城市生活垃圾填埋處置中的溫度—化學(xué)耦合作用研究.pdf

1、填埋場垃圾穩(wěn)定化的實(shí)質(zhì)即是有機(jī)組分不斷生化降解的過程，從生化反應(yīng)動力學(xué)角度分析，溫度對其降解進(jìn)程必然產(chǎn)生重要的影響；從化學(xué)反應(yīng)熱力學(xué)角度進(jìn)行分析，化學(xué)反應(yīng)過程的熱效應(yīng)則不斷改變著填埋體內(nèi)的溫度分布。因此，填埋場處于一個(gè)溫度、化學(xué)等多種環(huán)境因素相互作用、相互影響的動態(tài)平衡體系之中。 本文通過垃圾有機(jī)組分厭氧降解的生化反應(yīng)機(jī)理及其化學(xué)表達(dá)，分析研究了垃圾有機(jī)組分厭氧降解反應(yīng)過程的熱效應(yīng)，并通過室內(nèi)垃圾柱模擬實(shí)驗(yàn)研究了溫度對垃圾有機(jī)

2、組分厭氧降解的影響，在此基上研究了溫度—化學(xué)耦合作用下填埋場垃圾體內(nèi)徑向溫度的模擬分布。有機(jī)垃圾成分復(fù)雜，其化學(xué)組分主要由碳水化合物、蛋白質(zhì)和脂肪組成，典型的化學(xué)概化分子式可分別由(CH<,2>O)<,6>、C<,46>H<,77>O<,17>N<,12>S和C<,55>H<,104>O<,6>來表達(dá)。垃圾厭氧降解過程可分三個(gè)階段，本文根據(jù)各階段降解機(jī)理研究了其降解過程的化學(xué)表達(dá)，并進(jìn)一步對其進(jìn)行簡化和量化分析。結(jié)果表明，在整個(gè)厭氧降解

3、過程中，蛋白質(zhì)最終轉(zhuǎn)化為甲烷和二氧化碳的量分別是0.34kg·k<'-1>和0.90kg·kg<'-1>，碳水化合物最終轉(zhuǎn)化為甲烷和二氧化碳的量分別是0.27kg·kg<'-1>和0.73kg·kg<'-1>，脂肪最終轉(zhuǎn)化為甲烷和二氧化碳的量分別是0.72kg·kg<'-1>和0.82kg·kg<'-1>。通過對成都垃圾厭氧降解反應(yīng)過程進(jìn)行的簡化定量方程表達(dá)，對厭氧降解各階段反應(yīng)過程的熱效應(yīng)進(jìn)行了量化。結(jié)果表明，濕鮮垃圾在整個(gè)降解進(jìn)程中

4、的總體產(chǎn)生能量為181.7 kJ·kg<'-1>；以有機(jī)碳降解量計(jì)(由固相轉(zhuǎn)化為氣相)，其釋放的能量為14.57kJ·mol<'-1>；以甲烷產(chǎn)生量計(jì)，其釋放的能量為26.46kJ·mol<'-1>。通過五個(gè)不同溫度的垃圾柱實(shí)驗(yàn)研究表明：在29～45℃溫度范圍內(nèi)，較高的溫度有利于填埋有機(jī)垃圾快速進(jìn)入產(chǎn)酸階段，且溫度越高，越有利于填埋垃圾的降解進(jìn)入產(chǎn)甲烷階段，從而縮短填埋垃圾的穩(wěn)定化時(shí)間。垃圾降解產(chǎn)氣過程中，運(yùn)行溫度控制在41℃的垃圾模擬

5、柱填埋氣體中甲烷含量最高且穩(wěn)定。借鑒化學(xué)反應(yīng)熱力學(xué)的相關(guān)理論，分析了溫度對填埋有機(jī)垃圾厭氧降解產(chǎn)甲烷階段典型方程平衡常數(shù)的影響。若不考慮溫度對微生物影響，因產(chǎn)甲烷階段屬吸熱過程，溫度越高，越有利于反應(yīng)的正向進(jìn)行，有利于甲烷的生成。由于填埋有機(jī)垃圾厭氧降解的實(shí)質(zhì)是一個(gè)由多種微生物參與的多階段復(fù)雜的生物化學(xué)反應(yīng)過程。溫度對微生物和降解的化學(xué)反應(yīng)均產(chǎn)生重要影響。結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析表明，兩種影響作用中，溫度對微生物的影響作用占主導(dǎo)地位。

6、 本文以滲濾液COD降解系數(shù)來體現(xiàn)有機(jī)垃圾厭氧降解，確立了溫度對垃圾厭氧降解影響的定量關(guān)系式。結(jié)果表明垃圾厭氧降解過程的最佳降解溫度出現(xiàn)兩個(gè)峰值，峰值溫度分別為30.8℃和39.7℃，偏離峰值，滲濾液COD濃度衰減系數(shù)均呈下降趨勢。第一個(gè)峰值體現(xiàn)在對水解、酸化兩階段的促進(jìn)作用，這是由于放熱反應(yīng)導(dǎo)致峰值向較低溫度偏移；第二個(gè)峰值體現(xiàn)在對產(chǎn)甲烷階段的促進(jìn)作用，這則是因吸熱反應(yīng)所致。這一結(jié)論可解釋許多前人的實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果?；谝陨涎芯浚疚慕?/p>