相应的碱度值也较⼤，在18000 mg·L-1（2003a）左右，⽽⽼龄渗滤液加⼊盐酸⼏乎不冒泡，碱度在2000 mg·L-1（1993a）左右，说明渗滤液主要是碳酸盐以及碳酸氢盐等对渗滤液的pH值产⽣贡献。

从渗滤液ORP值可以看出：渗滤液中ORP都为负值，内含物质为还原态为主，说明其填埋单元都处于产甲烷化阶段。⽽且渗滤液中的很多物质都具有得到电⼦的能⼒，说明其仍处于较为活跃的降解阶段；同时可以看出渗滤液中还原态随时间的延长逐渐降低，在开始的9年内变化最为剧烈，这也可以从COD值的⼤⼩得到应证。

电导率主要与渗滤液中⾃由态物质总量的下降有关，渗滤液中盐分下降（包括碳酸盐、卤素等）也是⼀个较为主要的原因。当浓度增加到⼀定程度后，由于正、负离⼦之间的相互作⽤⼒增⼤，解离度下降，离⼦活度降低，电导率也随之降低。渗滤液中含⾼浓度的阴离⼦，主要是由于其母体－垃圾中⼤量废弃餐厨垃圾的作⽤结果，上海垃圾中⼤约含50～70％左右的餐厨垃圾，同时⽼港填埋场向外100m左右即为东海，因此，海⽔的渗漏也将增⼤渗滤液中的阴离⼦的浓度值。这些阴离⼦中，SO42-与Cl-的⽐值随时间推移有稍微增加的趋势，但变化不⼤，基本在10～20％左右波动。

在上述渗滤液性质随时间的变化趋势图中可以发现：1991年和1992年渗滤液的性质与变化的总体趋势相异，主要是因为此两单元为整个填埋场填埋初期使⽤，缺少衬底，特别

是后期在这些单元中⼜填⼊了部分垃圾，所以此部分渗滤液为当年和后续年份渗滤液的混合体，所以各参数表现出与总体趋势相反的结果。

对⽼港填埋场渗滤液的研究表明：实际填埋场现场所取渗滤液浓度最⼤，在封场后开始的4年时间内降解速度最快，⼀般在9年左右时间后污染物变化不⼤。⽽实际填埋场中的渗滤液性质由于受很多因素的影响，包括填埋⽅式、地质状况、⽓候条件、封场维护等，其性质与实验室模拟相差较⼤，不可控因素较多。因此，有条件的地区需要经过现场模拟试验来反映其真实的稳定过程。4 结论

（1）渗滤液随填埋时间变化较为明显，从NPOC和COD来看，⼤约经过4年时间，垃圾所排放的渗滤液COD<2000 mg.L-1，NPOC则<500 mg·L-1。

（2）渗滤液中的N降解速度⼤致可分成三个阶段：前4年的快速降解阶段，随后3年的中速降解，随后进⼊慢速降解阶段达到500 mg·L-1以内。虽然渗滤液中的N

主要以氨氮形式存在，但随着时间的推移，其所占⽐例逐渐下降，从开始的97.3％降到1993年的55.6％。

（3）渗滤液P含量相对于⼀般废⽔要⾼10倍左右。TP含量随填埋时间在开始的9年内降解迅速，从35 mg·L-1降到3.4 mg·L-1，后基本维持稳定值。正磷酸盐/TP

⽐例随填埋时间也逐渐降低，从开始的98.2％降到29.2％。

（4）渗滤液的pH值随填埋时间延长逐渐下降，从开始的8.15逐渐下降到7.34，在开始的7年内下降较快，随后变化不⼤。（5）随着填埋时间的推移，渗滤液的ORP值逐渐升⾼，从-307mv升⾼到-88mv，说明渗滤液总体表现为还原性，其还原状态随时间的延长逐渐降低，其变化在开始的9年内上升较快，随后变化不⼤。

（6）填埋场渗滤液中的电导率值很⼤，并且随填埋时间延长，下降较为迅速，从41500 µs·cm-1（2003a）降到6380 µs·cm-1（1993a），并且下降趋势主要集中在开始的7年内。

（7）渗滤液中阴离⼦的含量较⾼，特别是Cl－浓度；⽽这些离⼦随填埋时间延长，其变化趋势有部分下降，⽽硫酸根/Cl-⽐例有稍微上升趋势。Reference：

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