滲濾液和生活污水在黃土中的滲透試驗研究

王軍利

摘要通過選取垃圾填埋場馬蘭黃土、滲濾液和污水廠生活污水樣品，進行為期112天的室內土柱入滲試驗，結果表明：在同一條件下，滲濾液在馬蘭黃土中的入滲率比生活污水在馬蘭黃土的入滲率小，在入滲前期，滲濾液和生活污水在馬蘭黃土中的入滲率逐漸減小，隨著入滲時間的延長，滲濾液的入滲率又反彈升高，而生活污水的入滲率一直緩慢降低。

關鍵詞 ：滲濾液生活污水馬蘭黃土入滲率

中圖分類號：TU992文獻標識碼： A

我國黃土主要分布于西北地區黃河中上游一帶，是世界上黃土分布最廣泛的地區 。黃土沉積厚度大，結構疏松，是典型的風力沉積物，其具有大空隙結構，垂直節理發育，粒組成分以粗粒粉土為主，細粒粉土、黏粒粉土和粉細砂含量較低，易溶鹽含量高，土體各向異性明顯。當污水進入黃土后，一方面引起黃土的物理力學特性和化學特性發生變化；另一方面，污染物也在土體中發生彌散、稀釋、吸附、揮發、化學、生物化學和生物降解作用。我國水體污染嚴重，有近 90 %以上的城市水域污染嚴重 ,50 %重點城鎮水源水質不合標準。水污染正從東部向西部發展 ,從支流向干流延伸 ,從城市向農村蔓延 , 從地表向地下滲透 ,從區域向流域擴散。面臨這種嚴重的水環境問題，近年來我國加大了污水人力處理力度，經過此次試驗，本人將更深入地掌握生活污水及垃圾滲濾液在地層中的遷移轉化規律，期望能為生活污水土地處理風險評價提供一定理論依據，使污水土地處理相關部門在考慮或正在運用土地處理生活污水時要合理安排干濕比及水力負荷；也期望為垃圾填埋場地的治理和風險評價提供一定的理論依據。

1 試驗裝置及方法

試驗由相同的2套裝置構成，每套裝置由滲透土柱、支撐角鋼臺架、供液瓶和出液收集容器4部分組成。滲透土柱為有機玻璃管，管內徑186mm，管長800mm，土柱凈高650mm（下端設30 mm厚的砂粒濾層，上鋪濾網）。采用馬氏瓶原理供液，土柱上端進液，液面層厚保持5cm。

2 滲濾液和生活污水入滲率分析

2.1滲濾液和污水入滲曲線對比

本實驗通過一維土柱淋浴實驗，分析滲濾液和生活污水兩種污染液體在一定溫度下的垂直入滲率。滲透性是馬蘭黃土的重要水理性質之一，它不僅反映了黃土的顆粒組成、結構、緊密程度、孔隙度、空隙大小等因素，它也決定了進入地下含水層污染物的量以及地下水被污染的難易程度。滲濾液和生活污水入滲率-時間變化曲線見圖5。滲濾液剛出液時入滲率為298ml/d，第3天上升到520ml/d，以后逐漸減少，第97天時降到112 ml/d，此后又逐漸升高，到實驗結束時達到274ml/d；生活污水剛出液時入滲率為1129ml/d，第8天時上升到1340ml/d，此后緩慢降低到實驗結束時的490ml/d。滲濾液和生活污水前期入滲規律是相似的，剛出液時入滲率都比較低，逐漸上升到一最大值，以后又開始下降。此外滲濾液曲線比生活污水波動大，滲濾液入滲率從第3天以后開始逐漸下降，但隨時間推進入滲率開始波動，第33天入滲率由之前的75ml/d升到260ml/d，此后逐漸下降到第51天時的88ml/d，又逐漸升到第54天的225ml/d,此后逐漸降低到第97的112 ml/d，到實驗結束時又升高到290 ml/d。而生活污水入滲率總體是降低的。

2.2 滲濾液入滲率和生活污水入滲率分析

2.2.1 滲濾液入滲率與生活污水入滲率差別分析

入滲率降低主要受物理化學生物三個方面因素的影響。一般而言，土體耐水性團粒的穩定程度是影響土體滲透率的重要因素，土體團粒穩定度低的系統，團粒破碎后變成細微的粘土粒子，在滲透作用下，其不斷向下移動，逐漸形成致密的不透水層，從而導致了嚴重的土體堵塞。污水中的懸浮物、化學反應沉淀物、微生物代謝產物等在土體中的積累而造成的空隙減小是比較緩慢的。對于粘土粒子含量高，有效孔隙率小的土體，上述物質在土體顆粒表面聚集是非常迅速的，由此導致土體滲透速率迅速下降。

滲濾液和生活污水入在相同條件下入滲黃土，但滲濾液的入滲率比生活污水的低。引起兩者入滲率不同的主要因素有以下幾方面：首先，滲濾液中ss含量比生活污水高，由于機械溶率和吸附作用，大量的ss被攔截在土體中，填充有效孔隙率。此外，滲濾液中無機質占的比率相對也高，并且無機質更容易被吸附，也不會被微生物降解，由此造成土體有效孔隙率的減小幅度更大，這是引起滲濾液的入滲率比生活污水入滲率降低快的主要原因。其次,根據泊肅葉定律：Q=πGR4/(8μ)(在同一介質中,滲濾液在土體中G和R是相同的),μ值大時對應的Q就小, 由于在相同溫度下滲濾液的粘度比生活污水大,因此滲濾液的入滲率比生活污水的小。再次，滲濾液中易形成難溶性的物質Mn4+，Fe3+,Na+.SO42-等比生活污水高很多，土體表面大量脫落的鈣離子與鈉離子交換后與硫酸根離子形成難溶性物質并堵塞土體孔隙。

2.2.2 滲濾液入滲率和生活污水入滲率變化趨勢不同的原因

滲率液入滲率波動的主要原因是：原土體中雜質含量相對較少，土體顆粒比較均勻，分子引力強，它們之間的位置相對固定，隨著土體自上而下吸附飽和，土顆粒周圍吸滿雜質后它們之間的分子引力減小，彼此相對獨立，在土體底端一部分細小顆粒被滲濾液溶解（化學侵蝕），或者沖殺攜帶（機械侵蝕）向下運移。當這些細小顆粒被搬運走以后，土體中滲透流速加快，粒徑較大的顆粒也被搬運，首先土體底部滲流出口處形成孔洞，孔洞又會促使滲透路徑已經縮短、水力梯度有所增加的滲流向它集中，而在孔洞末端集中的滲透水流具有更大的侵蝕能力，所以孔洞不斷沿最大水力梯度線溯源發展，最終形成一條水流集中的“管道”，因而其滲透速率升高?！肮艿馈绷魉偌涌旌罂椎纼炔康膲簭姕p小，它周圍一些離散的大顆粒又將被壓入孔洞，這條管道又將被慢慢堵上，入滲率開始下降。滲流時間一長，上述現象重復出現，重復次數增多后，細小顆粒流失嚴重，延一方向上將出現不可逆的“管道”滲流----土體被穿透。

生活污水入滲率總趨勢是減小的，第90天左右時滲透率有一段時間很低，這是由于當時試驗溫度很低，滲透失衡所致。生活污水水質相對簡單，水溶性物質也較少，毒性化合物及重金屬含量少，可生化性比滲濾液好，許多研究證明微生物的作用會導致土體堵塞現象。在土體滲透初期,污水中的SS在土體團粒表面和孔隙中聚集,堵塞了部分土體孔隙,使土體局部的Eh值不斷下降并形成了厭氧環境。隨著污水滲透的進行,在厭氧區域土體逐漸趨于還原狀態,微生物活性受抑制,不但污水中的污染物質得不到徹底去除,而且微生物胞外聚合物也不斷積累,進一步堵塞了土體孔隙,使厭氧形成過程進一步加速。此時的堵塞稱為暫時性堵塞,這種堵塞經一段時間的落干后可以得以消除。在堵塞過程的后期,土體的團粒結構被破壞,形成的細微粘土粒子與許多淤積的SS共同形成致密不透水層,胞外聚合物的蓄積不斷加速并繼續堵塞土體孔隙。最終,在各種堵塞機理的綜合作用下,土體孔隙完全堵塞,此時形成的堵塞很難通過落干操作消除,可以認為是一種永久性的堵塞。

3 結論

1）在積液5cm深，連續入滲下，剛入滲時，滲濾液在馬蘭黃土中的入滲率比較高，在入滲第3時高達520ml/d,此后入滲率波動降低，到第97天時為112ml/d,但隨入滲時間延長，滲濾液在馬蘭黃土中的入滲率開始反彈升高，到第112天時高達274ml/d，可認為其在馬蘭黃土中形成滲流“管道”。因此，垃圾填埋場的人工防滲是保護地下水不受污染的關鍵措施，必須予以高度重視。

2）在積液5cm深，連續入滲時，生活污水在馬蘭黃土中的入滲率在實驗運行第8天時達到1340ml/d，此后其入滲率逐漸降低，實驗運行112天時降到490ml/d。因此在北方秋末、冬季、春初溫度低時污水土地處理要合理安排，以防其對地下水的嚴重污染。

參考文獻

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