（市政工程专业论文）准好氧填埋现场试验及经济性研究.pdf

亘童銮鋈盔兰曼主堡窒生芏垡鲨塞 蔓! 要 1 1 问题的提出 第1 章绪论 1 1 1 主要生活垃圾处理处置方式 我国城市生活垃圾产生量大，无害化处理程度低，不少城市陷入生活垃圾 的包围之中，阻碍了城市的发展，对周围环境造成严重污染和破坏。随着社会 经济的高速发展和城市化水平的迅速提高，我国的城市生活垃圾产量也同步保 持长期的快速增长。统计表明，1 9 8 6 1 9 9 5 年间我国城市人均垃圾产量平均年 增长3 9 7 ，而从1 9 7 9 年以来，我国城市垃圾总量更以年均8 9 8 的速度增长， 少数城市年均增幅甚至高达1 5 2 0 。截至2 0 0 2 年底，我国共有城市6 0 0 多个， 每年仅城市生活垃圾清运量就达1 3 6 亿吨。1 。可以预计，我国的垃圾总产量仍 会继续保持较高的增长势头。如何有效地处理处置不断产生的数量巨大的城市 生活垃圾，已经成为摆在人们面前的一个比较棘手的问题。 尽管可供选择的垃圾处理处置手段包括焚烧、堆肥、卫生填埋、厌氧发酵、 汽化、热解、蚯蚓分解、制建筑材料等，但目前业已成熟的且广泛应用的也不 外乎焚烧、堆肥和卫生填埋三种。 垃圾焚烧是随着近代工业发展而产生的一种垃圾处理方式，始于十九世纪 8 0 年代。垃圾焚烧处理依靠垃圾中可燃成分与空气中的氧发生燃烧反应而使 垃圾中的有机污染物和细菌污染物得到彻底去除。焚烧可使垃圾减量7 5 9 0 ， 还可回收热能，但该处理法建设和运行费用高( 见表卜1 ) ，同时运行时还产 生大量恶臭物以及二恶英等有毒有害化合物污染大气环境，部分国家垃圾焚烧 发展势头已有所减弱o 4 。作为发展中国家，我国多数地区尚不具备以焚烧法 为城市垃圾主要处理方式的经济实力和条件。 垃圾堆肥处理具有很悠久的历史，俄国部分农村地区至今仍在采用这种既 处理垃圾又可产生肥料的方法来处理农村生活垃圾。现代的垃圾堆肥是在有控 制的条件下( 调控氧气、温度、水分、微生物等) ，依靠垃圾中固有的微生物， 使垃圾中有机成分分解并转化成腐殖土状的有机肥和土壤改良剂。堆肥能使垃 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 容易老化，增加了产品的脆弱性”“。当p v c 暴露于石油类产品时容易发生降解。 沥青类产品对压力很敏感，当填埋场内压力发生明显变化时，容易裂开、老化， 尤其在温度升高的情况下。填埋场内由于生物和化学作用，其温度要经历一个 上升的阶段，因此对温度敏感的防娶到喇雀幺理咚嚯霪瑚曝趱崤。嘲嘲强霪同 鞭稻凶雕舀疆薛懿鬻鬃撰警施 的功能是把渗滤液迅 速导向渗滤液处理设施和通过集水管向填埋层内供给空气，谋求有机物早期 稳定化。即渗滤液集排水设施的作用是向填埋层内供给空气而且排出渗滤液， 如同人体的动脉和静脉的双重作用的重要设施。此外，集排水设旅也作为隔 水措施的补充设施，起着重要作用，集排水管的构造如图2 4 所示。 图2 4 渗滤液集排水管的构造实例 此处h 不能过小，否则保护材料会由于降雨而搅乱，比熏轻的淤泥等上 浮并附着在保护材料表面，就要堵塞集水管覆盖材料，集水管上部被封闭， 不但影响了填埋层内的空气流动，而且渗滤液不能收集到集水管，填埋层内 形成厌氧，造成水质恶化。 集排水管般采用有孑l 钢筋混凝土管、有孔合成树脂管。选用时，考虑 填埋垃圾的性质、填埋层厚度或地形而定。 集水管的管径应考虑空气流通截面和渗滤液水质、水量而决定。根据日 本填埋场的数据采用如下计算公式： 衄d d 5 = 3 0 2 州- 上d ( 2 一1 ) 式中凹d d ；为填埋场对有机物的去赊能力( m g l ) ；州为垃圾层中的总 氧气流通量( m o l ( m 2 h ) ) ：上为渗滤液主集水管的长度( m ) ；d 为渗滤液主集 水管的直径( m ) 。 般地，即使填埋场面积小，考虑空气流通，结垢生成等，最少干线应 为巾4 0 0 咖以上，支线应为由2 0 0 m m 以上。 x 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 层的渗透系数增加。 因此从渗滤液对粘土衬层防渗能力的强烈影响，我们可以认为，由粘土衬 层和人工地膜组成的复合防渗系统对渗滤液的阻断作用几乎完全取决于人造 地膜的防渗性能和稳定性。然而，对于任何人造地膜来说是其性能是不可能完 美无缺的。在填埋场运行的初期，防渗衬层可以使渗滤液的泄露实现最小化； 但是在渗滤液的浸泡下经历几十年甚至上百年以后，尤其在一些不可预测的、 比较极端的环境条件下，人造地膜的耐久性能很难保证渗滤液不会渗漏。渗滤 液泄露以后，在粘土衬层表面的流动将导致其分布面积很大，从而渗滤液继续 向下渗漏的量也很大。因此，将垃圾填埋场长期的防渗要求寄托在这样一种未 经证实的防渗工艺上面可能对环境造成巨大的损害。 ( 3 ) 垃圾的降解速率 由于传统填埋方式使场内垃圾与外界的水分完全隔离，因而垃圾处于“干 燥”状态，垃圾的微生物降解活动完全依靠自身所携带的水分维持。当产生的 渗滤液被排水系统收集而离开场内垃圾时，填埋场内垃圾的湿度就会进一步降 低，微生物的降解活动进一步受到抑制，因此垃圾的稳定化过程将被延长，相应 地延长了填埋场封场后的运行、维护与监测时期。 ( 4 ) 封场后渗滤液的处理与沼气利用 “干坟墓式”填埋场封场后由于降解速率缓慢，需要进行长期的维护和监 测工作，使垃圾的处理成本明显增加。渗滤液水质和产量变化很大，给渗滤液的 处理造成较大的困难。早期的渗滤液b o d s 、c o d 。，以及氨氮都很高，b o d 5 c o d 。，值在o 4 o 8 之间，一般适合于生物处理；晚期渗滤液中液b o d 5 、c o d 。， 减少，但氨氮仍然很高，b o d 5 c o d 。值接近0 1 ，一般很难进行生物处理，这样给 渗滤液处理工艺的适应性造成很大的难度。在传统填埋场中，单位质量的垃圾 沼气产生量小、且产生时期长，不利于沼气的资源化利用，形成对大气的二次污 染。 ( 5 ) 传统填埋场的误区 从以上讨论可知，传统的“干坟墓式”填埋场注重于：( 1 ) 限制进入填埋场 内的水分的量，以使垃圾产生的渗滤液最少，产生的填埋气体最少；( 2 ) 防止渗 滤液污染地表水和地下水。因此，填埋场的水分一直处于“流失”状态，而没有 进行补充，越来越低的湿含量降低了场内微生物的降解活动，大大延长了填埋 场的维护期，从而增加了垃圾渗滤液污染地下水的长期潜在的可能性，对填埋 场的底部防渗系统提出了很高的要求。因此，填埋场防渗衬层的设计从单衬层 西南交通大学硕士研究生学位论文第垦互 系统进一步改进到复合衬层系统、双衬层、三衬层甚至多衬层系统( 见图卜l 所 示) ，大大增加了填埋场的建设费用。同时，填埋场防渗材料未经验证的长期耐 久性能难以确保在几十年甚至上百年内防渗衬层性能的完整性和稳定性。一因此， 在某种意义上而言，传统填埋场将我们这一代人产生的垃圾留给了我们的下一 代进行处理，相应的环境风险也留给了下一代甚至下几代人承担。 餮豸簿统露鬻黪 筐甏嘉燃统羹三莲氢痘矗露羲程交噩i 日忑水收集系统篷蠢妄壶蠢叠交目蠹剖- = 二 圾 滤液收集系统 离保护层 层格栅 二层隔船 离，保护层 下水收集系统 础 统 统 图卜l 填埋场防渗系统示意图 与此同时，随着各国环境保护法规的越来越严格，对垃圾填埋场的渗滤液 污染地下水的问题也越来越重视。尤其是西方发达国家在其雄厚的经济支持下 开发出越来越复杂、昂贵的填埋场防渗系统( 见图l 所示的发展趋势) 。由于垃 圾问题在经济不发达的第三世界国家越来越严重，也越来越受到人们的关注， 在缺少相应的环保技术和操作、运行经验的情况下，第三世界国家一般从这些 发达国家进口相应的技术和设备，并接受相关的人员培训，使得第三世界国家 的垃圾处理费用还高于这些发达国家，这么高的环境支出是欠发达的第三世界 国家难以承受的。 1 2 准好氧反应器填埋场发展历程及研究进展 循环式准好氧填埋最早是由日本提出的。垃圾层中空气的加入，加速了填 埋初期垃圾中有机物的好氧分解，在回灌的条件下，保证了填埋层中有充足的 水分，即减少了渗滤液的排放量，又降低了渗滤液的污染强度。“。 躺倔栅幄j|!基惺橱惺釉擎徽嚣燃 圾滤离层二离水离三离下础 垃渗分首第分地基 垃渗分首第分捧分第分地基 西南交通大学硕士研究生学位论文第! 舅 1 3 论文选题、研究内容、意义及思路 1 3 1 论文的选题 结合世界填埋技术的发展趋势和我国国情，准好氧填埋技术是值得在我国 推广采用的新型填埋技术。由于准好氧填埋场相比传统填埋场以及回灌渗滤液 型厌氧填埋场具有很大的技术、经济优势，通过填埋场现场试验可以较好地把 握准好氧填埋场的基本原理和渗滤液水质特征，从而有助于深入认识准好氧填 埋场的关键工艺技术参数和操作模式以指导工程实践。 为此，结合导师主持的“准好氧填埋场现场模拟研究”，以“准好氧填 埋现场试验研究及准好氧填埋场经济费用分析”为我的硕士论文选题，就准 好氧填埋的关键技术进行研究，并且分析建设准好氧在身为发展中国家的中 国的经济费用，无疑是十分必要的。 1 3 2 论文的研究内容 ( 1 ) 确定准好氧填埋场的运行机理、影响因素，并为准好氧填埋场动力学研 究提供必要的试验数据； ( 2 ) 建立填埋场有机物( c o d ) 变化规律的数学方程，较准确地预测生物反应器 填埋场系统可降解有机物的变化规律，从而为准好氧填埋场的优化设计和 运行提供基础； ( 3 ) 总结分析准需氧结构控制处理渗滤液的特点和设计运营的要点，得出详细 的经济分析结果。 1 3 3 论文的意义 我国城市生活垃圾处理起步于2 0 世纪8 0 年代。在1 9 9 0 年前，全国城市 生活垃圾处理率还不足2 。近l o 年来，我国城市生活垃圾处理进一步标准 化、规范化，城市生活垃圾处理水平有了较大幅度的提高。但同时我们也应 看到，由于我国的垃圾处理起步晚、投入不足，垃圾处理的整体水平还很低。 据中国环境监测总站对我国3 2 9 个城市生活垃圾处理厂的调查表明，我国陆 地填埋场占生活垃圾处理处置设施的8 7 5 ，垃圾堆肥厂占总数的6 4 ，垃 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 2 页 第2 章准好氧填埋场的生物降解机理研究 2 1 准好氧填埋技术产生的技术背景 2 0 世纪6 0 年代未期7 0 年代初期，日本经济的飞速发展导致城市生活 垃圾的急剧增长。当时，同本的城市生活垃圾都是采用填埋方式来处理。但 那时的填埋技术并未发展到现在的技术水平，因而填埋场并未得到很好的管 理和监控。由于填埋场的垃圾是在厌氧条件下发生分解，垃圾中很多都是有 机物成分，在填埋场降解和稳定化过程中生物反应过程起着控制作用，因此 产生了大量的甲烷和渗滤液，后者不仅恶臭难闻，而且b o d 5 、c o d 。浓度都 非常高，很难处理至可接受的排放标准。特别是在雨季，渗滤液极易流入周 边的水稻田里，致使水稻绝收。渗滤液中的氨氮浓度也非常高，它也是重要 的污染物之一。此外，填埋气常常引起填埋场发生火灾和爆炸事件。正因如 此，填埋场的工作人员不得不日复一只地处理这些事件，同时还要应付来自 周围居民的抱怨和投诉。在此种情况下，填埋场正常的管理工作都很难进行， 而新填埋场的选址问题更加难以解决。因此，加速填埋场稳定化进程，改善 渗滤液水质成为上世纪6 0 年代日本关注的重要环境问题之一。 当时，日本福岗市的情况更是如此。市政府不得不向填埋场周边的农民 进行赔偿。于是为了解决此窘境，福冈市政府决定联合福冈大学开发新型填 埋技术来改变当前面临的环境问题。 在2 0 世纪6 0 年代，福冈大学的花岛正孝教授和他的助手开始着手研究 好氧填埋技术。受污水处理工艺中为了改善污水水质而加入活性污泥，通过 向活性污泥中输入空气，促进好氧微生物的繁殖和降解活动这一原理的启发， 花岛正孝教授决定将此技术运用到垃圾填埋技术中。即通过向垃圾填埋场中 输送氧气使渗滤液的有机物得到迅速降解，从而改善渗滤液的水质。于是花 岛正孝教授于1 9 6 7 年在福冈大学进行一组对比试验来论证自己的想法。实验 设备是两个木制的装满垃圾的填埋模拟柱。其中一个模拟好氧填埋；另一个是 模拟厌氧填埋。在好氧填埋容器的下部安置一个鼓风机，不断地向填埋容器 输送空气。而厌氧填埋容器则处于封闭状态。每个填埋模拟柱中均安装渗滤 液收集管。待垃圾装入填埋模拟柱后 液收集管。待垃圾装入填埋模拟柱后 研究人员定期对填埋模拟柱内的垃圾 研究人员定期对填埋模拟柱内的垃圾 亘直奎湮盔兰巫主堑塞生兰焦盗塞兰! ! 要 保持准好氧填埋场内空气的流通，底部集排水管的配置形式也非常重要， 不同的配置形式决定了相应的通风类型。填埋场底部的集排水支管的配置， 般分直线型、分支型和梯子型，通常大多采用分支型和梯子型，每种类型 都有自己的特点，如表2 1 所示。 方蔟 简图 特征 直线型 用于小规模且底部坡度大的场合 填埋结构为改良型卫生填埋场 ( 上一特征，工程费便宜；空气流通面少底部好 氧范田小，集水效景差 牲型 广泛拔采用适宜于纵断面坡度较充分自q 场 合 特征；能确保通气通面，集水效果好 适用于平地填埋。橇断面坡度比较难的瞬合 特征：空气漉通，集水效率和分支型相同， 捧水效率高 梯子型 表2 1 底部集排水管的配置 2 2 2 准好氧坡埋场的优势 日本对准好氧填埋进行的深入研究及其实践证实，准好氧填埋较之好氧 填埋和厌氧填埋有以下优点： ( 1 ) 自然通风，节省能量，进而节省填埋场运行费用； ( 2 ) 渗滤液的水质得到大大提高。如渗滤液的b o d ；在一年后将降低至大约原 浓度的1 1 0 0 0 ，而相同时间内传统厌氧填埋的渗滤液b o d s 却无大变化，其浓 度仍旧居高不下： ( 3 ) 准好氧填埋场的导气设旌也同时排出了大量水份，从而降低了渗滤液的 处理量，简化了渗滤液的处理结构和操作，缩减了填埋场的渗滤液处理费用； ( 4 ) 准好氧填埋为垃圾的降解提供了有利条件，因此垃圾分解速度较快，堆 体稳定时间短，便于填埋场的稳定、修复，减少了由于填埋场的稳定时间过 长带来的填埋场管理和环境监测费用，使得填埋场能在较短的时期内即可再 用： ( 5 ) 与传统厌氧填埋相比，准好氧填埋减少了c h 。产量，减缓了全球温室效 益。h 2 s 等有毒有害气体的产量也减少许多，加之其导气系统比厌氧卫生填 埋所用排气管管径大、间距小，因此垃圾分解产生的气体易于排出，填埋场 西南交通大学硕士研究生学位论文第至墨亟 空气 穿孔导气管 图3 1 准好氧填埋体结构示意图 本试验采用如下防渗层结构( 见图3 2 ) “。 图3 2 防渗层结构 1 一垃圾；2 一土工布；3 一卵石导流层；4 一土工布保护层；5 一土工膜； 6 一黏土层；7 一地基 对防渗层结构图说明如下： ( 1 ) 地基。是具有承载能力的自然土层或经过碾压、夯实的平稳层，且 不应填埋垃圾的沉陷而使场底变形、断裂，表面经过碾压。 ( 2 ) 黏土层。厚度为4 0 c m 的优质黏土。 ( 3 ) 土工膜。使用高密度聚乙烯土工膜，厚度为1 5 m m 。较厚的土工膜 有利于防渗性能的提高，但建设成本高，国外应用一般不超过2 5 m m 。 西南交通大学硕士研究生学位论文第至墨亟 空气 穿孔导气管 图3 1 准好氧填埋体结构示意图 本试验采用如下防渗层结构( 见图3 2 ) “。 图3 2 防渗层结构 1 一垃圾；2 一土工布；3 一卵石导流层；4 一土工布保护层；5 一土工膜； 6 一黏土层；7 一地基 对防渗层结构图说明如下： ( 1 ) 地基。是具有承载能力的自然土层或经过碾压、夯实的平稳层，且 不应填埋垃圾的沉陷而使场底变形、断裂，表面经过碾压。 ( 2 ) 黏土层。厚度为4 0 c m 的优质黏土。 ( 3 ) 土工膜。使用高密度聚乙烯土工膜，厚度为1 5 m m 。较厚的土工膜 有利于防渗性能的提高，但建设成本高，国外应用一般不超过2 5 m m 。 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 4 页 ( 4 ) 土工布保护层。根据设计的填埋堆体高度确定一定克重的士工布， 对于堆高4 0 m 的填埋场，使用的土工布约1 5 0 0 2 5 0 0 9 ，m 2 。由于国内市场目 前缺乏克重高的土工布，实际应用时可用两层或两层以上的低克重的土工布 代替，或用较低克重的土工布与细沙土配合作为保护层。需要进一步说明的 是，用较低克重的土工布与细沙土配合作为保护层是我国目前较为普遍的做 法，但这一做法有它的不利方面，如施工难度大、一定程度的减少填埋容量、 不利于渗滤液导排等。 由于本实验垃圾堆体高度较低，故采用1 5 0 0 9 ，m 2 的土工布。 ( 5 ) 卵石导流层。为了防止穿刺土工膜，全部使用表面光滑的卵石。粒 径1 6 3 2 m m ，层厚度为o 3 m ，k 。1 1 0 4 m s ，卵石材质要求碳酸钙含量低 于1 0 ，场底满铺。 3 2 试验样品 试验垃圾为成都市生活垃圾，由垃圾车运输到指定场地，再由装载机填入填 埋单元中。所填垃圾成分见表3 2 。 表3 2 试验垃圾样品成分分析 3 3 试验方法 建立3 个填埋装置，各在填埋进行时就开始收集渗滤液和水质分析。l 填埋单元前期没有进行回灌，直到第1 7 5 天开始回灌。2 、3 填埋装置封顶后 开始回灌渗滤液，回灌频率为每周1 次，每次回灌量约为3 m 3 ，回灌时间为2 小时。具体试验控制条件见表3 2 。水质分析主要指标是渗滤液中c o d 。，、 b o d 5 、n h 3 n 、n 0 3 、s 0 4 斗、c 1 浓度、碱度、v f a 、v s 、t s 和p h 值，分 析方法见表3 3 。 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 5 页 说明：l 号堆填埋完毕时计为第1 天 表3 3 分析指标和分析方法【4 6 分析指标分析方法 c o d b o d 5 n h 3 - n n o t 。 p h v s v f a 碱度 c 1 _ s o d p 重铬酸钾法( g b1 1 3 1 4 8 9 ) 五日生化需氧量稀释法( g b7 4 8 8 - 8 7 ) 蒸馏酸滴定法 硝酸根电极法 p h s 一3 型精密酸度计 灼烧减量法 滴定法 滴定法 硝酸银滴定法 重量法 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 6 页 第4 章研究结果与分析 渗滤液是一种高浓度有机废水，其成分复杂，含有机物近8 0 种【4 7 “l ，水 质水量波动大，准确预测其水质和水量都十分困难【5 1 1 。填埋场渗滤液主要来 自三个方面：大气降水、垃圾自身降解、垃圾原始持水。 4 1 渗滤液水质研究 4 1 1p h 值和挥发性酸的变化趋势及分析 9 0 8 5 8 0 7 5 碧7 o 岛 6 - 5 6 o 5 5 5 0 o5 01 0 01 5 0 2 0 02 5 0 填埋时间d 图4 一l 各填埋单元渗滤液p h 值随时间变化曲线 图中l 号填埋单元渗滤液中p h 值，在填理初期有短暂的下降，在第6 天时，渗滤液中p h 值下降到最低值，为6 3 6 ；此后渗滤液中p h 值呈低速的 增长，直到第1 5 5 天，渗滤液中p h 值达到最大值8 6 8 。2 、3 号填满单元渗 滤液在初期有个缓慢的下降，直到第1 4 3 天，两者才有缓慢上升的趋势。 渗滤液中的p h 值主要受垃圾中有机酸和硝化作用中硝酸和亚硝酸的影 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 8 页 的工作状态。 图4 2 是实验中挥发性酸的变化趋势图，图中填理初期挥发性酸浓度升 高则很好的解释了图4 1 中酸性增强的原因，同时1 号填埋单元中挥发性酸 含量下降，也说明了图4 1 中1 号填埋单元渗滤液碱性增强的原因。 05 0l o o1 5 02 0 02 5 0 填埋时间d 图4 2 渗滤液中挥发性酸变化趋势 4 1 2c o d 。浓度变化趋势及分析 l 号填埋体渗滤液c o d 。，和b o d 5 浓度初期呈现出快速上升的特性，在 并于第1 3 天到达最大值6 9 7 5 2 1 0 m l ；而后呈现出明显的下降趋势，到第 1 6 l 天时，已经下降到了4 4 2 8 5 7 m l 。在初期，垃圾中易降解有机物含量较 高，在准好氧条件下基本进行好氧反应，有机物在有氧条件下首先大分子有 机物在微生物产生的各种胞外酶的作用下分解为小分子的有机物，这些小分 子有机物被好氧微生物继续氧化分解，通过不同的途径进入三羧酸循环，最 终被分解为c 0 2 h 2 0 、硝酸盐和硫酸盐，有机物在有氧条件下分解较为迅速 和彻底。这一现象反映，准好氧填埋情况下微生物活动较为旺盛，加速了有 机污染物的生物降解，从而导致渗滤液有机污染物浓度的快速下降。值得一 提的是，前期采用的是膜覆盖，不如黏土覆盖严实。有研究表明，如未采用 o o o 0 o o o 0 加 印 的 寻 均 一1-o唇一滋餐疆掣越黠 西南交通大学硕士研究生学位论文蔓3 0 殛 度降低。 2 、3 号填埋单元罐灞馒嘤氍离衫穑橱 灌落喾a 舔瓣并凿菱i 翱鹾强嬲翱笃捐j 纠氧j 飘蠢辫盐秘谩| 薹| 瞄强j 壕嶝 馏镭量i 睁落移淹；引e 判载j 嫫蓬学涮警翼量嚣照羁效。弱：誊翮簸笃蒯 耐酾啦骢。爨嚣墅剥葚f - ：1 旺靠罄酗 。人1 5 天 3 0 0 0 0 0 0 主池和辅池，每个池 3 9 6 6z 4 子3 个 2个在上层，2 个在中 75 8 9 4 5 6 层，3 个在底层 l0 5 2 8 天5 15 3 6 9 2 8 42 1 0 5 6 个 25 2 8f 30 0 0 0 0 0 6 挖掘机1 6 天，深 3m ，宽2 m ，长1 6 0 0 米 6 挖掘机1 7 天，深 3 m ，宽2 ，长1 7 0 0 米 洗车房、水泵和喷水 28 4 2 1 1 2 枪 公路3 k m 长度5 m 02 0 2 2 4 0 宽，加上停车场 办公区和安 个 l3 1 5 7 9 2 简单结构的房建 全室( 有附 1 米 要查塞婆盔兰塑主婴塞生兰丝笙塞蔓! ! 夏 4 1 3 氯离子浓度 氯离子的浓度在填埋期间变化缓慢，基本x 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 2 两 层的高度；填埋工艺。 本研究中，每个反应器采用修建在填埋单元四周的参考柱，从柱顶拉线， 借助铅垂进行测量，如图4 5 所示，各测量了1 9 6 天和1 5 l 天的实验数据。 由于垃圾组成的不同，每个反应器均不同程度上产生不均匀沉降，因而对每 个填埋单元9 个测量点的平均值作为沉降值，这裁9 个点分散在填埋体的各 个方向。在填埋的初期垃圾沉降速率很快，因而监测的频率较高，在填埋至 1 2 0 天左右时，垃圾的沉降速率已经很慢，监测频率适当变低，数据结果见 图4 6 ，图中2 号单元的第1 天为装填完毕时的2 0 0 5 年1 2 月2 0 日。每个装 填单元第一天的沉降量都为o c m 。 7 0 6 0 暑5 0 餐4 0 萋s o 湃2 0 l o o e # 荤! 图4 5 沉降测量方法示意图 o5 01 0 01 5 02 0 02 5 0 填埋天数t 图4 6 各模拟反应器累积沉降量随时间变化 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 3 页 填埋场的表面沉降可以分为三个阶段：初始阶段，这个阶段的沉降是由 于上层垃圾及覆盖层对下层垃圾的压实作用和垃圾孔隙中的水分及气体的逸 出而引起的；强化阶段，这个阶段沉降的主导因素是垃圾的降解；过渡阶段， 即有压实作用产生的沉降又有垃圾降解产生的沉降。 l 、初始阶段( 1 5 0 天) ，从图3 1 0 可以看出，前期填埋场沉降都非常 迅速，并且2 号明显要快于l 号，这是因为2 号的垃圾初始密度为5 4 0 3 k g t ， 小于5 7 1 8 k 趴。2 号密度小，孔隙率大，故沉降比1 号迅速。由此可以推断 出前期的沉降是由于上层垃圾及覆盖层对下层垃圾的压实作用和垃圾孔隙中 的水分及气体的逸出引起的。这个阶段为初始阶段，时间大概是从第一天到 第5 0 天。 2 、过渡阶段( 5 l 1 2 1 天) ，从图中可以看出，随后l 号的沉降速度要大于 2 号，c o d 的监测数据表明这个时期l 号的渗滤液中c o d 浓度在稳定下降， 垃圾降解速度大于2 号。垃圾的降解所产生的沉降促使l 号加快沉降，并且 在第7 0 天，达到了于2 号相同的沉降量。但此时压实作用引发的沉降也很明 显，故把这个阶段定为过渡阶段。 3 、强化阶段( 1 2 2 天) ，固相垃圾沉降速度开始减慢，对照图4 3 渗滤 液c o d 。，也从填埋1 2 2 天起，下降速度明显变缓。但l 号仍然保持着大于2 号的沉降速率，对应的时间段1 号的渗滤液c o d 降解比2 号迅速。因此， 可以认为此时刻开始的沉降是垃圾自身缓慢的生物降解所引起的。 4 3 准好氧填埋场渗滤液c o d 的衰减规律 在本论文的支撑实验中，l 号填埋单元前期为渗滤液不回灌，1 7 5 天开始渗 滤液循环回灌。渗滤液回灌和不回灌的预测模型是不同的，本文将分别分析填 埋体渗滤液不回灌和回灌的c o d 变化规律。 4 3 1 渗滤液水质的预测模型 首先要对非循环渗滤液c o d 的预测模型进行探讨，而后才能得出渗滤液回 灌时的c o d 预测模型， 假定c o d 从固相中的溶出符合一级反应动力学，则有： m 。= ms b e 。p ( 4 一1 ) 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 4 页 式中 j l f ，固相中可溶解虢理珀醵始i 搦 囊瓣缝堑墨| 萤目秽量萎刳飘滗：薹2 必。鹂观聪瞄拍谢萋嚣系剐e 划：删 满俄邋急| ：l 墓妻季郇挺稀崖菽湛喇薹弱；2 ：喜照护监霉耋g 嚣i 话蛸囊潮哥 澎灞遵圆爱翻i l 瓶弘即鍪烈靳荆鄞；捌；i ；聋 盘* 著妻毒j i ! 孽一i i 缝弗强馨鲮习廷鄞露蓦姓d 羹蓉墓瑾巷碍一毽鲜4m 21 1 6 3 8 01 2 1 0 3 5 2 种植花草树木，景观工程 1 5 7 8 9 6 季度 1 5 7 8 9 6 季度 2 6 3 1 6 拆除办公区，洗车房等 修复和改进设施的质量，例 4 2 1 0 5 6 如导气管和监测井 9 0 1 2 9 4 0 1 2 05 0 5 2 4 8 每月渗滤液质量的分析 每季度监测气体一次，持续 4 06 3 1 5 8 4 l o 年 每季度监测地下水一次，持 4 0 6 3 1 5 8 4 续1 0 年 样、分析 631584lo年每季度监测地下水一次，持40631584续10年 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 5 页 警螂脚喝， 警= m 嘶一i ：( 时一m ：) 解( 4 7 ) ( 4 8 ) 式，得： m o ) = 尘群。一婶一e 一婶) 将质量化为浓度得： c ( ，) = 尘甜( e i ，一e 一。) 4 _ 3 2 参数如也b 及鸠。的确定 ( 4 9 ) ( 4 1 0 ) ( 4 1 1 ) ( 4 1 2 ) 4 3 2 1 渗滤液不回灌c o d 预测模型的参数确定 利用现场填埋单元的试验数据通过最小二乘法可求出各反应器的参数t 和如屯。由于模型中m 。值是未知的，故对模型进行变形以消除m ：。项。 1 号渗滤液c o d 。，数据表明最大c o d 浓度出现在第1 3 天，为6 9 7 5 2 1 0 m g 几。 q = 1 8 5 0 0 l ，垃圾含水率为3 8 6 ，总填埋量为4 2 1 8 6 吨，故v = 4 2 1 8 6 吨1 0 0 0 l 吨3 8 6 = 1 6 2 8 4 0 l 。故将式( 8 ) 写成 c ( f ) = c m 缸口6 ( 4 1 3 ) 兽v a = h b 矿+ 毛q q + 南件一+ 一旦， 【岛屯矿+ q 一墨y p 呐+ 【毛也y 一如屯y 一毛q k ” ( 4 一1 4 ) 其中：c 。为实验得到的渗滤液的最大c o d 质量浓度值；6 为c 0 d 质量浓度达到 最大时的口值，即t = 1 3 时的口值。 故七。、七：、也确定后，可得： 峨o = c 。( 岛矿一屯矿一q ) ( 一g + 白矿) “6 毛) ( 4 1 5 ) 对( 1 3 ) 式通过m a t l a b 程序计算得出了模型值的相关系数： 置2 0 1 8 9 ，t 2 = o 0 9 1 2 ，也= o o h ，代入式( 1 5 ) ，可得m = 4 5 5 4 7 k g 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 6 页 可以得出c o d 预测模型如下 “f ) = 5 9 3 2 8 ( 一1 6 0 7 0 p _ o 7 7 2 + 1 6 2 3 6 8 _ o0 1 4 6 + 1 4 7 3 p 0 1 1 3 甜) ( 4 一1 6 ) 得出c 0 d 浓度预测曲线如下图所示： 图4 7 回灌前c o d 浓度模拟值和实测值变化曲线比较 4 3 2 2 渗滤液不回灌c o d 预测模型的参数确定 由于膨。毛为未知量，固需要先消除m 舻如，使模型中只剩下毛、：， 通过最小二乘法求出七、也，然后再回代入原模型，可以求出m 再次使用最 小二乘法可以求出奴。具体求解过程如下： 由于是中途开始回灌，故需要假设回灌开始的当天为第一天，即第1 7 3 天。 于是最大c o d 浓度出现在第3 天，为2 7 3 6 3 9 6 m g 几，故可以将( 4 1 2 ) 式写成 c ( r ) = c 一0 一砧一e “o ) “e 一 一一g b 一) = 2 7 3 6 3 9 6 ( g 一。一e 一2 一) ( e 一1 3 岛一e 一1 3 也) ( 4 一1 7 ) 对( 4 一1 6 ) 式通过m a t l a b 程序计算得出了模型值的相关系数：毛= 0 5 5 9 5 ， 七，= o 1 0 7 2 ，结合原模型于是有： c 。) = ! ；i ：! ! ；j i i ；争( e 一- t e 乜7 ) = c 。( e 一 f e b ) ( e 1 3 h e 1 3 也) 故恤o = c 。矿( k 一毛) ( 一屯屯) ( p 1 ”1 一p 。如) 】 ( 4 1 8 ) 又有如 毛，岛 l ，故在计算m 的过程中( 4 一1 8 ) 式中j i 2 + 毛项可以忽略， 将七。= 0 5 5 9 5 、岛= o 1 0 7 2 、矿= 1 6 2 8 2 6 l 代入( 4 1 8 ) 中，得出吖m = 4 9 0 5 l k g ， 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 7 页 故原模型可以写成c = 若警黑主鸳；苦；等j 专篡未。“5 5 9 目一e _ 0 1 0 7 2 。 c a 一，。， 对( 4 1 9 ) 式通过m a t l a b 编程计算得出t = 0 0 2 5 5 1 。同时也验证了在 计算m 。的过程中忽略( 4 1 8 ) 式中t + 毛项的做法是完全正确的。 将七l 、七，代入( 4 1 7 ) 式，得到c o d 预测模型如下： c ( r ) = 一5 0 8 3 0 8 5 x 0 o5 5 9 5 一p _ 0 1 0 7 2 )( 4 2 0 ) 得出c o d 浓度预测曲线如下图所示 图4 8 渗滤液回灌c o d 浓度模拟值和实测值变化曲线比较 4 3 2 _ 3 对模拟结果的讨论 预测图线表明，渗滤液c o d 浓度在经过短期的迅速下降阶段后，c o d 。， 的降解速率将趋于平缓。上节的计算中参数段即为不可生物降解的c o d 含量， 最大c o d 。，浓度为6 9 7 5 2 1 0 m g 几。故不可生物降解c o d 。质量浓度约为 颤 6 9 7 5 2 1 0 = 7 6 7 2 7 m g l ，其主要成分为吡啶、木质素、纤维素等不可降解 的有机物。渗滤液中这部分有机物的存在，再加上后期b o d 含量的降低，可 生化性必将大大降低，使得中后期c o d 。，浓度下降将十分缓慢。 回灌型准好氧填埋场室内模拟实验的渗滤液中c o d 浓度的预测模型“2 1 参 数为：毛= o 1 1 4 ，后，o ，0 2 2 6 ，颤= o 0 1 2 5 。这主要和垃圾组分有关，室内的 垃圾组分中，灰渣含量低，厨余含量高。而现场填埋体的垃圾灰渣含量为 4 7 0 ，所以固相垃圾溶出速率大于室内填埋体。由毛得出的室内填埋体不 可降解的c o d 。，为6 8 8 5 5 m g l ，这和现场填埋体的7 6 7 2 7 m g l 是相接近的。 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 l 夏 图5 1 准好氧填埋场概念图 费用分析大体分为4 个阶段，分别是准备阶段、建设阶段、运营阶段和封 场阶段。为了清楚的得到建设、运营和封场的费用，本文将分别详细分析4 个 不同阶段。每个阶段的一些基本要素如下所示： ( 1 ) 准备阶段，例如一份详细的环境影响评价。在这个阶段，费用包括实 验室分析、钻孔等； ( 2 ) 建设阶段，包括基础设旌建设。费用包括材料费、人工费、和其他管 理费用： ( 3 ) 运营阶段，铺设覆盖材料、填埋、维护、监测、检查和一些其他费用； ( 4 ) 封场阶段，终场覆土、绿化、必要设施的维护、一定时期内渗滤液和 填埋气体的质量监测等。 为了说明问题，填埋场假设运营2 0 年，在填埋工作结束后将用l o 年时问来 完成封场。基于南部县的材料价格和人工费，可以得出填埋场的费用，详细的 费用分析过程如表5 一5 4 所示。定额选用： 要罢宿查蠢毒嚣笙差嚣囊毳嚣譬堕 霸l ；影 翼。：；l 鬟霾季鬻嚣 醮些荨单售器办稳鞠缠颡拍螺畦抛! 残兵x 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 6 页 序项目 单位 费用7 单 号数量 费用 备注 号位 位 ( 元)元 渗滤渡处 1 3 理 渗滤液处 理费用 通风 贿买 另外单独计算，最后加 入总运行费用中 费用计在电费和维护费 中 取样和分 5 2 6 34 2 1 0 4 月 1 25 0 5 2 4 8 每月的取样和分析 5 2 6 34 2 1 0 4 月 1 25 0 5 2 4 8 每月的取样和分析 析 维护设施 1 4 和周围环 境 设施 一一一一 2 1 0 5 2 8 每年的维护工作 建筑物 一一一一 1 0 5 2 6 4 每年的维护工作 1 5 公用设施 水5 2 6 34 2 l o 4 月 1 25 0 5 2 4 8 月花销 电 1 3 1 5 81 0 5 2 6 4 月 1 21 2 6 3 1 6 8 月花销 通信 2 6 3 22 1 0 5 6 月 1 22 5 2 6 7 2 月花销 1 6 工程机械 推土机 5 2 6 3 28 0 0 0 月 2 4 1 9 2 0 0 0 月租金2 台推土机 压实机 6 5 7 8 99 0 0 0 月 1 21 0 8 0 0 0 月租金l 台压实机 其他机械2 3 6 8 48 0 0 0 月 1 29 6 0 0 0 月租 1 7 监测工作 取样和分季每季度取样、分析和监 1 5 4 7 41 2 3 7 9 2 44 9 5 1 6 8 析度测报告的撰写 1 8 工房 车间宿每年为工人修建的车间 舍和宿舍 1 9 其他花费 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 9 页 序号项目费用单位数量费用各注 ( 元)( 元) 进入填埋场的垃圾总重为1 4 6 万吨，按照表5 4 表5 7 的计算结果，就可 以算出每吨垃圾的平均费用，如表5 8 所示。 表 5 每吨垃圾在不同阶段的的平均费用 另外，准好氧填埋场将实现甲烷这种温室气体的减量化，每吨垃圾的的甲 烷产量大约为o 0 8 2 t “，而每t 甲烷相当于2 1 t c 0 。产生的温室效应。填埋场总减 量的甲烷为：o 3 十1 4 6 0 0 0 0 丰0 0 8 2 = 3 5 ，9 1 6 t 甲烷，相当于7 5 ，4 2 3 6 t c o ：。根据清 洁发展机制的有关规定，中国出口温室气体削减指标的价格瞰1 是不低于5 0 元 t c o ：，如果把这部分削减指标出口，将产生3 7 ，7 1 1 ，8 0 0 元的经济效益。 一般来说，费用分析是基于很多假设，因此不能反映投资、运营和封场的 实际数量。这取决于很多方面的原因，例如，土地的价格在不同的地段差别非 常大( 无论是农业、工业还是其他用地) 。另外，大多数用于计算的价格是当 前的价格，实际上这些价格也取决于购买地点、运输距离和时间早晚有着非常 大的差别。所有这些因素都会造成分析结果的偏差。 必须要强调的是，本文是对2 0 年这么一个时间区间作费用分析。应该使用 经济学方法得出一份详细的费用分析，例如：所有设备的使用寿命、一段时间 后新设备的安装、期间的通货膨胀率、银行的贷款利息、投资回收期和货币汇 率等。 封场后的土地会产生直接和间接的经济效益，土地本身就是价值。一方面， 如果封场后填埋体具有良好的稳定性同时具有好的开发条件的话，按照土地的 价格，这2 5 0 亩土地的价格预计值1 7 ，0 0 0 ，0 0 0 元( 封场后1 0 年) 。另一方面， 间接效益包括降低了很多风险，包括：滑坡、填埋气体爆炸、渗滤液渗漏到地 参考文献 l 藏文超我霉城市生活垃圾现状与管理问题 j ，环境保护，1 9 9 9 ( 8 ) ：4 卜4 3 2 国家环保总局2 0 0 2 年中国环境状况公报 j 环境保护，2 0 0 3 ，( 7 ) ：3 1 3 3 陈中谨慎审批垃圾焚烧发电项目 j 环境保护，2 0 0 2 ，( 7 ) ：4 0 一4 l 4 张益，赵由才主编，生活垃圾焚烧技术 j 北京：化学工业出版社，2 0 0 0 5 国家环境保护总局污染控制司城市固体废物管理与处理处置技术 帕北京：中国石化出版社， 2 0 0 0 6 0 f f i c eo fs o l i dw a s t ea n de m e r g e n c ya n dr e s p o n s e ，b p a m u n i c i p a ls o l i dw a s t ei nt h eu n i t e d s t a t e s j ：2 0 0 0f a c t sa n df i g u r e s e p a 5 3 0 一r 一0 2 0 0 1 ， 2 0 0 2 7 曹作忠陈军平，高海成等生活垃圾堆肥应注意的若干技术经济问题 j 环境保护，2 0 0 2 ，( 8 ) ： 3 9 4 2 8 高光，董雅文，金浩波等城市垃圾处理与管理对策研究 j 城市生态与城市环境，2 0 0 0 ，1 3 ( 2 ) ： 3 9 4 l 9 李国学，张福锁编著固体废物堆肥化与有机复混肥生产 j 北京：化学工业出版社，2 0 0 0 1 0 i s 霄a ( i n t e r n a t i o n a ls o l i d w a s t ea s s o c i a t i o n ) 蝴1 0 0 0t e r m si ns o l i dw a s t em a n a g e m e n t ( s k i t t j e d ) i s 霄 ， c o p e n h a g e n ， d e n a r k “冯亚斌，陈金关于我国垃圾填埋场目前存在问题的探讨 j 环境保护，2 0 0 0 ，( 1 0 ) ：1 4 1 6 1 2 赵由才朱青山主编城市生活垃圾卫生填埋场技术与管理手册 m 北京：化学工业出版社1 9 9 9 1 3 建设部国家环境保护总局科技部城市生活垃圾处理及污染防治技术政策 m 环境保护， 2 0 0 0 ( 9 ) ：1 0 一l l 1 4 b o t k i nd b 。k e l