滲瀝液回灌對生活垃圾堆酵效果影響研究

荀方飛，葛亞軍，馬婧一

（北京市環(huán)境衛(wèi)生設計科學研究所，北京 100028）

滲瀝液回灌技術(shù)是針對垃圾填埋場滲瀝液的一種特殊處理方法，將填埋場底部收集到的滲瀝液從其覆蓋層表面重新灌入填埋場的處理方法，該技術(shù)主要應用于加速填埋場的穩(wěn)定。研究表明［1-2］，滲瀝液回灌可以提高垃圾層的含水率，增加垃圾的濕度，增加垃圾中微生物的活性，加速產(chǎn)生甲烷的速率、垃圾中污染物溶出及有機物的分解，縮短填埋場垃圾的穩(wěn)定化進程。國內(nèi)外部分學者對滲瀝液回灌技術(shù)主要集中在填埋場，通過實驗室和中試研究滲瀝液回灌水力負荷、回灌滲瀝液中VFA濃度等對填埋垃圾降解和穩(wěn)定的影響［3-5］，目前，針對焚燒廠堆酵預處理過程中進行滲瀝液回灌，縮短焚燒料坑生活垃圾的堆酵周期的研究較少。本試驗通過在生活垃圾堆酵預處理過程輸入滲瀝液，研究不同滲瀝液和回灌條件對于垃圾堆酵的影響。

1 試驗設計

1.1 試驗裝置

堆酵試驗裝置設計結(jié)構(gòu)見圖1。試驗裝置的主體堆酵倉為圓臺結(jié)構(gòu)，上圓直徑180 cm，下圓直徑145 cm，高67 cm，體積約為2 m3，在其頂部安放有網(wǎng)狀壓箅，試驗中在壓箅上增加配重物以向試驗垃圾施加一定的壓力；側(cè)部有垃圾取樣孔和熱電偶位置，用于采集不同堆積深度位置的樣本同時測量其溫度變化情況；底部有一定坡度，以保證堆酵析出的水分及時排出；堆酵裝置采用玻璃鋼材質(zhì)，外部用工業(yè)用保暖材料覆蓋以模擬垃圾池中類似絕熱的環(huán)境。

1.2 回灌方式

回灌方式對于堆酵垃圾的影響在于：滲瀝液的滲流區(qū)域不同，從而導致不同區(qū)域的垃圾性質(zhì)不同。國內(nèi)基于填埋垃圾研究滲瀝液回灌多由覆土層滲流，以保障滲瀝液均勻分布，由于焚燒料坑中不存在覆土層，因此試驗表面噴灑使?jié)B瀝液均勻分布于垃圾層的表面，使不同區(qū)域的垃圾性質(zhì)同步變化。

1.3 試驗方案

從垃圾轉(zhuǎn)運車上取得新鮮的垃圾樣本，試驗取樣總量約為2 000 kg，經(jīng)過充分混合后，剔除明顯的惰性物及不可降解物如石塊、金屬。稱取9等份120 kg的試驗樣本分別堆入堆酵罐1～9中，加上40.000 kg的配重物壓實樣本，按照3次/d的頻率翻堆垃圾樣本，堆酵時間總計4 d（第1天不進行任何回灌操作，但計量各堆酵罐內(nèi)滲瀝液析出量，并將收集合并作為回灌液類型中的新液）。試驗完成后，計算發(fā)酵罐實際析出的滲瀝液質(zhì)量（滲瀝液實際析出量=總析出量-回灌量）作為考核指標。

選擇合適類型的回灌液和回灌條件，是獲得最優(yōu)的垃圾堆酵效果的必要條件。目前已見關于回灌條件的研究［7-8］，研究的對象均為垃圾填埋場，因此其規(guī)律并不適用于生活垃圾焚燒的前處理。本試驗采用正交法，研究不同的回灌液類型、回灌量、回灌頻率等對堆酵過程中垃圾含水率和熱值的影響，探索生活垃圾焚燒前處理工藝的最佳回灌條件。

采用正交試驗的方法進行試驗，設定回灌液類型、回灌量、回灌頻率等3個正交因子，每個因子設定3個水平，設定的正交因子水平見表1。3種回灌液：新鮮垃圾在堆酵過程中析出的滲瀝液（簡稱新液）；垃圾填埋場底部收集到的滲瀝液（簡稱舊液）；垃圾填埋場滲瀝液經(jīng)凈化處理后排放的達標液（簡稱清液），表2為不同類型滲瀝液指標對比。

表1 試驗正交因子水平

表2 不同類型回灌液的指標對比

2 試驗結(jié)果分析

表3為生活垃圾堆酵預處理正交試驗結(jié)果，在垃圾堆酵的過程中，被壓實的垃圾層相當于厭氧生物器，將滲瀝液回灌到垃圾填埋層內(nèi)，使得最大范圍的微生物都能利用滲瀝液中的有機污染物。在微生物大量繁殖的同時，滲瀝液中有機物得到降解。通過對滲瀝液回灌堆酵垃圾后的微生物鏡檢結(jié)果表明，經(jīng)回灌處理后的垃圾層空隙多并且發(fā)育良好，微生物種類明顯增多，出現(xiàn)一定數(shù)量原生動物及大量菌膠團。垃圾的分解速度加快，析出的水分更多，垃圾的熱值提高。

表3 不同條件下滲瀝液的情況 kg

由表4為含水率隨回灌條件變化規(guī)律試驗正交實驗結(jié)果可知，對比9組正交試驗，試驗3中，滲瀝液析出量最大，以滲瀝液的實際析出質(zhì)量為考核指標時，最佳的回灌條件為采用新鮮滲瀝液作為回灌液，回灌量為6.000 kg，回灌頻率為8 h/次。

表4 含水率隨回灌條件變化規(guī)律試驗正交試驗結(jié)果

通過表4結(jié)果，分析堆酵過程中各因子對生活垃圾含水率影響分析如下。

1）回灌液類型：垃圾滲瀝液對堆酵過程的影響不僅在于增加垃圾的含水率，而且垃圾滲瀝液中含有大量有機物和氨氮等，為微生物的生長繁殖提供了充足的條件。檢測數(shù)據(jù)表明新鮮滲瀝液中含有大約90%的可溶性有機碳是短鏈的揮發(fā)性脂肪酸，其次是灰黃霉酸，其BOD/COD可達0.5以上。但是長時間存放的滲瀝液中揮發(fā)性脂肪酸比例減少，而灰黃霉酸類物質(zhì)的比例增加，BOD/COD的比值變小，即可生化性較低。因此新鮮滲瀝液的回灌更有利于加速生化反應，縮短垃圾堆酵的時間。

2）回灌比例：滲瀝液回灌量的比例是影響堆酵效果的重要因素。較大的回灌量有利于保持垃圾含水率，增加垃圾內(nèi)部濕度，并增加堆酵層自身壓力，但是過量回灌可能引起垃圾層中微生物被沖刷，導致處理效果的降低。在實踐中，各焚燒廠內(nèi)垃圾的組成和堆積壓實程度不同導致了垃圾堆酵層的滲透性不同，最佳回灌量也就不同。因此，必須根據(jù)實際情況確定回灌量與堆酵垃圾的最佳比例，但回灌比例不可能無限增大。

3）回灌頻率：在相同的回灌比例下，加大回灌頻率有利于提高垃圾降解速率。原因在于回灌頻率的增加有利于保持垃圾的高含水率，有利于微生物的生長繁殖，并且將降解產(chǎn)生的抑制性物質(zhì)快速洗出。但是過高的回灌頻率也可能不利于微生物附著生長，造成過水面積降低，減少水與微生物的接觸，反而不利于垃圾降解。目前多采用8 h或12 h回灌1次，即3次/d或2次/d。

同時分析表中值，3個因素對于考核指標的影響大小順序為回灌量>回灌液類型>回灌頻率。

3 結(jié)論

滲瀝液回灌有利于生活垃圾的垃圾降解，工程上常用控制條件為回灌液類型、滲瀝液回灌量和回灌頻率，本試驗通過正交試驗，分析3因素對生活垃圾含水率和熱值的影響，并得出本試驗裝置最佳試驗條件為：采用新鮮滲瀝液作為回灌液，回灌量為6.000 kg，回灌頻率為8 h/次。

［1］Barlaz M A，Ham R K，Schaefer D M.Methane Production from Municipal Refuse：A Review of Enhancement Techniques and Microbial Dynamics［J］.Critical Rev Environ Control，1990，19 （6）：557-584.

［2］Chugh S，Clarke W.Effect of Recirculated Leachate Volume on MSW Degradation［J］.Waste Manage Res，1998，16 （6）：564-573.

［3］楊國棟，蔣建國，黃云峰，等.滲瀝液回灌負荷對填埋場垃圾產(chǎn)氣效能的影響［J］.環(huán)境科學，2006，27（10）：2129-2134.

［4］鄧舟，蔣建國，楊國棟，等.滲瀝液回灌量對其特性及填埋場穩(wěn)定化的影響［J］.環(huán)境科學，2006，27（1）：184-188.

［5］Pohland F G.Landfill Bioreactors：Historical Perspective，F(xiàn)undamental Principle and New Horizons in Design and Operations［C］//Seminar Publication：Landfill Bioreactor Design and Operation.Wilmington DE，Washington：US Environmental Protection Agency，1995.

［6］李啟彬，劉丹.滲瀝液回灌頻率對生物反應器填埋場的影響研究［J］.環(huán)境工程學報，2007，1（10）：32-36.

［7］羅春泳，陳云敏，唐曉武，等.滲瀝液回灌設計中一些參數(shù)的理論研究［J］.環(huán)境工程，2003，21（4）：13-15.

［8］李啟彬，劉丹，歐陽峰.滲瀝液回灌對填埋垃圾含水率的影響研究［J］.環(huán)境科學與技術(shù)，2007，30（7）：20-22.