大型填埋場(chǎng)垃圾降解規(guī)律研究
隨著我國(guó)人口的增加，土地資源日益緊缺，垃圾填埋場(chǎng)的再利用問(wèn)題倍受關(guān)注，這勢(shì)必涉及到填埋場(chǎng)的穩(wěn)定化評(píng)價(jià)問(wèn)題。填埋場(chǎng)穩(wěn)定化的一個(gè)重要指標(biāo)是垃圾組成[1 —5]。為了科學(xué)地利用填埋場(chǎng)的土地和垃圾，從本質(zhì)上把握填埋場(chǎng)的日常管理、設(shè)計(jì)、安全防護(hù)等，有必要對(duì)填埋場(chǎng)中的垃圾進(jìn)行深入系統(tǒng)地研究。這方面我國(guó)所作的研究工作非常有限。國(guó)外所做的研究工作，其研究結(jié)果對(duì)我國(guó)有參考價(jià)值[6—10]。本工作研究了垃圾降解過(guò)程中固體殘余物的含量及BDM與填埋時(shí)間的定量關(guān)系，從微觀垃圾組成的角度來(lái)預(yù)測(cè)垃圾的礦化程度。
1試驗(yàn)場(chǎng)的建立和垃圾組成的監(jiān)測(cè)
1.1試驗(yàn)場(chǎng)的建造
在上海市老港垃圾填埋場(chǎng)建造了國(guó)內(nèi)外規(guī)模最大的垃圾填埋場(chǎng)穩(wěn)定化試驗(yàn)場(chǎng)。該試驗(yàn)場(chǎng)位于老港填埋場(chǎng)北側(cè)的試驗(yàn)小區(qū)(17號(hào)單元)。試驗(yàn)場(chǎng)底部和四周鋪設(shè)有粘土和高分子材料襯底及排水管道。填埋完畢后在垃圾表面覆蓋了30cm的粘土，并設(shè)有排水溝。可以認(rèn)為該試驗(yàn)場(chǎng)是小型的標(biāo)準(zhǔn)垃圾衛(wèi)生填埋場(chǎng)。1995-04-10開始向試驗(yàn)場(chǎng)填入垃圾，至1995-04-25填畢。共填埋垃圾10858t，垃圾填埋高度4m，有效填埋面積3000m2(50m×60m)。填入后垃圾的初始容重為0.905t/m3。所用垃圾末摻有建筑垃圾和工業(yè)垃圾，也看不出有明顯的煤灰存在，是典型的燃?xì)饩用駞^(qū)生活垃圾，其組成為含水率43%，有機(jī)物 (干重)38%，無(wú)機(jī)物(干重)44%。
1.2垃圾組成分析
(1)沿試驗(yàn)場(chǎng)對(duì)角線的兩角和中心各設(shè)一個(gè)采樣點(diǎn)，每點(diǎn)取5—10kg 的垃圾樣品。烘干后挑出石頭、磚頭、玻璃等無(wú)機(jī)硬廢物和無(wú)法降解的橡膠、塑料蓋、塑料瓶后的剩余部分用球磨機(jī)和破碎機(jī)破碎至20目以下。取其粉末進(jìn)行分析測(cè)試。同時(shí)，分別對(duì)老港填埋場(chǎng)199l、1992、1993、1994年4月份的填埋單元進(jìn)行了挖掘，取出垃圾進(jìn)行相同物化參數(shù)的測(cè)定，以便檢驗(yàn)通過(guò)試驗(yàn)場(chǎng)垃圾取樣測(cè)定結(jié)果所得出的數(shù)學(xué)模型的準(zhǔn)確性。
總糖含量分析：糖與硫酸作用，脫水生成羥甲基呋喃甲醛(羥甲基糖醛)，再與蒽酮縮合生成藍(lán)色化合物，其呈色強(qiáng)度與溶液中糖的濃度成正比，在610nm波長(zhǎng)處定量測(cè)定。單糖、雙糖、糊精、淀粉等都直接與試劑發(fā)生作用。(2)揮發(fā)分和有機(jī)碳含量分析：通過(guò)在650℃溫度下灼燒的方法來(lái)測(cè)定垃圾中有機(jī)物(揮發(fā)性固體)的含量。又因?yàn)槔械奶己看蠹s是有機(jī)物質(zhì)的47%，因此可以通過(guò)測(cè)定易揮發(fā)性物體的含量再乘以47%來(lái)估算有機(jī)碳的含量。(3)BDM分析：在強(qiáng)酸性條件下，以強(qiáng)氧化劑重鉻酸鉀在常溫下氧化樣品中有機(jī)質(zhì)，過(guò)量的重鉻酸鉀以硫酸亞鐵回滴。根據(jù)所消耗氧化劑的量，計(jì)算樣品中有機(jī)質(zhì)的量，再換算為生物可降解度。(4)粗纖維含量分析：垃圾樣品經(jīng)一定濃度的酸處理后，去除其中的糖類等雜質(zhì)，最后的殘?jiān)鼫p去灰分，即得粗纖維。
2結(jié)果與討論
2.1垃圾組成與填埋時(shí)間的關(guān)系
 圖1垃圾組成與填埋時(shí)間的關(guān)系 |
圖 1為試驗(yàn)場(chǎng)3個(gè)取樣點(diǎn)垃圾組成監(jiān)測(cè)結(jié)果，從圖中可以看出，在2年內(nèi)，垃圾組成的監(jiān)測(cè)結(jié)果波動(dòng)比較大。而經(jīng)2年左右的時(shí)間填埋后，取出的垃圾卻臭味大減，也易晾干。1990年和1991年填入的垃圾則基本上無(wú)味，呈黑色，放在實(shí)驗(yàn)室會(huì)很快自然晾干而且不產(chǎn)生滲濾液。由圖1可以看出，3個(gè)取樣點(diǎn)的垃圾組成是非常接近的。表明取樣和分析是可靠的。顯然，垃圾分析的重現(xiàn)性非常好。在進(jìn)行數(shù)學(xué)模擬時(shí)，只能應(yīng)用填埋2年后的垃圾組成監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。
2.2實(shí)驗(yàn)場(chǎng)垃圾組成與填埋時(shí)間關(guān)系的數(shù)學(xué)擬合和驗(yàn)證
用3個(gè)取樣點(diǎn)的垃圾組成的平均值。通過(guò)數(shù)學(xué)擬合，得到各垃圾成分與填埋時(shí)間的擬合關(guān)系式，結(jié)果見表1。
表1垃圾組成與填埋時(shí)間(d)關(guān)系的數(shù)學(xué)擬合式 |
2.3老港垃圾填埋場(chǎng)1991—1994年4月封場(chǎng)填埋單元垃圾組成監(jiān)測(cè)
老港垃圾填埋場(chǎng)屬于平原式填埋場(chǎng)。整個(gè)填埋場(chǎng)被劃分為幾十個(gè)填埋單元。填埋單元之間用3m厚的土壩相隔？梢哉J(rèn)為，填埋單元之間是相互獨(dú)立的。每個(gè)填埋單元可使用3個(gè)月時(shí)間。從1997年3月開始，對(duì)老港垃圾填埋場(chǎng)199l，1992，1993和1994年4月份封場(chǎng)的填埋單元的垃圾進(jìn)行取樣分析。結(jié)果見表 2。
表2老港垃圾填埋場(chǎng)1991—1994年4月份封場(chǎng)填埋單元垃圾監(jiān)測(cè) |
BDM：生物可降解物含量；OC：有機(jī)碳；RC：粗纖維；VS：揮發(fā)性固體；TS：總糖
2.4數(shù)學(xué)擬合方程的驗(yàn)證
利用表1的方程式，就可計(jì)算出垃圾組成與填埋時(shí)間的定量關(guān)系。用表2的數(shù)據(jù)與表1的方程式計(jì)算值進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)表2的數(shù)據(jù)在與計(jì)算值相差±(3%—5%)左右(總糖除外)。因此，表1的方程式是可靠的，完全能夠用于老港垃圾填埋場(chǎng)垃圾組成與填埋時(shí)間的關(guān)系預(yù)測(cè)，其結(jié)果見表3(由于總糖含量實(shí)在太低，誤差較大)。
表3垃圾組成預(yù)測(cè)值  |
從表3可以看出，垃圾各成分含量的降低是非常緩慢的。垃圾無(wú)害化過(guò)程，實(shí)際上也是垃圾中有機(jī)質(zhì)含量的下降過(guò)程。經(jīng)測(cè)定，老港垃圾填埋場(chǎng)覆蓋土的BDM含量為 2.5%，若垃圾中的BDM含量降低到這個(gè)數(shù)值，大約需要22—23年。根據(jù)同時(shí)進(jìn)行的滲濾水濃度預(yù)測(cè)結(jié)果，老港垃圾填埋場(chǎng)滲濾水下降到國(guó)家一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)所需的時(shí)間也是22—23年[1—2]。
3討論與結(jié)論
垃圾無(wú)害化程度除了一些微生物和病理指標(biāo)外，似乎無(wú)其它規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)可參照。從本報(bào)告看，隨著填埋時(shí)間的延長(zhǎng)，垃圾中揮發(fā)性物質(zhì)含量、有機(jī)碳含量、粗纖維含量、BDM、總糖含量等均會(huì)緩慢下降。對(duì)于一個(gè)填埋場(chǎng)，只要建立起這些參數(shù)的方程，通過(guò)測(cè)定該場(chǎng)任何點(diǎn)的垃圾組成，就可較準(zhǔn)確判斷填埋年限。
對(duì)垃圾無(wú)害化程度與本項(xiàng)目所測(cè)得的各物化參數(shù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)看來(lái)還不可行。但若在分析測(cè)試這些參數(shù)的同時(shí)也對(duì)垃圾中的病原微生物等進(jìn)行分析，通過(guò)衛(wèi)生指標(biāo)確定垃圾無(wú)害化程度，再與物化參數(shù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，就有可能用物理化學(xué)方法判定垃圾無(wú)害化程度與填埋時(shí)間的關(guān)系[2]。這方面的工作還有待于進(jìn)行。全國(guó)每年產(chǎn)生1.2億t垃圾，基本上是采用填埋方法處理。經(jīng)若干年降解而轉(zhuǎn)化為礦化垃圾后，其數(shù)量至少有1億t。歷年來(lái)我國(guó)堆存的礦化垃圾數(shù)量有幾億t，利用價(jià)值很大。
從垃圾組成的衰減規(guī)律來(lái)看，老港垃圾填埋場(chǎng)穩(wěn)定化時(shí)間大約為22—23年。此時(shí)滲濾水污染物濃度也自然衰減到國(guó)家一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。一般的安全性也能保證，只要不用作修建房屋等建筑用地，填埋場(chǎng)就可安全地被再利用。
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