1 引言
近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的高速發(fā)展和人民群眾生活水平的不斷提高，農(nóng)村生活垃圾的污染問(wèn)題也日趨嚴(yán)重.村鎮(zhèn)環(huán)境的污染尤其是生活垃圾的污染已經(jīng)逐漸成為村鎮(zhèn)污染的主要形式.受到村鎮(zhèn)區(qū)域人口密度、經(jīng)濟(jì)條件、資源環(huán)境等方面的限制，目前我國(guó)村鎮(zhèn)生活垃圾的主要處理方式還是簡(jiǎn)易堆存、隨意傾倒和焚燒等.約有1/3的農(nóng)村生活垃圾處于隨意堆存狀態(tài).侵占了大量的土地，不僅容易傳播疾病，而且嚴(yán)重污染了村鎮(zhèn)的水、土壤、空氣以及人居環(huán)境，成為區(qū)域生態(tài)環(huán)境惡化的主要因素.
已有諸多學(xué)者針對(duì)部分地區(qū)的村鎮(zhèn)生活垃圾開(kāi)展了相關(guān)研究.利用柱實(shí)驗(yàn)?zāi)M研究了垃圾在堆存情況下經(jīng)過(guò)降雨的淋洗，COD、Cl-、SO42-的溶出規(guī)律，結(jié)果顯示COD溶出規(guī)律符合一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程，Cl-的溶出速度要快于SO42-.模擬研究了降雨條件下垃圾污染組分Cl-、SO42-、CODCr、NH4+的變化特征，結(jié)果表明，淋濾液中的CODCr、Cl-、SO42-和NH4+均隨著淋濾時(shí)間呈現(xiàn)三個(gè)階段的變化趨勢(shì)，即急速下降，緩慢下降和基本穩(wěn)定.
生活垃圾特性與當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展水平息息相關(guān).本文選取我國(guó)東、中、西部3個(gè)地區(qū)的村鎮(zhèn)生活垃圾，通過(guò)降雨模擬實(shí)驗(yàn)比較分析各地區(qū)村鎮(zhèn)生活垃圾污染物的溶出規(guī)律，旨在了解我國(guó)不同經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度地區(qū)間生活垃圾中有害物質(zhì)的溶出特性，為更好的管理和控制村鎮(zhèn)生活垃圾提供理論參考.
2 材料與方法
2.1 采樣方法
在每個(gè)典型村鎮(zhèn)選擇5個(gè)垃圾池或垃圾堆放點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)采集生活垃圾樣品50 kg左右，混合均勻 后通過(guò)四分法縮減垃圾樣品至25 kg左右，儲(chǔ)存于便攜式冷藏箱帶回實(shí)驗(yàn)室分析理化性質(zhì)，具體采樣方法參照《城市生活垃圾采樣和物理分析方法(CJ/T313—2009)》.
2.2 實(shí)驗(yàn)材料與裝置
垃圾樣品采集于不同地區(qū)的典型村鎮(zhèn)，分別是重慶市永川區(qū)板橋鎮(zhèn)和龍門灘村;湖北省麻城市鐵門崗鄉(xiāng)和蔡大村;北京懷柔區(qū)九渡河鎮(zhèn)和杏樹(shù)臺(tái)村.實(shí)驗(yàn)采用6個(gè)圓柱形透明有機(jī)玻璃柱.將每個(gè)地區(qū)村和鎮(zhèn)的均勻混合新鮮垃圾用剪刀破碎，過(guò)50 mm篩，取篩下物填充兩個(gè)柱子，分別模擬不同淋洗強(qiáng)度.每個(gè)柱子裝填垃圾4.5 kg，填充密度為275 kg · m-3.實(shí)驗(yàn)裝置見(jiàn)圖 1，柱高為1.0 m，內(nèi)徑為0.15 m，底部穿孔，柱底均勻裝填約5 cm厚，粒徑為0.5～1.2 mm石英砂.頂部均勻鋪墊厚度約為2 cm厚度的石英砂，頂部加蓋一個(gè)穿孔有機(jī)玻璃蓋以保證布水均勻.供實(shí)驗(yàn)用垃圾樣品的理化性質(zhì)及物理組分分別見(jiàn)表 1、表 2.
圖1 實(shí)驗(yàn)裝置
表1 典型村鎮(zhèn)生活垃圾理化性質(zhì)
表2 典型村鎮(zhèn)生活垃圾物理組分
2.3 分析方法
生活垃圾理化性質(zhì)分析指標(biāo)及方法：pH、含水率、電導(dǎo)率、有機(jī)質(zhì)、全磷、全氮，其中pH用城市生活垃圾玻璃電極法測(cè)定，含水率用烘干法測(cè)定，電導(dǎo)率用DDS-11A型電導(dǎo)率儀測(cè)定，有機(jī)質(zhì)、全磷、全氮測(cè)定方法分別為灼燒法、偏鉬酸銨分光光度法、半微量開(kāi)式法測(cè)定.垃圾物理組分采用現(xiàn)場(chǎng)分揀稱重的方式測(cè)定.
根據(jù)每個(gè)地區(qū)的降雨強(qiáng)度設(shè)計(jì)兩個(gè)淋洗強(qiáng)度分別為10 mm · d-1和20 mm · d-1，每周淋洗1次，每次2 h，模擬日降雨量.每周取樣一次分析，主要分析指標(biāo)為：pH、BOD5、CODCr、NH3-N和TN，其中pH值用pHS-25型數(shù)顯酸度計(jì)測(cè)定，BOD5、CODCr、NH3-N和TN濃度測(cè)定分別為5日生化需氧量稀釋與接種法、標(biāo)準(zhǔn)重鉻酸鉀氧化法、納氏試劑分光光度法、堿性過(guò)硫酸鉀氧化法測(cè)定.測(cè)定的數(shù)據(jù)用Excel、SPSS進(jìn)行分析，Origin 8.5作圖.
3 結(jié)果與分析
3.1 pH值的變化規(guī)律
動(dòng)態(tài)淋濾實(shí)驗(yàn)垃圾淋濾液pH值隨時(shí)間變化規(guī)律如圖 2所示.由圖 2可知，淋洗強(qiáng)度為10 mm · d-1和20 mm · d-1時(shí)，淋濾液pH值變化趨勢(shì)基本一致，整體隨時(shí)間的增加均呈現(xiàn)小幅的上升趨勢(shì)，pH值變化范圍分別在6.5～8.0之間(10 mm · d-1)和5.5～8.0之間(20 mm · d-1).隨著
圖2 典型村鎮(zhèn)生活垃圾淋濾液pH的變化規(guī)律
3.2 CODCr的變化規(guī)律
動(dòng)態(tài)淋濾實(shí)驗(yàn)垃圾淋濾液CODCr隨時(shí)間的變化趨勢(shì)如圖 3所示.由圖 3可知，在兩種不同淋洗強(qiáng)度下，CODCr變化趨勢(shì)基本相同.前兩周下降趨勢(shì)較為明顯，從第2周持續(xù)緩慢降低至第7周，第8～10周，變化相對(duì)穩(wěn)定.在淋洗強(qiáng)度為10 mm · d-1，整個(gè)淋濾周期(10周)內(nèi)，重慶市板橋鎮(zhèn)、麻城市鐵門崗鄉(xiāng)和北京市九渡河鎮(zhèn)生活垃圾淋濾液CODCr變化范圍分別為：從第1周的21765.0 mg · L-1、9125.0 mg · L-1和18812.5 mg · L-1降低到第10周的518.5 mg · L-1、368.5 mg · L-1和315.0 mg · L-1，分別降低了97.62%，95.96%和98.33%.由圖 3b可知，在淋洗強(qiáng)度為20 mm · d-1時(shí)，重慶板橋鎮(zhèn)、麻城鐵門崗鄉(xiāng)和北京九渡河鎮(zhèn)生活垃圾淋濾液CODCr變化范圍分別從第1周的37960.0 mg · L-1、10155.0 mg · L-1和11955.0 mg · L-1降低到第10周的277.5 mg · L-1、127.0 mg · L-1和150.5 mg · L-1，分別降低了99.26%，98.75%和98.74%.
圖3 典型村鎮(zhèn)生活垃圾淋濾液CODCr的變化規(guī)律
由圖 3可知，第一次收集的淋濾液CODCr都很高，主要是因?yàn)槔谒臎_洗作用下，柱內(nèi)垃圾中的一些可溶還原性有機(jī)物和無(wú)機(jī)物被大量淋洗出來(lái)，造成CODCr很高.之后，實(shí)驗(yàn)柱內(nèi)的垃圾一方面在微生物的作用下發(fā)生降解反應(yīng)，有機(jī)物質(zhì)被不斷分解且速度較快，無(wú)機(jī)物質(zhì)也逐漸的被氧化，而且在水沖洗作用下，起到了物理稀釋作用，共同導(dǎo)致CODCr顯著下降.隨著有機(jī)質(zhì)被微生物不斷分解，模擬淋濾過(guò)程帶入的柱內(nèi)氧氣濃度可能不足以滿足好氧微生物需求，抑制了部分微生物活性，使得CODCr緩慢下降最終趨于穩(wěn)定.比較可知，在整個(gè)淋濾周期內(nèi)(10周)，兩種淋洗強(qiáng)度間淋濾液CODCr變化整體呈現(xiàn)：高強(qiáng)度(20 mm · d-1)的淋濾液CODCr降低率高于低強(qiáng)度的.這主要是由于水分是影響微生物生命活動(dòng)的重要因素，含水率高的垃圾降解速率高于含水率低的垃圾.淋濾液CODCr變化整體呈現(xiàn)：重慶市板橋鎮(zhèn)>北京市九渡河鎮(zhèn)>麻城市鐵門崗鄉(xiāng)，這主要與生活垃圾的組分(主要是有機(jī)物和無(wú)機(jī)物如亞硝酸鹽和一些硫化物)有著直接的關(guān)系，也與裝填垃圾的形狀等因素相關(guān).
3.3 BOD5的變化規(guī)律
動(dòng)態(tài)淋濾試驗(yàn)垃圾淋濾液BOD5隨時(shí)間的變化趨勢(shì)如圖 4所示.由圖 4可知，在兩種不同淋洗強(qiáng)度下，BOD5變化趨勢(shì)基本相同.其中，在前6周下降趨勢(shì)較為明顯，6～10周，變化相對(duì)穩(wěn)定.由圖 4a可知，在淋洗強(qiáng)度為10 mm · d-1時(shí)，整個(gè)淋濾周期(10周)內(nèi)，重慶市板橋鎮(zhèn)、麻城市鐵門崗鄉(xiāng)和北京市九渡河鎮(zhèn)生活垃圾淋濾液BOD5變化范圍分別從第1周的2755.0 mg · L-1、2585.0 mg · L-1和3760.0 mg · L-1降低到第10周的264.0 mg · L-1、172.0 mg · L-1和225.0 mg · L-1分別降低了90.41%、93.34%和94.01%.在淋洗強(qiáng)度為20.0 mm · d-1時(shí)，整個(gè)淋濾周期(10周)內(nèi)，重慶市板橋鎮(zhèn)、麻城市鐵門崗鄉(xiāng)和北京市九渡河鎮(zhèn)生活垃圾淋濾液BOD5變化范圍分別從第1周的3514.5 mg · L-1、3515.0 mg · L-1和3480.0 mg · L-1降低到第10周的122.0 mg · L-1、146.0 mg · L-1和103.0 mg · L-1，分別降低了96.53%，95.85%和96.07%.
圖4 典型村鎮(zhèn)生活垃圾淋濾液BOD5的變化規(guī)律
隨著淋洗時(shí)間的增加，淋濾液BOD5整體呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，且在前6周降低趨勢(shì)較為明顯，在第7和第8周基本達(dá)到了溶出的平衡點(diǎn)，之后，淋濾液BOD5變化相對(duì)較為穩(wěn)定.主要是由于第一次的淋洗，大量可溶性有機(jī)物被淋洗出來(lái)，造成BOD5很高.隨著易降解有機(jī)物被微生物不斷降解，使得淋濾液可生化性降低.所以，BOD5緩慢下降，最終趨于穩(wěn)定.比較可知，在整個(gè)淋濾周期內(nèi)(10周)，兩種淋洗強(qiáng)度間淋濾液BOD5變化整體呈現(xiàn)：高強(qiáng)度(20 mm · d-1)的淋濾液BOD5降低率高于低強(qiáng)度的.與兩種淋洗強(qiáng)度下的CODCr降低率相吻合.
3.4 TN和NH3-N的變化規(guī)律
典型村鎮(zhèn)生活垃圾淋濾液中TN和NH3-N的變化規(guī)律如圖 5所示.由圖 5a可知，淋洗強(qiáng)度為10 mm · d-1時(shí)，淋濾液TN濃度整體呈現(xiàn)：1～8周內(nèi)持續(xù)降低，后逐漸趨于穩(wěn)定.整個(gè)淋濾周期(10周)內(nèi)，重慶市板橋鎮(zhèn)、麻城市鐵門崗鄉(xiāng)和北京市九渡河鎮(zhèn)生活垃圾淋濾液TN濃度分別降低了65.07%，82.07%和75.91%.由圖 5b可知，淋洗強(qiáng)度為20 mm · d-1時(shí)，淋濾液TN濃度整體呈現(xiàn)：1～7周持續(xù)降低，7～10周相對(duì)穩(wěn)定.在整個(gè)淋濾周期(10周)內(nèi)，重慶市板橋鎮(zhèn)、麻城市鐵門崗鄉(xiāng)和北京市九渡河鎮(zhèn)生活垃圾淋濾液TN濃度分別降低了89.76%，88.73%和90.53%.由圖 5c可知，淋洗強(qiáng)度為10 mm · d-1時(shí)，淋濾液NH3-N濃度整體呈現(xiàn)：1～8周持續(xù)降低，8～10周相對(duì)穩(wěn)定.整個(gè)淋濾周期(10周)內(nèi)，重慶市板橋 鎮(zhèn)、麻城市鐵門崗鄉(xiāng)和北京市九渡河鎮(zhèn)生活垃圾淋濾
圖5 中文名典型村鎮(zhèn)生活垃圾淋濾液中TN和NH3-N的變化規(guī)律
液TN濃度分別降低了77.47%，77.22%和69.05%.由圖 5d可知，淋洗強(qiáng)度為20 mm · d-1時(shí)，淋濾液NH3-N濃度整體呈現(xiàn)：第1～6周持續(xù)降低，后逐漸穩(wěn)定.在整個(gè)淋濾周期(10周)內(nèi)，重慶市板橋鎮(zhèn)、麻城市鐵門崗鄉(xiāng)和北京市九渡河鎮(zhèn)生活垃圾淋濾液TN濃度分別降低了90.99%，95.09%和90.40%.
整個(gè)淋濾周期內(nèi)，垃圾中的氮的轉(zhuǎn)化形式主要有：氨化作用、硝化作用和反硝化作用(Onay and Pohl and ，1998).比較可知，整個(gè)淋濾周期內(nèi)(10周)，TN與NH3-N含量，總體趨勢(shì)為，北京地區(qū)>麻城地區(qū)>重慶地區(qū).這與表 1中不同地區(qū)垃圾含氮量高低相吻合.兩種淋洗強(qiáng)度淋濾液TN和NH3-N濃度變化規(guī)律整體呈現(xiàn)：高強(qiáng)度(20 mm · d-1)的淋濾液TN和NH3-N濃度降低率高于低強(qiáng)度時(shí).主要是因?yàn)樵诹芟吹倪^(guò)程中，垃圾中部分含氮物質(zhì)被淋濾液帶出，高強(qiáng)度的淋洗條件對(duì)垃圾的沖洗作用較大，含氮物質(zhì)被帶出的量可能相對(duì)就較多，所以在相同的淋洗周期內(nèi)，高強(qiáng)度淋洗時(shí)垃圾淋濾液中TN和NH3-N的濃度降低較快.此外，高強(qiáng)度的淋洗條件下，單位時(shí)間通過(guò)柱子的水量相對(duì)較大，相應(yīng)的垃圾被水浸濕程度較大，含水率較高，有利于垃圾的降解.具體參見(jiàn)污水寶商城資料或http://www.yiban123.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。
4 結(jié)論
1)淋洗強(qiáng)度為10 mm · d-1和20 mm · d-1時(shí)，淋濾液pH值變化趨勢(shì)基本一致，整體隨時(shí)間的增加均呈現(xiàn)小幅的上升趨勢(shì)，pH值變化范圍分別在6.5～8.0之間(10 mm · d-1)和5.5～8.0之間(20 mm · d-1)變化，且不同村鎮(zhèn)生活垃圾淋濾液pH值呈現(xiàn)：北京市九渡河要高于重慶市板橋鎮(zhèn)和麻城鐵門崗鄉(xiāng).
2)淋濾液CODCr濃度呈現(xiàn)3個(gè)階段的變化趨勢(shì)即：顯著下降(1～2周)、緩慢下降(2～7周)和相對(duì)平穩(wěn)(7～10周).整個(gè)淋濾周期內(nèi)(10周)，兩種淋洗強(qiáng)度淋濾液CODCr濃度變化整體呈現(xiàn)：高強(qiáng)度(20 mm · d-1)的淋濾液CODCr濃度降低率高于低強(qiáng)度.
3)淋濾液BOD5濃度隨淋洗時(shí)間的增加整體呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)，且在前6周降低趨勢(shì)較為明顯，在第7和第8周基本達(dá)到了溶出的平衡點(diǎn)，之后，淋濾液BOD5濃度變化相對(duì)較為穩(wěn)定.且整個(gè)淋溶周期內(nèi)(10周)，兩種淋洗強(qiáng)度間淋濾液BOD5濃度變化整體呈現(xiàn)：高強(qiáng)度(20 mm · d-1)的淋濾液BOD5濃度降低率高于低強(qiáng)度.
4)淋洗強(qiáng)度為10 mm · d-1時(shí)，淋濾液TN和NH3-N濃度整體呈現(xiàn)：第1～8周持續(xù)降低，第8～10周相對(duì)穩(wěn)定;淋洗強(qiáng)度為20 mm · d-1時(shí)，淋濾液TN濃度整體呈現(xiàn)：第1～7周持續(xù)降低，第7～10周相對(duì)穩(wěn)定;淋濾液NH3-N濃度整體呈現(xiàn)：第1～6周持續(xù)降低，第6～10周相對(duì)穩(wěn)定.整個(gè)淋濾周期內(nèi)(10周)，兩種淋洗強(qiáng)度淋濾液TN和NH3-N濃度變化規(guī)律整體呈現(xiàn)：高強(qiáng)度(20 mm · d-1)的淋濾液TN和NH3-N濃度降低率高于低強(qiáng)度.
