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《西南交通大学》 2011年
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厌氧—准好氧联合型生物反应器填埋场稳定化规律及运行策略研究

韩智勇  
【摘要】:传统卫生填埋在当前乃至今后相当长一段时间内,都将是我国垃圾处理处置的主要方式。为了克服其渗滤液污染强度高,垃圾稳定速率慢,产气期滞后且历时较长等不足,生物反应器填埋场迅速成为当前国内外的研究热点。由于联合型生物反应器填埋场能充分结合不同类型(厌氧、好氧、准好氧)生物反应器填埋场的优势,因此受到越来越多学者的关注。但是随着研究的深入,填埋场稳定化速度和投资运行费用的矛盾却日益凸显。为此,本文通过结合厌氧生物反应器填埋场(Anaerobic Bioreactor Landfill,ANBL)和准好氧矿化垃圾生物反应床(Semi-aerobic Aged Refuse Biofilter,SAARB),采用室内模拟实验的方式,提出并探讨了厌氧-准好氧联合型生物反应器填埋场(Anaerobic-semiaerobic Bioreactor Landfill,AN-SABL)的污染物去除机理,稳定化进程中渗滤液、填埋气体和固相垃圾的变化规律,以及运行策略,研究表明: 由于AN-SABL内部不但存在新鲜垃圾和矿化垃圾两种性质截然不同的垃圾类型,而且在空间结构和矿化垃圾颗粒形态上均形成了好氧-兼氧-厌氧交替出现的复杂分区,这为不同的微生物提供了多样化的生长环境,极大地丰富并提高了AN-SABL内部的微生物类群和数量,既能使有机物通过好氧和厌氧降解得以快速去除,又能有效地促进各种氮素的相互转化,具有很好的脱氮效果。其中硝化-反硝化和厌氧氨氧化作用是主要的脱氮途径,此外异化性硝酸盐还原作用、氨氧化作用、氨挥发作用、吸附作用、部分化学作用在不同阶段也有不同的脱氮效果。 经过440d的运行,ANBL的COD、TC、TOC去除率分别只有23.85%、14.04%和14.29%,而AN-SABL的COD、TC、TOC去除率分别介于55.43%-57.84%、37.38%-37.73%、40.19%-49.57%之间;同时ANBL的TN、NH3-N去除率分别只有16.65%、13.12%,而AN-SABL的氮素去除率约为其2-3倍。生活垃圾的固相指标由于采样不均,波动较大,但不同模拟柱之间的差别并不明显;矿化垃圾中有机物含量总体稳定,但全氮含量出现一定的积累现象。AN-SABL中ANBL单元的产气受到了一定的抑制,累积产气量由大到小依次为ANBL1#(5633L,52L/kg)、ANBL3#单元(5196L,49L/kg)和ANBL2#单元(4237L,39L/kg),甲烷含量峰值分别达到了62.60%、62.67%和57.62%。实验表明,与ANBL相比,AN-SABL能够更快地促进垃圾的稳定化。 实验期间,生活垃圾体沉降明显,其中ANBL3#单元沉降最大,高达25.35%,但SAARB单元中矿化垃圾稳定,沉降很小。除此之外,渗滤液回灌能提高垃圾含水率,AN-SABL具有很强的渗滤液减量化效果,填埋初期低回灌频率(3d/次)有利于有机物的降解,但是后期增大回灌频率(1d/次),可促进ANBL单元的产气,并能提高甲烷含量,有效缓解SAARB单元对ANBL单元产气的抑制作用。 ANBL(单元)的累积产气量在初始调整阶段呈对数增长,过渡酸化阶段呈线性增长,酸化产甲烷阶段呈指数增长。建立的碳素和氮素转化模型均能较好地模拟二者在实验期间的变化规律。其中有机碳降解受到温度的影响明显,无论是KsL还是KLGmax,均表现为AN-SABL3#AN-SABL2#ANBL1#。此外AN-SABL的氮素降解呈指数下降规律。与ANBL相比,AN-SABL能更好地促进碳素和氮素的降解,从而加速填埋场的稳定化进程。 在AN-SABL(?)勺设计过程中,平面布置可采用ANBL单元和SAARB单元混合布置、分开布置、分开-混合布置等三种方式;同时需加强防渗系统的防渗性能,增大渗滤液和填埋气导排系统的导排能力。运行过程中,在温度为30℃,回灌频率为3d/次,水力负荷为8L/(m3·d),COD浓度为40000 mg/L(COD负荷320g/(m3·d)),矿化垃圾有效高度为900mm的条件下,SAARB单元能取得最佳的运行效果,COD、TN、NH3-N去除率分别能达到99.40%、94.05%、99.52%。在冬季需采取适当的保温措施;回灌频率在填埋初期以3d/次为宜,后期可适当提高回灌频率;渗滤液深度处理建议采用活性碳吸附。 由以上研究结果表明,厌氧-准好氧联合型生物反应器填埋场不但比ANBL更快地促进垃圾降解,而且充分利用了SAARB高效的脱氮能力及低廉的建设和运行费用等优势,从而为解决生物反应器填埋场稳定化速度和投资运行费用的矛盾提供了一条新思路,并有利于填埋场稳定后的开发和可持续循环利用。
【学位授予单位】:西南交通大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:X703

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【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 陈馨;厌氧—准好氧联合型生物反应器填埋场渗滤液变化规律研究[D];西南交通大学;2012年
2 马霄;厌氧—准好氧型生物反应器填埋场有机污染物控制研究[D];西南交通大学;2014年
【参考文献】
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4 龙焰;生活垃圾快速降解并原位脱氮的生物反应器填埋技术及机理研究[D];浙江大学;2008年
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6 查坤;基于现场试验的循环式垃圾准好氧填埋研究[D];西南交通大学;2009年
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【共引文献】
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8 马铮铮;梁文;;城市生活垃圾渗滤液预处理技术研究[A];科学发展与社会责任(A卷)——第五届沈阳科学学术年会文集[C];2008年
9 谢文彪;张鸿郭;温珠花;宋刚;陈迪云;;广州某垃圾填埋场土壤重金属污染调查[A];第二届重金属污染监测风险评价及修复技术高级研讨会论文集[C];2008年
10 杨勇;薛强;李国敏;;城市生活垃圾室内沉降仪研制与特性试验[A];中国科学院地质与地球物理研究所第十届(2010年度)学术年会论文集(下)[C];2011年
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9 胡振;缺氧—好氧生物脱氮系统中N_2O的释放机理与减量化控制研究[D];山东大学;2011年
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1 刘仁燕;模拟氮沉降对三峡库区两种土壤碳、氮和盐基离子淋失的影响[D];华中农业大学;2010年
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7 陈春涛;2009年夏秋季辽河口芦苇湿地沉积物硝化作用及影响因素研究[D];中国海洋大学;2010年
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【同被引文献】
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中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 欧阳峰;生物反应器填埋场渗滤液控制技术研究[D];西南交通大学;2002年
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1 尹朝阳;厌氧—准好氧联合型生物反应器填埋场产气规律的研究[D];西南交通大学;2011年
2 杨巧艳;生物反应器填埋场产甲烷特性研究[D];西南交通大学;2003年
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9 苏艳萍;矿化垃圾在准好氧条件下处理渗滤液的室内模拟研究[D];西南交通大学;2008年
10 何水晶;连续进水条件下准好氧矿化垃圾床处理渗滤液的试验研究[D];西南交通大学;2008年
【二级引证文献】
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1 宋豪娟;基于固相垃圾有机物降解的联合型生物反应器填埋场产气规律研究[D];西南交通大学;2013年
2 任旭;利用填埋气体去除渗滤液中成垢离子的化学机理研究[D];西南交通大学;2013年
【二级参考文献】
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中国博士学位论文全文数据库 前8条
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7 李启彬;基于渗滤液回灌的厌氧型生物反应器填埋场快速稳定研究[D];西南交通大学;2004年
8 李兵;生活垃圾深度分选及设备优化组合技术研究[D];同济大学;2006年
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1 鲁巍;垃圾填埋场渗滤液回灌处理的研究[D];武汉理工大学;2002年
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5 刘春尧;准好氧填埋场稳定化进程的室内模拟研究[D];西南交通大学;2004年
6 张陆良;准好氧填埋场垃圾渗滤液中氨氮变化规律的室内模拟研究[D];西南交通大学;2004年
7 曹霞;准好氧填埋场垃圾渗滤液的室内模拟研究[D];西南交通大学;2004年
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9 李轶伦;好氧回灌法处理城市垃圾填埋场渗滤液的机理研究[D];中国农业大学;2005年
10 岳冰;垃圾填埋场渗滤液处理过程中有机污染物动态变化的研究[D];中国农业大学;2005年
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3 本报记者 刘宇男;长宁:环境优美“五个一样”[N];四川日报;2011年
4 姬钢 朱小燕 杨顺生;垃圾渗滤液处理欠账追踪[N];中国环境报;2006年
5 本报记者 刘伟;渗滤液处理,还需几道“滤层”?[N];中国建设报;2005年
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8 记者 王远洋 通讯员 程佳祺 本报评论员;最毒垃圾水 将能养活鱼[N];蚌埠日报;2010年
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10 记者 江洪作 通讯员 黎小兰 张广松;灵山生活垃圾卫生填埋场完成投资4800多万元[N];钦州日报;2010年
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7 韩智勇;厌氧—准好氧联合型生物反应器填埋场稳定化规律及运行策略研究[D];西南交通大学;2011年
8 兰吉武;填埋场渗滤液产生、运移及水位雍高机理和控制[D];浙江大学;2012年
9 李文兵;填埋场中铁的迁移转化对脱氮的影响和机理[D];浙江大学;2012年
10 史昕龙;生活垃圾高效转运与污染控制技术研究[D];华东理工大学;2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 冯艳秋;垃圾对渗滤液中污染物的吸附与释放研究[D];吉林大学;2013年
2 陆雪琴;中转站渗滤液季节性变化特征及生物气循环回曝预处理[D];上海大学;2013年
3 王金磊;垃圾渗滤液回灌的最佳物理吸附条件研究[D];大连海事大学;2014年
4 王超;渗滤液回灌温室气体排放控制及脱氮优化研究[D];华东师范大学;2014年
5 叶彬;垃圾转运站渗滤液生化调节与快速处理技术中试研究[D];清华大学;2011年
6 陈小亮;水化反应在渗滤液深度处理中的应用研究[D];上海交通大学;2012年
7 任旭;利用填埋气体去除渗滤液中成垢离子的化学机理研究[D];西南交通大学;2013年
8 曹鹏华;物化法处理西安江村沟垃圾填埋场垃圾渗滤液的试验研究[D];西安工程大学;2012年
9 冀肖雪;崇阳县卫生填埋场渗滤液处理优化设计[D];华中科技大学;2011年
10 魏彦丹;垃圾填埋场渗滤液无害化处理实验研究[D];中国科学院研究生院(工程热物理研究所);2012年
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