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填埋法是我国处理垃圾的主要方法,填埋过程中所产生的填埋气(landfill gas)一方面会对环境造成种种污染和破坏,另一方面又是可以加以回收利用的清洁能源。因此,研究垃圾厌氧填埋过程的产气规律,对我国垃圾填埋气污染控制与回收利用工程实践具有重要意义。
本文采取实验室模拟和破坏实验相结合的方式,研究了厌氧填埋过程中垃圾气相、液相和固相中各关键指标的变化规律。其中液相重点监测分析垃圾酸化阶段的产物乳酸和挥发性有机脂肪酸(VFA)各组分,固相重点监测分析垃圾厌氧降解过程中含水率和挥发性有机质的变化,并且与气相中气体产生速率、产生量和气体成分变化联系起来,得出了以下主要结论。
通过对各填埋柱气体产生量、产生速率和气体组成成分的监测和分析表明:在渗滤液原液回灌条件下的垃圾厌氧填埋产气过程中,产气速率将出现两个高峰,第一个高峰是基于O2耗尽和水解酸化的产CO2高峰,第二个高峰是产CH4高峰,产气过程存在一定的停滞期。
通过对填埋柱产生渗滤液的各项指标,尤其是酸化阶段产物浓度的监测和分析表明:对于有渗滤液原液回灌的垃圾厌氧填埋来讲,垃圾的厌氧降解过程是水解酸化与甲烷化过程相互不平衡的结果;以厨余垃圾为主的垃圾填埋产生渗滤液中初期乳酸浓度呈线性增长并占主要优势,并且此阶段高浓度的乳酸对VFA的产生有一定抑制作用;VFA中各有机酸的降解速率遵从以下规律:丁酸>乙酸>丙酸,其中丙酸降解速率最慢,是整个厌氧过程中的限速步骤;而作为产甲烷过程中的重要前体物质,乙酸的浓度与产甲烷速率直接相关,并且产甲烷高峰的出现与乙酸浓度的降低存在一定滞后性。
通过破坏实验对填埋柱固相含水率和有机质的监测和分析表明:渗滤液回灌能使填埋层内的含水率维持在55%-65%之间,更有利于垃圾的降解产气过程;垃圾中有机质的降解主要发生于垃圾填埋前期,而随着垃圾填埋时间的推移,其挥发性有机质下降的速度将越来越慢;对垃圾填埋过程中有机碳的变化进行了物料平衡分析,确定了酸化阶段和甲烷化阶段气相转化系数的求解方法。