可渗透反应屏障修复简易填埋场壤中流的试验研究

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上世纪九十年代以前,我国城市垃圾以简易填埋处理为主。西南地区由于丘陵地形因素,存有大量规模不一的简易填埋场。在后期整治修复过程中,采用简易封场整治或维持原状的简易填埋场即使停止服役多年,仍被证明具有污染释放潜力。且山地丘陵地区发达的壤中流会将填埋场污染由点源扩散为面源污染。可渗透反应屏障是点源污染阻控与修复的主要技术手段之一,然而,可渗透反应屏障的应用中鲜有针对简易填埋场壤中流污染修复的报道。鉴于此,本研究以简易填埋场壤中流为研究对象,基于生物联合的多级可渗透反应屏障技术,探究反应屏障材料组成、布设条件等对壤中流修复效果的影响,构建修复简易垃圾填埋场壤中流的多级可渗透反应屏障系统,并结合理化及微生物分析,明确污染物去除机理。本研究得到的结论如下:(1)在反应屏障的制备实验中,吸附型填料介质筛选中发现活性炭、膨胀珍珠岩、沸石、陶粒对壤中流污染具有较好的修复效果。各填料分别对化学需氧量(Chemical Oxygen Demand,COD)去除率分别为56.89%、47.78%、48.28%和54.77%,对总氮(Total Nitrogen,TN)的去除率分别为40.20%、34.00%、38.26%、35.94%。脱氮菌剂的筛选中发现菁贝菌剂修复壤中流中氮污染时受温度影响最低,在恒温和变温条件下对壤中流TN的去除率分别达到了71.96%和41.91%。反应屏障的具体制备及筛选中,明确了可渗透反应屏障的吸附型填料、固定化填料、孔隙支撑填料的优质配比,筛选出了可平衡渗透系数降低速率和修复效果的高、低两种渗透系数的可渗透反应屏障。高、低两种渗透系数的反应屏障配比分别为活性炭:陶粒:沸石:膨胀珍珠岩:石英砂:水泥(质量比)为4.8:2.9:3.8:2.1:2.7:9.2和4.8:2.9:3.8:2.1:0:9.2。(2)在可渗透反应屏障的布置优化实验中,高、低渗透系数的反应屏障的布设方式、间距和级数对污染物去除效果和屏障堵塞情况具有显著的影响。反应屏障的最优布设方式为:共布设4级,前两级为高渗透系数反应屏障,后两级为低渗透系数反应屏障,两级之间以间距/厚度为0布置,前两级与后两级之间以间距/厚度为6布置。该布设方式有利于延缓堵塞并增强反应屏障的修复效果。(3)在模拟填埋场中开展的中试示范中,反应屏障系统在COD浓度为10~120mg/L,TN浓度为20~130.83 mg/L的水质条件下连续运行32天,COD及TN的平均去除率达到(56.27±14.41)%和(50.61±12.32)%,满足《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB 16889-2008)中现有和新建生活垃圾填埋场水污染物排放质量浓度限值。在某简易填埋场开展的应用示范中,反应屏障系统在COD浓度为20~41 mg/L,TN浓度为15~32 mg/L的水质条件下连续运行32天,COD及TN的平均去除率达到(61.64±15.82)%和(45.32±14.01)%。系统具有适应干湿交替环境的能力,出水水质满足《生活垃圾填埋场污染控制标准》中现有和新建生活垃圾填埋场水污染物特别排放限值,也满足《农田灌溉水质标准》(GB 5084-2021)中各类作物灌溉水水质要求。(4)本研究进一步研究了反应屏障对壤中流的污染控制机理,结果表明,反应屏障以填料吸附和微生物降解协同实现了简易填埋场壤中流污染的修复。反应屏障填料可吸附壤中流中长链有机物、NO2-、NO3-等污染物,填料所附着的微生物以Cellvibrio、Flavobacterium、Pseudomonas、Hydrogenophaga、Bacillus等异养硝化和好氧反硝化菌为主。本研究可为山地丘陵地区简易填埋场壤中流污染修复提供治理方案,丰富简易填埋场壤中流修复技术体系和壤中流小型化处理技术体系,为乡村振兴与绿色宜居村镇建设提供助力。
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