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不同填埋方式下气体及温度变化特性研究

张正安  
【摘要】:填埋是目前生活垃圾主要处置方式之一,现行的填埋处置技术仅把填埋场作为一个被动接受垃圾的系统,填埋场内的垃圾与外界的水气隔绝,填埋场内湿度低,无法为微生物生长提供一个适宜的条件,垃圾的生物降解受到了限制,填埋场稳定化时间长,渗滤液及填埋气的污染性大。因此,设法改进填埋处理工艺,加速填埋场稳定化进程,从源头控制填埋气的污染,对填埋场的再利用和渗滤液的处理有重要意义。填埋场具有处理功能,改善填埋层内的空气和水分状况,可以促进微生物加速填埋层中有机物的降解,从而实现填埋场的快速稳定化,同时由于氧气的参与,垃圾降解反应方式发生了变化,产生的填埋气污染性也大为降低。本试验通过改变传统厌氧填埋场构造,将填埋场设计成准好氧填埋构造,外界空气在填埋层内部与外界环境的温差作用下自然流通到填埋场并通过导气管在填埋层内扩散,改善填埋层内空气状况,实现利用和强化填埋场的处理功能来加速填埋场的稳定化和改善填埋气污染性,为准好氧填埋工艺推广提供理论依据。 依据准好氧填埋场和厌氧填埋场的设计原理,构建两个小型模拟填埋试验装置(1×1.5×1.8m),一个为准好氧填埋处理结构,另一个厌氧填埋结构作为参照。在填埋装置内设置大量气体采样点和温度探测点,垃圾填埋后定期对各采样点甲烷、二氧化碳、氧气等气体体积百分浓度浓度(φ)以及温度探测点温度进行监测,利用地统计学知识研究了两种填埋处理填埋气及温度的时空变化,填埋结构对填埋气及温度的影响,其主要结论如下: 1填埋气的空间分布 准好氧填埋处理装置内填埋气的空间分布变化都很大,导气管两侧填埋气的空间分布有一定的相似性,在距导气管较近的区域φ(O_2)高,φ(CH_4)和φ(CO_2)低;在距导气管较远的区域φ(O_2)低,φ(CH_4)和φ(CO_2)高。厌氧填埋处理装置内填埋气的空间分布变化很小,但呈各向异性变化,即垂直方向的变化大于水平方向变化,从上到下φ(CO_2)和φ(O_2)均大致呈上升趋势,而φ(CH_4)呈下降趋势。 2填埋气的动态变化 准好氧填埋处理填埋气变化过程均大致可分为缓慢上升(2~12周)、快速上升期(12~23周)、稳定期(23~30周)和下降期(30~42周)四个阶段。监测期内φ(CH_4)最大值为第23周时的14.7%,φ(CO_2)最大值为第12周时的21.5%;装置内φ(O_2)变化呈现先下降后稳定再上升的变化过程,最小值出现在稳定期间的3.7%左右。厌氧填埋处理填埋气变化过程可分为四个阶段,但其变化准好氧填埋处理差别很大,φ(CH_4)和φ(CO_2)基本上没有出现稳定期,其最大值分别为第32周时的46.8%和第26周时的42.0%;厌氧填埋处理φ(O_2)变化过程表现为先下降后上升,φ(O_2)很低,大部分时间内均低于1%。 3温度变化 在监测期间准好氧填埋处理利厌氧填埋处理上中下三层垃圾填埋体的温度变化均表现为先上升,到第105天时均达到最大值,其中准好氧填埋处理上中下三层温度最大值分别为34.1℃、35.7℃、35.1℃,厌氧填埋处理上中下三层温度最大值均约为28.5℃;然后开始下降,至大约第240天时降低至最低值,准好氧填埋处理分别为16.1℃、15.4℃、12.9℃,厌氧填埋处理的约为9℃。准好氧填埋处理上中下三层温度差异相对较大,且不同时期不同填埋层温度的大小顺序也不相同。而厌氧填埋装置内不同填埋层温度相近,整个监测期间上中下三层温度差异很少超过0.5℃。由于试验装置规模较小,准好氧填埋和厌氧填埋处理垃圾体内温度变化均受环境温度控制很大,各填埋层温度变化和室温变化大致平行。 4填埋结构对填埋气及温度变化的影响 准好氧填埋处理因装置内安装了便于外界空气流入到垃圾填埋体间的通风导气管,垃圾降解氧气参与而发生了大量的好氧反应,促进了垃圾降解,所以相对于厌氧填埋处理,准好氧填埋稳定化速率明显更快,且填埋气中甲烷含量也明显减少。准好氧填埋处理填埋气空间分布也很受导气管的影响,如空间变化大明显大于厌氧填埋处理,导气管两侧填埋气的空间分布有一定的对称性。准好氧填埋处理垃圾降解速率较快且彻底,释放的热量更多,其内垃圾填埋体温度明显高于厌氧填埋处理。


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