城市垃圾处理的新动向_生物反应器填埋场技术

城市垃圾处理的新动向———生物反应器填埋场技术Ξ

李启彬,刘　丹,欧阳峰

(西南交通大学土木工程学院,成都　610031)

摘要:基于传统垃圾卫生填埋场的不足,介绍了生物反应器填埋场及其对垃圾和渗滤液中污染物的有效去除和阻滞机理,总结了生物反应器填埋场降低渗滤液污染强度、增加填埋场有效容积、提高产气量、加速填埋场稳定、降低垃圾处置成本等优势,概括了生物反应器填埋场设计和操作运行要素,提出了今后的发展方向。

关键词:生物反应器填埋场;填埋场;垃圾处理;渗滤液回灌

中图分类号:X705 文献标识码:A 文章编号:1002-1264(2001)01-0024-04

N ew T rends in Municip al Solid W aste Disposal2Bioreactor Land fill

LI Qi2bin,LI U Dan,OUY ANG2Feng

(Sch ool of Civil Eng.,S outhwest Jiaotong University,Chengdu610031,China)

Abstract:Based on the disadvantages of traditional land fills,bioreactor land fill and its mechanisms of rem oval and at2 tenuation to pollutants within refuse and leachate are introduced.The bioreactor land fills have such advantages as re2 ducing the pollution intensity of leachate,ex panding the available capacity of land fill,enhancing the production of gas,accelerating the stabilization of land fill,lowering the disposal cost of waste.The principles of h ow to design and operate a bioreactor land fill are summarized and the development tendency of bioreactor land fill is brought forward. K ey w ords:bioreactor land fill;　land fill;　municipal s olid waste disposal;　leachate recirculation

为减少渗滤液产量,传统的垃圾卫生填埋场要求实行单元填埋、每日覆盖,封场时再用自然土和粘土甚至土工膜组成最终覆盖层。因此严格按上述要求施工的填埋场封场后就成了一个垃圾的“干墓穴”,由于湿度减小,微生物活动减弱甚至停止,封场后很长一段时间(数十年)内垃圾保持不变或变化很小。公众将填埋场中未分解的垃圾体看作是一颗将来人为控制系统失效后会发生爆炸的“定时炸弹”[1],故许多城市在新填埋场选址时遇到了很大的阻力。那些防水措施存在缺陷的填埋场,虽然有水进入场内使填埋垃圾发生降解,但水量分布不均使填埋场达到稳定仍需数十年才能完成,还伴随着长期的渗滤液处理和填埋场监管问题。

1　生物反应器填埋场及其研究动态生物反应器填埋场是通过有目的的控制手段强化微生物过程从而加速垃圾中易降解和中等易降解有机组分转化和稳定的一种垃圾卫生填埋场运行方式。这些控制手段包括液体(水、渗滤液)注入、备选覆盖层设计、营养添加、pH调节、温度调节和供氧等。

自20世纪70年代起美国、英国、加拿大、澳大利亚、德国、丹麦、意大利、瑞典和日本等相继开始了生物反应器填埋场的研究[2]。70年代以美国为先驱主要进行渗滤液回灌技术的实验室研究,80年代起英、美已有部分填埋场开始应用渗滤液回灌技术,但大多都是在填埋场设计和施工完成后才将其作为一项渗滤液管理技术加以利用。80年代后期有关生物反应器填埋场的研究工作开始转入以填埋小室研究为主,尚包括部分面积达数公顷的大规模现场研究,研究对照参数包括渗滤液回灌、注水、污泥接种、垃圾密度、供氧、升温、垃圾破碎、日覆盖与最终覆盖、不同性质垃圾混合、营养物添加等。我国从1995年起进行了为数不多的渗滤液回灌实验室研究,但尚未见有关生物反应器填埋场的系统研究报道。

2　生物反应器填埋场对污染物的去　除及阻滞机理

2.1　对一般有机污染物的净化机理

渗滤液回灌不仅提高了生物反应器填埋场湿度还增加了有机物和微生物,若再配合营养添加和pH调节等操作,就完全可以创造一个适合厌氧微生物生长繁殖的环境,众多研究者均一致认为此时

42第14卷1期

2001年2月

城市环境与城市生态

UR BAN E NVIRONME NT&UR BAN EC O LOGY

V ol14,N o.1

Feb.　2001

Ξ收稿日期:2000-06-26

的填埋场完全就是一个天然的厌氧生物滤池[3-6]。此时,垃圾中易降解和中等易降解的有机组分以及回灌的渗滤液中的有机组分在微生物作用下迅速发生水解、酸发酵和甲烷发酵等反应,从而在比传统填埋场短得多的时间内场内垃圾和回灌渗滤液中的有机污染物得到有效去除而不仅仅是转嫁了污染途径。2.2　对重金属的阻滞机理

生物反应器填埋场对重金属的阻滞受渗滤液性质的影响。早期填埋场处于产酸阶段,渗滤液pH 一般较低,许多金属离子都能迁移,此时渗滤液

更具危害性。随着产甲烷阶段的快速形成,填埋场的氧化还原电位(Eh )迅速降低,处于还原条件下的低Eh 促使微生物将渗滤液中的S O 42-还原成S 2-,使众多金属离子形成极难溶的硫化物沉淀。随着此时填埋场迅速向中性或弱碱性转化,也有利于金属离子形成碳酸盐沉淀和氢氧化物沉淀,而垃圾在降解过程中生成的大分子类腐殖质也易与重金属离子形成稳定的螯合物。形成沉淀和螯合物后,重金属得以大量滞留,渗滤液中Fe 、Ni 、Cd 、Zn 、Pb 等浓度降至极低的水平[7]。2.3　对有毒有机物的去除机理

生物反应器填埋场通过渗滤液回灌延长了渗滤液在场内的水力停留时间,使微生物与有毒有机物、必须营养物能保持连续的接触,强化了专性微生物的同化作用及其对有毒有机物的生物转化、去除过程[7]。

3　生物反应器填埋场的优势

3.1　降低外排渗滤液污染强度

填埋前期渗滤液中污染物浓度很高,此时可将

渗滤液全部回灌,待填埋场进入甲烷化阶段后再根据现场情况排放部分污染强度已较低的渗滤液。众多渗滤液回灌研究表明外排渗滤液典型浓度值为C OD 70-500m g/L ,BOD 30-350m g/L [8],因而在排放时可根据情况不需处理或只进行简单处理。3.2　增加填埋场有效容积

一方面填埋垃圾快速分解而体积减少、沉降加快[5,9],增大了填埋能力;另一方面使用其它日覆盖层也可使土—垃圾比小于传统填埋场1:4的比例,

提高填埋场的空间利用率,最终减少填埋场占地[1,10]。3.3　提高气体产量和产气速率

由于优化了微生物生长环境,生物反应器填埋

场快速进入甲烷化阶段,使产气时间提前,产气期更集中,

单位垃圾产气量更大,因而更具回收利用价值[1,3,11]。3.4　加速填埋场稳定

图1是传统卫生填埋场与生物反应器填埋场场内湿度变化情况[12],图2是两类填埋场中易降解和中等易降解有机垃圾的降解情况,可以看出生物反应器填埋场能在封场后较短一段时间内实现稳定[12]。填埋场提前稳定可缩短封场后维护监管时间,减小控制系统后期可能失效的长期潜在风险,还可提前复用填埋场地。

填埋时间

———生物反应器填埋场

……传统填埋场:①自然土最终覆盖;②粘土最终覆盖;③复合土工膜覆盖。

图1　生物反应器填埋场与传统填埋场场内湿度变化趋势

填埋时间

———生物反应器填埋场

……传统填埋场:①自然土最终覆盖;②粘土最终覆盖;③复合土工膜覆盖。

图2　生物反应器填埋场与传统填埋场场内易降解和中等易降解有机物降解趋势比较

3.5　减小渗滤液水量水质波动对场外处理系统的

冲击

生物反应器填埋场内垃圾体的巨大缓冲能力完全可以均衡如降雨等外因造成的渗滤液水量和水质波动,从而使外排的渗滤液能保持一定程度的稳定,减少对场外渗滤液处理系统的冲击[1]。3.6　减小渗滤液处理系统的设计风险

由于生物反应器填埋场初期渗滤液不需排放,故完全可以根据前期渗滤液特点针对性地设计渗滤液处理系统[7],避免了传统填埋场渗滤液处理系统“事前”盲目设计造成的实用性和处理效率误差。3.7　降低填埋垃圾处理成本

P ohland (1995)将采用渗滤液回灌的生物反应器

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