准好氧填埋在旱寒地区工程化试验

为探索旱寒地区生活垃圾填埋场渗滤液和填埋气等二次污染物原位削减的可行技术,在西北某填埋场建设了准好氧填埋工程示范,配合渗滤液回灌、填埋气主动负压收集和生物覆盖层过滤处理的工程措施,同时建设传统的厌氧填埋场作为对照组。示范填埋设计规模为20 t/d,共计运行188 d,总填埋量3 849.84 t。运行过程中18个填埋堆体气体采样器测试结果表明,氧气浓度平均为6.7%;填埋初期和作业期终止时,本工程渗滤液COD_(Cr)的浓度与对照组厌氧填埋场渗滤液COD_(Cr)浓度的比值分别为1.79和0.41,总氮浓度比值分别为2.61和0.93;作业期各导气井填埋气CH_(4)浓度均值为20.11%,填埋结束后21周为31.96%,主动收集气体的CH_(4)浓度均值为18.25%,生物过滤后可降至3.43%。以上表明,本工程示范的导气井-导排管-导气井填埋堆体通风通道设计,可形成堆体准好氧环境,在旱寒地区生活垃圾填埋场应用,具有原位削减渗滤液和填埋气环境负荷的作用。

准好氧填埋结构CH_4含量分布变化研究

依据准好氧填埋原理构建了填埋试验装置,对甲烷、氧气在准好氧填埋体中不同层次的体积分数进行了监测。结果表明:垃圾填埋体下层φ(CH4)为33 1%,φ(O2)为1 1%;中层φ(CH4)为15 0%,φ(O2)为4 2%;上层φ(CH4)为3 1%,φ(O2)为12 2%。而厌氧填埋结构的φ(CH4):下层为31 5%,中层为32 6%,上层为22 0%。在准好氧填埋结构条件下,φ(CH4)的分布具有下层>中层>上层的层次特性;φ(O2)呈上层>中层>下层的规律性。在准好氧填埋、厌氧填埋体中,φ(CH4)的平均值分别为17 0%和29 0%。

准好氧填埋结构耗氧半径的确定

依据准好氧填埋的原理构建了填埋试验装置.在准好氧填埋结构中,空气通过渗滤液收集主管道和竖直通风管道在垃圾层进行扩散,并在这些管道周围形成好氧区,在空气扩散不到的地方为厌氧区.依据氧气浓度在垃圾层内的不同来决定它在垃圾层内的分布状态.并通过对单独的一根竖直通风管道进行氧气浓度插值分析,判断氧气通过竖直通风管道在垃圾层内的影响区域.结果表明,氧气的浓度分布顺序为上层>中层>下层.确立了本实验条件下准好氧填埋的好氧区域,通过二次曲面进行拟合,得到它的水平耗氧半径为7.3m,竖直耗氧半径为3.5m.

大型准好氧填埋场渗滤液水质特性的研究

为进一步验证准好氧填埋技术的实用性,在成都市长安垃圾填埋场内进行了三个规模均为10 m×10 m×5 m的准好氧填埋单元试验研究,并分别对渗滤液的pH值、VFA、COD、BOD5和NH4+-N进行了分析。结果表明:对渗滤液中COD、BOD5的降解效果均较好,在分别经过742、704、697 d后,三个单元对COD的去除率分别达到了94.0%、98.0%和96.9%,对BOD5的去除率分别达到了99.4%、99.7%和99.6%;由于受到渗滤液收集管管径较小的限制,对NH4+-N的降解效果较差,因此需要根据准好氧填埋场的规模来调整渗滤液收集管的管径。

渗滤液回流对准好氧填埋产气过程影响研究

依据准好氧填埋的原理,构建了大型模拟填埋场。对准好氧填埋结构渗滤液回流情况下填埋气产气过程做了跟踪监测。定期测定填埋气中的组分浓度变化,结合填埋场渗滤液水质变化进行分析。结果表明准好氧填埋条件下进行渗滤液回流有利于减轻渗滤液的排放量且不会造成NH4+-N的累积。渗滤液回流可以加快甲烷的产气速度,渗滤液回流时的甲烷浓度约为不回流时的甲烷浓度的2倍。从而可加快垃圾的稳定化进程。

准好氧填埋结构中氧气扩散数值模拟

依据准好氧填埋的原理构建了填埋试验装置.对试验装置的φ(CH4),φ(CO2)和φ(O2)的动态变化进行了监测.在装填完成21周后,垃圾体进入产甲烷阶段,第27周时φ(CH4),φ(CO2)和φ(O2)的加权平均值分别为14.7%,18.6%和4.0%.在准好氧填埋结构中,空气通过渗滤液收集主管道和竖直导气管道在垃圾体中进行扩散,并在这些管道周围形成耗氧区域,在空气扩散不到的地方为厌氧区域.通过数学分析判断该装置内的耗氧区域,并对浓度等值线进行拟合,得到O2在纵剖面内呈双曲线分布,在垃圾体内呈双曲面分布,且φ(O2)呈顶部>底部>中部的状态.推导出了氧气水平方向的扩散方程,并得出装置的水平耗氧半径为94.2cm,约为导排管直径的23.5倍.分析得到纵剖面内的耗氧区域占93.6%,并得出耗氧区域的纵剖面方程和空间方程.

准好氧填埋场中间覆盖层CH_4释放及减排潜力

针对河北省某准好氧垃圾填埋场进行了CH_4释放通量测定,同时测验了中间覆盖材料的CH_4氧化性能,并在此基础上分析了准好氧垃圾填埋场作业过程中的CH_4减排潜力.结果表明,作业台阶表面中午和下午的CH_4释放通量相对较大,填埋龄为4、8、12、16个月的CH_4平均释放通量分别为4.79,21.16,81.04,7.44g/(m^2·d).CH_4氧化材料的氧化能力大小为:厌氧填埋陈腐垃圾>准好氧填埋陈腐垃圾>老覆盖土>陈腐垃圾:新土(1:10,m/m)>禽畜粪便堆肥>生活垃圾堆肥>新覆盖土.填埋龄为4、8、16个月填埋堆体选用厌氧填埋陈腐垃圾、准好氧填埋陈腐垃圾、老覆盖土、陈腐垃圾:新土(1:10,m/m)为覆盖层,理论上可以完全氧化作业台阶表面释放的CH_4气体;填埋龄为12个月填埋堆体采用陈腐垃圾和老覆土作为覆盖层,理论上可以氧化去除填埋堆体导气管周边5~15m范围内释放CH_4气体,但不能完全去除导气管5m范围内释放的CH_4.

准好氧填埋垃圾渗滤液全循环处理的影响因素研究

对准好氧垃圾填埋所产生的垃圾渗滤液进行全循环处理,考察了水力负荷和回灌次数对渗滤液除污效果的影响。正交试验结果表明,水力负荷是影响渗滤液中污染物去除效果的关键因素,回灌次数则为次要因素;较优的水力负荷和回灌次数分别为15.9 L/(m2.d)和3次/d,此时对渗滤液中COD、BOD5、NH4+-N的去除率分别为99.3%、99.7%和98.7%。

准好氧填埋场渗滤液重金属变化特性

为提高渗滤液中重金属的去除率,进行了模拟准好氧填埋场中试试验,分别对渗滤液pH值、氨氮和溶解氧等对准好氧填埋场渗滤液重金属变化特性的影响进行了研究.结果表明,渗滤液pH值和溶解氧等对重金属在填埋场中的迁移转化起重要作用.pH值较低时,渗滤液中重金属的浓度普遍较大;溶解氧对重金属浓度的影响取决于重金属在垃圾体中的存在形态;渗滤液中的Cr,N i和Pb在经过250 d准好氧填埋后,去除率分别达到76.5%,94.3%和91.4%.

准好氧填埋场的温度空间变异性

利用半变异函数，对准好氧填埋装置中温度的空间变异特性进行了研究，并对装置内部温度进行了Kriging（克里格法）插值，得到纵剖面的等温线图．对不同理论模型进行优化拟合结果表明，剖面上温度半变异函数用线性有基台值模型拟合，效果最好，得到的理论模型参数为：变程3．5m，基台值83．6．利用克里格法进行最优内插估值得到的温度等温线表明，高温区域一般位于填埋体中段4—16m的3m以上部分，低温区域一般位于填埋体两端及中段1m以下部分．可在高温区加大通风散热效果，以降低过高的温度；在低温区改善好氧环境，增大氧气含量，从而提高温度．对剖面上温度进行加权平均后，得到的准好氧填埋堆体的温度为59．8℃．这一温度可作为准好氧填埋结构基本形成的参考值。

准好氧填埋工艺温度变化特性研究

根据准好氧填埋理论，构建了大型模拟垃圾填埋场，并对填埋体温度、CH4、O2等参数进行了长期监测。结果表明，准好氧填埋场中温度分布规律为上层〉中层〉下层，平均温度分别为73，69．7和55．4℃；填埋温度参数与填埋体中氧气浓度存在着密切的相关关系；填埋体下层为厌氧环境，温度为54．8～58．6℃，属于高温厌氧发酵范围，甲烷浓度为25％；将填埋装置自身产生的渗滤液回流后，堆体中的温度显著提高，与回流清水的填埋处理相比，平均温度高出5．4～11．7℃，更有利于有机质的快速分解和填埋场的快速稳定化。

青藏高原地区准好氧填埋单元试验研究

为研究准好氧填埋技术在海拔高、空气稀薄、气温低、昼夜温差大、蒸发强、降雨少的青藏高原地区的适用性,在青藏高原不冻泉地区开展了为期14个月的准好氧填埋单元试验研究。试验结果表明,准好氧填埋单元的渗滤液COD浓度由3307 mg/L降低到403 mg/L,氨氮由135.4 mg/L降低到0.04 mg/L,渗滤液量大幅减少。研究为青藏高原地区提供了一种垃圾处理方式。

准好氧填埋场垃圾渗滤液全循环回灌处理研究

将模拟准好氧填埋场垃圾渗滤液进行全循环回灌处理,考察了不同回灌条件对渗滤液稳定化进程的影响。结果表明,不同回灌条件下垃圾渗滤液具有基本相同的稳定化进程,COD和BOD5值均经历了快速下降、稳定下降和缓慢下降3个时期;而氨氮浓度则是先升高后降低。每日回灌总量和回灌频率是影响渗滤液稳定化进程的主要因素:在一定范围内,二者取值越大则渗滤液的稳定化程度越高。

导排管径对模拟回灌型准好氧填埋结构运行的影响

为了解导排管管径对准好氧填埋的影响,运用室内模拟试验,分别采用80、50和25 mm 3种导排管管径模拟了回灌型准好氧填埋中垃圾堆体温度、渗滤液产量及水质等运行344 d的变化.结果表明:导排管管径对模拟回灌型准好氧填埋的运行有明显影响,管径越大,渗滤液产量越少,渗滤液pH值上升越快,而化学需氧量、氨氮和总氮等指标的污染负荷也得到快速改善;回灌型准好氧填埋导排管径和堆体水平堆放直径的比例达到1∶32时,渗滤液中有机基质能彻底降解;当二者比例大于1∶16时,不仅渗滤液中的有机基质降解彻底,而且也能迅速削减氮元素.

准好氧填埋场作业台阶表面CH_4气体的释放通量研究

采用静态通量箱/气相色谱法对河北某准好氧填埋场不同填埋龄作业台阶表面CH4气体的释放通量进行了测定。结果表明,准好氧填埋场作业台阶表面CH4气体的释放通量存在较大差异,其最大值和最小值分别为215.51和0.13g/(m2.d)。各填埋作业区中越靠近导气管的区域CH4气体释放量越大,而相同填埋作业区上午、中午和下午释放的CH4气体通量差异相对较小,但呈下午>中午>上午的趋势。填埋龄为8,12,16和20个月的各填埋作业区中CH4气体的平均释放通量分别为4.79,21.15,81.04和7.44g/(m2.d),并随着填埋龄的增加呈先增加后降低的趋势,在填埋16个月左右达到其释放高峰。此外,准好氧填埋场不同填埋龄作业区表面的CH4气体释放通量随着距离导气管距离的增加呈指数函数递减。

准好氧填埋场垃圾样品中甲烷氧化菌的群落多样性分析

为了探讨准好氧垃圾填埋场中的甲烷氧化机理,本研究利用RealTime-PCR和PCR-DGGE技术对其中的甲烷氧化菌分别进行了定量分析和群落多样性分析。研究结果表明,PCR-DGGE技术可以用于垃圾样品中甲烷氧化菌的微生物多样性分析;在距导气管0、2.5、5.0、10.0和15.0 m处垃圾样品中甲烷氧化菌的数量分别为1.13×109、2.22×108、2.38×108、2.20×107和5.21×106g-1,呈现逐渐降低的趋势;垃圾样品中甲烷氧化菌的丰富度和香侬多样性指数依次为:0 m>2.5 m>5.0 m=10.0m>15.0 m,此外,垃圾样品中甲烷氧化菌可归为:Methylocaldum(甲基暖菌属)、Methylobacterium(甲基杆菌属)和Methylocystis(甲基孢囊菌属),且优势菌种为Type I型Methylocaldum。

不同气候条件准好氧填埋单元试验研究

为验证准好氧填埋在不同气候条件下的适用性,分别在峨眉山市亚热带季风气候和青藏高原气候2种不同气候条件下,对准好氧填埋单元垃圾的降解进行了试验研究.研究结果表明:在气温较高、气候比较潮湿的峨眉山试验单元,垃圾降解速度较快,渗滤液COD质量浓度在经过419 d后就能达到渗滤液国家一级排放标准的要求;而在青藏高原试验单元,经过733 d后才能达到相同的排放标准;准好氧填埋单元试验中,渗滤液NH3-N的降解速度较COD的降解速度快.

准好氧填埋渗滤液中含氮污染物空间变化规律

就不同层次准好氧填埋渗滤液的氨氮和总氮浓度的动态变化规律进行研究,结果表明:在3个层次的渗滤液中,氨氮和总氮浓度均呈现稳定下降的规律。在试验58周时,上、中和下层渗滤液中氨氮的浓度分别降至45.6、329和820mg/L,下降率分别为86.5%、81.7%和72.8%;在3个层次的渗滤液中,上、中和下层总氮浓度,分别由开始的2207、3511和5751mg/L降至313、240和1228mg/L,呈稳定下降的规律,可以看出,准好氧填埋结构对氨氮和总氮去除有较好的效果。

准好氧填埋氧气扩散模拟分析

依据准好氧填埋工艺的原理建立了试验装置,在填埋进入相对稳定期后,测定填埋装置内各个采样点的填埋气体积分数φ(CH)4、φ(CO)2以及φ(O)2,分析了采样点到中心导气管的距离对φ(O)2的影响,并采用数学模型进行拟合。结果表明,准好氧填埋进入相对稳定期后,由于装置内外温度差异以及氧气浓度的差异使氧气通过导排管进入装置内部,并呈现出上层>下层>中层的规律。在垃圾填埋体的好氧分解反应、硝化作用以及甲烷氧化作用的共同作用下,下层与中层φ(O)2与距离的关系呈现指数规律下降,上层由于结构的特殊性呈现抛物线形状。

青藏高原生活垃圾准好氧填埋重金属变化特性试验研究

[目的]为准好氧填埋垃圾渗滤液的处理提供理论依据。[方法]采用循环式准好氧填埋结构,研究青藏高原地区生活垃圾准好氧填埋单元的重金属(Cd、Pb、Ni、Cr、Hg)变化特性。[结果]整个试验过程中渗滤液pH值保持在7.0以上。渗滤液中的有机污染物通过渗滤液回灌在较大程度上得到了降解和去除。准好氧填埋单元的渗滤液中的重金属浓度受渗滤液pH值、难溶金属化合物的溶度积常数、腐殖酸浓度等因素的影响。除了Hg一直呈下降趋势外,Cd、Pb、Ni、Cr出现了不同程度的升降变化。随着垃圾的开始降解,渗滤液中的重金属浓度增加。[结论]Cd、Ni和Pb在经过450 d的准好氧填埋后能够达到国家污水综合排放标准对一类污染物的浓度要求。