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随着我国城市化进程的加快,城市规模的不断扩大和人们生活水平的日益提高,城市垃圾的产量也在逐年增加。填埋法是我国垃圾处理处置的主要方式,伴随垃圾填埋会产生大量的垃圾填埋气。而垃圾填埋气是一种可回收利用的能源,对它进行利用不仅能减轻其对环境的污染,而且能创造一笔财富,变废为宝。
我国在填埋场甲烷产生预测和评价研究方面处于刚刚起步阶段,尚缺乏准确的预测方法和评价数据,而目前大规模的垃圾处理工程实践急需对填埋气产生及迁移做系统而深入的研究。虽然国外对垃圾填埋产气进行了大量的研究,积累了许多有益的数据、方法和经验,但由于我国的垃圾特性和填埋场条件与国外差异较大,垃圾降解速度及填埋气产生量、产气速率亦有所不同,许多已经研究开发的填埋场甲烷产生模型不能直接利用。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。
本文针对我国垃圾成分以厨余为主的特点,选择可快速降解成分垃圾和厨余垃圾为填埋材料,进行了室内模拟实验研究。通过实验研究我国垃圾有机物降解产气机理;定量调节pH值至中性进行渗滤液回灌、接种微生物两个因素对填埋产气的影响。主要实验结论如下:
(1)对于易降解垃圾厌氧降解,填埋气的产生主要集中于两个阶段,即产酸阶段及产甲烷阶段初期。并且对于易降解垃圾填埋气的产生,可忽略其产气滞后期。
(2)调节pH值进行渗滤液回灌有利于垃圾填埋产气。①产气量是直接进行渗滤液原液回灌的产气量的2倍,产气速率比直接进行渗滤液原液回灌的产气速率要大。②进入产甲烷阶段所需时间更短,为29天。渗滤液原液回灌进入产甲烷阶段所需时间为35天。③甲烷体积分数所占的比例更大,甲烷体积分数平均值分别为23.53%和32.69%。④渗滤液中的COD、VFA指标浓度下降的较快。
(3)添加污泥有利于垃圾填埋产气,产气量是未添加污泥垃圾填埋产气量的3倍,产气速率也更快,进入产甲烷阶段所需时间更短。
根据实验结论中的产气主要集中在两个阶段的理论,并假设两个阶段分别符合线性关系和一级反应关系,建立了二阶段符合产气速率模型,利用该模型对实验数据进行了拟合,取得了较好的效果,初步证明模型的合理性和可行性。另将该模型与两步一级模型进行了对比分析,得出二阶段符合产气速率模型是两步一级模型的简化。最后利用两步一级模型进行了物料平衡分析。