生物反應(yīng)器填埋場中重金屬Cu和Zn的遷移轉(zhuǎn)化機理研究.pdf

1、垃圾填埋場是一個長期而重大的重金屬二次污染源，為了保護填埋場周邊土壤、地表水和地下水的環(huán)境質(zhì)量，亟需對垃圾填埋場內(nèi)重金屬的環(huán)境行為進行準(zhǔn)確的評估，并據(jù)此提出相應(yīng)的污染防治對策。本研究以生活垃圾中含量最高的重金屬Cu和Zn為目標(biāo)物，首先從重金屬總量的角度，基于生活垃圾組分的地域性和季節(jié)性變化因素，系統(tǒng)地解析了生活垃圾中重金屬源分布特征，并針對重金屬總量在環(huán)境行為評估的信息不足之劣勢，將重金屬形態(tài)分析方法引入了非均質(zhì)的填埋垃圾，初步較精確地

2、探討了垃圾填埋過程中Cu和Zn的可能的遷移行為；基于以上結(jié)果，以生物反應(yīng)器填埋場為主體，構(gòu)建了三種不同工藝的模擬填埋場，聚焦于填埋垃圾及滲濾液這一整體系統(tǒng)，深入系統(tǒng)地研究了Cu和Zn在生物反應(yīng)器填埋場穩(wěn)定化過程中的釋放行為，提出了不同運行方式模擬填埋場中Cu和Zn總量的長期環(huán)境滲瀝模型及各形態(tài)遷移轉(zhuǎn)化模型，揭示了生物反應(yīng)器填埋場中重金屬原位固定的SRB調(diào)控現(xiàn)象。主要結(jié)論為： (1)生活垃圾中Cu和Zn均不同程度地超過了土壤二級環(huán)

3、境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，具有較高的重金屬污染潛力，尤其春夏兩季，較好的垃圾分類收集能明顯降低其中重金屬來源。塑料、廚余、灰渣和紙張四類垃圾組分對生活垃圾的重金屬Cu、Zn總量貢獻最大，生活垃圾的重金屬污染源頭控制有賴于對該四類組分的削減。 (2)修正BCR連續(xù)提取方法對0-7a的不同填埋齡的生活垃圾中Cu和Zn的形態(tài)分析具有極高的重現(xiàn)性和回收率，在應(yīng)用于非均質(zhì)的填埋垃圾體系時能更為準(zhǔn)確地反映垃圾填埋場中不同穩(wěn)定化程度下重金屬對應(yīng)的環(huán)境行為。

4、不同的填埋垃圾樣品預(yù)處理方法對形態(tài)分析結(jié)果的影響因素主要為填埋垃圾的NH4+-N、VFA、硫化物等原始環(huán)境條件的變更所致，濕樣是填埋垃圾樣品形態(tài)分析最理想的預(yù)處理方式。 (3)由于滲濾液的遷移，不同運行方式的模擬填埋場的下層垃圾中Cu和Zn含量均明顯高于上層垃圾，其中Zn較Cu具有更強的遷移性。填埋垃圾的穩(wěn)定化差異及由此而引起的重金屬的不同釋放機理導(dǎo)致Cu和Zn含量呈現(xiàn)階段性增減變化，變化幅度為CL(普通衛(wèi)生填埋場)>RL(直接

5、回灌型生物反應(yīng)器填埋場)> BL(序批式生物反應(yīng)器填埋場)、Cu>Zn，產(chǎn)酸階段填埋垃圾中Cu和Zn具有最高的環(huán)境污染風(fēng)險，隨模擬填埋場的穩(wěn)定化程度增加，填埋垃圾中Cu和Zn釋放行為逐步減緩并趨于穩(wěn)定。 (4)滲濾液中Cu(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)的濃度變化與填埋垃圾中Cu和Zn的釋放行為形成強烈響應(yīng)，不同運行工藝的模擬填埋場滲濾液中重金屬濃度差異不明顯。普通衛(wèi)生填埋場的重金屬釋放量符合的正指數(shù)遞增模型，而生物反應(yīng)器填埋場的釋放量則遵循

6、不同階數(shù)的負指數(shù)衰減模型，滲濾液的回灌操作較普通衛(wèi)生填埋能明顯降低填埋場對外環(huán)境的重金屬輸出，而兩相分離的產(chǎn)甲烷反應(yīng)器的引入更能促進重金屬在生物反應(yīng)器填埋場內(nèi)的行為穩(wěn)定。 (5)滲濾液的回灌能促使Cu和Zn形態(tài)從不穩(wěn)定態(tài)(酸可溶解態(tài)和可還原態(tài))往穩(wěn)定態(tài)(可氧化態(tài)和殘渣態(tài))遷移從而可減緩其釋放行為，Zn比Cu具有更強的環(huán)境遷移和污染潛力。不同時期不同深度填埋層內(nèi)Cu和Zn形態(tài)的差異明顯，填埋垃圾的好氧環(huán)境的暴露能促使Cu和Zn從穩(wěn)

7、定態(tài)向不穩(wěn)定態(tài)遷移。 (6) Cu和Zn的各級形態(tài)與環(huán)境因素的回歸模型表明填埋場環(huán)境中氨氮、HA、FA、DOC、硫化物、硫酸鹽等環(huán)境因素對Cu和Zn的各級形態(tài)影響較大，其中硫化物對Cu和Zn在填埋環(huán)境中的遷移影響最大，分別與Cu和Zn的不穩(wěn)定態(tài)(酸可溶解態(tài)和可還原態(tài))呈顯著負相關(guān)，與穩(wěn)定態(tài)(可氧化態(tài)和殘渣態(tài))呈顯著正相關(guān)。Visual MINTEQ模擬計算結(jié)果表明，滲濾液中Cu(Ⅱ)大部分為腐殖質(zhì)絡(luò)合態(tài)，并逐漸由與松結(jié)合態(tài)富里酸

8、絡(luò)合態(tài)(FA1-Cu)向穩(wěn)結(jié)合態(tài)富里酸絡(luò)合態(tài)(FA2-Cu)轉(zhuǎn)變；Zn(Ⅱ)則主要表現(xiàn)為與S2-的絡(luò)合，其絡(luò)合程度隨模擬填埋場內(nèi)還原性環(huán)境形成而加劇，生物反應(yīng)器填埋場的滲濾液長期回灌能促使Cu和Zn逐步形成絡(luò)合沉淀而使其在填埋垃圾內(nèi)的遷移行為減緩。不同方式填埋場滲濾液的重金屬環(huán)境風(fēng)險并不在于其瞬時濃度及形態(tài)，在于長期滲濾而引起的量累積。 (7)生物反應(yīng)器填埋場中較高的SRB代謝活性及其逐步累積的代謝產(chǎn)物硫化物是填埋垃圾中的Cu2