【摘要】： 垃圾填埋場穩(wěn)定化過程中不斷釋放出滲濾液與填埋氣體(LFG),能夠產(chǎn)生一系列的資源與環(huán)境問題。從生活垃圾填埋流體無害化處置與資源化開發(fā)并重的高度去研究垃圾填埋場流體的產(chǎn)生與地球化學遷移轉(zhuǎn)化行為,進而探索新型的生物反應器填埋技術與工藝,可為生活垃圾的無害化與資源化處理提供科學的理論依據(jù)與實踐方法。 論文以理論分析為基礎,自主設計的不同規(guī)模、不同相似性尺度的模擬填埋裝置為實驗平臺,室內(nèi)模擬填埋實驗為主要研究方法,結合填埋場現(xiàn)場調(diào)研及數(shù)學建模等輔助手段,從生活垃圾填埋處理無害化與資源化相統(tǒng)一的新視角研究了填埋垃圾降解流體產(chǎn)生與地球化學遷移轉(zhuǎn)化過程。構建了填埋場碳元素生物地球化學遷移轉(zhuǎn)化模式,揭示了填埋體系固、液、氣三相演化特征及三相間演化的定量關系,探明了各因素影響下的填埋垃圾降解流體產(chǎn)生規(guī)律、建立了垃圾生物氣人工誘導理論,探討了填埋場水分運移對生物化學作用的影響及其機理,提出了一種新的精控型間歇式厭氧生物反應器填埋工藝,并構建了精控型間歇式厭氧生物反應器填埋場的結構及運行模式。 論文研究表明: ①垃圾生物質(zhì)的不斷損失是造成填埋場二次污染及LFG資源化水平不高的根本原因,減少垃圾生物質(zhì)損失量的同時提高其氣相轉(zhuǎn)化率,是進行人工干預、實現(xiàn)城市生活垃圾填埋無害化與資源化處理的理論關鍵。 ②較高的反應溫度及產(chǎn)甲烷菌代謝能力能夠促進固相生物質(zhì)的快速水解;水解發(fā)酵菌長期的水解酸化主導作用導致垃圾生物質(zhì)累計損失量不斷增加,而產(chǎn)甲烷菌的代謝活動則可減小垃圾生物質(zhì)的累計損失量。使填埋體系快速進入穩(wěn)定的產(chǎn)氣階段,并促進不產(chǎn)甲烷菌與產(chǎn)甲烷菌的協(xié)同代謝,成為減少垃圾生物質(zhì)損失、提高垃圾生物質(zhì)氣相轉(zhuǎn)化率的重要措施。 ③滲濾液定期排放情況下,填埋垃圾厭氧降解滲濾液及LFG產(chǎn)生速率變化分別符合指數(shù)型函數(shù)Y=A0*e-kt及Y’=V0*e-k’t。滲濾液產(chǎn)生潛力(A0/k)主要受反應溫度的影響,LFG產(chǎn)生潛力(V0/k′)受垃圾含水率、反應溫度、微生物接種、垃圾粒徑多種因素的共同影響;滲濾液產(chǎn)生速率衰減常數(shù)k、滲濾液最大日產(chǎn)率轉(zhuǎn)化系數(shù)η及η/k對填埋場滲濾液產(chǎn)生速率預測結果影響顯著。 ④在垃圾填埋降解過程中,提高固相生物質(zhì)的水解速率、減少液相生物質(zhì)的損失、促進產(chǎn)甲烷菌對液相生物質(zhì)的快速消耗,并形成不產(chǎn)甲烷菌與產(chǎn)甲烷菌之間穩(wěn)定的協(xié)同代謝是進行人工誘導產(chǎn)氣的機理;多方式綜合人工干預誘導是實現(xiàn)垃圾生物氣資源化的有效途徑。 ⑤滲濾液定期排放情況下,難以形成產(chǎn)甲烷菌適宜的生物地球化學環(huán)境條件,不利于產(chǎn)甲烷菌對水解發(fā)酵產(chǎn)物的快速消耗,嚴重抑制了填埋垃圾的降解。模擬降雨入滲情況下,入滲水持續(xù)的沖刷作用促進了固相有機質(zhì)的快速水解,但CODCr累計凈溶出量明顯增加,不利于填埋場滲濾液污染控制。滲濾液全量回灌情況下,產(chǎn)甲烷菌適宜的生物地球化學環(huán)境形成相對較快,有利于不產(chǎn)甲烷菌與產(chǎn)甲烷菌的協(xié)同代謝,加快了填埋垃圾固相有機質(zhì)的溶出與去除。 ⑥精控型間歇式厭氧生物反應器填埋可快速形成產(chǎn)甲烷菌適宜的生物地球化學環(huán)境條件,促進了填埋垃圾固相有機質(zhì)快速水解與分解消耗,不僅顯著縮短了填埋場穩(wěn)定化周期、提高了滲濾液水質(zhì),而且填埋體系LFG/CH4累計產(chǎn)生量、LFG/CH4產(chǎn)生速率穩(wěn)定性、LFG中CH4濃度也都有了大幅度提高。此外,精控型間歇式厭氧生物反應器填埋處理方式下,填埋垃圾生物質(zhì)氣相轉(zhuǎn)化率明顯提高、損失率顯著下降,這對提高垃圾填埋場LFG資源化潛力、減少填埋場對周圍環(huán)境的二次污染都具有重要的意義。
【圖文】：

學位論文研究工作流程圖

圖 3-1 實驗裝置示意圖與實物圖Fig. 3-1 Schematic Diagram and Real Diagram of Experiment Device1—PVC 填埋柱；2—法蘭盤；3—透視窗；4—加強筋；5—墊土層含水量測定儀；6—氧化還原電位儀；7—金計；8—墊層土取樣孔；9—PVC 集氣花管；10—LFG 導排監(jiān)測系統(tǒng)（導氣管+濕式氣體流量計）；11—滲濾液灌系統(tǒng)（集水管+三通閥門+回流泵+揚水管）；12—布水器；13—氣體壓力測定裝置；14—孔隙水壓力傳感器滲濾液儲集瓶；16—孔隙水壓力測壓管；17—固體垃圾取樣孔；18—襯墊粘土層；19—排水礫石層；20—填體；21—覆蓋砂土層填埋柱下部裝填壓實的防滲粘土層（18），厚度 d1=100cm。填埋柱下部一側(cè)的層含水率測定儀（5）可長期監(jiān)測不同深度防滲粘土層含水率的變化。另一側(cè)有四樣孔（8），，可對墊層粘土進行取樣。粘土層上部為厚度 d2=8cm 的排水礫石層（1石粒徑φ>2cm。粘土層上部為厚度 d3=80cm 的垃圾體（20），最上部為厚度 d4=5砂土混層（21）。填埋柱上部側(cè)壁安裝 Eh 電位電極，并連接氧化還原電位儀（6），可監(jiān)測填埋體內(nèi)部 Eh 值的變化。金屬溫度計（7）深入垃圾體中心，可監(jiān)測反應器內(nèi)部溫度 化；孔隙水壓力傳感器（14）監(jiān)測排水礫石層上部孔隙水壓力變化情況；孔隙水壓壓管（16）可測定排水礫石層（19）滲透率的變化情況。此外，上部填埋柱兩側(cè)各個取樣孔（17），可利用土壤取樣器從不同深度對填埋垃圾固體進行取樣。
【學位授予單位】：中國礦業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2009
【分類號】：X703

【引證文獻】

相關期刊論文 前2條

1 姬曉燕;桑樹勛;周效志;曹麗文;;間歇式生物反應器填埋結構對滲濾液水質(zhì)的影響研究[J];環(huán)境工程學報;2011年10期

2 姬曉燕;桑樹勛;;間歇式生物反應器回灌量對滲濾液水質(zhì)的影響研究[J];能源環(huán)境保護;2010年06期

相關博士學位論文 前1條

1 高霽;氣候變化綜合評估框架下中國土地利用和生物能源的模擬研究[D];首都師范大學;2012年

本文編號：2590354