微元生物反应器填埋时空转换率研究

发布时间：2017-12-29 11:28

本文关键词：微元生物反应器填埋时空转换率研究　出处：《南京大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：生活垃圾填埋处理技术作为经济适用环境友好的最终处理技术,由于作业过程大气污染控制困难和占用大量土地资源两大问题,正面临前所未有的发展瓶颈。针对上述问题,笔者提出强化覆盖技术控制大气污染、生物反应器填埋场微元化加速稳定、结合"城市矿山"开采及资源化的循环可持续填埋解决方案。本论文围绕微元生物反应器填埋加速稳定的效果,根据"时空转换"的理念,研究腐殖土批次覆盖、渗滤液预处理后回灌和厌氧+好氧联合运行模式共同作用时生活垃圾的稳定化进程。基于微元生物反应器填埋(Microcell bioreactor landfill,ML)与传统生物反应器填埋(Conventional bioreactor landfill,CL)实验室模拟装置气固液三相稳定化演变规律的对比分析,进行稳定化速率常数分类推演,最终构建微元化技术的时空转换率综合评价方法。此外,为了更直观地确定填埋场的稳定化程度,选取固体垃圾中可降解有机物含量这个角度,研究一种操作便捷和耗时较短的新型好氧测定方法——运用BOD分析仪测定呼吸指数(RI)的可行性与合理性,并尝试建立一套规范的测定操作流程。研究结果表明:通过对四种典型餐厨垃圾组分(米饭、蔬菜、瘦肉和肥肉)的测定结果,发现使用BOD分析仪测定呼吸指数(RI)具有一定的可行性。在测定过程中,样品所处环境中氧气的总量是固定不变的,因此样品质量成为了制约测定结果准确性的主要因素。定义富余系数为所取固体样品彻底矿化时的需氧量跟仪器耗氧量量程的比值,该系数宜在0.2～0.8之间。根据四种典型组分的好氧发酵特性,发现前四天与前十天累积耗氧量的比值(AT4/AT10)基本为0.7～0.8,脂肪类有机物略低(0.6～0.7),因此测试周期设置为4天兼顾了提高效率和保证准确性两方面的要求。RImax受有机底物水解速率的影响容易出现极大值,不能反映好氧降解过程中实际整体情况;RI24h跟AT4的相关性较高,均能有效反映有机物的生物稳定性程度。ML集合了腐殖土批次覆盖、渗滤液预处理后回灌和厌氧+好氧的联合运行模式,跟CL相比,在填埋气组分、垃圾生物稳定性和渗滤液水质等方面具有明显的优势。CL和ML的迟滞期分别为0.35年和0.32年,ML更早进入产甲烷阶段。CL在厌氧阶段的稳定化速率常数为3.40/年;ML在厌氧阶段的稳定化速率常数为4.36/年,在好氧阶段的稳定化速率常数为20.84/年。微元生物反应器填埋的时空转换率为1.28,表明它对填埋场空间的利用效率更高,在单位时间里能够处理更多垃圾。好氧生物反应器填埋(Aerobic bioreactor landfill,AL)在去除渗滤液COD和氨氮方面表现突出,但不能回收生活垃圾的生物质能且能耗较大,建议在填埋场稳定化末期使用。CL、ML和AL填埋模拟装置的渗滤液COD、总氮和氨氮在达到最大值后,均呈现出快速下降再逐渐降低的趋势,符合指数衰减规律。CL、ML和AL的COD降解速率常数分别为0.017 5 d-1,0.024 6 d-1和0.057 1d-1,渗滤液COD在好氧环境中降解速率更大,ML采用腐殖土覆盖并回灌预处理后的渗滤液,有利于加速渗滤液COD的降解。CL和ML的总氮降解速率常数分别为0.0053 d-1和0.0269 d-1 ML的渗滤液经过了厌氧预处理,且腐殖土中大量已驯化的菌群通过硝化和反硝化反应等途径,可以有效降解含氮有机物。由于腐殖土和破碎混凝土砾石的存在,回灌渗滤液能够更加均匀地分布于ML填埋模拟装置各个断面。更高的回灌强度可以加速小分子物质的溶出。腐殖土中大量菌群和渗滤液厌氧预处理措施可以从反应器内部和外部两个方面高效降解渗滤液中的污染物。因此ML中垃圾的生物稳定性比CL高,ML垃圾样品在第154天的厌氧产气率GB21接近德国法规中的限值(20 L·kg-1 DW)。由于好氧稳定过程能够极大地促进有机质的生物降解,AL垃圾的生物稳定性比ML高,AL垃圾样品在第280天的耗氧量AT4接近德国法规中的限值(5 mg O2·g-1 DW)。以上研究结果表明,微元生物反应器填埋技术能够充分地利用填埋时间和空间,促进生活垃圾的快速稳定化,为"干墓式"最终处置场转变成"摇篮式""城市矿山"开采利用场的循环可持续填埋及资源化体系的构建打下了坚实的基础。
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【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：X799.3

【参考文献】