（市政工程专业论文）基于现场试验的循环式垃圾准好氧填埋研究.pdf

西南交通大学博士研究生学位论文第1 页 摘要 准好氧填埋技术因具有填埋结构简单、垃圾降解速度快等优势而成为目前 垃圾处理处置领域的一个研究热点。但是目前国内的研究仍以基于室内试验的 理论分析为主，为了探索准好氧填埋技术的工程适应性和对准好氧填埋技术的 一些重要问题进行深入研究，开展了三个规模为1 0 m 1 0 m 5 m 的不同回灌方 式和前期不同覆盖方式的垃圾循环式准好氧填埋单元的现场试验。探讨了准好 氧填埋场渗滤液水质在不同时期的降解规律；氧气在准好氧填埋场的传质和消 耗规律以及填埋气体的排放规律。同时对填埋场污染物运移的平衡流与优先流 进行数值模拟，确定影响污染物运移的主要因素。本研究可为准好氧填埋技术 的推广应用提供相关的技术参数和理论依据。 通过对试验单元渗滤液水质的监测，结果表明：三个单元的c o d 在分别 经过7 4 2 、7 0 4 、6 9 7 天后，从最初的2 6 1 7 2m g l 、7 2 4 3 5m 班和6 5 3 2 4m g l 降低到1 5 6 6 m g l 、1 4 4 3 m g l 和2 0 1 3 m g l ，去除率分别为9 4 o 、9 8 0 和 9 6 9 。b o d 5 分别从2 1 0 1 2 m g l 、4 2 8 0 0 m g l 和3 3 9 0 0 m g l 降低到1 3 0 m g l 、 1 2 0 m g l 和1 4 0 m g l ，去除率为9 9 4 、9 9 7 和9 9 6 。可以看出准好氧填 埋对有机物的去除效果明显，但是由于受到渗滤液收集管直径较小的限制，渗 滤液氨氮的降解受到一定的影响，降解效果不够理想。分别利用e x c e l 和l i n g o 软件对渗滤液c o d 降解模型进行拟合和预测，结果显示采用l i n g o 拟合的结 果与实测值比较接近，其预测值也更为准确。 在考虑弥散、对流、吸附和降解作用下，首次利用f l e x p d e 软件对填埋 场污染物的平衡流和优先流运移模型进行模拟。研究表明：在平衡流条件下， 当扩散系数和渗流速度增大时，污染物的浓度降低趋势很明显。当扩散系数为 0 5 m 2 d 和o 0 5 m 2 d 时，扩散系数较小方向上的运移可以忽略不计，渗流速度 降低到o 0 2 m d 后，对污染物运移的影响可以忽略不计。污染物衰减系数对污 染物运移的影响较大，衰减系数越大，污染物浓度降低得越快，而当污染物衰 减系数减小到o 0 0 0 8 d 后，污染物浓度变化受衰减系数的影响大大减小。通过 优先流模拟发现，在流动区域，由于污染物随着流体快速运移，其浓度也发生 较大的变化，而对于不流动区域，由于污染物浓度的变化只受到降解以及动力 学传质的影响，所以其浓度变化缓慢；流动区域的含水率越大，不流动区域污 第l i 页西南交通大学博士研究生学位论文 染物浓度降低的越快；传质系数越大，不流动区域污染物浓度降低越快，相对 而言流动区域的浓度有所增大。在优先流发生时，渗流速度和扩散系数明显增 大，当扩散系数为5 m 2 d ，渗流速度为2 m d 时，到了第5 0 天，流动区域污染 物浓度的最大值与扩散系数为o 5 m 2 d ，渗流速度为0 2 m d 相比较，降低了 9 6 7 。说明优先流对污染物运移的影响大。 对准好氧填埋场氧气的传质和消耗规律进行试验研究，并利用s u r f e r 软件 对试验数据进行分析。结果表明：氧气在垃圾层的传递方式主要以扩散传递为 主：通过覆盖层进入垃圾层中的氧气分布具有一定的层次效应，从上到下浓度 依次减小。在渗滤液收集管氧气供给的影响下，导气管周围的氧气浓度有所增 加。三个试验单元上、中、下层氧气的平均浓度分别为：1 3 8 、2 1 、o 6 ； 1 3 6 、2 3 、0 3 ；1 3 8 、2 4 、o 4 。利用氧气浓度的大小将填埋场的 不同垃圾降解区域进行划分，好氧、兼氧和厌氧区的氧气浓度分别为大于 2 4 、大于o 而小于等于2 4 和等于0 。 利用静态箱法对准好氧填埋场填埋气体排放通量进行研究。结果表明，距 离导气管较近的区域，在垃圾好氧降解的条件下，c h 4 的排放通量绝大部分接 近于零，即处于完全被氧化的状态。随着离导气管距离的增加，c h 4 排放量逐 渐增大，但是受到填埋场垃圾层厚度等的影响，不同的区域的c h 4 和c 0 2 排 放量有所不同，填埋垃圾层较厚的区域，气体的产量增大，排放量也较大。在 填埋边坡地带，c h 4 排放量较低，c 0 2 排放量较大，在覆盖层较薄区域，大气 渗透到垃圾层的深度增加，使垃圾好氧降解区域增大，c 0 2 排放量增大。整个 试验中的c h 4 排放量远远低于c 0 2 排放量，两者的通量比值除了第二单元在4 月为4 7 外，其余时段都在6 8 8 以上，最大比值达到2 0 4 9 4 0 ，说明在准好氧填 埋条件下，c h 4 排放量大大减小。 关键词：准好氧填埋；渗滤液水质；污染物运移：氧气；填埋气体 西南交通大学博士研究生学位论文第1 li 页 a b s tr a c t s e m i a e r o b i cl a n d f i l lt e c h n o l o g yi sap o p u l a rr e s e a r c hf i e l do fw a s t ed i s p o s a l f o rt h es i m p l es t r u c t u r ea n df a s t e rd e g r a d a t i o n b u tm o s tr e s e a r c h e sa r ei u s ti n l a b o r a t o r yi np r e s e n t t ov e r i f yt h ea p p l i c a b i l i t yo fs e m i a e r o b i cl a n d f i l la n d d i s c u s sm a n yi m p o r t a n tt h e c h n o l o g i e so fi t ，t h r e ep i l o t - s c a l eu n i t s ( 1o mx10 mx5 m ) a r ec o n s t r u c t e da tt h e c h a n g a nl a n d f i l l s i t eo fc h e n g d uc i t y , t h el e a c h a t ei s r e c i r c u l a t e di nd i f f e r e n tw a y s ，h d p ea n dc l a ya r e a d o p t e da st h ec o v e ri nt h e b e g i n n i n go ft h er e s e a r c h ，t h ed e g r a d a t i o nr u l eo fl e a c h a t eq u a l i t yi nd i f f e r e n t p e r i o d ，t h et r a n s p o r t a t i o na n dc o n s u m p t i o no ft h eo x y g e ni nt h ee x p e r i m e n t a lu n i t s a n dt h ee m i s s i o nr u l eo fl a n d f i l lg a sa r ed i s c u s s e d m e a n w h i l e t h ei n f l u e n c ef a c t o r s o ft h ec o n t a m i n a n tt r a n s p o r t a t i o ni nb a l a n c e d f l o wa n dp r e f e r e n t i a lf l o wa r e d i s c u s s e d b a s e do nt h er e s e a r c h ，t e c h n i c a lp a r a m e t e r sa n dt h e o r e t i c a lb a s i sa r e p r o v i d e df o rt h ea p p l i c a t i o no fs e m i a e r o b i cl a n d f i l l t h el e a c h a t e q u a l i t yo ft h ee x p e r i m e n t a lu n i t sa r em o n i t o r e d ，t h er e s u l t s s h o w e dt h a t ，t h el e a c h a t ec o n c e n t r a t i o no fc o d d r o p p e df r o m2 6 1 7 2m g l 7 2 4 3 5 m g la n d6 5 3 2 4m g lo r i g i n a l l yt o15 6 6 m g l ，14 4 3 m g la n d2 013 m g lf i n a l l y , a n dt h er e m o v a lr a t e sa r e9 4 o 9 8 o a n d9 6 9 r e s p e c t i v e l y t h ec o n c e n t r a t i o n o fb o dd r o p p e df r o m21012 m g l ，4 2 8 0 0 m la n d3 3 9 0 0 m g l o r i g i n a l l yt o l3 0 m g l ，1 2 0 m g la n d1 4 0 m g lf i n a l l y , t h er e m o v a lr a t e sa r e9 9 4 9 9 7 a n d 9 9 6 r e s p e c t i v e l y b a s e do nt h er e s u l t s i ti so b v i o u st h a tt h ed e g r a d a t i o no f o r g a n i c i se f f e c t i v ei nt h e s e m i a e r o b i c1 a n d f i l l e x p e r i m e n t a lu n i t s b u tt h e d e g r a d a t i o no fa m m o n i an i t r o g e ni sn o tg o o db e c a u s eo ft h es m a l ld i a m e t e ro f l e a c h a t ec o l l e c t i o np i p e t h et r e n do fc o di sf i t t e db ye x c e la n dl i n g ow i t har e s u l tt h a t l i n g oi sm o r ee f f e c t i v e ，s ot h er e s u l t so fp r e d i c t e db yl i n g oa r em o r er e l i a b l e u n d e rt h ee f f e c to fd i s p e r s i o n ，c o n v e c t i o n ，a d s o r p t i o na n dd e g r a d a t i o n ，t h e b a l a n c e df l o wa n dp r e f e r e n t i a lf l o wo ft h el a n d f i l lc o n t a m i n a n ta r ef i r s t l ym o d e l l e d b yf l e x p d e u n d e rt h eb a l a n c e df l o wc o n d i t i o n ，w i t ht h ei n c r e a s i n go ft h e d i s p e r s i o nc o e m c i e n ta n dt h ef l o wv e l o c i t y , t h ec o n t a m i n a n tc o n c e n t r a t i o nd r o p p e d o b v i o u s l y w h e nt h ed i s p e r s i o nc o e f f i c i e n t s a r eo 5 m 2 da n d0 0 5 m 2 d t h e c o n t a m i n a n tt r a n s p o r t a t i o ni s n e g l i g i b l ei n t h el a t t e rd i r e c t i o n w h e nt h ef l o w v e l o c i t yf e l lt oo 0 2 m d ，i t se f f e c to nc o n t a m i n a n tt r a n s p o r t a t i o ni sn e g l i g i b l e t h e c o n t a m i n a n td e c a y i n gc o e f f i c i e n ti n f l u e n c e do nt h ec o n t a m i n a n t t r a n s p o r t a t i o n 第1v 页西南交通大学博士研究生学位论文 e f f e c t i v e l y , w h e nt h ed e c a y i n gc o e f f i c i e n ti sg r e a t e r , t h ec o n t a m i n a n td r o p p e df a s t e r t o o a n dw h e nt h ec o n t a m i n a n td e c a y i n gc o e f f i c i e n tf e l lt o0 0 0 0 8 d ，t h ee f f e c to n c o n t a m i n a n tt r a n s p o r t a t i o ni sn e g l i g i b l e f r o mt h em o d e lo fp r e f e r e n t i a lf l o w , d u e t ot h ec o n t a m i n a n tf l o ww i t ht h ef a s t e rl i q u i di nt h em o b i l ed o m a i n ，t h e c o n t a m i n a n tc o n c e n t r a t i o n c h a n g e d f a s t e r i nt h ei m m o b i l ed o m a i n ，t h e c o n t a m i n a n tc o n c e n t r a t i o ni se f f e c t e db yt h ed e g r a d a t i o na n df i r s t o r d e rm a s s t r a n s f e r , s oi tc h a n g e ds l o w l y w h e nt h ew a t e rc o n t e n to ft h em o b i l ed o m a i ni s g r e a t e r , t h ec o n t a m i n a n tc o n c e n t r a t i o ni ni m m o b i l ed o m a i nd r o p p e df a s t e r a n d w h e nt h ef i r s t o r d e rm a s st r a n s f e rc o e f f i c i e n ti s g r e a t e r , t h e c o n t a m i n a n t c o n c e n t r a t i o ni nt h ei m m o b i l ed o m a i nd r o p p e df a s t e r m e a n w h i l e t h ec o n t a m i n a n t c o n c e n t r a t i o ni nt h em o b i l ed o m a i ni n c r e a s e da c c o r d i n g l y u n d e rt h ec o n d i t i o no f p r e f e r e n t i a lf l o w , t h ef l o wv e l o c i t y a n dd i s p e r s i o nc o e f f i c i e n ti s i n c r e a s i n g o b v i o u s l y w h e nt h ed i s p e r s i o nt o e f f i c i e n ti s5 m z d ，f l o wv e l o c i t yi s2 m d ，t h e m a x i m u mv a l u eo fc o n t a m i n a n tc o n c e n t r a t i o ni nt h ei m m o b il ed o m a i nd e c r e a s e d 9 6 7 c o m p a r i n gw i t ht h ed i s p e r s i o nc o e f f i c i e n ti s0 5 m z da n dt h ef l o wv e l o c i t yi s 0 2 m d s o ，t h ep r e f e ：r e n t i a lf l o we f f e c t e dt h ec o n t a m i n a n tt r a n s p o r t a t i o no b v i o u s l y t h eo x y g e nt r a n s p o r t a t i o na n dc o n s u m p t i o ni ns e m i - a e r o b i cl a n d f i l li st e s t e d b yt h ee x p e r i m e n t a lu n i t s ，a n dt h e t e s td a t ai sa n a l y z e db ys u r f e r o x y g e ni s t r a n s p o r t e di nt h ew a s t em o s t l yb yd i s p e r s i o n t h eo x y g e ni si m p o r t e df r o mt h ec o v e r i ss t r a t i f y e x ti nt h el a n d f i l l ，a n df r o mt h eu p p e rl a y e rt ot h eu n d e rl a y e r , t h eo x y g e n c o n c e n t r a t i o ni sd e c r e a s i n gw i t ht h ed e p t h b u tf r o mt h el e a c h a t ec o l l e c t i o np i p e ， o x y g e nc o u l db et a k e ni nt h el a n d f i l ll a y e r , s ot h eo x y g e nc o n c e n t r a t i o na r o u n dt h e l a n d f i l lg a sc o l l e c t i o np i p ei si n c r e a s e d i nt h et h r e ee x p e r i m e n t a lu n i t s ，t h ea v e r a g e o x y g e nc o n c e n t r a t i o no ft h eu p p e rl a y e r , m i d d l el a y e ra n du n d e rl a y e ra r e1 3 8 ， 2 1 ，0 6 ，l3 6 ，2 3 ，0 3 ，13 8 ，2 4 a n d0 4 r e s p e c t i v e l y t h ea r e ao f w a s t ed e g r a d a t i o ni sp a r t i t i o n e db yt h eo x y g e nc o n c e n t r a t i o n ，i nt h ea e r o b i c ，a n o x i c a n da n a e r o b i ca r e a s ，t h eo x y g e nc o n c e n t r a t i o ni sm o r et h a n2 4 ，m o r et h a n0a n d l e s st h a no re q u a lt o2 4 a n de q u a lt o0r e s p e c t i v e l y t h es e m i a e r o b i cl a n d f i l lg a sf l u xi st e s t e db ys t a t i cc h a m b e rm e t h o d t h e r e s u l t ss h o w e dt h a tm e t h a n ef l u xi sc l o s e dt o0m o s t l yi nt h ea r e aa r o u n dt h e l a n d f i l lg a sc o l l e c t i o np i p e ，b e c a u s em e t h a n ei so x i d i z e da l m o s te n t i r e l y w i t ht h e i n c r e a s i n gd i s t a n c et ol a n d f i l lg a sc o l l e c t i o np i p e ，m e t h a n ef l u xi se n h a n c e d b e c a u s e o ft h ed i f f e r e n c ed e p t ho fw a s t el a y e r m e t h a n ea n dc a r b o nd i o x i d ef l u xa r e d i f f e r e n t i nt h ea r e aw i t ht h i c k e rl a y e hl a n d f i l lg a sy i e l di si n c r e a s e d a n dt h ef l u x 西南交通大学博士研究生学位论文第v 页 i si n c r e a s e dt o o o nt h es i d eo fs l o p e s a t m o s p h e r ei st a k e ni nd e e p e rl a y e r , s ot h e a e r o b i ca r e aa n dc a r b o nd i o x i d ef l u xi n c r e a s e d a tt h es a m et i m e m e t h a n ef l u x d e c r e a s e d i nt h ew h o l ee x p e r i m e n tp e r i o d m e t h a n ef l u xi sf a rs m a l l e rt h a nc a r b o n d i o x i d ef l u x ，t h er a t i oo fm e t h a n ef l u xt oc a r b o nd i o x i d ef l u xi sa l m o s tm o r et h a n 6 8 8 ，t h em a x i m a lr a t i oi s2 0 4 9 4 0 ，a n dt h em i n i m a lr a t i oi s4 7 。t h i si st a k e np l a c ei n t h es e c o n de x p e r i m e n t a lu n i ti na p r i l f r o mt h es t u d y , i ti so b v i o u st h a ti n s e m i a e r o b i cl a n d f i l l m e t h a n ef l u xi sv e r ys m a l l k e yw o r d s ：s e m i a e r o b i cl a n d f i l l ；l e a c h a t eq u a l i t y ；c o n t a m i n a n tt r a n s p o r t a t i o n ； o x y g e n ；l a n d f i l lg a s 西南交通大学 学位论文创新性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下独立进行研究 工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他 个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本论文的研究做出贡献的个人 和集体，均已在文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由 本人承担。 本学位论文的创新点如下： 1 建立了污染物运移的优先流模型，并对模型进行模拟研究，探讨扩 散系数、渗流速度、垃圾降解衰减系数、流动和不流动区域的传质系数等对 污染物运移的影响。将污染物运移规律从均质、平衡流向非均质、非平衡流 转化。这与污染物运移的实际情况更加吻合，模拟结果更加可信，从而有助 于填埋场垃圾稳定化进程的准确计算和预测。内容参见论文3 2 节。 2 开展了准好氧填埋场氧气传质和消耗规律的试验研究，并对氧气在 垃圾层中的分布和分区进行探讨，深化对填埋场各类污染物去除机理的认识 和理解，从而为填埋场污染物控制提供可靠的依据。内容参见论文4 2 、4 3 、 4 5 和4 6 节。 3 采用静态箱法对准好氧填埋场填埋气体的排放通量进行系统研究， 探讨准好氧填埋场气体的排放规律，提出了通过合理设计覆盖层厚度可以最 大限度地减少准好氧填埋场甲烷气体排放的构想。内容参见论文5 3 节。 学位论文作者签名：碴呻 日期：a 呷年歹月 西南交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查 阅和借阅，本人授权西南交通大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入 有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印、或扫描等复制手段保存和汇编 本学位论文。 本学位论文属于 1 保密团，在i 年解密后适用本授权书； 2 不保密函，适用本授权书。 学位论文作者签名：纠 指导教师签名： 日期：呷年岁月多7 日日纠年 西南交通大学博士研究生学位论文第1 页 1 1 研究背景 第1 章绪论 1 1 1 我国垃圾处理现状 固体废弃物是指人类在生产建设、日常生活和其他活动中产生的，在一定 时间和地点无法利用而被丢弃的污染环境的固体、半固体废弃物质f j 】。而城市 垃圾是指在城市日常生活或者为日常生活提供服务的活动中产生的固体废物 口】。据统计，我国城市生活垃圾的历年堆积量已达6 0 亿吨，侵占土地面积5 亿 多m 2 ，全国6 6 1 个建制市中，有7 0 的大中城市被垃圾包围【3 】。我国城市垃圾 年产量已达1 5 亿吨，城市生活垃圾的人均日产量为0 9 1 2 k g ，而且每年以 8 一1 0 的速度增长1 4 j 。城市生活垃圾对人类造成的危害主要体现在：占用大量 土地、产生的渗滤液污染农田和地下水、产生的气体以及滋生的蚊虫危害人体 健康、垃圾发生自燃或爆炸等。 统计资料显示，2 0 0 6 年全国产生的城市生活垃圾总量为1 4 8 4 1 3 万吨，其 中无害化处理量为7 8 7 2 6 万吨，无害化处理率为5 2 2 【引。其中卫生填埋处理 厂3 2 4 座，处理垃圾6 4 0 8 2 万吨，占无害化处理量的8 1 4 ；堆肥厂2 0 座， 处理垃圾2 8 8 2 万吨，占3 7 ；焚烧厂6 9 座，处理垃圾1 1 3 7 6 万吨，占1 4 5 。 不管是从垃圾处理厂的多少还是从垃圾处理量的大小来看，卫生填埋都是我国 现阶段垃圾处置的主要方式。从今后一段时期垃圾处理处置技术的发展情况来 看，卫生填埋因具有操作简单、处理量大、费用低等优点，仍将成为我国的主 要垃圾处置方式。堆肥技术由于重金属含量较高，长期使用会导致农田出现重 金属积累的问题，与此同时，由于堆肥中的有机成分含量较低，堆肥产品的销 路问题也受到一定的影响。焚烧技术则因投资和运行费用高昂，使其在欠发达 地区的推广应用受到很大的限制。 由以上分析看出，随着经济水平的发展、人口数量的增多，将会产生越来 越多的城市生活垃圾，这就给垃圾的处理处置带来了巨大的挑战。尽管在今后 一段时间内垃圾卫生填埋仍将作为我国主要的垃圾处置技术，但如何克服垃圾 降解慢，稳定化时间长，占用土地多等技术上的不足，使其具有旺盛的生命力 和更加广阔的推广应用前景，对经济发展水平不高，土地资源较为紧缺，环境 第2 页西南交通大学博士研究生学位论文 形势仍然十分严峻的我国而言就显得尤其重要。 1 1 2 传统卫生填埋技术的不足 垃圾卫生填埋技术是在原来的露天堆放的基础上发展而来的，早期的垃圾 处理只是将垃圾运到一个坑洼地带进行堆放而没有采用任何的环保措施。直到 2 0 世纪3 0 年代，美国对传统的填埋法进行了改良，提出了系统化、机械化的科 学填埋法，称为卫生填埋法。卫生填埋是指利用工程的手段，采取有效的技术 措施，防止渗滤液及有害气体对水体和大气的污染，并将垃圾压实减容至最小， 在每天操作结束或每隔一定的时间用土覆盖，使整个过程对公共卫生安全及环 境污染均无危害的一种土地处理垃圾的方法【6 】。卫生填埋按照垃圾降解的机理 可以分为好氧填埋、准好氧填埋和厌氧填埋，而垃圾厌氧填埋是我国目前采用 的主要卫生填埋技术，这主要因为它具有处理量大、适应性广、工程投资和运 行成本低、技术成熟、操作简单等优势【7 j 。 但是随着厌氧卫生填埋技术的推广应用，其技术上的不足也日渐凸显，并 引起了环卫部门环境工程师和专家学者等的高度重视。李启彬【8 j 对厌氧填埋技 术的不足之处进行总结，主要包括以下几个方面：( 1 ) 在垃圾厌氧填埋场，由 于垃圾按照厌氧方式进行降解，使得降解速度缓慢，达到稳定化的时间长达十 几年甚至数十年，造成填埋场维护监管期长，后续的渗滤液处理、填埋气体处 理费用居高不下。( 2 ) 渗滤液水量、水质波动大，污染强度高，处理费用大。 ( 3 ) 产气滞后历时长，产气量小，不利于回收利用。 随着填埋技术的发展，在2 0 世纪7 0 年代，美国的p o h l a n d 教授开始了生物 反应器填埋场的研究一j ，其目的是要通过有目的的控制手段强化微生物过程， 加速垃圾中易降解和中等易降解的有机组分快速降解和稳定。而这些手段中， 应用最多的就是渗滤液回灌技术，通过渗滤液回灌，使垃圾层含水率增大，同 时将渗滤液中的微生物以及营养成分重新带回垃圾层，达到垃圾快速降解的目 的。但是，在厌氧渗滤液回灌型填埋场垃圾快速降解的同时，渗滤液的回灌使 得渗滤液氨氮积累，导致氨氮浓度的增高i l o 一2 l 。这给渗滤液的处理带来不便， 因此很多学者又开始对其它的垃圾填埋技术进行研究。 1 1 3 准好氧填埋技术及其优势 1 9 6 7 年，在福冈市政府的支持下，福冈大学开始进行垃圾处置方式的研究， 在总结厌氧、好氧填埋技术的基础上，提出了准好氧填埋技术，并于1 9 7 5 年在 西南交通大学博士研究生学位论文第3 页 福冈市建立了第一个准好氧填埋场【1 刘( s h i n k a m a t al a n d f i l l ) 。2 0 世纪7 0 年代， 准好氧填埋业已成为日本主要的垃圾处置方式，现已推广应用于太平洋周边各 国，包括马来西亚、印度尼西亚、菲律宾、韩国、伊朗以及巴西等国【l 弘1 4 j 。1 9 9 6 年马来西亚建立了a m p a n gj a j a r 填埋场，1 9 9 8 年伊朗建立了t e h r a n m u n i c i p a l i t y 填埋场，2 0 0 3 年1 0 月，在联合国人居署的帮助下，日本福冈市政 府和福冈大学与山东省潍坊市合作，共同建立了我国第一个库容为1 1 6 万立方 米的准好氧填埋场【j 引。 准好氧填埋完整的定义是：渗滤液和填埋气体分别通过渗滤液收集管和导 气管而连续地从垃圾体内向外排出，通过适当的工程设计使填埋场外部空气在 填埋场内外温差的作用下经过渗滤液收集管进入垃圾体内，这样由于增加了垃 圾体内微生物的活性而使垃圾稳定化进程加快以及渗滤液水质变好的填埋系 统【1 6 】。准好氧填埋与厌氧填埋的主要区别在于准好氧填埋渗滤液收集主管的 末端直接与外界空气相连，设计时渗滤液在收集管中所占的高度比例小于管径 的1 3 ，这样，渗滤液收集管处于不满流状态，其上部直接与大气相通，使得 空气可以进入垃圾体，从而形成好氧条件，加速垃圾降解【l7 | 。与此同时，所 产生的渗滤液能够得以快速排出填埋场而进入渗滤液调节池，从而防止因渗滤 液水头过高而带来的渗漏危害。在准好氧条件下，微生物在垃圾降解的过程中 产生的大量热量使垃圾体内的温度升高，与外界环境产生温差，外界空气通过 渗滤液收集管在对流作用下源源不断地进入到垃圾体中( 烟囱效应) ，直至垃 圾体中有机成分的降解基本完成，垃圾体温度降低到与外界基本相同这是 准好氧条件的形成机理，也是准好氧与好氧之间的主要区别【1 引。 准好氧填埋的优势主要体现在以下几个方面： ( 1 ) 填埋结构简单 从前面的论述可知，准好氧填埋结构与厌氧填埋相似，只是将渗滤液收集 主管的末端伸出填埋场外直接与大气相通，而并不需要其它任何特殊结构。 ( 2 ) 减小环境污染的风险 由于准好氧填埋场渗滤液收集管直接与大气相连，末端位于渗滤液调节池 上部，产生的渗滤液可立即排出填埋场，直接进入调节池，而停留在填埋场内 部的只是被垃圾层截留的部分，在填埋场底部并没有形成压力水头，这样就减 小了因渗滤液在垃圾层中过多积累而带来的渗漏风险。 ( 3 ) 加速垃圾的降解 在准好氧填埋场，垃圾经过一年填埋后，渗滤液b o d 可降低到1 0 0 m g l 以 下【1 9 _ 2 刚。这说明在准好氧填埋中，垃圾的降解速率大大加快，几乎不亚于好氧 填埋条件下的降解速率。由于氧气进入了垃圾层，形成了好氧环境，而好氧环 第4 页西南交通大学博士研究生学位论文 境中垃圾降解速度快的主要原因是：好氧环境下垃圾层中具有大量的微生物以 及孢子细菌，在外界环境条件不变的情况下，垃圾降解能够稳定进行；好氧环 境下垃圾层中的微生物对纤维素的降解效果好。而在厌氧填埋中所产生有机酸 抑制了微生物的生长，从而导致厌氧填埋垃圾降解速度的减慢【2 l _ 2 2 1 。 ( 4 ) 改善环境卫生条件 由于好氧条件的形成，有机物很快转化为气态物质，以c 0 2 和水蒸汽形式 存在；减少了h 2 s 等气体的产生，因此臭味减少，卫生条件得到改善。 ( 5 ) 减少渗滤液的处理费用 在准好氧填埋条件下，渗滤液水质得到改善，c o d 、b o d 、氨氮浓度比 一般卫生填埋场低1 5 2 倍 6 , 2 3 1 ，从而减少了渗滤液处理费用。 ( 6 ) 大大减少甲烷气体的产量 由于好氧降解将有机物最终分解成c 0 2 和水，所以准好氧填埋产生的温室 气体二甲烷气体大大减少，与厌氧填埋相比，准好氧填埋场甲烷的产量减少 t 5 9 1 7 - 1 9 , 2 4 1 。 ( 7 ) 减小土地使用面积 由于降解加快，填埋面积较小( 与厌氧填埋相比较) ，填埋场地的复用时 间提前【。7 9 1 。 ( 8 ) 与好氧填埋相比，投资大大降低 由于好氧填埋需要提供动力来满足供氧的需求，这样就大大增加了填埋费 用，而准好氧填埋是通过自然通风以达到垃圾快速降解的目的，所以运行费用 大大减少。 1 2 研究现状 1 2 1 准好氧填埋技术的研究现状 准好氧填埋研究在日本开展得比较多，从准好氧形成机理、垃圾降解机理 到循环式准好氧填埋都进行过相关研究，而我国在最近几年也出现了准好氧填 埋的研究热潮，大批的学者开展了从实验室到现场实验的研究。s h i m a o k a 等 卜“1 研究发现准好氧填埋对垃圾的洗脱作用比较显著，在填埋层底部垃圾降解 速度较快，氮在填埋层底部也得到了硝化与反硝化；而对于厌氧填埋，因为没 有氧气的存在，所以硝化反应难以进行。s a n g c h u l 等e ”】通过模拟准好氧填埋场 中垃圾的降解过程得出以下结论：有机物的洗脱主要发生在垃圾层的上层，有 机物的好氧降解主要在中层，而下层主要进行有机物的好氧降解以及硝化和反 西南交通大学博士研究生学位论文第5 页 硝化；对渗滤液的处理则主要于好氧区以及填埋层下层进行。花岛正孝【z b j 通 过实验研究表明：在3 年的填埋期内，准好氧填埋条件下约有9 0 的有机物转 化为气相，而在厌氧填埋条件下，9 0 的有机物转化为液相。我国王琪等【2 ，j 通过实验室研究表明：采用循环式准好氧填埋技术可以使渗滤液中有机物浓度 大大降低，c o d c r 去除率最高可以达到9 5 以上，氨氮浓度可以降到1 0 m g l p _ ) , 下。n a m h o o nl e e 掣2 8j 通过不同厚度的准好氧垃圾填埋层对垃圾降解速率影响 的研究，结果表明：垃圾层厚度大的准好氧垃圾填埋层t o c 和t - n 的产率小于 厚度较小的填埋层，当厚度过大时，t - n 的去除速率并没有明显升高，因为此 时氮淋滤于渗滤液中，并以硝酸盐氮的形式存在，氮在填埋层底部没有被反硝 化；温度和p h 值在填埋层中的作用不仅仅只是增强微生物活性，还对有机碳 和氮起到溶解作用。y a s u s h im a t s u f u j i j 等通过室内模拟实验，对垃圾降解和 产气速度进行实时监测，研究结果表明可生物降解有机质的降解过程可以分为 两个阶段：1 0 年内是易降解物质生物发生降解；1 1 年以后则是较难降解物质的 降解，且降解速度为好氧最快，准好氧其次，厌氧最慢。 李帆等【3 m 3 l j 在江西九江进行了规模为2 0 0 m x 3 8 m x 6 0 m 的准好氧填埋场 现场试验的温度空间变异研究，结果表明：填埋体温度分布为上层 中层 下层， 平均温度分别为7 3 ，6 9 7 和5 5 4 ：高温区域一般位于填埋体长度方向 4 - 1 6 m 的3 m 以上区域，低温区域一般位于填埋体两端及中间部分l m 以下区域。 h a n a s h i m a 等【32 】采用的有限元分析计算表明：准好氧填埋条件下的产热由好氧 生化反应引起，其产热区为空气入口上方垃圾体中的一个半椭圆区。 刘玉强等【3 列对准好氧填埋场c h 4 、0 2 浓度的动态变化进行了监测，并与厌 氧填埋结构进行了比较，结果表明：准好氧与厌氧填埋c h 4 的平均浓度变化范 围分别为7 一1 3 、3 5 - 5 0 ；c h a 浓度在准好氧填埋、厌氧填埋方式下都表现 出明显的空间层次效应，呈现出下层 中层 上层的规律性；准好氧填埋结构的 0 2 浓度呈现上层 中层 下层的规律性。董路等【3 4 】对准好氧填埋场的c h 4 和0 2 浓度进行研究，结果表明：垃圾填埋体下层c h 4 浓度为3 3 1 ；0 2 浓度为1 1 ； 中层c h 4 浓度为1 5 0 ，0 2 浓度为4 2 ；上层c h 4 浓度为3 1 ，0 2 浓度为1 2 2 。 而厌氧填埋结构的c h 。浓度：下层为3 1 5 ，中层为3 2 6 ，上层为2 2 o 。在准 好氧填埋、厌氧填埋体中，c h 4 浓度的平均值分别为1 7 0 i 手1 1 2 9 0 。张正安 等【”】对准好氧填埋场上中下层的c h 4 、c 0 2 、0 2 浓度的变化规律进行研究，结 果表明：随着0 2 浓度的增加，上层c h 4 浓度呈对数规律下降，而c 0 2 浓度呈线性 规律下降：中层c h 4 浓度和c 0 2 浓度均呈指数规律下降；下层c h 4 浓度呈指数 规律下降，而c 0 2 浓度先保持在3 4 左右波动，当0 2 浓度大于1 8 后呈指数规律 下降。上层主要为好氧带，c h 4 浓度低于c 0 2 浓度；中层主要为兼氧带，当0 2 浓 第6 页西南交通大学博士研究生学位论文 度小于5 8 时c h 4 浓度高于c 0 2 浓度