（环境工程专业论文）沈阳市生活垃圾填埋处置中准好氧技术的应用与研究.pdf

大连理工大学专业学位硕士学位论文 摘要 城市生活垃圾的大量产生是现代城市发展带来的严重环境问题。据统计，9 0 以上 的垃圾通过填埋进行处理处置。垃圾填埋的主要问题是渗滤液和填埋气对环境产生的污 染及占用大量土地。无论是稳定时间还是渗滤液水质，准好氧填埋工艺都较传统厌氧填 埋工艺具有明显优势。本课题以准好氧填埋工艺为基础，通过实验室研究和中试研究， 比较准好氧填埋与其他填埋方式的差异，根据监测结果从环境化学、环境工程学和微生 物生态学等多学科角度进行研究和探讨，确定生活垃圾处置在准好氧填埋工艺条件下渗 滤液和填埋气形成条件及影响因素，为准好氧填埋工艺的实际推广应用奠定基础。 通过实验室研究和中试研究，在对填埋场渗滤液集排水管道和排气管道进行必要的 改造以及在一定的运行条件下，填埋场的稳定时间可以仅为常规填埋场的一半。在本实 验条件下采用新型填埋结构的实验工艺在2 0 周左右达到稳定，而常规工艺一般在4 0 周左 右才达到稳定。 无论是稳定时间还是渗滤液水质，准好氧工艺都有明显优势。实验工艺产生的渗滤 液用常规水处理方法就可以使之达到排放标准。 渗滤液回流的填埋柱渗滤液中有机物浓度降低的速度要大大高于无回流的填埋柱； 而空气流通的填埋柱渗滤液中有机物浓度降低的速度要大大高于厌氧填埋。准好氧结构 比厌氧填埋结构能获得更佳的回流效果，不仅渗滤液中c o d 。、n h 3 一n 浓度保持稳定的 下降趋势，c o d 。下降的速率也要高于厌氧填埋。而厌氧填埋渗滤液回流易导致氨氮的 累积，不利于渗滤液中n h 3 n 浓度的下降。增加渗滤液在填埋层中的停留时l 、日j 能提高回 流的效果。 在厌氧条件下，渗滤液回流可以加快甲烷的产生速度。甲烷气体产生量与填埋层温 度有着密切的关系，特别是在产气阶段的中期，产气量变化曲线与温度变化曲线几乎重 叠。在产气初期，几乎每次回流都可能引起产气量的峰值。进入中期，这种作用减弱， 但是在停止回流后往往会出现产气量的谷值。 厌氧填埋甲烷浓度的变化随填埋时间先上升然后下降最后趋于平缓：二氧化碳浓度 的变化随时间呈现出相对稳定的状态。准好氧填埋二氧化碳的浓度随时间开始略有下 降，其后保持稳定；甲烷浓度随着时间进行开始处于上升过程，很快就缓慢下降，氧气 的浓度随着填埋时间进行开始上升其后就趋于平缓。 通过对厌氧填埋和准好氧填埋两种填埋气中甲烷气体时空变化进行分析，准好氧填 埋方式下、厌氧填埋方式下甲烷的平均浓度变化范围分别为7 1 3 、2 5 9 缸5 0 。 沈阳市生活垃圾填埋处置中准好氧技术的应用与研究 相对于厌氧填埋，准好氧填埋方式下填埋气的分布在空间层次上的变化非常明显， 这种不同于厌氧填埋的变化主要是由于填埋结构的改变。竖直通风管和渗滤液收集管与 大气相通，使得空气得以在垃圾层内扩散。氧气在填埋层内的分布状态决定了准好氧填 埋方式下填埋气的空间层次性。 关键词：填埋；回流；准好氧；生活垃圾 大连理 大学专业学位硕士学位论文 t h e a p p l i c a t i o na n dr e s e a r c ho ft h es e m i - a e r o b i cl a n d f i l l f o r d i s p o s a lo fm u n i c i p a ls o l i dw a s t e si ns h e n y a n g a b s tr a c t a g r e a td e a lo fc r e a t i o no fm u n i c i p a ls o l i dw a s t e s ( m s v oi st h es e r i o u se n v i r o n m e n t p r o b l e mt h a tt h em o d e mc i t yd e v e l o p m e n tb r i n g s a c c o r d i n gt ot h es t a t i s t i c s ，o v c t9 0 w a s t e sa l ed i s p o s e db yl a n d f i l l n 赡m a j o rp r o b l e m so fl a n d f i l if i l et h ep o l l u t i o nc a u s e db y l e a c h a t ea n dl a n d f i l lg a sa n dt h ep o s s e s s i o no fl a r g el a n d w h e t h e rt h es t a b l et i m eo rl e a c h a t e q u a l i t y ，s e m i a e r o b i cl a n d f i l lh a sm o r er e m a r k a b l ea d v a n t a g e st h a nt r a d i t i o n a la n a e r o b i c l a n d f i l l o nt h eb a s i so fs e m i - a e r o b i cp r o c e s s , t h ea r t i c l ec o m p a r e dt h ed i f f e r e n c eb e t w e e n s e m i - a e r o b i cl a n d f i l la n do t h e r s b yl a b s c a l ea n d p i l o tt r e a t m e n t a c c o r d i n g t ot h e m o n i t o r i n gr e s u l t s ，t h ef o r m i n gc o n d i t i o n sa n di n f l u e n c i n gf a e t o r so fs e m i a e r o b i cl a n d f i l l l e a e h a t ea n dl a n d f i l lg a sw e r ec o n f i r m e df o rm s w d i s p o s a lf r o mm u l t i d i s c i p l i n a r ya n g l e s s u c ha se n v i r o n m e n t a lc h e m i s t r y ，e n v i r o n m e n t a le n g i n e e r i n ga n dm i c r o o r g a n i s me c o l o g y ，s o a st om a k ep r e p a r a t i o nf o r t h ep r a c t i c a la p p l i c a t i o no f t h es e m i a e r o b i cl a n d f i l lp r o c e s s t h r o u g hl a b s c a l ea n dp i l o tt e s t ，w h i c ht h el e a c h a t ec o l l e c t i o np i p ea n dv e n t i d u c ta l e r e c o n s t r u c t e d ，t h es t a b l et i m eo fs e m i a e r o b i cl a n d f i l li sh a l fo ft h et i m eo ft r a d i t i o n a l a n a e r o b i cl a n d f i l l u n d e rl a bc o n d i t i o n s t h es t a b l et i m eo fu s i n gn e w1 a n d f i l ls t r u c t u r ei s a b o u t2 0 w e e k s , w h i l et h et i m eo f t r a d i t i o u a l l a n d f i l li s4 0w e e k s 。 s e m i a e r o b i cl a n d f i l lh a sm o r er e m a r k a b l ea d v a n t a g e st h a nt r a d i t i o n a la n a e r o b i cl a n d f i l l i nt h ea s p e c t so fs t a b l et i m ea n dl e a c h a t eq u a l i t y u s i n gr o u t i n et r e a t m e n tm e t h o d ，t h e l e a c h a t eq u a l i t yc a nm e e tt h ed i s c h a r g i n gs t a n d a r d 。 1 1 l er e d u c i n gs p e e do fo r g a n i s mc o n c e n t r a t i o ni nl e a c h a t er e e i r c u l a t i o nl a n d f i l ls t r u c t u r e i sh i g h e rt h a nt h a ti nt h en o n r e e i r e u l a t i o nl a n d f i l ls t r u c t u r e w h i c hi ns e m i a e r o b i cl a n d f i l l s t r u c t u r ei sh i g h e rt h a ni na n a e r o b i cl a n d f i l ls t r u c t u r e e f f e c t so fl e a c h a t er e c i r c u l a t i o ni n s e m i a e r o b i cl a n d f i l ls t r u c t u r ea r cb e t t e rt h a nt h a ti na n a e r o b i cl a n d f i l ls t r u c t u r e i n s e m i a e r o b i cl a n d f i l ls t r u c t u r e ，c o d aa n dn h 3 - nc o n c e n t r a t i o ni nl e a c h a t ek e 印s t a b l ed r o p t r e n da n dt h ed e c l i n i n gr a t eo f c o d 口i sa l s oh i g h e rt h a nt h a ti na n a e r o b i cl a n d f i l ls t r u c t u r e 。i n a n a e r o b i cl a n d f i l ls t r u c t u r e 1 e a c h a t er e c i r e u l a t i o nc a nc a u s en h 3 - na c c u m u l a t i o n , w h i c hi s n o tc o n d u c i v et od e c r e a s en h 3 nc o n c e n t r a t i o ni nl e a e h a t e p r o l o n g i n gt h e s t a yt i m eo f l e a e h a t ei ng a r b a g el a y e rc a ni m p r o v et h ee f f e c t so f l e a c b a l er e e i r c u l a t i o n u n d e ra n a e r o b i cc o n d i t i o n s ，l e a c h a t er e c i r c u l a t i o nc a na e c e l e m t em e t h a n eg e n e r a t i o n m t e t h eg e n e r a t i o na m o u n to fm e t h a n eh a sg o o dr e l a t i o n s h i pw i t l ll a n d f i l ll a y e rt e m p e r a t u r e e s p e c i a l l yi nt h em e d i u ms t a g eo f a e r o g e n e s i s , g a sp r o d u c t i o nc n r v e sa n dt e m p e r a t u r ec i n v e $ 沈刚市生活垃圾填埋处置中准好氧技术的应用与研究 a l m o s to v e r l a p i nt h ee a r l ys t a g eo f a e r o g e n e s i s a l m o s te v e r yl e a c h a t er e e i r c u l a t i o nc a nb r i n g t h ep e a ko fg a sp r o d u c t i o n e n t e r i n gt h em e d i u ms t a g eo fa e r o g e n e s i s ，t h ea b o v ee f f e c to f l e a e h a t er e c i r c u l a t i o ni sw e a k b u ta f t e rs t o p p i n gl e a c h a t er e c i r e u l a t i o n ，t h em i n i m u mv a l u e s o fg a sp r o d u c t i o nm a y a l w a y sa p p e a r u n d e ra n a e r o b i cc o n d i t i o n s ，m e t h a n ec o n c e n t r a t i o nc h a n g e sw i t ht h el a n d f i l lt i m e ，r i s i n g f i r s t ，t h e nf a l la n df i n a l l yt e n dt ob e c o m es t a b l e t h ec h a n g eo fc a r b o nd i o x i d ec o n c e n t r a t i o n a p p e a r sr e l a t i v e l ys t a b l e s t a t ea tt h es a m et i m e u n d e rs e m i a e r o b i cc o n d i t i o n s ，t h e c o n c e n t r a t i o no fc a r b o nd i o x i d ei ss t a r t e dw i t has l i g h td e c l i n e ，t h e nt h ec o n c e n t r a t i o nr e m a i n s t a b l e ；m e t h a n ec o n c e n t r a t i o ni ss t a r t e dw j t har i s ea n dt h e nc o m ed o w ns l o w l y ；t h e c o n c e n t r a t i o no f o x y g e nb e g i n sw i t har i s ea n dt h e nt e n dt ob e c o m es t a b l e t h r o u g ht h ea n a l y s i s o fm e t h a n ec o n c e n t r a t i o ns p a c e - t i m ec h a n g eo ft w ol a n d f i l l m e t h o d s ，t h ea n a e r o b i cl a n d f i l lm e t h o da n ds e m i - a e r o b i cl a n d f i l lm e t h o d ，m e t h a n e c o n c e n t r a t i o nc h a n g ea tt h ea v e r a g ec o n c e n t r a t i o nr a n g eo f7 一1 3 a n d2 5 一5 0 r e s p e c t i v e l y c o m p a r e dt oa n a e r o b i cl a n d f i l l ，t h es p a t i a lc h a n g eo fl a n d f i l lg a sd i s t r i b u t i n gi sv e r y o b v i o u si ns e m i a e r o b i cl a n d f i l l a i rc o u l dd i f f u s ea l o n gt h el e a c h a t ec o l l e c t i o np i p ea n d v e r t i c a lv e n t i d u c ti ng a r b a g el a y e r t h ed i s t r i b u t i o ns t a t eo f o x y g e nc o n c e n t r a t i o ni nt h e g a r b a g el a y e rd e t e r m i n e st h es p a t i a lh i b e r a r c h yo fl a n d f i l lg a si ns e m i a e r o b i cl a n d f i l l s t r u c t u r e k e y w o r d s ：l a n d f i l l ；r e e i r c u l a t i o n ；s e m i - a e r o b i c ；m u n i c i p a ls o l i dw a s t e st m s v o 独创性说明 作者郑重声明：本硕士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得大连理 工大学或者其他单位的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志 对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 人连理i 火学硕士研究生学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“大连理工大学硕士、博士学位论文版权使用 规定”，同意大连理1 一大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连理丁大学可以将奉学位论义的全部或部分内 容编入有关数据库进行检索，也町采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论 文。 作者签名 导师签名： 骊翘 ，。【，。一 李亥氏 立蛆年上月且r | 引言 随着我国城市人口的增加、城市规模的扩大和居民生活水平的提高，我国城市生活 垃圾的产量在急剧增加。到2 0 0 3 年，我国的城市生活垃圾年产量已达到2 1 亿吨，并且 以每年8 1 0 的速度递增，人均日产垃圾已超过l k g ，接近工业发达国家水平。 城市生活垃圾又称为城市固体废物，它是指在城市居民只常生活中或为城市同常生 活提供服务的活动中产生的固体废物，其主要成分包括厨余物，废纸，废塑料，废织物， 废金属，废玻璃陶瓷碎片，砖瓦渣土，粪便，以及庭园废物等等。城市生活清扫废物、 垃圾主要产自城市居民家庭、城市商业、餐饮业、旅馆业、旅游业、服务业、市政环卫 业、交通运输业、文教卫生业和行政事业单位、工业企业单位以及水处理污泥等。它的 主要特点是成分复杂，有机物含量高。影响城市生活垃圾成分的主要因素有居民生活水 平、生活习惯、季节、气候等【l 】。表1 1 、1 2 是国内外不同城市的垃圾主要成分。 表1 1 我国各城市垃圾组分( 1 9 9 6 年) t a b l e1 1m s w c o m p o n e n t so f s o m ec i t i e si nc h i n a ( 1 9 9 6 1 有机成分( )无机成分( ) 城市 厨余纸类塑料织物草木总计渣f i玻璃金属 其他总计 北京5 6 0 11 1 7 61 2 6 0 2 7 5 8 5 6 9 1 6 82 7 93 8 41 6 98 3 2 天津 5 3 8 85 8 84 1 00 8 51 1 06 5 7 8 3 3 2 10 7 60 2 40 0 13 4 2 2 上海 5 8 5 56 6 81 1 8 42 2 61 3 7 19 3 0 42 2 34 0 5 0 6 8 6 9 6 沈阳6 2 3 86 8 3 3 7 61 5 89 8 08 4 3 5一一一一 1 5 6 5 大连7 3 3 93 3 75 6 61 6 31 1 8 1 9 5 8 60 1 92 5 60 5 10 8 8 4 1 4 杭州 5 5 2 81 8 05 ，0 21 6 00 9 36 3 9 9 3 3 1 71 4 21 1 20 3 03 6 0 1 深圳 5 74 6 51 4 0 56 5 51 1 0 79 3 3 23 5 01 2 5 0 3 51 5 86 6 8 广州5 6 6 33 6 51 3 0 64 5 51 2 07 9 0 8 5 0 03 2 5o 5 51 2 1 22 0 9 2 鞍山 4 76 4 62 1 21 3 38 8 l6 5 7 23 1 1 32 1 8 0 9 7 3 4 2 8 表1 2 发达国家城市垃圾组分( ) t a b l e1 2m s wc o m p o n e n t so f d e v e l o p e dc o u n t r i e s c i t i e s 城市 有机物 纸 玻璃 金属塑料织物无机废物 美国纽约2 2 0 4 4 8 1 1 6 8 05 14 0 4 5 法国巴黎2 8 82 5 31 3 14 11 4 3 7 17 3 英国伦敦 2 8 o3 7 01 0 86 05 2 3 49 6 沈阳市生活垃圾填埋处置中准好氧技术的应用与研究 从这2 个表中可以看出，我国作为发展中国家，与发达国家的城市生活垃圾相比具 有有机物含量高、热值低的特点。而在不同城市不同区域间，也有着这样的趋势，即经 济发达和生活水平高的地区厨余物低，塑料等包装废物含量高；反之亦然。 城市生活垃圾中含有各种有害成分，在它进入环境后会对我们的生活环境造成各种 各样的危害。垃圾的随意堆放会产生侵占土地和使土地质量恶化、污染地下水和地表水、 产生有害气体污染大气和造成温室效应、引发爆炸和火灾、传播疾病及恶化生活环境等 等问题。特别是垃圾产生的渗滤液会对环境造成严重的污染威胁。 垃圾的处理处置方式除资源回收和综合利用外，主要有焚烧、填埋和堆肥。由于我 国的经济发展水平和地区差异极大的特殊国情，填埋目前仍然是我国城市生活垃圾的最 主要处置方式。另外作为最终处置的手段，填埋有着其不可替代的作用，即使在垃圾焚 烧率最高的日本，仍然有2 9 的垃圾进入填埋场。因此在可以预见的未来，填埋仍将会 长期作为我国垃圾处理的主要手段。 但是，垃圾填埋有着非常明显的缺陷。首先，垃圾的土地填埋要占用大量的土地。 虽然填埋场封场后可以重新利用这块土地，但是由于填埋层中的有机物分解造成土地的 长期不稳定以及对地下水的污染和沼气的产生，使得土地再丌发利用的时间过长并且有 着很大的风险；其次，垃圾填埋会产生大量的渗滤液。垃圾渗滤液具有有机物含量高、 碳氮比低、成分复杂、水质水量不稳定等特点( 见表1 3 ) ，处理困难、处理费用高， 成为困扰环境科技工作者和工程建设者的难题。到目前为止，我国尚未见有处理成功的 实例；第三，有机垃圾在填埋层中的分解过程中，会产生大量的有害气体。这其中数量 最大的是甲烷，即沼气( 见表1 4 ) 。甲烷是一种温室气体，其对全球温室化效应的影 响已经引起广泛的重视。同时在聚集到一定浓度时又会产生爆炸，引起火灾。作为一种 可燃气体，甲烷作为能源收集利用有着广阔的i i 途，但是到目前为止它的利用受到规模 和市场的限制，还难以全面推广作为填埋气处理的有效手段。 表1 3 垃圾填埋场渗滤液典璀水质 t a b l e1 3t y p i c a ll e a c h a t eq u a l i t yo f l a n d f i l l 成分含量( m g l )成分含鼍( m g l ) b o d 52 0 0 3 0 0 0 0 总有机氮 1 0 6 0 0 c o m ，3 0 0 0 4 5 0 0 0 总磷 1 7 0 t o c1 5 0 0 2 0 0 0 0 p h 5 3 8 5 s s 2 0 0 1 0 0 0 总硬度 3 0 0 0 1 0 0 0 0 n i t 3 - - n1 0 8 0 0 0 2 丈连理工大学专业学位硕士学位论文 表1 4 垃圾填埋场气体组分范围 t a b l e1 4l a n d f i l lg a sc o m p o n e n t s 成分含晕( )成分含量( ) 甲烷4 5 6 5氧气 2 二氧化碳 3 5 4 5 硫化氢 1 氮气4 2 0一氧化碳 0 1 氢气 l微量气体 0 5 根据我国垃圾处理“无害化、减量化、资源化”的原则，将有一大批生活垃圾卫生 填埋场得到新建。如何成功解决垃圾填埋过程中的明显缺陷，已经成为目前我国环境科 技研究方面的热点。因此有必要加强关于垃圾填埋技术的研究和开发，以适应我国垃圾 管理和环境保护不断发展的要求。 目前我国垃圾填埋采用的是厌氧填埋工艺，厌氧填埋对水和大气环境的影响显著， 如果采用好氧填埋将会改善以至避免垃圾填埋场对环境造成的一系列危害。但是好氧填 埋的建设成本和运行成本将使得大部分地区难以承担，而准好氧填埋技术则可以解决这 一问题。准好氧填埋技术是日本科学家开发并推广的一项垃圾填埋技术，在不增加运行 费用的前提下，利用填埋构造，达到好氧填埋的效果。无论是稳定时| 日j 还是渗滤液水质， 准好氧填埋工艺都较传统厌氧填埋工艺具有明显优势。 我国目前对于准好氧填埋工艺尚未进行系统地研究，指导工程设计的重要理论问题 没有解决，如渗滤液水质变化机理、填埋气体的迁移转化规律等，这些都需要我们在今 后的工作中逐步加以研究。 本项研究拟对准好氧填埋工艺及机理进行系统的研究，通过实验室研究和中试研 究，比较准好氧填埋与其他填埋方式的差异，根据监测结果从环境化学、环境工程学和 微生物生态学等多学科角度进行研究和探讨，确定生活垃圾处置在准好氧填埋工艺条件 下渗滤液和填埋气形成条件及影响因素，为准好氧填埋工艺的实际推广应用奠定基础。 本研究主要包括以下内容： ( 1 ) 填埋层渗滤液集排水管道和集排气管道的优化配置； ( 2 ) 渗滤液产生及水质变化机理； ( 3 ) 填埋场中管道周围空气的渗透影响范围以及空气与填埋气体在填埋层中的迁 移转化机理与规律； ( 4 ) 渗滤液回流的影响范围和有机物生物分解机理和影响因素； ( 5 ) 渗滤液回流负荷与回流工艺的优化。 一3 沈刚市生活垃圾填埋处置中准好氧技术的应用与研究 1 垃圾填埋技术发展趋势 现代垃圾填埋场出现于2 0 世纪初，经过几十年来的不断发展，垃圾卫生填埋己经 成为一种比较完善的处理技术和必不可少的最终处置技术。特别是垃圾填埋场的防渗技 术( 防渗材料和防渗结构) 随着化学工业的发展发生了巨大变化，今天h d p e 防渗结构 已经在全世界被广泛应用，因此封闭型填埋场逐渐取代了自然衰减型填埋场成为填埋主 流类型。 在卫生填埋发展早期，填埋场的主要目的是垃圾的容留和与环境的隔绝。因此，垃 圾场中有机物的生物分解是不受欢迎的，一般认为这种分解是渗滤液和填埋气污染的主 要根源。 垃圾填埋场的目的只有一个，就是保护生活环境和自然环境，防止由于垃圾产生的 各种可能的环境污染。垃圾填埋场的作用大致分为三类，即贮留垃圾、隔断垃圾与外界 环境的水力联系，以及水、气和垃圾本身的处理。 垃圾填埋场的贮留机能比较容易理解，即利用自然地形或人工修筑形成一定的空 间，将一定年限内产生的垃圾贮留在内，待空| 日】充满后封闭，恢复这一地区的原貌。这 是垃圾填埋场的基本功能，但不是主要功能，随着技术的进步和环境保护要求的提高， 这一功能在整个功能中所占的比重越来越小。 隔水功能是垃圾填埋场的主要功能。一方面，要防止由于垃圾本身所带水分和降水 与垃圾接触产生的垃圾渗滤液对地下水和地面水的污染，必须将渗滤液与外界的联系切 断，同时收集后引出处理。这就要求填埋场必须设有防渗层、渗滤液集排水系统；另外， 还要防止外界降水和地表径流、地下水进入填埋场，以减少渗滤液的产生。这样，就要 求填埋场还要有必要的场内雨水集排水系统、周边雨水( 洪水) 排泄系统、地下水集排 水系统和每同封闭系统、封顶层等。 垃圾填埋场的处理功能是逐渐被人们了解的一种功能。一方面，垃圾填埋场要对渗 滤液以及排出的填埋气体进行必要的处理，另一方面，垃圾在填埋层中的生物和其他物 理化学作用下达到稳定的过程，实际上也是一种垃圾的处理过程。在这一过程中，微生 物的作用最大。图1 1 所示为填埋垃圾的稳定过程。垃圾中的厨余物、纸类、纤维、草 木类、有机污泥等可分解有机物质，在微生物作用下，逐步分解为气态物质( c 0 2 ，c i - h ， h 2 s 等) 、水和无机盐类等，达到减容和稳定的目的。分解速度依垃圾种类而不同，一 般厨余物最快，以下依次分别为纸类、草木类、纤维类；对于有机成分，糖类分解最快， 以下依次分别为淀粉、脂肪、蛋白质、纤维素、木质素等。分解最慢的木质素在填埋层 中逐渐积累，与死亡微生物中的蛋白质等物质重新聚合，形成比较稳定的腐殖质，以后 大连理工大学专业学位硕士学位论文 慢慢地分解。而对于微生物无法分解的物质，如沙土、玻璃、塑料、金属、瓦砾、焚烧 残渣、泥渣等，它们的稳定化过程主要是由于填埋层自重而产生的压缩、金属的腐蚀、 塑料等物质的的老化变形等造成填埋初期形成的孔隙的减少，以及由于细微颗粒被渗滤 液带走，使填埋层内形成较为致密的结构，达到稳定。这一过程与在整个稳定过程中所 占的比例与可分解有机物的稳定过程相比要小得多。另外，焚烧残渣中的可溶性箍类( 如 n a + ，k + ，c l 一，s 0 4 2 一等) ，金属在微生物作用下被腐蚀形成金属盐，也会溶于渗滤液被 带出填埋层。 欧美学者提出“生物反应器”的概念，即利用填埋层作为有机物降解的生物反应 器，处理填埋场产生高浓度渗滤液，同时使垃圾得到迅速降解。这实际上也是充分利用 了填埋场的“处理”功能。在世界各国，垃圾渗滤液回流处理也逐渐得到认可。 在6 0 年代末，日本学者根据深入的研究和实验结果，提出了填埋场构造这一概念。 根据这一理论，依据填埋层内部状况和运行条件，填埋场构造分为五类：1 ) 厌氧性填 埋；2 ) 每日覆土的厌氧性卫生填埋；3 ) 底部设渗滤液集排水管的改良型厌氧性卫生填 埋；4 ) 设有通气、集排水装置的半好氧性填埋；5 ) 强制通入空气的好氧性填埋p 】。 所谓的厌氧性填埋、厌氧性卫生填埋即曾经是填埋场主要方式的自然衰减型填埋， 这两者之间的差别就是是否有每同覆土。虽然目前还有许多城市的垃圾填埋场还在采用 着两种填埋构造，但是由于其污染比较严重而且难以控制，以及填埋场建设和环境保护 标准的要求，新建的填埋场将不会采用这两种构造。 好氧性填埋可以使填埋垃圾在最短的时间内达到稳定状态，大大减轻垃圾渗滤液对 地下水的污染压力；另外还可以加快填埋场址的稳定速度，使场址在最短的时间内达到 安定状态，然后或进行土地开发，使其建设增值，或恢复其原有的生态环境，保持当地 生态系统的完整性。但是，这种填埋构造的缺点也是显而易见的，首先在填埋场运行期 间由于每日要向填埋层中通入空气，因而运行费过高；其次由于填埋层中处于好氧状态， 因而没有沼气产生，填埋气也就没有办法利用。除非有特殊要求或特殊场址，一般很少 有采用这种填埋构造的。 与好氧填埋工艺相比，准好氧型填埋不需鼓风设备，只需增大排气、排水管径，使排 气管和渗滤液收集管路相通，在集水管和排气管附近形成好氧状态，扩大填埋层的好氧 区域。垃圾分解产生的发酵热所造成的内外温差使得空气自然通过填埋体，不需强制通 风，既节省能源，又可促进垃圾的分解和稳定，改善渗滤液水质，达到与好氧填埋基本相 同的效果。“准好氧填埋技术”一经提出，就在日本全国得到迅速推广。 我国目前对于准好氧填埋工艺尚未进行系统性研究，在本研究中将对相关问题进行 深入探讨。 沈阳市生活垃圾填埋处置中准好氧技术的应用与研究 气态物质 图1 1 填埋垃圾稳定化过程 f i g u r e1 1l a n d f i l ls t a b i l i z a t i o np r o c e s s 一6 一 大连理工大学专业学位硕士学位论文 2 实验材料和方法 整个研究分为两个部分：实验室研究和现场实验研究。 在实验室中进行填埋柱实验，通过实验室研究确定管道布置形式和管道结构、渗滤 液回流形式、渗滤液回流负荷等工艺参数，并初步掌握填埋气体和渗滤液的产生和转化 规律。 根据实验室研究结果，在沈阳大辛垃圾处理场内进行现场研究实验，中试容量约为 2 5 0 m 3 ，运行时间约为0 5 - 1 年，工程建成后，在运行期间对填埋场设施进行调试和现场 监测，追踪填埋场渗滤液和填埋气体在填埋中间的迁移转化，验证并确认实验室结论和 理论，对实验结果和理论进行调节、改善。 2 1 实验室研究 本实验的前期实验室研究部分采用填埋实验装置进行。这一装置有两套实验柱。其 中小型实验柱c 为直径0 2 米，有效高度1 o 米的玻璃柱。c 装置共有4 只实验柱，分 别为c 1 、c 2 、c 3 、c 4 柱。中型实验柱h 为直径0 6 米，有效高度3 0 米的有机玻璃柱。 a 装置也有4 只实验柱，分别为a 1 、a 2 、a 3 、a 4 柱。填埋柱的材料保证在整个实验过程 中不会与实验样品发生反应。实验样品由沈阳大辛垃圾处理场提供。 由于四季的变化和垃圾填埋层中微生物活性的影响，在实际的气候变化中垃圾填埋 的稳定时间非常长。为了加快实验的进度，本实验的c 柱实验在恒温恒湿箱中进行。恒 温恒湿箱内部空间尺寸为1 6 5 0 ( l ) 1 6 5 0 ( w ) x 2 2 0 0 ( h ) m m ：恒温范围为o 4 0 5 ， 恒湿范围3 0 9 0 r h 1 5 。实验中采用的湿度为5 0 ，温度为2 5 。 c 柱采用两种填埋构造，同时采用不同的渗滤液回流工艺。表2 1 为c 柱的实验条 件。 表2 1c 柱实验条件 t a b l e2 1e x p e r i m e n t a lc o n d i e o m 幽l u n u l sc 条件c l 柱c 2 柱c 3 柱c 4 柱 上部与空气接触否是否 否 f 部与空气接触 否 是 否否 网流液前期 清水 清水自身渗滤液 不同流 后期高浓度渗滤液高浓度渗滤液高浓度渗滤液 前期回流量 5 0 0 m l 周5 0 0 m l 周5 0 0 m l 周 沈阳市生活垃圾填埋处置中准好氧技术的应用与研究 a 柱根据c 柱实验结果，采用两种填埋构造，并分别采用渗滤液回流与不回流的工 艺。表2 2 为a 柱的实验条件。在实验后期，为验证空气流通的效果和排气管道的通气 效果，分别在a l 柱和a 4 柱中安装蛇形导渗导气竖管。竖管长度5 米，直径3 5 毫米； 竖管管壁打孔，孔径3 4 毫米，孔间距3 0 毫米。竖管内填充砾石，砾石粒径i 0 2 0 毫米。 表2 2a 柱实验条件 t a b l e2 2e x p e r i m e n t a lc o n d i t i o n so f c o l u m n sa 条件a l 往 a 2 柱a 3 柱a 4 柱 上部与空气接触是否 否是 下部与空气接触是 否否是 渗滤液回流是 是否 否 2 2 中试实验 中试利用沈阳大辛垃圾处理场的东北角一块场地作为实验场所，规模为 1 0 8 8 3 2 m 3 ，均匀分为准好氧、厌氧、准好氧回流、厌氧回流4 个处理场地。准好 氧填埋结构在底部铺设h d p e 膜，膜上铺设直径为0 1 m 波纹管作为渗滤液收集主管道， 主收集管周围铺设砾石用以保护覆盖。在收集管的中点处铺设2 个直径为o 1 m 渗滤液 收集支管和直径为o 1 1 1 l 的竖直导气管，导气管高为4 m ，周围用石笼保护；厌氧填埋结 构同样铺设h d p e 膜及渗滤液收集主管道、支管，但不设竖直导气管，并在渗滤液收集 主管出口设球阀以控制渗滤液，保持垃圾层处于厌氧状态。 在装填垃圾过程中，在垃圾倾倒至o 8 、1 6 、2 4 m 时，压实并进行采样点的铺设： 每个处理场地每层布设1 0 个采气、5 个采渗滤液装置。最后在填至3 2 m 高度时铺设模 拟降雨管道，用h d p e 膜代替粘土层覆盖，实现垃圾层密封，实验装置图如下。 图2 1 准好氧填埋装置 f i g u r e2 1s e m i - a e r o b i cl a n d f i l ld e v i c e 图2 2 厌氧填埋装置 f 噜u r e2 2a n a e r o b i cl a n d f i l ld e v i c e 大连理工大学专业学位硕士学位论文 填埋于2 0 0 6 年5 月9 日开始，1 0 天后填埋结束。在填埋装置封顶后一个月开始并 每周进行一次水质分析，主要分析渗滤液中c o d 。，、b o d ；、n h ，一n 、n 0 ，- n 浓度和p h 值，分 析方法见表2 3 。每周进行一次人工模拟降雨，模拟降雨的量根掘沈阳市年降雨量分次 控制，一周为0 4 m 3 ，期间进行渗滤液回流试验，回流的量为0 4 m 3 周。具体试验控制 条件见表2 4 。 同样在填埋结束一周即开始对准好氧填埋处理和厌氧填埋处理分别进行气体采样 分析，分析仪器使用便携式四组分气体红外分析仪，用于测定填埋气的成分和浓度。前 期采样频率为1 次周，在垃圾层进入相对稳定期后，每隔2 周进行采样分析。 表2 3 分析指标和分析方法 t a b l e2 3a n a l y s i si n d i c a t o r sa n da n a l y s i sm e t h o d 分析指标分析方法 c o d 。， b ( ) d s n m n n 0 , - - n p b 重铬酸钾法( g b11 3 1 4 8 9 ) 五日生化需氧量稀释法( g b7 4 8 8 - - 8 7 ) 纳氏试剂比色法( g b7 4 7 9 8 7 ) 酚二磺酸分光光度法( g b7 4 8 0 - - 8 7 ) p h s 一2 5 数显p h 计 表2 4 各填埋装置实验控制条件 t a b l e2 4e x p e r i m e n t a lc o n d i t i o n so f e v e r yl a n d f i l ld e v i c e 3 实验室研究结果与讨论 3 1 渗滤液产生规律 3 1 1 渗滤液产生量的变化 垃圾中渗滤液的产生主要来自三个方面，即垃圾中携带的游离水、大气降水下渗进 入垃圾层、以及垃圾中有机物氧化降解过程中产生的水分。在这三部分来源中，以大气 降水造成的渗滤液量最大；但是在垃圾填埋初期，垃圾中携带的自由游离水造成的渗滤 液将是主要的渗滤液来源。 我们对垃圾填埋初期产生的渗滤液量和在填埋中期对模拟降水后产生的渗滤液量 进行了测量。图3 1 和图3 2 为a 柱垃圾填埋初期的渗滤液产生量变化曲线和产生总量 的累计曲线，图3 3 是a 柱模拟降水后渗滤液产生量变化曲线。 从图3 1 中可以看出，在填埋后3 0 4 0 天期间内，渗滤液产生量达到高峰。在产生 量最大的一日中，渗滤液产生量不到1 0 0 毫升；在填埋初期2 0 天内渗滤液的产生量约 4 6 0 0 毫升。在7 0 天内渗滤液产生总量约达到总产生量的5 0 ，而在前1 0 0 天达到6 4 。 0 0 8 0 6 0 4 0 2 0 0 1 12 13 14 1 5 16 1 7 18 19 11 0 1 1 1 1 1 2 1 1 3 1 1 4 1 1 5 1 1 6 1 1 7 1 1 8 1 时间( d ) 图3 1a 柱垃圾填埋初期渗滤液产生量变化曲线 f i g u r e3 1l e a c h a t ep r o d u c t i o nc t l r v co f c o l u m na i ni n i t i a ll a n d f i l l p