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污泥與生活垃圾混合填埋產(chǎn)沼的模擬實(shí)驗(yàn)研究

文檔作者：彭緒亞黃文雄余毅文檔來(lái)源：重慶大學(xué)		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2022年11月19日
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第24卷第4期
2002年8月
重慶建筑大學(xué)學(xué)報(bào)
Journal of Ch0n Jianzhu Universi
V01．24 No．4
Aug．20O2
g 笞 ^
· 城市建設(shè)與環(huán)境212程·琵
睫 髯《 }
文章編號(hào)：1006—7329(2002)04—0040—05
污泥與生活垃圾混合填埋產(chǎn)沼的模擬實(shí)驗(yàn)研究
彭緒亞， 黃文雄， 余 毅
(重慶大學(xué)城市建設(shè)與環(huán)境工程學(xué)院，重慶400045)
摘要：通過(guò)城市生活垃圾與污水廠脫水污泥的混合填埋模擬實(shí)驗(yàn)，研究了添加污泥對(duì)垃圾
降解及填埋氣產(chǎn)生過(guò)程的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在填埋垃圾中添加污泥起到了接種微生
物的作用，加快了有機(jī)垃圾的降解與填埋氣的產(chǎn)生，產(chǎn)氣速率較生活垃圾直接填埋提高
30％ 以上；填埋氣中cH4濃度可達(dá)到64％ ；與沒(méi)有添加污泥相比，填埋氣中cH4含量有較
大幅度的提高，有利于填埋氣的資源化利用，同時(shí)也可為污泥的資源化利用提供經(jīng)濟(jì)可行
的途徑。
關(guān)鍵詞：生活垃圾；污泥；混合填埋；填埋氣；產(chǎn)氣速率
中圖分類(lèi)號(hào)：X705 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
隨著我國(guó)各地大規(guī)模填埋場(chǎng)的建設(shè)與改造，垃圾填埋氣的污染控制與回收利用已成為急待解
決的問(wèn)題。把垃圾填埋場(chǎng)當(dāng)成巨大的生物反應(yīng)器，加速填埋場(chǎng)穩(wěn)定化進(jìn)程，并對(duì)填埋氣加以資源化
利用是現(xiàn)代衛(wèi)生填埋的關(guān)鍵技術(shù)之一【1,2 J。在填埋垃圾中增加微生物種群，加快有機(jī)垃圾的生物
降解，可加速填埋場(chǎng)穩(wěn)定化的進(jìn)程 3。城市污水廠污泥中含有大量微生物，與生活垃圾混合填埋是
經(jīng)濟(jì)可行的處置方法。本文通過(guò)生活垃圾與污泥混合填埋模擬實(shí)驗(yàn)，研究了在填埋垃圾中添加污
泥對(duì)垃圾降解過(guò)程及填埋氣產(chǎn)生量、產(chǎn)生速率的影響。本文的研究工作，對(duì)城市生活垃圾及城市污
泥的資源化利用具有積極的參考意義。
1 填埋降解過(guò)程實(shí)驗(yàn)
1．1 實(shí)驗(yàn)裝置
本次模擬實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示，模擬填埋柱采用 160 mm的圓柱形硬質(zhì)PVC管，管長(zhǎng)1．0 m。
柱內(nèi)放置一根 15 mm，長(zhǎng)0．96 m的PVC花管，用來(lái)導(dǎo)排垃圾填埋氣。柱體頂蓋上設(shè)有氣體收集
口，用乳膠管接到濕式氣體流量計(jì)上。此外，頂蓋上還設(shè)有滲瀝液回灌人口及溫度測(cè)量孔；填埋柱
底部設(shè)有滲瀝液排出口并裝有閥門(mén)，垃圾體下部放置一礫石層。頂蓋接口處用玻璃膠密封并用螺
栓緊固．使其嚴(yán)格密閉以保證填埋柱內(nèi)的厭氧環(huán)境。
1．2 實(shí)驗(yàn)材料與實(shí)驗(yàn)過(guò)程
為了比較添加污泥對(duì)垃圾填埋降解過(guò)程及填埋氣產(chǎn)生的影響，本課題進(jìn)行了生活垃圾與污泥
混合填埋和生活垃圾直接填埋的對(duì)比實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)垃圾取自重慶市沙坪壩區(qū)一城市生活垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)
站，垃圾成份為廚余64．6％、紙張8．3％、庭院9．1％、塑料2．8％、無(wú)機(jī)物15．2％。污泥取自重慶市
} 收稿日期：2002—04—20
基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(59978053)；教育部“春暉計(jì)劃”資助項(xiàng)目
作者簡(jiǎn)介：彭緒亞(1963一)，男，重慶人，副教授，主要從事固體廢物污染控制與資源化研究。
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4期 彭緒亞等：污泥與生活垃圾混合填埋 塞 塞 壘!
渝北區(qū)城南污水處理廠的脫水生污泥，含水率為0．759 g,／g濕污泥，有機(jī)質(zhì)VS含量為0．497 gig干
污泥。分別裝填入A、B兩個(gè)填埋柱，裝填參數(shù)見(jiàn)表1。柱
A中填入了l3．2 kg的生活垃圾，柱B中填入了l2．15 kg
的生活垃圾和2．85 kg脫水污泥，由于填人了一定量的污
泥，柱B的含水率和VS含量與柱A不同。為模擬實(shí)際填
埋場(chǎng)中垃圾體的溫度環(huán)境，兩柱同時(shí)放在密閉小室中，用
暖風(fēng)機(jī)加熱調(diào)控房間溫度。 氣
實(shí)驗(yàn)期間每日記錄氣體流量、柱內(nèi)垃圾體溫度和小
室室溫，定期收集滲濾液，測(cè)定其化學(xué)需氧量COD 和pH
值，每周定期收集填埋氣體，進(jìn)行甲烷和二氧化碳的含量
分析。
1．3 分析方法
閥門(mén)
圖1 實(shí)驗(yàn)裝置示意圖
實(shí)驗(yàn)垃圾及污泥的取樣及含水率和揮發(fā)固體的分析均按《中華人民共和國(guó)城鎮(zhèn)建設(shè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》
039—95和CJ／'I96—1999規(guī)定的方法。垃圾填埋氣中的甲烷和二氧化碳的測(cè)定采用SC一
2000—020GC氣相色譜儀，選用2 m×3 n徹的不銹鋼填充柱，TCD(熱導(dǎo)池)檢測(cè)器，固定相為6o一80
目的GDX一502，并用N2000色譜工作站進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。氣體成分和含量的分析的采樣頻率是每周
一次。每次對(duì)每根填埋柱進(jìn)行3組平行樣的測(cè)定，取其平均值為氣體的百分含量。
．
表1 實(shí)驗(yàn)填埋柱裝填參數(shù)
2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與討論
2．1 模擬填埋柱的溫度變化
在實(shí)驗(yàn)期間，對(duì)填埋柱垃圾體溫度及密閉小室空氣溫度進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，結(jié)果如圖2所示。由圖2
可見(jiàn)，A、B兩柱產(chǎn)氣期間垃圾體平均溫度分別為23，9 oc和21．9℃ ，均低于小室的平均溫度25．9
℃ ，兩柱的垃圾體溫度差別較小，且與小室溫度變
化基本同步，說(shuō)明在實(shí)驗(yàn)規(guī)模下，填埋垃圾厭氧降
解產(chǎn)熱量較小，垃圾中有機(jī)物降解產(chǎn)生的熱量對(duì)垃
圾體溫度無(wú)明顯影響，垃圾體溫度主要靠環(huán)境向填
埋柱的傳熱來(lái)維持，這一點(diǎn)與實(shí)際填埋場(chǎng)中的溫度
情況有較大差異【 。由于兩柱內(nèi)垃圾體溫度差別
較小，表明添加污泥對(duì)垃圾體溫度無(wú)明顯影響，溫
度對(duì)產(chǎn)氣過(guò)程的影響可以忽略。本次對(duì)比實(shí)驗(yàn)主
要考察添加污泥與不添加污泥對(duì)垃圾填埋氣產(chǎn)生
過(guò)程的影響。
贈(zèng)
1 11 2l 31 4l 51 6} 7
時(shí)間，d
圖2 生產(chǎn)期間填埋柱柱溫和室溫變化圖
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42 重慶建筑大學(xué)學(xué)報(bào) 24卷
2．2 添加污泥對(duì)產(chǎn)氣量的影響
有機(jī)垃圾填埋降解是一個(gè)以微生物為中介的、受多種因素影響的動(dòng)態(tài)生物轉(zhuǎn)化過(guò)程。填埋氣
的產(chǎn)生，直接與垃圾體中微生物的數(shù)量及種群有關(guān)[ 。污泥中含有大量微生物，加快了有機(jī)垃圾的
降解，柱B在實(shí)驗(yàn)期間的填埋氣累積產(chǎn)氣量較柱A
要高，裝填92 d之后，B柱的累積產(chǎn)氣量是348．0
L，而A柱只有103．0 L，僅為B柱的1／3。A柱內(nèi)垃
圾含有的有機(jī)質(zhì)為2．40 kg，B柱為2．55 kg，二者相
差很小。這表明柱B的單位重量有機(jī)質(zhì)的產(chǎn)氣量
大大超過(guò)了柱A的單位重量有機(jī)質(zhì)的產(chǎn)氣量，是柱
A的3．2倍，即在相同時(shí)間段內(nèi)，柱B內(nèi)有機(jī)垃圾
的降解轉(zhuǎn)化速率較柱A要高(圖3)。
B柱的累積產(chǎn)氣量比A柱大3．2倍的主要原
- A
＼
剮刪
9 I 8 27 36 45 54 6：{ 72 8I 9(
時(shí)間／d
圖3 A、B柱填埋氣累積產(chǎn)量
因是B柱中加入的污水廠污泥起到了接種微生物的作用。由于在填埋產(chǎn)氣的過(guò)程中，產(chǎn)甲烷菌的
生長(zhǎng)至關(guān)重要，而一些條件(如有機(jī)酸的積累)常常抑制它的生長(zhǎng)，使產(chǎn)甲烷菌不是在最適宜的條件
下生長(zhǎng)，產(chǎn)甲烷所需要的條件難以建立起來(lái)，而污泥中含有豐富的微生物種群，尤其是厭氧微生物，
添加污泥起到了在垃圾堆體中接種厭氧菌的作用，因此可加速有機(jī)垃圾的降解，提高填埋產(chǎn)氣量；
同時(shí)污泥中還含有較多的N、P等微生物生長(zhǎng)所必須的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，微生物的快速生長(zhǎng)，加速了垃圾
的降解和填埋氣的產(chǎn)生。
2．3 添加污泥對(duì)產(chǎn)氣速率的影響
從累積氣體產(chǎn)量可以計(jì)算出A、B兩柱的單位時(shí)間內(nèi)的產(chǎn)氣量，即氣體產(chǎn)氣速率。圖4反映了
A、B兩柱填埋氣體產(chǎn)生速率的變化情況。
從圖4可以看出，A、B柱在垃圾裝填后，便很
快到達(dá)產(chǎn)氣峰值，A柱在6 d左右，B柱只要3 d就
到達(dá)產(chǎn)氣高峰。A柱的最高產(chǎn)氣速率為l5．8 L／d，
柱B為21．1 L／d。由于單位重量的有機(jī)質(zhì)更直觀
地比較出最大產(chǎn)氣速率，如果以單位重量的有機(jī)質(zhì)
來(lái)表示，則A柱的最大產(chǎn)氣速率為6．58 L／k S·d，
B柱的最大產(chǎn)氣速率為8．28 L／k S·d，柱B比柱A
高出25．8％ ，且更快到達(dá)產(chǎn)氣高峰。
●
褂
制
q I8 27 I6 45 54 b{ 7
時(shí)間／d
圖4 A、B柱填埋氣的產(chǎn)生速率
從圖4還可以明顯地看出，在產(chǎn)氣速率到達(dá)高峰后，隨著厭氧條件逐漸建立起來(lái)，兩柱的產(chǎn)氣
速率都是逐漸下降，產(chǎn)氣達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，B柱的產(chǎn)氣速率仍然在2L／d左右波動(dòng)，而柱A產(chǎn)氣速率
則很小。這說(shuō)明添加污泥不僅能夠增加填埋氣總的產(chǎn)量，而且還加快了產(chǎn)氣速率。因?yàn)樘砑恿宋?
泥后，很快使產(chǎn)甲烷菌成為優(yōu)勢(shì)菌種并進(jìn)入甲烷發(fā)酵階段，產(chǎn)甲烷菌在填埋堆體中活躍，縮短了有
機(jī)酸在填埋堆體中的累積時(shí)間，加快了填埋氣體的產(chǎn)生L6， 7】。
此外，在實(shí)驗(yàn)中觀測(cè)到，A、B兩柱在裝填之后一天之內(nèi)即有填埋氣體的產(chǎn)生，并很快達(dá)到產(chǎn)氣
高峰，這說(shuō)明我國(guó)以廚余垃圾為主的生活垃圾填埋產(chǎn)氣的滯后時(shí)間，比以紙張為主的歐美發(fā)達(dá)國(guó)家
的滯后時(shí)間短，劉富強(qiáng)等人的實(shí)驗(yàn)也得到類(lèi)似結(jié)果【8i。所以我國(guó)垃圾填埋后產(chǎn)氣的分布規(guī)律與國(guó)
外垃圾有較大差別，因而積極開(kāi)展填埋氣產(chǎn)生規(guī)律及產(chǎn)氣量、產(chǎn)氣速率的研究十分必要，以為填埋
氣污染控制與回收利用工程實(shí)踐提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
2．4 添加污泥對(duì)氣體成分和含量的影響
圖5和圖6給出了A、B兩柱填埋氣體成分隨時(shí)間的變化。
從兩圖可以看出，在填埋8周后測(cè)定氣體成分時(shí)，就沒(méi)有檢測(cè)到02，可見(jiàn)兩柱已經(jīng)進(jìn)入了厭氧
產(chǎn)甲烷階段。同時(shí)，從兩圖中還可以看出，柱A產(chǎn)生的填埋氣中CH4含量從開(kāi)始的22．17％到第l5
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4期 彭緒亞等：污泥與生活垃圾混合墟堡產(chǎn) 墊塞墜塹
周的42．65％，甲烷含量逐漸升高；相應(yīng)地，c02含量逐漸下降，從77．83％到57．35％。而柱B填埋
氣中cI-h含量直比較穩(wěn)定，一直保持在62％ ～67％范圍內(nèi)；實(shí)驗(yàn)期間柱A中甲烷平均含量為35％ ，
CH4和CO2的比例約為0．54：I；柱B中甲烷平均含量為64．03％ ，CH4和CO2的比例約為1．78：1。
這說(shuō)明柱B比柱A更早進(jìn)入穩(wěn)定產(chǎn)甲烷階段。可見(jiàn)加入污泥可使垃圾降解過(guò)程更快進(jìn)入穩(wěn)定產(chǎn)
甲烷階段，填埋氣中甲烷含量顯著增加且成份穩(wěn)定，提高了填埋氣的品質(zhì)，有利于填埋氣的資源化
利用。
圖5 柱A填埋氣組成及隨時(shí)間的變化 圖6 柱B填埋氣組成及隨時(shí)間的變化
3 結(jié)論及建議
通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析和討論，可以得出以下的結(jié)論：
1)在填埋垃圾中加入污水廠污泥，起到了接種微生物的作用，能加快填埋垃圾中有機(jī)物的降
解與填埋氣的產(chǎn)生。填埋氣產(chǎn)生的總量和產(chǎn)氣速率都較不添加污泥有較大幅度的提高。在本次對(duì)
比實(shí)驗(yàn)中，添加了污泥的填埋柱的單位重量有機(jī)質(zhì)的產(chǎn)氣量為136．5 L／k S，是沒(méi)有添加污泥的填
埋柱的3．2倍；其最大產(chǎn)氣速率為8．28 L／k S·d，也大于沒(méi)有添加污泥的填埋柱的6．58 L／kgVS‘
d，且更快到達(dá)產(chǎn)氣高峰；
2)污泥與生活垃圾混合填埋，可使垃圾降解過(guò)程更快進(jìn)入到穩(wěn)定產(chǎn)甲烷階段，還能夠大大增
加填埋氣體中CH4的含量。本次實(shí)驗(yàn)中沒(méi)有添加污泥的填埋柱填埋氣中CH4含量在裝填后8周的
22％逐漸上升，到第l5周的42．65％ ，而后保持相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)；添加污泥的填埋柱填埋氣中CH4
含量從8周開(kāi)始一直保持在62％ 以上。填埋氣中CH4含量增加，對(duì)于填埋氣的回收利用有重要的
實(shí)際意義。
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Experimental Simulation of Landfill Gas Production
from M SW Co——disposed with W astewater Sludge
PENG Xu—ya，HUANG Wen—xiong，YU Yi
(Faculty ofUrban Construction and Environmental E~inerins，C ng University，Chons~．S 400045，China)
Abstract：In this paper，the landfill gas generation process was investigated by a landfill lysimeter of municipal
solid waste(MSW)CO—disposed with wastewater sludge．The experimental results show that the wastewater
sludge played a role of inoculation in MSW degradation process and accelerated organic waste deeomposition．
Compared with the MSW landfill alone，the landfill gas generation rate of MSW CO—disposed with sludge
was higher by about 30％ ．The average CH4 content in landfill gas reached 64％ ，which Was much higher than
in case of MSW landfill alone and useful for landfill gas utilization．It is also proved that CO—dispe~al of
sludge with MSW is a good choice for beneficial Use of sludge．
Keywords：municipal solid waste；wastewater sludge；landfill；landfill gas；generation rate
(上接第24頁(yè))
Curvature Force M ethod for Nonlinear Analysis
of Prestressed Concrete Frame
JIAN Bin，CHEN Ping—you，WANG Zheng—lin
(Faculty of Civil En~ nns，Cho,~ ns University，Cho．sqins 400045，China)
Abstract：In this paper，based on the structure characters and load appl~ng means，a method called as curvature
force method is put forward and proved in the nonlinear analysis of bonded prestressed concrete frame．
Based on the nonlinear program，the simulation calculation Was carried out on test results of two prestressed
concrete frames by this me thod ．The results from calculation are identical with the experiment ones．So it may
be added to the methods for the nonlinear analysis of prestressed concrete frame．
Keywords：prestressed concrete frame；nonlinear analysis；curvature force method

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