村镇生活垃圾微好氧填埋渗滤液减量化研究

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我国村镇生活垃圾填埋处理规模小,受地域气候,经济水平的影响大,现有应用于城市生活垃圾处理的大型卫生填埋场技术无法适用。如何有效减少填埋渗滤液产生量,研发适用于村镇生活垃圾卫生填埋技术是亟待解决的难题。本论文研究了不同通风量下微好氧填埋过程中的垃圾稳定化过程和渗滤液减量化效果。在荆州市埠河镇开展了南方多雨地区村镇垃圾微好氧填埋中试试验,探究微好氧填埋技术在村镇垃圾处理应用推广的可行性。本文主要的研究内容如下:1、不同通风量微好氧填埋渗滤液减量化研究设计不同梯度通风量的五组实验。结果表明,加速稳定化和渗滤液减量化的优化通风量为0.25-0.5 L·min-1·kg-1 DS(Dry Solid,垃圾干重),堆体温度升高至52-57.8 oC,有机质含量下降,堆体沉降率可达24.80%以上,渗滤液COD、NH4+-N分别降低至3000 mg/L、600 mg/L以内,填埋过程中蒸发水量可占总水量的8%-15%,单位质量垃圾渗滤液产量为0.17-0.19 m~3/t。当通风量从0.5 L·min-1·kg-1 DS上升到1.0L·min-1·kg-1 DS时,堆体温度有所下降,各项指标变化不显著,稳定化速率无明显加快。当通风量达到0.25-0.5 L·min-1·kg-1 DS时,填埋中期生化反应剧烈,堆体温度较高,放线菌门和厚壁菌门的丰度占比上升;通过环境因子关联分析可知,放线菌门和厚壁菌门是填埋垃圾堆体生物干化效应中渗滤液减量化的关键菌属。2、微好氧填埋接种微生物对渗滤液减量化的研究在微好氧填埋过程中分别添加接种鸡粪、厌氧污泥和堆肥残渣,并与不接种的对照组进行对比。结果表明,接种微生物后,填埋稳定化速度加快,生化反应更剧烈,堆体温度更高,堆体沉降速度更快,渗滤液中COD(Chemical Oxygen Demand,简称COD)和NH4+-N降解速率更快。填埋过程中蒸发水量占填埋过程中产生水分的10%-15%,水分蒸发潜热主要为微生物生化反应放热。接种微生物后,生化反应放热量更大,蒸发水产量占比更大,渗滤液产量降低,效果最明显的为接种鸡粪组,相比不接种的对照组蒸发水产量增加6%,渗滤液产量减少8%。厚壁菌门、放线菌门、拟杆菌门、变形菌门是填埋过程中的优势菌种,接种微生物强化的生物干化效果可能使垃圾渗滤液减量。3、微好氧填埋中试试验研究中试试验结果表明,低压实密度,小体积和进行适度通风能有效地增加堆体的氧浓度,加剧生化反应强度,增加堆体的温度和沉降率,降低渗滤液的污染负荷。相比于厌氧填埋反应器需要超过100天的稳定化时间,微好氧反应器在50天内,渗滤液各项指标均可达到稳定。CFD(Computational Fluid Dynamic,简称CFD)模拟结果表明,在连续通风的情况下,垃圾堆体内部氧气浓度质量分数高于19%,流场越密集的区域,流速越快,垃圾温度越低。基于渗滤液减量化的正交实验分析表明,微好氧填埋的优化工程参数为HDPE(High-density polyethylene,简称HDPE)膜覆盖、填埋小单元体积6.0 m~3(汇水面积:3.14 m~2)、压实密度0.5 t/m~3、通风方式选取自然通风,在此优化的参数下,垃圾渗滤液的产量可降低至0.1 m~3/t,渗滤液COD、NH4+-N的浓度在50天左右分别降低至2000 mg/L、100 mg/L以内,并达到稳定。4、微好氧填埋工程设计及工程效益分析以荆州市埠河镇应急垃圾填埋场为例进行微好氧填埋工程应用设计,根据中试试验推荐的优化工程参数:单元体积、压实密度、膜覆盖方式和通风管布置等,制订了村镇垃圾填埋场的微好氧填埋运行规程。微好氧填埋与传统厌氧填埋工艺对比可削减渗滤液排放量36.8%,CH4排放量89.69%,每吨垃圾处理成本降低26.2%,具有良好的的环境、经济、社会效益。
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