[城市生活垃圾填埋产沼的模拟实验]垃圾填埋的模拟实验

第16卷3期2003年6月

城市环境与城市生态

URBANENVIRONMENT&URBANECOLOGYVol16,No.3Jun.　2003

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城市生活垃圾填埋产沼的模拟实验

彭绪亚,黄文雄,刘国涛,余毅

(重庆大学城市建设与环境工程学院,重庆　400045)

Ξ

　　摘要:通过城市生活垃圾的填埋降解模拟实验,研究了不同温度、不同垃圾成份对垃圾降解及填埋气产生过程的影响。实验结果表明:增加温度及在填埋垃圾中添加污泥,可加快填埋垃圾的降解与填埋气的产生,实验期间累计产气量分别比对照组提高2.04和3.4倍;以厨余垃圾为主的样品垃圾,其产气过程的显著特征是产气速率衰减较快,这与国外文献报道有较大差异。对我国城市生活垃圾,填埋封场后产气量的快速衰减,是填埋气利用规划设计应该考虑的问题。

关键词:生活垃圾;填埋降解;填埋气;产气速率

中图分类号:X705　　文献标识码:A　　文章编号:1002-()03-ExperimentalSimulationofLandPENGXu2ya2Yi

(FacultyofUrbanC,ChongqingUniversity,Chongqing　400045,China)Abstract

:processunderdifferentcompositionandtemperaturecon2ditionswasbyafilllysimeterofmunicipalsolidwaste.TheexperimentalresultsshowthathighertemperatureandsludgeadditiontoMSWcanaccelerateorganicwastesdecompositionandlandfillgasproduction.Intheexperimentalperiod,accumulationgasproductionis2.04and3.4timesofthecontrolgroup.Thegasproductionrateofkitchenwastedeclinesrapidlywhichisquitedifferentfromthatreportedbyapoadre2searchers.SotherapiddeclineofgasproductionafterlandfillclosurewillgiveadeepeffectonLFGrecoveryprac2tice.

Keywords:municipalsolidwaste;　decomposition;　landfillgas;　generationrate

　　我国城市生活垃圾的成份与国外有较大差

异,垃圾降解速度及填埋气产生量、产气速率亦有所不同。因此,针对我国城市生活垃圾成份特点,研究填埋垃圾降解过程及填埋气的产生量、产生速率,积累有关基础数据,对我国垃圾填埋气污染控制与回收利用工程实践具有重要意义。本文以重庆市城市生活垃圾为研究对象,通过垃圾填埋降解模拟实验,研究了不同温度、不同垃圾成份对填埋垃圾降解过程及填埋气产生量、产生速率的影响。

埋柱底部设有渗沥液排出口并装有阀门,垃圾体下部放置50mm砾石层。顶盖接口处用玻璃胶密封并用螺栓紧固,使其严格密闭以保证填埋柱内的厌氧环境。

1　填埋降解过程实验

1.1　实验装置

图1　实验装置示图

　　本次模拟实验装置如图1所示,模拟填埋柱采用Ф160mm的圆柱形硬质PVC管,管长1.0m。柱内放置一根Ф15mm,长0.96m的PVC花管,用来导排垃圾填埋气。柱体顶盖上设有气体收集口,用乳胶管接到湿式气体流量计上。此外,顶盖上还设有渗沥液回灌入口及温度测量孔;填

Ξ基金项目:国家自然科学基金项目(59978053)

1.2　实验材料与实验过程

　　为了比较温度和垃圾成分对填埋降解过程及填埋气产生的影响,进行了不同温度和不同垃圾成份的对比实验。实验分为两组,第一组由A、B两填埋柱组成,分别放置于温度为室温的房间和用暖风机加热的密闭小室,用以比较不同温度条

　收稿日期:2002-09-09;修改稿日期:2003-02-21

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　　城市环境与城市生态　16卷3期　2003年

件下的填埋产气情况。第二组为生活垃圾与污泥

混合填埋和生活垃圾直接填埋的对比实验,由C、D两填埋柱组成,两根填埋柱同时放置于用暖风

因此造成这一结果的直接原因是B柱的平均温度比柱A高出6.3℃,表明温度对填埋产气的影响明显。

机加热的密闭小室,其温度条件一致,以研究不同垃圾成份对产气过程的影响。

　　实验垃圾取自重庆市沙坪坝区一城市生活垃圾转运站,垃圾成份为厨余64.6%、纸张8.3%、庭院9.1%、塑料2.8%、无机物15.2%。污泥取自重庆市某污水处理厂的脱水生污泥,含水率为0.759g/g湿污泥,有机质VS含量为0.497g/g干污泥。4个填埋柱装填参数见表1。由于柱D中填入了12.15kg生活垃圾和2.85kg脱水污泥,所以柱D的含水率和VS含量与柱C实验期间每日记录气体流量、,集渗滤液,值。

　项目

装填总量(kg)装填体积(m3)装填高度(m)密度(kg/m3)含水率(%)

挥发固体S(%干重)装填垃圾干重(kg)()

A柱11.50.0170.9569050.4947.435.69B柱12.00.0170.9571550.4947.435.94C柱13.20.0160.9182067.856.524.25D柱15.00.0160.9193170.0755.504.60图2　A、B柱填埋气的累积产量

2.2　B两柱填埋气体产生速率的。从图3可以看出,A、B两柱在垃圾填入后分别在第6天和第3天到达产气峰值

,其最大产气速率为3.5L/d和15.0L/d。在产气速率到达高峰后,两柱的产气速率都是快速下降,经过一个相对比较平缓的时期后(约20d),在第35天左右产气达到稳定状态,产气速率仅为0.6L/d。

1.3　分析方法

　　实验垃圾及污泥的取样及含水率和挥发固体的分析均按《中华人民共和国城镇建设行业标准》CJ/T3039-95和CJ/T96-1999规定的方法。垃圾填埋气中的CH4和CO2的测定采用SC-2000-020GC气相色谱仪,选用2m×3mm不锈钢填充柱,TCD(热导池)检测器,固定相为60-80目的GDX-502,并用N2000色谱工作站进行数据分析。气体成分和含量的分析的采样频率是每周一次,每次对每根填埋柱进行3组平行样测定,取其平均值为气体的百分含量。

图3　A、B柱填埋气的产气速率

2　实验结果分析与讨论

2.1　温度对气产过程的影响

2.1.1　温度对气产量的影响　　在不同温度下,A、B两柱的累积产气曲线如图2所示。在实验期间A柱累积产气51.0L,而B

柱累积产气104.2L,A柱产气量只有B柱的48.9%。若以两柱的单位质量的有机质的产气量来进行比较,柱B单位质量的有机质所产生的填埋气是柱A的2.04倍。由于A、B两柱的垃圾特性一致,除了温度条件外,其它运行参数均一致,

　　国外一些实验结果表明,在实验室模拟实验中,产气速率会出现有两个峰值,第一个产气高峰的出现是由于碳水化合物的分解,而第二个峰值的出现则是由于具有相对较长产气滞后期的蛋白质及脂类化合物的降解。在本实验中A、B两柱这种现象不是很明显。主要原因是本实验的垃圾有机物中碳水化合物(蔬菜垃圾)占的比例较大,而蛋白质及脂类化合物比例相对较小。由于我国城市生活垃圾有机质成分及含量与国外有较大差异,垃圾填埋后产气量的迅速衰减是国内填埋气回收利用工程值得注意的问题。2.2　添加污泥对产气过程的影响2.2.1　添加污泥对产气量的影响　　填埋气的产生与垃圾体中微生物的数量及种群有关[1]。在填埋柱中加入少量污水厂脱水污泥,垃圾中微生物种群发生较大改变,必然对产气过程产生影响,图4、5给出了C、D两柱对比实验的结果。

彭绪亚,等　城市生活垃圾填埋产沼的模拟实验　　

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图4　C、D

柱填埋气的累积产量

图7　柱D埴埋气组成及随时间的变化

图

5　C、D　　

从图4产气量达C103.0L,仅为D柱的29.6%。C2.40kg,D柱为2.55kg,二者相差很小。但D柱的单位质量有机质的产气量是C柱的3.4倍,即在相同时间段内,柱D内有机垃圾的降解转化速率较柱C更快。表明添加污泥起到了在垃圾堆体中接种厌氧菌的作用,可加速有机垃圾的降解,提高填埋产气量。2.2.2　添加污泥对产气速率的影响　　从图5可以看出,C、D柱在垃圾装填后,便很快到达产气峰值,C柱在第6天、D柱在第3天就到达产气高峰。C柱的最高产气速率为15.8L/d,D柱为21.1L/d。如果以单位质量有机质表示,则C柱最大产气速率为6.58L/(kgVS・d),D柱最大产气速率为8.28L/(kgVS・d),说明D柱的单位质量有机质的最大产气速率比C柱高出30%以上。在产气速率到达高峰后,两柱的产气速率都是迅速下降,达到稳定状态后,D柱的产气速率仍然在2.0L/d左右波动,而C柱产气速率仅为0.5L/d。这说明添加污泥不仅能够增加填埋气总的产量,而且还提高了产气速率。2.2.3　添加污泥对气体成分和含量的影响　　图6、7给出了C、D两柱填埋气体成分随时间的变化情况。

　　通过测定气体成分表明,在填埋67d后,填埋气体中就没有检测到O2,即两柱已经进入了厌。C,CH4含量,67%102天的;相应地,C2逐渐下降到57.35%。而柱D4含量从67d一直在64.03%上下波动,这说明柱D的气体成分较为稳定。实验期间C柱产气中甲烷平均含量为35%,D柱中甲烷平均含量为64.03%。可见在填埋垃圾中加入污泥能够加速降解进程,还可显著增加填埋气中甲烷含量,这一特点对填埋气的回收利用具有十分积极的意义,同时也为污泥的资源化利用提供了经济可行的途径。

3　结论及建议

3.1　实验表明,以厨余垃圾为主的城市生活垃圾,填埋后很快达到产气高峰,但产气量随之迅速衰减,产气速率维持在较低水平。这种产气过程

特点与国外生活垃圾有较大区别。在实际填埋气体回收利用工程中,停止向填埋场填入垃圾(封场后),填埋气产气量的快速衰减,将是国内填埋气收集利用规划设计时应该考虑的问题。3.2　提高垃圾体温度能显著增加填埋气的产生量。本次实验中,A柱平均温度为26.3℃,B柱为32.6℃,单位质量有机质产气量B柱是A柱的2.04倍;最大产气速率B柱是A柱的4.3倍,且比A柱更快达到产气高峰。3.3　在填埋垃圾中加入少量污水厂污泥,能加快填埋垃圾中有机物的降解与填埋气的产生。对比实验表明,添加了污泥的填埋柱的单位质量有机质产气量是没有添加污泥的3.4倍。且填埋气中CH4含量明显高于没有添加污泥的填埋柱填埋气中CH4含量。参考文献

[1]　杨琦,等.垃圾填埋场的厌氧降解作用及其微生物类群[J].

中国沼气,15(3)1997:7-10.

图6　柱C填埋气组成及随时间

作者简介:彭绪亚(1963-),男,重庆人,副教授,主要研究方向为

固体废物污染控制与资源化,发表论文20余篇。