温度对填埋有机垃圾厌氧降解影响的定量研究

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厌氧填埋场中有机垃圾的降解过程,其实质是一个由多种细菌参与的多阶段复杂的生物化学过程,其反应速率对温度的变化很敏感。在温度较高时,酶的失活作用增强,酶反应总速率下降。当温度达到50~60℃时,许多种酶几乎完全失去活性。由此可见,温度是影响填埋场中有机垃圾降解的重要因素之一。针对相关研究的不足,本文首先建立了填埋垃圾降解所处阶段的判断标准。在此基础上开展了室内模拟实验研究,研究了温度对填埋有机垃圾渗滤液水质特征和填埋气体中甲烷含量的影响。进而推导出渗滤液中有机污染物降解理论模型,并根据实验研究结果,采用SPSS 13.0统计分析软件对各温度条件下渗滤液的衰减规律进行指数曲线拟合,并建立了渗滤液COD浓度衰减系数和温度之间的定量关系式。最后,借鉴化学反应热力学的相关理论,尝试分析了温度对产甲烷阶段典型反应方程平衡常数的影响,并建立了平衡常数和温度之间的定量关系式,同时对温度效应的影响机理进行了初步探讨。室内模拟实验研究结果表明:①温度控制在41℃和45℃的模拟垃圾柱C4和C5,在实验启动后140d,渗滤液COD浓度分别由最大值86614mg/L和90000mg/L降低到5216.5mg/L和5413.4mg/L,渗滤液中COD浓度分别降低了93.98%和93.99%,但实验后期氨氮浓度仍保持在1000mg/L左右,这也正是传统填埋场急需解决的问题。②垃圾降解产气过程中,运行温度控制在41℃的垃圾模拟柱C4填埋气体中甲烷含量最高且稳定,有利于填埋气体的回收利用。通过SPSS 13.0参数估计及模型检验结果,证明了各温度条件下渗滤液COD浓度衰减动力学模型是合理的,可以反映出不同温度下COD浓度的衰减规律。根据理论分析结果,产甲烷阶段的典型反应方程CH3COOH=CH4+CO2的平衡常数随着温度的升高而增大,并建立了平衡常数和温度之间的定量关系式。同时与实验研究结果进行了对比研究,得出温度效应的影响机理主要表现在两个方面:一方面反应的平衡常数随温度升高而增大,反应速率随之而增大;另一方面随温度升高,酶的变性作用加快,活性降低。本研究显示了实施温度控制对渗滤液污染防治和填埋气体回收利用的强大优势,其研究结果一方面可以丰富和发展垃圾降解理论,另一方面可望为预测我国南北方填埋垃圾的稳定化时间提供参考。
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