張 靜，姚其生，吳 鐸，邵立明，何品晶

（1．海南省環(huán)境科學(xué)研究院，海南 ?？?570102；2．同濟(jì)大學(xué)固體廢物處理與資源化研究所，上海 200092）

華南亞熱帶土壤-植被處理穩(wěn)定滲瀝液的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)*

張 靜1，姚其生2，吳 鐸2，邵立明2，何品晶2

（1．海南省環(huán)境科學(xué)研究院，海南 ?？?570102；2．同濟(jì)大學(xué)固體廢物處理與資源化研究所，上海 200092）

本研究采用不透水襯墊的土壤-植被層，在我國(guó)華南氣候與土質(zhì)條件下，驗(yàn)證土壤-植被灌溉工藝處理穩(wěn)定滲瀝液的效果，同時(shí)與同區(qū)域填埋場(chǎng)的膜處理工藝進(jìn)行比較。在海南?？谑心程盥駡?chǎng)現(xiàn)場(chǎng)，進(jìn)行了覆蓋全年氣候期的滲瀝液生物處理出水灌溉試驗(yàn)及同場(chǎng)納濾工序的取樣測(cè)試。結(jié)果表明：比較高羊茅草、高羊茅+夾竹桃和空白3種植被，高羊茅+夾竹桃植被土壤層灌溉的水分減量率最高，以總水分（灌溉量+降雨量）和灌溉量計(jì)的減量率分別為53．2%和38．7%，而且同樣具有最佳的灌溉污染物去除效率；計(jì)入灌溉水分減量貢獻(xiàn)的COD、總氮和氨氮去除率分別為85．3%、83．0%和93．9%。該場(chǎng)納濾工藝處理同一水源的穩(wěn)定滲瀝液，其COD、總氮和氨氮去除率分別為90．9%、87．8%和84．0%。雖然表觀去除率略?xún)?yōu)于灌溉，但從污染物總量削減的角度考慮，灌溉處理更具有實(shí)質(zhì)性的環(huán)境效益。

穩(wěn)定滲瀝液；土壤-植被灌溉；亞熱帶氣候；填埋；污染物去除率

經(jīng)生物處理后的滲瀝液可稱(chēng)為穩(wěn)定滲瀝液［1］，主要含類(lèi)腐殖質(zhì)有機(jī)物和含氮化合物，腐殖質(zhì)有機(jī)物和含氮化合物（植物養(yǎng)分）均與土壤-植被生態(tài)具有相容性，而填埋場(chǎng)可營(yíng)造植被的空間較大（填埋場(chǎng)啟用初期的邊坡、中后期的最終覆蓋面等）。因此，采用土壤-植被灌溉方法處理穩(wěn)定滲瀝液有一定的可行條件。

王如意等［2-3］采用盆栽灌溉方法分析了滲瀝液對(duì)植物生長(zhǎng)的影響，發(fā)現(xiàn)不同植物對(duì)滲瀝液的耐受性不同，據(jù)此篩選了滲瀝液灌溉處理的植物種類(lèi)；同時(shí)，也對(duì)盆栽篩選植物的滲瀝液COD、氨氮等去除容量進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。張斌等［4］報(bào)道了利用填埋場(chǎng)覆蓋層，進(jìn)行長(zhǎng)填齡（填埋后期）滲瀝液土壤-植被灌溉現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的結(jié)果，表明在一定的水力負(fù)荷條件下，長(zhǎng)填齡滲瀝液經(jīng)灌溉處理后的COD和氨氮去除率均可達(dá)到95%以上。D．L．Jones等［5］綜述了英國(guó)等地進(jìn)行滲瀝液灌溉處理的實(shí)踐情況，國(guó)外的滲瀝液灌溉大多在開(kāi)放土壤環(huán)境中進(jìn)行（土層下不設(shè)防滲層），因此主要適合于低水力負(fù)荷下低濃度滲瀝液的灌溉，COD和氨氮濃度一般小于500 mg/L和200 mg/L，水力負(fù)荷在1 mm/d左右，難以滿(mǎn)足大量滲瀝液處理的需要。

我國(guó)華南亞熱帶地區(qū)植物可全年生長(zhǎng)，滲瀝液土壤-植被灌溉處理的應(yīng)用潛力大。本研究采用不透水襯墊上的土壤-植被層，對(duì)填埋場(chǎng)經(jīng)生物處理后的穩(wěn)定滲瀝液進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)灌溉試驗(yàn)，旨在驗(yàn)證此工藝在華南氣候與土質(zhì)條件下的處理效果；同時(shí)，還比較了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的處理效果與同區(qū)域填埋場(chǎng)滲瀝液的膜處理效果，以期為技術(shù)選擇提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)場(chǎng)地

本試驗(yàn)場(chǎng)地位于海口市某生活垃圾填埋場(chǎng)滲瀝液氧化塘旁的坡地，其平面和剖面示意見(jiàn)圖1。其土源均取自場(chǎng)內(nèi)空地表土層，壓實(shí)層土填入后夯實(shí)至孔隙度小于5%，種植層土松散填入整平。試驗(yàn)場(chǎng)地劃分為3個(gè)分區(qū)，每個(gè)分區(qū)面積30 m2，分別種植高羊茅、高羊茅與夾竹桃混合植被和無(wú)種植植被，并依次編為1～3號(hào)。

圖1 試驗(yàn)場(chǎng)地示意

1.2 灌溉操作

灌溉水源取自該填埋場(chǎng)的滲瀝液氧化塘，依據(jù)其處理流程，見(jiàn)圖2。氧化塘進(jìn)水為滲瀝液生化處理出水，符合穩(wěn)定滲瀝液的水質(zhì)特征。植物種植后，先以5 mm/d水力負(fù)荷的清水灌溉至出芽（高羊茅）和萌發(fā)新葉，再以固定10 mm/d水力負(fù)荷（根據(jù)在上海老港等地的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)［6］結(jié)果確定該負(fù)荷）的穩(wěn)定滲瀝液灌溉，該滲瀝液以氧化塘出水和膜處理出水混配，COD濃度從約150 mg/L逐步增至950 mg/L。

圖2 填埋場(chǎng)的滲瀝液處理工藝

1.3 分析測(cè)試

每2周1次，分別從灌溉進(jìn)水和3個(gè)分區(qū)的滲出水及徑流水的貯罐中取樣作常規(guī)分析。分析指標(biāo)為：鹽度、COD、氨氮和總氮。

為了對(duì)比灌溉處理與膜處理的污染物凈化特征，本研究還對(duì)試驗(yàn)所在填埋場(chǎng)滲瀝液膜處理工序和灌溉進(jìn)出水水質(zhì)等指標(biāo)進(jìn)行了對(duì)比測(cè)試，測(cè)試指標(biāo)除上述常規(guī)分析外，還包括重金屬（As、Cd、Cr、Cu、Mn、Ni、Pb、Zn、Hg）、溶解性有機(jī)物（DOM）的親水性分類(lèi)（FA富里酸、HA胡敏酸和HyI親水性組分）及分子質(zhì)量分級(jí)、以及小麥種子發(fā)芽試驗(yàn)和揮發(fā)性有機(jī)酸（VFA）組成。

上述水質(zhì)的常規(guī)分析指標(biāo)和重金屬測(cè)試均采用國(guó)家環(huán)境保護(hù)部推薦方法［7］；DOM分子質(zhì)量分級(jí)采用加壓過(guò)濾方法，DOM親水性分類(lèi)采用大孔徑樹(shù)脂方法［8］；小麥種子發(fā)芽試驗(yàn)采用水樣梯度稀釋浸種方法［9］。

2 結(jié)果與討論

2.1 灌溉試驗(yàn)

2.1.1 水分減量

灌溉試驗(yàn)在植物播種并萌發(fā)生長(zhǎng)后啟動(dòng)，自2011年1月至8月共運(yùn)行230 d，期間氣溫跨度為6～36℃（8：00～8：30現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)），基本覆蓋了?？谑写淼奈覈?guó)華南亞熱帶區(qū)域全年溫度變化范圍。

期間，場(chǎng)內(nèi)雨量計(jì)記錄的累計(jì)降雨量為680 mm，累計(jì)灌溉量為2 190 mm（期間有11 d因大雨后土壤處于飽和狀態(tài)而未進(jìn)行灌溉操作），合計(jì)輸入水量2 870 mm；各雨水收集罐累計(jì)水量為46～75 L，按各灌溉區(qū) 30 m2折合為 1．5～2．5 mm，各滲出水收集罐累計(jì)出水量25 240～27 386 L，折合為1 341．3～1 412．9 mm。蒸發(fā)蒸騰量（降雨量+灌溉量-（雨水收集量+滲出水量）） 為1 454．6～1 527．2 mm；其中，蒸發(fā)蒸騰量最大的為2號(hào)分區(qū)（種植高羊茅+夾竹桃），最小的為未種植植物的3號(hào)分區(qū)。各分區(qū)按總水分計(jì)的減量率（（滲出水量+雨水收集量） /（降雨量+灌溉量）） 和灌溉水量計(jì)的水分減量率（滲出水量/灌溉量）見(jiàn)表1。

表1 灌溉試驗(yàn)水分減量率 %

2.1.2 污染物去除

灌溉試驗(yàn)期間，滲瀝液灌溉進(jìn)水和各分區(qū)滲流水的水質(zhì)變化見(jiàn)圖3。

由圖3可見(jiàn)，各種污染物去除效果呈現(xiàn)一定波動(dòng)，但總體去除率相對(duì)穩(wěn)定。各個(gè)分區(qū)的COD、總氮和氨氮去除率平均值及標(biāo)準(zhǔn)偏差見(jiàn)表2。

圖3 灌溉試驗(yàn)期間各分區(qū)進(jìn)出水水質(zhì)

表2 灌溉試驗(yàn)污染物去除率 %

由表2可見(jiàn)，在種植了植物的分區(qū)（1和2號(hào)），污染物去除率和穩(wěn)定性均高于無(wú)植物的分區(qū)（3號(hào)），這是植物根系豐富的微生物代謝及植物根系對(duì)植物養(yǎng)分吸收作用的體現(xiàn)。

2.2 灌溉與膜處理的污染物去除特征比較

灌溉試驗(yàn)與該場(chǎng)滲瀝液納濾工序的進(jìn)出水水質(zhì)比較結(jié)果見(jiàn)表3～5。其中，試驗(yàn)水樣取樣時(shí)，灌溉處于滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)（COD≈950 mg/L），出水取自運(yùn)行最為穩(wěn)定的2號(hào)分區(qū)。

從滲瀝液污染物的分類(lèi)去除率結(jié)果看，除了氨氮等個(gè)別指標(biāo)外，納濾對(duì)滲瀝液中主要污染物的去除率均高于灌溉處理。具體比較結(jié)果如下：

1） 溶解性有機(jī)物（DOM）。納濾對(duì)DOM總體（以COD計(jì)）的去除率比灌溉處理高8%左右（表3）；從DOM分類(lèi)（表5） 看，灌溉處理對(duì)分子質(zhì)量大于50 ku和高度腐殖性的HA類(lèi)有機(jī)物的去除效果相當(dāng)于或優(yōu)于納濾，但對(duì)5 ku～50 ku分子質(zhì)量DOM的去除率小于納濾的1/2，但兩者對(duì)于1 ku～5 ku分子質(zhì)量DOM的去除率又比較接近。其主要原因是，灌溉處理通過(guò)土壤吸附和生物代謝途徑去除有機(jī)物，對(duì)極憎水性大分子和簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)有機(jī)物有效；而基于“攔截”機(jī)理的納濾過(guò)程對(duì)各種類(lèi)別DOM的去除效果沒(méi)有明顯的區(qū)別。

表3 灌溉與納濾處理結(jié)果比較（常規(guī)指標(biāo)）

表4 灌溉與納濾處理結(jié)果比較（重金屬）

表5 灌溉與納濾處理結(jié)果比較（DOM（TOC） 分類(lèi)）

2）氮化合物。灌溉處理是基于生物硝化和反硝化及植物根系吸收去除氮化合物的，在本研究的高負(fù)荷（10 mm/d，總氮大于200 mg/L） 灌溉條件下，按植物生物量計(jì)的根系氮吸收量?jī)H占灌溉負(fù)荷的5%左右，所采用的滲流灌溉方法也限制了氨的揮發(fā)量，氮化合物主要通過(guò)生物硝化和反硝化過(guò)程轉(zhuǎn)化。其中，氨氧化進(jìn)行徹底、去除率高，而反硝化受到滲瀝液BOD5/總氮僅約1．5和土壤貧營(yíng)養(yǎng)（紅土）條件的限制無(wú)法高效完成，限制了總氮和硝酸鹽氮的去除效率。

3）重金屬。納濾對(duì)滲瀝液重金屬去除的總體效果同樣略?xún)?yōu)于灌溉處理，但穩(wěn)定滲瀝液的重金屬濃度均符合GB 16889—2008的排放要求，此去除率差異的應(yīng)用意義較為有限。

從達(dá)標(biāo)排放的角度出發(fā)，納濾效果確實(shí)優(yōu)于灌溉；而如果從污染物總量控制方面考慮，納濾處理會(huì)產(chǎn)生10%～20%的濃縮液需要處置，處理過(guò)程本身的降解率幾乎為零，而灌溉處理則實(shí)質(zhì)性地降解了污染負(fù)荷，再考慮到30%～40%的水量削減效應(yīng)，即使表觀的污染物去除率也大于納濾。同時(shí)，灌溉處理所需建設(shè)投入為植被層構(gòu)建，運(yùn)行也僅有進(jìn)水的泵送費(fèi)用。所以，灌溉處理應(yīng)用于穩(wěn)定滲瀝液處理的環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益均優(yōu)于納濾。

3 結(jié)論

1） 在高羊茅草、高羊茅+夾竹桃和空白3種植被條件下，高羊茅+夾竹桃植被土壤層灌溉的水分減量率最高，以總水分（灌溉+降雨量）和灌溉量計(jì)的減量率分別為53．2%和38．7%。

2） 高羊茅+夾竹桃植被土壤層同樣具有最佳的灌溉污染物去除效率，不計(jì)水量削減的COD、總氮和氨氮去除率分別為76．0%、72．2%和90．0%；計(jì)入灌溉水分減量貢獻(xiàn)的COD、總氮和氨氮去除率則為85．3%、83．0%和93．9%。

3）?？谔盥駡?chǎng)采用納濾工藝處理同一水源的穩(wěn)定滲瀝液，其COD、總氮和氨氮去除率分別為90．9%、87．8%和84．0%，表觀去除率略?xún)?yōu)于灌溉處理，但從污染物總量削減的角度考慮，灌溉處理更具有實(shí)質(zhì)性的環(huán)境效益。

［1］ He P J，Shao L M，Qu X，et al．Effects of Feed Solutions on Refuse Hydrolysis and Landfill Leachate Characteristics［J］．Chemosphere，2005，59（6）：837-844．

［2］王如意，何品晶，邵立明，等．4種禾草用于覆蓋層灌溉垃圾滲濾液的比較［J］．應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報(bào)，2005，11（5）：554-558．

［3］王如意，何品晶，邵立明，等．不同水力負(fù)荷滲濾液對(duì)植物土壤系統(tǒng)的影響［J］．環(huán)境科學(xué)，2006，27（5）：950-955．

［4］張斌，何品晶，邵立明，等．垃圾填埋場(chǎng)覆蓋層灌溉處理滲濾液的試驗(yàn)研究［J］．長(zhǎng)江流域資源與環(huán)境，2005，14（4）：516-521．

［5］ JonesDL，WilliamsonKL，OwenAG．PhytoremediationofLandfillLeachate［J］．Waste Manage，2006，26 （8）：825-837．

［6］王如意，何品晶，邵立明，等．滲濾液覆蓋層灌溉處理對(duì)夾竹桃的生理生態(tài)效應(yīng)［J］．生態(tài)學(xué)報(bào)，2006，26（12）：4281-4286．

［7］國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》編委會(huì)．水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法［M］．4版．北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2002．

［8］ He P J，Xue J F，Shao L M，et al．Dissolved Organic Matter（DOM） in Recycled Leachate of Bioreactor Landfill［J］．Water Res，2006，40（7）：1465-1473．

［9］何品晶，王如意，邵立明，等．滲濾液場(chǎng)內(nèi)處理的有機(jī)物去除特征和植物毒性評(píng)價(jià)［J］．環(huán)境科學(xué)，2007，28（1）：215-219．

On-site Experiment of Stable Leachate Treatment by Soil-vegetation Irrigation in Sub-tropical Southern China

Zhang Jing1,Yao Qisheng2,Wu Duo2,Shao Liming2,He Pinjing2
（1．Environmental Science Academy of Hainan Province,Haikou Hainan 570102;2．Institute of Waste Treatment and Reclamation,Tongji University,Shanghai 200092）

Through a soil-vegetation layer above the waterproof liner,under the climate and soil condition in southern China,the treatment effect of stable leachate by soil-vegetation irrigation was verified to compare with membrane treatment technology．In one waste landfill site of Haikou,Hainan,a irrigation experiment of leachate effluent after bio-treatment was carried out．The irrigation last for the whole climate year,during which the influent and effluent of leachate irrigation were analyzed,as well as the leachate effluent samples from nano-filtration．The soil-vegetation layer was divided into 3 areas,including tall fescue,mixture of tall fescue and oleander,and blank control area．The results showed that mixing vegetation-soil layer of tall fescue and oleander contributed the highest water removal rate,in which reduced 53．2%of total water(including irrigation and rainfall)and 38．7%of irrigation water．Also,the best removal rate of pollutants occurred in the mixing vegetation-soil layer．Calculating the water reduction of irrigation,the removal rates of COD,total nitrogen and ammonia nitrogen were 85．3%,83．0%and 93．9%,respectively．The stable leachate in this landfill site was treated by nano-filtration,by which the removal rates of COD,total nitrogen and ammonia nitrogen were 90．9%,87．8%and 84．0%,respectively．Although the apparent removal efficiency of nano-filtration was higher than that of irrigation,the higher substantial environmental effects were obtained in the irrigation treatment,considering the total pollution reduction．

stable leachate；soil-vegetation irrigation；sub-tropical climate；landfill；removal rate of pollutant

X703．1

A

1005-8206（2012）05-0030-04

國(guó)家973重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃課題（2012 CB719801）

2012-05-02

張靜（1972—），高級(jí)工程師，主要從事廢物管理和環(huán)境影響評(píng)價(jià)方面的研究。

E-mail：hnsnow@163．com。

（責(zé)任編輯：張藝）