Lakvatten - Leachate
Ett lakvatten är en vätska som, vid passage genom material, extraherar lösliga eller suspenderade fasta ämnen eller någon annan komponent i materialet genom vilket det har passerat.
Lakvatten är en mycket använd term inom miljövetenskaperna där den har den specifika betydelsen av en vätska som har löst upp eller fört med sig miljöfarliga ämnen som sedan kan komma in i miljön. Det används oftast i samband med landfyllning av nedbrytbart eller industriavfall.
I det snäva miljösammanhanget är lakvatten därför allt flytande material som rinner ut från land eller lagrat material och innehåller betydligt förhöjda koncentrationer av oönskat material som härrör från det material som det har passerat igenom.
Lakvatten från deponi
Lakvatten från en deponi varierar mycket i sammansättning beroende på deponeringens ålder och vilken typ av avfall den innehåller. Den innehåller vanligtvis både upplöst och suspenderat material. Generering av lakvatten orsakas huvudsakligen av nederbörd som tränger igenom genom avfall som deponeras på en deponi. När det kommer i kontakt med nedbrytande fast avfall blir det perkolerande vattnet förorenat, och om det sedan rinner ut från avfallsmaterialet kallas det lakvatten. Ytterligare lakvattenvolym produceras under denna sönderdelning av kolhaltigt material som producerar ett brett spektrum av andra material, inklusive metan , koldioxid och en komplex blandning av organiska syror , aldehyder , alkoholer och enkla sockerarter.
Riskerna med lakvattengenerering kan minskas genom korrekt utformade och konstruerade deponier, till exempel de som är konstruerade på geologiskt ogenomträngliga material eller platser som använder ogenomträngliga foder av geomembraner eller konstruerad lera . Användning av foder är nu obligatorisk i USA , Australien och Europeiska unionen utom där avfallet anses vara inert. Dessutom är de flesta giftiga och svåra material nu specifikt uteslutna från deponering. Trots mycket strängare lagstadgade kontroller konstateras dock att lakvatten från moderna platser ofta innehåller en mängd föroreningar som härrör från olaglig verksamhet eller lagligt kasserade hushålls- och inhemska produkter.
I en undersökning från 2012 som utfördes i staten New York hade alla undersökta dubbelfodrade deponieceller läckage på mindre än 500 liter per hektar och dag. Genomsnittligt läckage var mycket lägre än för deponier byggda enligt äldre standarder före 1992.
Sammansättning av lakvatten från deponi
När vatten tränger igenom avfallet främjar och hjälper det nedbrytningsprocessen av bakterier och svampar . Dessa processer frigör i sin tur biprodukter av sönderdelning och tar snabbt upp allt tillgängligt syre, vilket skapar en anoxisk miljö. Vid aktivt nedbrytande avfall stiger temperaturen och pH sjunker snabbt med det resultat att många metalljoner som är relativt olösliga vid neutralt pH löses upp i det framkallande lakvattnet. Nedbrytningsprocesserna själva släpper ut mer vatten, vilket ökar volymen av lakvatten. Lakvatten reagerar också med material som inte är benägna att sönderdelas själva, till exempel brandaska, cementbaserade byggmaterial och gipsbaserade material som förändrar den kemiska sammansättningen. På platser med stora volymer av byggavfall, speciellt de som innehåller gips gips, kan reaktionen av lakvatten med gipset generera stora volymer av vätesulfid , som kan frigöras i lakvattnet och kan också bilda en stor komponent av deponigas. Det fysiska utseendet på lakvatten när det kommer från en typisk deponi är en starkt luktande svart-, gul- eller orangefärgad grumlig vätska. Lukten är sur och stötande och kan vara mycket genomträngande på grund av väte-, kväve- och svavelrika organiska arter som merkaptaner .
På en deponi som tar emot en blandning av kommunalt, kommersiellt och blandat industriavfall men utesluter betydande mängder koncentrerat kemiskt avfall kan lakvatten karakteriseras som en vattenbaserad lösning av fyra grupper av föroreningar: upplöst organiskt material (alkoholer, syror, aldehyder, kortkedjiga sockerarter etc.), oorganiska makrokomponenter (vanliga katjoner och anjoner inklusive sulfat, klorid, järn, aluminium, zink och ammoniak), tungmetaller (Pb, Ni, Cu, Hg) och xenobiotiska organiska föreningar som t.ex. halogenerade organiska ämnen ( PCB , dioxiner , etc.). Ett antal komplexa organiska föroreningar har också upptäckts i deponeringslak. Prover från råa och behandlade deponi-lakvatten gav 58 komplexa organiska föroreningar inklusive 2-OH-bensotiazol i 84% av proverna och perfluoroktansyra i 68%. Bisfenol A, valsartan och 2-OH-bensotiazol hade de högsta genomsnittliga koncentrationerna i råa lakvatten, efter biologisk behandling respektive efter omvänd osmos.
Hantering av lakvatten
På äldre deponier och de utan membran mellan avfallet och den underliggande geologin är lakvatten fritt att lämna avfallet och rinna direkt i grundvattnet . I sådana fall finns ofta höga koncentrationer av lakvatten i närliggande källor och spolningar. När lakvatten först kommer fram kan det vara svart i färg, anoxiskt och eventuellt brusande , med upplösta och inneslutna gaser. När det blir syresatt tenderar det att bli brunt eller gult på grund av närvaron av järnsalter i lösning och i suspension. Det utvecklar också snabbt en bakterieflora som ofta omfattar betydande tillväxter av Sphaerotilus natans .
Historien om deponering av lakvattensamling
I Storbritannien, i slutet av 1960-talet, var regeringens politik att se till att nya deponier valdes med genomsläppliga underliggande geologiska skikt för att undvika uppbyggnad av lakvatten. Denna policy kallades "utspäd och sprid". Men efter ett antal fall där denna politik ansågs misslyckas och en exposé i The Sunday Times om allvarliga miljöskador som orsakats av olämpligt bortskaffande av industriavfall, ändrades både policy och lag. Depositionen av giftigt avfall 1972 , tillsammans med 1974 års lokalregeringslag , gjorde lokala myndigheter ansvariga för avfallshantering och för att säkerställa miljöstandarder för avfallshantering.
Föreslagna deponeringsplatser måste också motiveras inte bara av geografin utan också vetenskapligt. Många europeiska länder beslutade att välja deponier under grundvattenfria lergeologiska förhållanden eller att kräva att platsen har ett konstruerat foder. I kölvattnet av europeiska framsteg ökade USA sin utveckling av lakvattenbehållnings- och insamlingssystem. Detta ledde snabbt från foder i princip till användning av flera foderlager på alla deponier (förutom de som verkligen är inerta).
Mål för insamlingssystem för lakvatten
Det primära kriteriet för utformningen av lakvattensystemet är att allt lakvatten samlas upp och avlägsnas från soptippen med en hastighet som är tillräcklig för att förhindra att ett oacceptabelt hydraulhuvud inträffar när som helst över fodersystemet.
Komponenter i system för uppsamling av lakvatten
Det finns många komponenter i ett uppsamlingssystem, inklusive pumpar, brunnar, urladdningsledningar och vätskenivåmonitorer. Det finns dock fyra huvudkomponenter som styr systemets totala effektivitet. Dessa fyra element är foder, filter, pumpar och sumpar.
Foder
Naturliga och syntetiska foder kan användas både som en uppsamlingsanordning och som ett medel för att isolera lakvatten i fyllningen för att skydda jorden och grundvattnet nedanför. Det största bekymret är en liners förmåga att upprätthålla integritet och ogenomtränglighet under deponiens livslängd. Övervakning av ytvatten, uppsamling av lakvatten och lerfoder ingår vanligen i utformningen och konstruktionen av en soptipp. För att effektivt tjäna syftet med att innehålla lakvatten på en deponi måste ett liner system ha ett antal fysiska egenskaper. Fodret måste ha hög draghållfasthet, flexibilitet och töjning utan att misslyckas. Det är också viktigt att fodret motstår nötning, punktering och kemisk nedbrytning av lakvatten. Slutligen måste fodret motstå temperaturvariationer, måste motstå UV -ljus (vilket leder till att de flesta foder är svarta), måste vara enkelt att installera och vara ekonomiskt.
Det finns flera typer av foder som används vid lakvattenkontroll och insamling. Dessa typer inkluderar geomembran , geosyntetiska lera liners, geotextilier , geonät , geonät och geo-kompositer . Varje foderstil har specifika användningsområden och förmågor. Geomembraner används för att skapa en barriär mellan mobila förorenande ämnen som släpps ut från avfall och grundvattnet. Vid stängning av deponier används geomembraner för att tillhandahålla en lågpermeabilitet täckbarriär för att förhindra intrång av regnvatten. Geosyntetiska lerfoder (GCL) tillverkas genom att fördela natriumbentonit i en jämn tjocklek mellan vävda och fiberduka geotextiler. Natrium bentonit har en låg permeabilitet, vilket gör GCL till ett lämpligt alternativ till lerfoder i ett kompositfodersystem. Geotextiler används som separation mellan två olika typer av jordar för att förhindra kontaminering av det nedre lagret av det övre lagret. Geotextiler fungerar också som en kudde för att skydda syntetiska lager mot punktering från underliggande och överliggande stenar. Geogrids är strukturella syntetmaterial som används i stabilitet i sluttningsfaner för att skapa stabilitet för täckjord över syntetfoder eller som markförstärkning i branta sluttningar. Geonetter är syntetiska dräneringsmaterial som ofta används i stället för sand och grus. Radz kan ta 30 cm dräneringssand, vilket ökar deponeringsutrymmet för avfall. Geokompositer är en kombination av syntetiska material som vanligtvis används enskilt. En vanlig typ av geokomposit är en geonet som är värmebunden till två lager av geotextil, ett på varje sida. Geokompositen fungerar som filter och dräneringsmedium.
Geosyntetiska lerfoder är en typ av kombinationsfoder. En fördel med att använda ett geosyntetiskt lerfoder (GCL) är möjligheten att beställa exakta mängder av fodret. Att beställa exakta belopp från tillverkaren förhindrar överskott och överutgifter. En annan fördel med GCL är att fodret kan användas i områden utan tillräcklig lerkälla. Å andra sidan är GCL: er tunga och besvärliga, och installationen är mycket arbetskrävande. Förutom att det är jobbigt och svårt under normala förhållanden kan installationen avbrytas under fuktiga förhållanden eftersom bentoniten skulle absorbera fukt, vilket gör jobbet ännu mer betungande och tråkigt.
Dräneringssystem för lakvatten
Dräneringssystemet för lakvatten ansvarar för insamling och transport av lakvattnet som samlas inuti fodret. Rörets dimensioner, typ och layout måste alla planeras med avfallets vikt och tryck och transportfordon i åtanke. Rören är placerade på golvet i cellen. Ovanför nätverket ligger en enorm mängd vikt och tryck. För att stödja detta kan rören antingen vara flexibla eller styva, men skarvarna för att ansluta rören ger bättre resultat om anslutningarna är flexibla. Ett alternativ till att placera insamlingssystemet under avfallet är att placera ledningarna i skyttegravar eller högre.
Samlingsrörsnätet i ett lakvattenuppsamlingssystem tömmer, samlar och transporterar lakvatten genom dräneringsskiktet till en uppsamlingssump där det avlägsnas för behandling eller bortskaffande. Rören fungerar också som avlopp i dräneringsskiktet för att minimera högningen av lakvatten i skiktet. Dessa rör är utformade med snitt som lutar till 120 grader, vilket förhindrar inträngning av fasta partiklar.
Filter
Filterskiktet används ovanför dräneringsskiktet i lakvattensamlingen. Det finns två typer av filter som vanligtvis används i tekniska metoder: granulat och geotextil. Kornfilter består av ett eller flera jordlager eller flera lager med en grövre gradering i läckans riktning än jorden som ska skyddas.
Sumpar eller läcker ut väl
När vätska kommer in i deponiecellen rör den sig ner i filtret, passerar genom rörnätet och vilar i sumpen. Eftersom insamlingssystem planeras är antalet, platsen och storleken på sumparna avgörande för en effektiv drift. Vid utformning av sumpar är den förväntade lakvattnet och vätskan det främsta problemet. Områden där nederbörden är högre än genomsnittet har vanligtvis större sumpar. Ett ytterligare kriterium för sumpplanering är redovisning av pumpkapaciteten. Förhållandet mellan pumpkapacitet och sumpstorlek är omvänt. Om pumpkapaciteten är låg bör sumpens volym vara större än genomsnittet. Det är kritiskt för sumpens volym att kunna lagra det förväntade lakvattnet mellan pumpcyklerna. Detta förhållande hjälper till att upprätthålla en hälsosam drift. Sump -pumpar kan fungera med förinställda fastider. Om flödet inte är förutsägbart kan en förutbestämd lakvattens höjdnivå automatiskt slå på systemet.
Andra förutsättningar för sumpplanering är underhåll och pumpavdrag . Samlingsrör transporterar vanligtvis lakvattnet genom gravitation till en eller flera sumpar, beroende på storleken på det tömda området. Lakvatten som samlats upp i sumpen avlägsnas genom pumpning till ett fordon, till en anläggning för efterföljande fordonshämtning eller till en behandlingsanläggning på plats. Sumpdimensioner styrs av mängden lakvatten som ska lagras, pumpkapacitet och minsta pumputtag. Sumpens volym måste vara tillräcklig för att rymma den maximala mängd lakvatten som förväntas mellan pumpcyklerna, plus en extra volym som är lika med minsta pumpvolym. Sumpstorlek bör också beakta dimensionskrav för att utföra underhålls- och inspektionsaktiviteter. Sumppumpar kan fungera med förinställda cykeltider eller, om lakvattenflödet är mindre förutsägbart, kan pumpen slås på automatiskt när lakvattnet når en förutbestämd nivå.
Membran och insamling för behandling
Mer moderna deponier i den utvecklade världen har någon form av membran som separerar avfallet från den omgivande marken, och på sådana platser finns det ofta en uppsamling av rör för lakvatten som läggs på membranet för att transportera lakvattnet till en insamlings- eller behandlingsplats. Ett exempel på ett behandlingssystem med endast mindre membrananvändning är Nantmel Deponi .
Alla membran är porösa i begränsad utsträckning så att med tiden kommer låga volymer lakvatten att passera membranet. Utformningen av deponimembran har så låga volymer att de aldrig får ha en mätbar negativ inverkan på kvaliteten på det mottagande grundvattnet. En större risk kan vara misslyckandet eller övergivandet av lakvattensamlingssystemet. Sådana system är benägna att interna misslyckas eftersom deponier drabbas av stora inre rörelser eftersom avfallet bryts ned ojämnt och därmed spänner och förvränger rör. Om ett system för uppsamling av lakvatten misslyckas, kommer lakvattennivåerna långsamt att byggas in på en plats och kan till och med toppa det innehållande membranet och flöda ut i miljön. Stigande lakvattennivåer kan också blöta avfallsmassor som tidigare varit torra, vilket utlöser ytterligare aktiv sönderdelning och lakvattengenerering. Således kan det som verkar vara en stabiliserad och inaktiv plats återaktiveras och starta om betydande gasproduktion och uppvisa betydande förändringar i färdiga marknivåer.
Återinjektion i deponi
En metod för hantering av lakvatten som var vanligare på obehållna platser var återcirkulation av lakvatten, där lakvatten samlades in och injicerades i avfallsmassan igen. Denna process accelererade kraftigt sönderdelningen och därmed gasproduktionen och fick till följd att en viss lakvattensvolym omvandlades till deponeringsgas och minskade den totala volymen lakvatten för bortskaffande. Det tenderade emellertid också att väsentligt öka koncentrationerna av förorenande material, vilket gör det till ett svårare avfall att behandla.
Behandling
Den vanligaste metoden för hantering av uppsamlat lakvatten är behandling på plats. Vid behandling av lakvatten på plats pumpas lakvattnet från sumpen till behandlingstankarna. Lakvattnet kan sedan blandas med kemiska reagenser för att ändra pH och för att koagulera och sedimentera fasta ämnen och för att minska koncentrationen av farligt material. Traditionell behandling involverade en modifierad form av aktiverat slam för att väsentligt minska det lösta organiska innehållet. Näringsämnesobalans kan orsaka svårigheter att upprätthålla ett effektivt biologiskt behandlingsstadium. Den behandlade vätskan är sällan av tillräcklig kvalitet för att släppas ut i miljön och kan tankas eller ledas till en lokal avloppsreningsanläggning. beslutet beror på deponiens ålder och på gränsen för vattenkvalitet som måste uppnås efter behandling. Med hög konduktivitet är lakvatten svårt att behandla med biologisk behandling eller kemisk behandling.
Behandling med omvänd osmos är också begränsad, vilket resulterar i låg återhämtning och nedsmutsning av RO -membranen. Omvänd osmos tillämplighet är begränsad av konduktivitet, organiska och skalande oorganiska element såsom CaSO4, Si och Ba.
Flyttning till avloppssystem
På vissa äldre deponier riktades lakvattnet till avloppen , men det kan orsaka ett antal problem. Giftiga metaller från lakvatten som passerar genom avloppsreningsverket koncentreras i avloppsslammet, vilket gör det svårt eller farligt att slänga slammet utan att riskera miljön. I Europa har regler och kontroller förbättrats under de senaste decennierna, och giftigt avfall är nu inte längre tillåtet att slänga på de kommunala deponierna för fast avfall, och i de flesta utvecklade länder har metallproblemet minskat. Paradoxalt nog, eftersom avloppsreningsverkets utsläpp förbättras i hela Europa och många andra länder, upptäcker anläggningsoperatörerna att lakvatten är svåra avfallsflöden att behandla. Detta beror på att lakvatten innehåller mycket höga ammoniakhaltiga kvävekoncentrationer , vanligtvis är mycket sura, ofta är anoxiska och, om de tas emot i stora volymer i förhållande till det inkommande avloppsflödet, saknar den fosfor som behövs för att förhindra näringssvält för de biologiska samhällen som utför avloppsreningen processer. Resultatet är att lakvatten är en svårbehandlad avfallsström.
Men inom åldrande deponier för kommunalt fast avfall kan detta inte vara ett problem eftersom pH -värdet återgår nära neutralt efter det inledande skedet av acidogent lakvattennedbrytning. Många avloppsföretagare begränsar sin maximala ammoniakhaltiga kvävekoncentration i sina avlopp till 250 mg/l för att skydda avloppsunderhållsarbetare, eftersom WHO: s maximala arbetssäkerhetsgräns skulle överskridas vid över pH 9 till 10, vilket ofta är det högsta pH som tillåts vid avloppsavlopp.
Många äldre lakströmmar innehöll också en mängd syntetiska organiska arter och deras sönderdelningsprodukter, varav några hade potential att vara akut skadliga för miljön.
Påverkan på miljön
Riskerna med lakvatten beror på dess höga koncentration av organiska föroreningar och höga koncentrationer av ammoniak . Patogena mikroorganismer som kan finnas i den omnämns ofta som de viktigaste, men antalet patogena organismer minskar snabbt med tiden på deponin, så detta gäller bara det färskaste lakvattnet. Giftiga ämnen kan emellertid förekomma i varierande koncentrationer, och deras närvaro är relaterad till arten av det deponerade avfallet.
De flesta deponier som innehåller organiskt material kommer att producera metan , varav några löses upp i lakvattnet. Detta skulle i teorin kunna släppas ut i dåligt ventilerade utrymmen i reningsverket. Alla anläggningar i Europa måste nu bedömas enligt EU: s ATEX -direktiv och zoneras där explosionsrisker identifieras för att förhindra framtida olyckor. Det viktigaste kravet är att förhindra utsläpp av upplöst metan från obehandlat lakvatten i offentliga avlopp, och de flesta avloppsreningsmyndigheter begränsar den tillåtna utsläppskoncentrationen av upplöst metan till 0,14 mg/l, eller 1/10 av den nedre explosionsgränsen. Detta innebär att metan avlägsnas från lakvattnet.
De största miljöriskerna uppstår vid utsläpp från äldre platser som konstruerades innan moderna tekniska standarder blev obligatoriska och även från platser i utvecklingsländerna där moderna standarder inte har tillämpats. Det finns också betydande risker från olagliga webbplatser och ad-hoc-webbplatser som används av organisationer utanför lagen för att slänga avfallsmaterial. Lakvattenströmmar som rinner direkt in i vattenmiljön har både en akut och kronisk påverkan på miljön, vilket kan vara mycket allvarligt och kan allvarligt minska biologisk mångfald och kraftigt minska populationer av känsliga arter. Där giftiga metaller och organiska ämnen finns kan detta leda till kronisk toxinackumulering i både lokala och avlägsna populationer. Floder som påverkas av lakvatten är ofta gula i utseendet och stöder ofta allvarliga överväxter av avloppssvamp .
Den samtida forskningen inom bedömningsteknik och avhjälpande teknik för miljöfrågor som härrör från lakvatten från deponi har granskats i en artikel som publicerats i tidskriften Critical Reviews in Environmental Science and Technology.
Ett möjligt ekologiskt hot för vattenmiljön på grund av förekomsten av organiska mikropollutanter i råa och behandlade deponi -lakvatten har också rapporterats.
Problem och misslyckanden med insamlingssystem
Uppsamlingssystem för lakvatten kan uppleva många problem, inklusive igensättning med lera eller silt. Bioklossning kan förvärras av tillväxten av mikroorganismer i ledningen. Förhållandena i system för uppsamling av lakvatten är idealiska för mikroorganismer att föröka sig. Kemiska reaktioner i lakvattnet kan också orsaka igensättning genom bildning av fasta rester. Den kemiska sammansättningen av lakvatten kan försvaga rörväggarna, som då kan misslyckas.
Andra typer av lakvatten
Lakvatten kan också produceras från mark som var förorenad av kemikalier eller giftiga material som används i industriell verksamhet som fabriker , gruvor eller lagringsplatser. Komposteringsplatser i områden med hög nederbörd producerar också lakvatten.
Lakvatten är associerad med stockpiled kol och med avfallsmaterial från metallmalmbrytning och andra berg extraktionsförfaranden, särskilt de i vilka sulfidinnehållande material exponeras för luft producerar svavelsyra , ofta med förhöjda metallhalter.
Inom anläggningsteknik (mer specifikt konstruktion av armerad betong) avser lakvatten avloppsvattnet från beläggningstvätt (som kan innefatta smältning av snö och is med salt) som tränger igenom cementpastan på stålarmeringens yta och därigenom katalyserar dess oxidation och nedbrytning . Lakvatten kan vara genotoxiska i naturen.
En möjlig risk för vattenmiljön på grund av förekomsten av organiska mikropollutanter i råa eller behandlade deponi -lakvatten har också rapporterats i senaste studier.