温度对填埋垃圾渗滤液特征的影响

维普资讯 http://www.cqvip.com 牛态环境２００７，１　６（２）：７９９・８０　１　Ｅｃｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ　ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｊｅｅｓｃｉ．ｃｏｉｎ　Ｅ．ｍａｉｌ：ｅｄｉｔｏｒ＠ｊｅｅｓｃｉ．ｃｏｒｎ　温度对填埋垃圾渗滤液特征的影响　杨　军，黄　涛，张西华　西南交通大学环境科学与工程学院，四川成都６１　００３　１　摘要：温度对填埋场有机垃圾的Ｊ犬氧降解具有十分重要的影响，因而对填埋场渗滤液特征也产生重要的影响。文章通过在常　温及２９，－４５℃范　内设置的６个不同温度下的模拟垃圾柱降解对照试验，分析研究了温度对填埋有机垃圾渗滤液特征的影　响。结果表明，在垃圾降解适宜的温度范　（２９－－４５℃）内，较高的温度对渗滤液ＣＯＤ衰减具有较大的促进作用，而保持　恒定的温度比升高温度对渗滤液ＣＯＤ衰减的影响更加　著，但温度对垃圾降解渗滤液中氨氮影响并不明皿。　关键词：温度；有机垃圾；Ｊ犬氧降解；渗滤液　中图分类号：ＸＩ３　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７２．２１７５（２００７）０３．０７９９．０３　填埋场有机垃圾降解的实质是由多种微生物参　与的多阶段、复杂的生物化学反应过程，其反应速　率对温度的变化很敏感。在温度过高或过低时，酶　的失活作用增强，生化反应总速率下降。因此，温　度对填埋场中垃圾降解速率具有非常重要的影响。　有关温度对填埋有机垃圾厌氧降解的影响已　有较多报道，如Ｍａｔａ．Ａｌｖａｒｅｚ等（１　９８６）研究发现【　，　最大甲烷产生速率在４２℃，但累积最大甲烷产量　出现在３４～３８℃之间。Ｈａｍ等（１９８７）认为　Ｊ，３Ｏ～　４０℃对于垃圾的产气是合适的温度。Ｂａｒｌａｚ等（１９８７）　研究表明【ｊＪ，当垃圾处于４１℃环境中时，其降解速　率最大，填埋气的产量也达到了最大。赵由才等　（１９９４）通过实验证明【４Ｊ，负温条件（．１３～０℃）下的垃　圾降解速率明显小于低温环境（４～１０℃）中的垃圾。　吴满昌（２００５）通过实验结果表明　Ｊ，城市生活垃　圾厌氧消化的较佳温度为５５℃。然而，上述研究　由于试验中不同温度设置少或试验垃圾样太少，亦　或是以甲烷产量为主要指标等原因，其结论具有一　定的局限眭。本文基于城市生活垃圾填埋理论，通　过室温及２９～４５℃范围内设置６个不同温度的垃　圾填埋实验装置进行中试模拟，并对其渗滤液特征　进行分析研究，以期揭示温度对填埋有机垃圾渗滤　液特征的影响。　１材料与方法　１．１实验装置及材料　本实验的实验装置（见图１）由垃圾柱、模拟降雨　（灌水）装置和排水集气装置三部分组成。其中，　垃圾柱采用ＰＶＣ管制作，内径４００　ｒｅａｌ，高２　ｍ，　顶部设模拟降雨喷头（穿孔管）和导气管，中间设　ＢＤＭ分析取样孔和温度探头，底部设排液孔（网１，　并对每个垃圾柱以电热毯和保温材料设置安装了　保温措施。实验在室内完成，实验期间温度在４．１～　基金项目：国家自然科学基金项目（４０３０２０３３）　图１实验装置结构　Ｆｉｇ．１　Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ　ｓｔｕｃｔｕｒｅ　ｒ３０．８℃间波动。　１．２垃圾装填　实验垃圾取自成都长安垃圾卫生填埋场进场　新鲜垃圾，剔除其中较大的玻璃瓶、砖土等无机物，　将所有垃圾切成５　ｃｍ大小，并混和均匀后分别装　入６个模拟柱中（期间进行人＿Ｔ压实处理），装填　垃圾初始组分如表１所示。设置６个模拟柱中，有　５个柱通过温控措施使温度分别保持在２９℃、３３　℃、３７℃、４１℃和４５℃，另一模拟柱为室温下的　对比实验柱，各模拟垃圾柱装填参数如表２所示。　１．３实验运行　实验于２０Ｏ５年１２月２５日完成室内垃圾破碎、　混匀及装填工作，后对整套模拟装置进行封顶，并　保证模拟垃圾柱内垃圾的厌氧、密闭环境。在垃圾　装填完成后静置稳定两个月，以使垃圾内微生物大　量繁殖，并建立新的微生物适宜的生存环境。与此　同时对填埋有机垃圾的固体特性，如生物可降解物　（ＢＤＭ）和挥发分（、，ｓ）进行分析，２００６年２月２５日正　作者简介：杨军（１９７２一），男，副教授，博士研究生，主要从事固体废弃物处置及资源化方面的研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｙａｎｇｊｕｎ＠ｍａｉｌ．１ｚｊｔｕ．ｃｎ　收稿日期：２００６－－１２－２０　维普资讯 http://www.cqvip.com 表１初始垃圾组分　Ｔａｂ．１　Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｏｆｔｈｅ　ｓｏｌｉｄ　ｗａｓｔｅ　表２模拟垃圾柱装填及运行情况　ａＴｂ．２　Ｓｕｍｍａｒｙ　ｏｆｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌⅥ　ａｓｔｅ　ｃｏｌｕｍｎｓ　式启动温控设施，并根据长安填埋场多年平均降雨　量（９４７　ｍｍ）估算出日降雨量进行模拟降雨，每天灌　水一次（灌水量为３００　ｍＬ・　）。其中对比垃圾柱Ｃ６　的灌水量根据ＳＣＳ模型计算所得的日人渗量进行。　１．４监测指标及方法　实验期间，分别对各垃圾柱渗滤液ｐＨ值、ＣＯＤ　和氨氮质量浓度进行监测。每周一次，每次取样约　ｌ５０　ｍＬ。其中，ｐＨ值采用玻璃电极法，ＣＯＤ采用　标准重铬酸钾法（ＣＯＤｃｒ），氨氮采用纳氏试剂光度　法【　测定。　２实验结果与讨论　２．１渗滤液ｐＨ值变化趋势　各模拟垃圾柱渗滤液ｐＨ值随时间的变化趋势　如图２所示。实验启动后，随灌水量各垃圾柱中可　生物降解固相垃圾不断水解并逐渐积累，导致模拟　垃圾柱渗滤液地ｐＨ值小幅下降，其中Ｃ３、Ｃ４和　Ｃ５垃圾柱均于实验启动的第４９　ｄ，ｐＨ值均降至最　低点，分别达５．９３、５．７６和５．８２；而Ｃｌ柱则比Ｃ３、　ｃ４和ｃ５晚２８　ｄ达ｐＨ值最低点。另外，室温条件　图２渗滤液ｐＨ位变化趋势　Ｆｉｇ．２　Ｃｈａｎｇｅｓ　ｏｆｉｅａｃｈａｔｅ　ｐＨ　ｖａｌｕｅ　牛态环境第１６卷第３期（２００７年５月）　下的ｃ６柱ｐＨ值回升时间较晚，而其它垃圾柱ｐＨ　值则快速回升，并相继进入产甲烷阶段。由此说明，　较高温度有利于有机组分的水解酸化，ｐＨ值较　达到最低点，日‘渗滤液ｐＨ值回升速率也越快，有　利于垃圾降解进入产甲烷阶段。其中以３７－４５℃温　度范嗣内最为明显。　２．２渗滤液ＣＯＤ变化趋势　图３表示了各模拟垃圾柱ＣＯＤ在不同温度下　的变化趋势。　６８５００　一．６ｌ０００　５３５００　４６０００　晏３８５００　—３ｌ０００　２３５００　２８　４９　７０　９１　１１２　１３３　１５４　１７５　１９６ｔ／ｄ　图３渗滤液户（ＣＯＤ）／（ｍｇ・Ｌ－＇）质量浓度变化趋势　Ｆｉｇ．３　Ｃｈａｎｇｅｓ　ｏｆｌｅａｃｈａｔｅｐ（ＣＯＤ）／（ｍｇ・　）　Ｆ｝１图３司知：　（１）温度越高ＣＯＤ峰值越大。实验启动后，由　于固相垃圾水解，各模拟垃圾柱渗滤液ＣＯＤ逐渐　升高，当实验进行到５６ｄ左右，Ｃｌ至Ｃ６模拟垃圾　柱渗滤液的ＣＯＤ分别升到实验期间的最高点（分　别达８ｌ　３Ｏｌ、７５　７８７、６７０００、８６６１４、９００００和８ｌ　３Ｏｌ　ｍｇ・Ｌ　），即温度越高ＣＯＤ峰值越大。　（２）相对恒定的温度有利于渗滤液ＣＯＤ的稳定　衰减。Ｃｌ至Ｃ５柱由于稳定的温度为微生物降解垃　圾（有机组分）创造了有利条件，因而表现出图所　示的状况，实现了ＣＯＤ的稳定衰减；而室温条件　下的Ｃ６垃圾柱，由于试验第８４至第ｌ５４　ｄ内室温　变化较大，此期间ＣＯＤ的衰减很小且不稳定，到　第ｌ５４天后室温较高且变化幅度不大，短期内实现　了ＣｏＤ的快速衰减。　（３）随着ｐＨ值的不断回升，产甲烷阶段逐步启　动，各模拟垃圾柱渗滤液ＣＯＤ又相继开始衰减，　降到６　０００　ｍｇ・Ｌ　左右时，其衰减速率又变得非常　缓慢。温度影响效果虽不是十分显著，但总的趋势　是温度越高衰减速度越快、衰减速度梯度也越大。　（４）较高的温度对渗滤液ＣＯＤ具有较高的去除　率。分别在４ｌ℃和４５℃条件下运行的Ｃ４和Ｃ５　垃圾柱，渗滤液ＣＯＤ分别由最大值８６６１４和９００００　ｍｇ・Ｌ　分别衰减至５　２１６．５和５　４１３．４　ｍｇ・Ｌ　，渗滤液　中ＣＯＤ去除率分别高达９３．９８％和９３．９９％，而室温　条件下的垃圾柱Ｃ６渗滤液中ＣＯＤ去除率仅为　维普资讯 http://www.cqvip.com 杨军等：温度对填埋垃圾渗滤液特征的影响　２３．１３％。ｍ此可见，在一定温度范同内温度越高，　渗滤液中ＣＯＤ的去除率也越高。　２．３渗滤液氨氦质量浓度变化趋势分析　罔４表示的是各模拟垃圾柱渗滤液氨氮质量浓　度在不同温度下的变化趋势。实验启动后，随着氨　化反应的进行，渗滤液氨氮质量浓度逐渐升高。随　３结论　（１）较高的温度有利于填埋有机垃圾快速进入　产酸阶段，日．温度越高，产酸阶段周期越短，渗滤　液ｐＨ值回升越快，渗滤液ＣＯＤ衰减越快。　（２１在２９～４５℃范嗣内，温度是否保持恒定的影　响比温度高低的影响更加显著。保持较恒定温度比　升高绝对温度更加有利于垃圾降解，有利于渗滤液　ＣＯＤ的衰减。　３６００　（３）渗滤液氨氮衰减趋势受温度影响不显著。　３３—４１℃时氨氮质量浓度较高（反硝化细菌占优　势），但氨氮衰减趋势受温度影响不明显。　参考文献：　【ｌ】　ＭＡＴＡ　ＡＬＶＡＲＥＺ　Ｊ．　ＭＡＲＴＩＮＥｚ　ＶＩＴＵＲＴＩＡ　Ａ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆｍｕｎｉｃｉｐａｌ　ｓｏｌｉｄ　ｗａｓｔｅ　ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ｗｉｔｈ　ｌｅａｃｈａｔｅ　ｒｅｃｙｃｌｅ．　誉０　２８０Ｏ　２４００　，　＿２Ｏ００　Ｉ６∞　ｌ２Ｏ０　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ［Ｊ］，ｌ　９８６，３６：　４９　７Ｏ　９１　Ｉ１２　１３３　１５４　Ｉ　７５　１９６ｆ／ｄ　５４７—５５６．　８ｏ０　２８　图４渗滤液Ｐ（ＮＨ￣Ｎ）／（ｍｇ・Ｌ－、）变化趋势　Ｆ／ｇ．４　Ｃｈａｎｇｅｓ　ｏｆＮＨ￣一Ｎ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ｌｅａｃｈａｔｅ　【２】ＨＡＭ　Ｒ　Ｋ，ＢＬＡＲＺ　Ｍ　Ａ．Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｌａｎｄｆｉｌｌ　ｇａｓ　ｑｕａｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｑｕａｎｔｉｔｙ［Ｃ］．Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＩＳＷＡ　ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ　ｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ，ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　ｉｍｐａｃｔ　ｏｆ　ｓａｎｉｔａｒｙ　ｌａｎｄｆｉｌｌｓ．　Ｃａｇｌｉａｒｉ，Ｓａｒｄｉｎｉａ，Ｉｔａｌｙ．１　９８７：２０—３３．　后，南于产甲烷过程中微生物的同化作用消耗了部　分氨氮，加之灌水的稀释效应，各模拟垃圾柱渗滤　液氨氮质量浓度均逐渐下降，但下降幅度相对较　小。随着厌氧环境的逐渐建立，渗滤液中的氨氮不　能够和氧气发生硝化反应，从而也就失去了进一步　发生反硝化反应转化为Ｎ２而被去除的机会，所以　实验进行到１７５　ｄ后，各模拟垃圾柱渗滤液氨氮质　量浓度又出现一个极大值，分别达到了３　２３６．３、　４　３４７．１、２６８６．８、４７７９．７、４０５４．８、２　３８２．８　ｍｇ・　。　【３】３　ＢＡＬＡＺＭ　Ａ，ＭＩＫＥＭ、】ｖ＇ＨＡＭ　ＲＫ．Ｇａｓ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓｉｎ　ｓａｎｉｔａｒｙ　ｌａｎｄｆｉｌｌ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．Ｗａｓｔｅ　Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ａｎｄ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ，　１　９８７（５）：２７—３９．　【４　赵由才，郭兴民，朱琳楠．垃圾填埋场稳定化研究（１）【４】Ｊ】．重庆环境　科学，１９９４，１６（５）：ｇ－１１．　ＺＨＡＯ　Ｙｏｕｃａｉ；ＧＵＯ　Ｘｉｎｍｉｎ；ＺＨＵ　Ｌｉｎｎａｎ．Ｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｌａｎｄｆｉｌｌ（１）．　Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　ｓｃｉｅｎｃｅ，１９９４，１　６（５）：８－ｌ１．　【５　吴满昌，孙可伟，李如燕，等．温度对城市生活垃圾厌氧消化的影　５】响生态环境【Ｊ】．生态环境，２００５，１４（５）：６８３—６８５．　ＷＵ　Ｍａｎ—ｃｈａｎｇ，ＳＵＮ　Ｋｅ—ｗｅｉ，ＬＩ　Ｒｕ－ｙａｎ，ｅｔ　ａｌ　Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｏｎ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　ａｎａｅｒｏｂｉｃ　ｄｉｇｅｓｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ｔｒｅａｔｉｎｇ　随后氨氮质量浓度的降低，分析其原因是由于ＣＯＤ　质量浓度很低，而大量的产甲烷微生物同化作用消　耗，加之灌水的稀释效应所致。但由图４来看，３３￣４１　℃时氨氮较高（反硝化细菌占优势），渗滤液氨氮　变化趋势受温度影响不大。南此可知，温度对渗滤　液中氨氮的去除影响不显著，而较高的温度对氨氮　的衰减与去除并没有明显的优势。　ｍｕｎｉｃｉｐａｌ　ｓｏｌｉｄ　ｗａｓｔｅ［Ｊ】．Ｅｃｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，２００５，１４（５）：　６８３—６８５．　【６】６　国家环境保护总局．水和废水监测分析方法【Ｍ】．第４版．北京：　中国环境科学出版社．２００２：１７９—２８４．　Ｓｔａｔｅ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　Ｐｒｏｔｃｔｅｉｏｎ　Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｃｈｉｎａ．Ｗａｔｅｒ　ａｎｄ　ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ａｎｄ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｍｅｔｈｏｄｓ【Ｍ】．４ｔｈ　ｄｉｅｔｉｏｎ．Ｂｅｉｊｉｎｇ：　Ｃｈｉｎａ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｐｒｅｓｓ．２００２：ｌ　７９－２８４．　Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｏｎ　ｌｅａｃｈａｔｅ　ｉｎ　ｌａｎｄｆｉｌｌ　ＹＡＮＧ　Ｊｕｎ，ＨＵＡＮＧＴａｏ，ＺＨＡＮＧＸｉｈｕａ　Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ｎｄ　ａＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ　Ｊｉａｏｔｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ　６１００３１，Ｃｈｉｎａ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｉｍｐａｃｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｏｎ　ｔｈｅ　ａｎａｅｒｏｂｉｃ　ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｏｒｇａｎｉｃ　ｒｅｆｕｓｅ　ｉｓ　ｖｅｒｙ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ，ＳＯ　ｉｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｌｅａｃｈａｔｅ　ｉｎ　ｌａｎｄｆｉｌ１．Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｏｆ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　Ｒｅｆｕｓｅ　Ｃｏｌｕｍｎ　ｗｉｔｈ　ｓｉｘ　ｄｉｆｅｒｅｎｔ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ　ｓｅｔ　ｕｐ　ａｔ　ｒｏｏｍ　ｔｍｐｅｅｒａｔｕｒｅ　ａｎｄ　２９－－－４５℃ｒａｎｇｅ．ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｔｈｅ　ｉｍｐａｃｔ　ｏｆ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｉｅａｃｈａｔｅ　ｉｎ　ｌａｎｄｆｉｌ１．Ｔｈｅ　ｒｓｕｌｅｔｓ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｓｕｉｔａｂｌｅ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ａｎｇｅ（ｒ２９－－－４５℃），ｔｈｅ　ｈｉｇｈｅｒ　ｔｍｐｅｒｅａｔｕｒｅ　ｐｌａｙｓ　ａ　ｇｒｅａｔｒ　ｅｒｏｌｅ　ｉｎ　ＣＯＤ　ａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｓｔｅａｄｙ　ｔｍｐｅｒａｔｅｕｒｅ　ｐｌａｙｓ　ｍｏｒｅ　ｎｏｔａｂｌｅ　ｉｍｐａｃｔ　ｏｎ　ｔｈｅ　ａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎ　ｏｆＣＯＤ　ｔｈａｎ　ｔｈｅ　ｈｉｇｈ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅ　ｉｍｐａｃｔ　ｏｆｔｈｅ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｏｎ　ｔｈｅ　ａｍｍｏｎｉａ　ｉｎ　ｔｈｅ　ＣＯＤ　ａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎ　ｉｓ　ｎｏｔ　ｏｂｖｉｏｕｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ；ｏｒｇａｎｉｃ　ｓｏｌｉｄ　ｗａｓｔｅ；ａｎａｅｒｏｂｉｃ　ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ；ｉａｃｈａｔｅ　ｅ