生物反应器填埋技术及其应用

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。目前日本一般废
弃物的最终处置场普遍采用了准好氧填埋的结构，日 本的工程实践证明了准好氧填埋的方式比较适合填埋 垃圾的无机物含量较高，规模属于中、小型的垃圾填 埋场。 ?,5A 和 2)345,6 等学者在解决卫 生 填 埋 晚 期 渗 滤液氮含量高的问题时，构思了将填埋场分为缺氧带、 厌氧带、好氧带运行的新思路，将脱氮过程所需要的 碳源和硝态氮从填埋场底部的好氧区送至顶部的缺氧 区，而厌氧 区 中 残 留 的 < 和 @ 则 相 应 地 送 至 好 氧 区 ， 从而实现硝化和反硝化，他们实验室的研究结果为氨 氮去处率 =0> ，同时渗滤液中硫化物也可得到有效的 去除
摘 要 本文分析了城市生活垃圾的厌氧 、 好 氧 及 准 好 氧 填 埋 方 式 的 特 点 $ 介 绍 了 当 前 国 内 外 垃 圾 渗 滤 水 场 内 循 环 处 理的两种趋势： （! ）以欧美国家为主的生物反应器填埋技术； （% ）以日本为主的循环式准好氧填埋技术。根据我国 城市垃圾有机物含量高的特点，提出了将准好氧填埋技术与生物反应器填埋技术特点相结合的垃圾渗滤液场内循环处 理的设计思路。 关键词 城市生活垃圾 填埋方式 生物反应器填埋 准好氧填埋
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厌氧 填埋
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是使垃圾层中进入空气，由此加速填埋垃圾中有机物 的好氧分解。在回灌的条件下，保证了填埋层中有充 足的水分，既减少了渗滤液的排放量，又降低了渗滤 液的污染强度。日本福冈大学的花岛正孝教授，在 “准好氧填埋”理论的基础上进行了“循环式准好氧填 埋”的实验，并且已经用于实践中
参考文献
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工程与技术 !"#$"%&’$"()*"+,-&./"010(2
生物反应器填埋技术及其应用
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于晓华 李国建 何品晶 邵立明 !同济大学环境科学与工程学院，上海 "###$"% 曲颂华（清华紫光环保有限公司，北京 &###’(）
$ 引言
随着人们对于填埋场所带来的各种环境影响认识 的深入，填埋技术不断得到发展，由最初的无控堆填， 逐步发展到具有防渗系统、集排水系统、导气系统和 覆盖系统的卫生填埋。目前发达国家中应用最广泛的 垃圾处理处置方式还是卫生填埋 （表 !） 。
［!］
厌氧填埋是目前世界范围内应用最为广泛的填埋 方式，厌氧填埋的指导思想是将垃圾填埋体独立于周 围的环境，属于封闭容器式填埋，垃圾填埋体必须经 过漫长的厌氧发酵（一般填埋场设计年限为 "# 年） ， 才 能实现最终稳定化、 无害化的目的。厌氧填埋场的优点 是结构简单， 建设成本低， 同时还可将填埋过程中产生 的沼气作为能源加以利用， 其缺点是垃圾中有机物降解 缓慢， 达到垃圾稳定化的时间较长， 占地较大， 二次污染
［’］
# 生活垃圾填埋处理技术的发展趋势
"#$ 生物反应器填埋技术
生物反应器填埋是在传统的卫生填埋技术的基础 上发展起来的，其核心是通过有目的的渗滤液回灌控 制系统，强化填埋垃圾中微生物的生物过程，从而加 速 垃 圾 中 可 降 解 有 机 组 分 的 转 化 和 稳 定 。 自 !& 世 纪
’& 年 代 起 ，美 国 、英 国 、加 拿 大 、澳 大 利 亚 、德 国 、
! 生活垃圾的填埋方式
卫生填埋按垃圾层中氧气的存在状况可分为厌氧、 好氧和准好氧三种填埋方式
"#! 厌氧填埋
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环境保护 !""# ・ !
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化， 同时也降低了渗滤液的污染强度， 但是容易出现集 水管道结垢而堵塞， 达不到自然通风效果的问题。王琪、
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研究既要借鉴国外经验，更要考虑自身特点。
表 ! 国内外部分城市垃圾的组分 （"） 组分 有机物 纸 玻璃 金属 塑料 织物 无机废物 纽约 巴黎 伦敦 北京 上海 大连
/ 国家环境保护总局污染控制司 1 城市与固体废物管理与处理
处置技术 1 中国石化出版社， #)))1/
从表 !、表 " 可以看出我国的垃圾组分中有机物的 含量是发达国家的 #$" 倍，渗滤液属于高浓度有机废 水，而我国的垃圾分类收集工作刚刚起步，要获得一 定的效果还需要相当长的时间，因此在渗滤液处理问 题上不能完全采纳国外的一些处理技术。根据表 ! 的 数据，我们可以看出在垃圾填埋层中有空气的情况下， 封场后 # 年 %&’( 即可由运行期间的 "))))$())))*+ , 下降到 .!))*+ , -。针对我国国情及垃圾渗滤液的水质 特点，笔者认为我国的垃圾渗滤液回灌处理适合采用 组合的工艺技术，即在填埋初期（/$! 年）或在填埋层 不太厚的情况下，采用好氧或准好氧的填埋工艺，尽 快使填埋场底层的垃圾稳定化，然后调整为生物反应 器型填埋工艺，充分发挥稳定化的垃圾层所具有的天 然厌氧生物滤床作用，最大限度地降低排放渗滤液的 污染强度，以减轻后续渗滤液处理的负担。
我国城市垃圾成分与发达国家相比存在很大差异
［/］ （表 " ） ，发达国家城市垃圾的特点是食品垃圾和灰渣
所占比例低，而纸类、玻璃、塑料等较高，同时垃圾 含水率一般为 !&>1"&> ，与土壤持水能力相当，而我 国垃圾含水率一般在 7&>10&> ，夏季更高；垃圾成分
［/［ ］/&］ 的不同导致了所产生的渗滤液的差异也很大（表 7 ） 。
［!［ ］"］ 范洁等报道了渗滤液水质与填埋结构的关系 （表 !） 。
技术体系已初具规模，已有 !&& 多座垃圾填埋场采用 了此技术。该方法除具有加速垃圾的稳定化、减少渗 滤液的场外处理量、回灌后的渗滤液水量水质得到均 衡、降低渗滤液污染物强度等优点外，还有比其他处 理方案更为节省的经济效益。但是受厌氧填埋场特性 的限制，回灌并不能完全消除渗滤液。且回灌后的渗 滤液氨氮含量高，仍需要进一步处理后才能排放。
，花岛教授通过
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实验得 到 的 结 论 是 ：" 年 间 垃 圾 中 的 有 机 污 染 物 约
准好氧 填埋
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=&> 转 入 气 相 ， 成 为 <?!、 @! 等 气 体 ； 而 厌 氧 填 埋 ，
有机污染物约 =&> 转入渗滤液中
。 8)-39: 等
人的研究表明，渗滤液回灌增加了填埋场的有效库容 量，促进了垃圾中有机化合物的降解，缩短了产沼时 间
［;］
。 <5:-), 报道了目前在美国生物反应器填埋场的
这种短期内不能改变的状况决定了我国垃圾填埋技术
环境保护 !""# ・ !
!"
工程与技术 !"#$"%&’$"()*"+,-&./"010(2
［7］ ［0］
，这种设计思路有待于在现场试验中进一步研
究。我国王琪等人的实验室研究也初步表明：在半好 氧状态下 @B"C@ 浓度可以降到 /& D# $ % 以下；沼气产 生速率大大高于未回流的填埋层；同时填埋层渗滤液 中有机物浓度大大降低［’］ （<?E<: 去除率最高可以达到 。 =0>以上）
$ 适合我国城市垃圾特点的填埋技术的设想
表 ! 部分发达国家城市垃圾处理概况
问题严重。
焚烧
国家 美国 日本 德国 英国 法国 荷兰 比利时 瑞士 丹麦 奥地利 瑞典 澳大利亚
卫生填埋
堆肥
"#" 好氧填埋
好氧填埋是利用鼓风机直接向填埋垃圾体中鼓风， 对填埋初期垃圾中有机物的迅速降解有很好的效果， 可 以使垃圾达到稳定化的时间大大缩短， 同时降低渗滤液 的污染强度， 因此越来越受到各国的重视， 尤其是近年 来 $ 许多大中城市的填埋用地越来越紧张， 厌氧填埋带 来的二次污染问题日益突出， 使越来越多的国家转而开 始研究好氧填埋的方式， 但是好氧填埋由于要向宽厚的 垃圾填埋体中强制通风， 所以工艺设备复杂， 动力消耗 大， 运行管理费用高， 而且鼓风同样也会带来空气污染 的问题， 目前还没有实际运行的工程实例。
表! 填埋 结构
垃圾填埋场结构与渗滤液水质关系 单位： # $ % 填埋 期间 封场后 封场后 封场后
指标
; 个月 7&10& 7&10& /
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/年 "&17& "&17& &GH
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!年 /&1!& /&1!& &G;
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循环式准好氧填埋技术 循环式准好氧填埋最早是由日本提出的，其核心
圾填埋场渗滤液的处理设计大多照搬一般污水处理的 技术，由于没有充分考虑垃圾填埋和渗滤液的特点， 传统的生物处理法和物化方法 0不是难以达标就是运行 费用高，因此，有针对性地进行符合我国国情的经济 而切实可行的填埋工艺及渗滤液处理研究，是我们今 后研究的重点课题。
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表# 指标 上海 杭州
国内外一些垃圾填埋场渗滤液水质指标 广州 深圳 台北
（除 GM 外，其他指标单位为 *+ , -） 英国 西班牙 法国
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"#$ 准好氧填埋
准好氧填埋设计的思想是不用动力供氧， 而是利用 渗滤液收集管道的不满流设计， 使空气自然通入， 在垃 圾堆体发酵产生温差的推动下，使填埋层处于需氧状 态， 可以保证在填埋场内部存在一定的好氧区域， 特别 是在渗滤液集排水管和排气管周围存在好氧区域， 抑制 了沼气和硫化氢等气体的产生， 垃圾也能尽早达到稳定
# 王琪 0 周北海 1 填埋场渗滤液控制系统的作用与组成 1 环境科
： #3$!/ 学研究 0/2230 // （! ）
! 范洁amp;10& 7&10& &GH1/
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好氧 填埋
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丹麦、意大利、瑞典和日本等国相继开始了生物反应 器填埋场的研究。()*+,-), 等人的研究表明， 通过渗滤 液回灌可以缩短填埋垃圾的稳定化进程 .使原需 /01!& 年的稳定过程缩短至 !1" 年）。 2)345,6 等人把垃圾填 埋场看作生物反应器， 提出喷洒的渗滤液量应根据垃圾 的稳定化进程而逐步提高， 一般在填埋场处于产酸阶段 早期时， 回喷的渗滤液量宜少， 在产气阶段则可以逐渐 增加；另外由于填埋场内垃圾处于不同的稳定化阶段， 可以将产甲烷区垃圾层排出的渗滤液回灌至新填入的 产酸区垃圾层， 而将新垃圾层所产生的渗滤液回灌至老 龄填埋区， 这样有利于加速污染物的溶出和有机污染物 的分解， 同时加速垃圾层的稳定化进程