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城市生活垃圾降解-压缩特性试验研究

2015-02-01 20:07 环卫科技网 赵燕茹等

摘要:为了研究垃圾土在好氧和厌氧阶段因外部温度场的变化对降解特性的影响,选取重庆市某垃圾场作为研究对象,进行了两种不同温度控制的降解试验,同时对渗滤液中可溶解有机碳含量进行了追踪测试,试验结果表明:①不同有机物含量垃圾土试样,当外部温度场小于22℃或者大于45℃时,温度对有机质降解的影响较小;②当温度在22℃~45℃时,根据垃圾土产气量、渗滤液溢出量以及质量损失率得出此温度区间对垃圾中有机质的降解起明显加速作用,降解反应程度在41℃时最大;③根据温度–质量损失率关系,推导了考虑温度效应的分阶段垃圾土降解率计算模型,并且得出垃圾土的降解率在0~180d符合自然降解规律,为时间的函数;在180~360d,降解率为时间和温度的双重函数;模型验证结果表明,计算结果与试验结果能够比较好的吻合。
关键词:垃圾土;温度;渗滤液;降解率;压缩
中图分类号:TU411文献标识码:A文章编号:1000–4548(2014)10–1863–09

引言

  随着人口的增多和城市居民生活水平的提高,垃圾量逐日增加,垃圾填埋将占用越来越多的土地资源而导致大多数城市均面临“地荒”的尴尬境地。作为最经济的垃圾处理方式之一,卫生填埋技术仍然被大多数发达国家采用[1-2],然而填埋场因不均匀沉降引起的填埋设施的破坏将诱发各类环境灾害问题,而此类灾害的发生其中一部分诱因来自垃圾土中大量有机物因降解变形而产生的。根据Watts等[3]对垃圾成份近65a的跟踪调查,得出随着垃圾土中可降解有机物质(厨余垃圾、动植物残骸、叶果等)在总垃圾土成份中所占比例的增加,将引起封场后的填埋在填埋后期发生二次变形;Swati等[4]通过室内试验对降解引起的变形问题进行了详细研究,得出因内部可降解有机物和挥发性固体(volatilesolid)损失,以及后期生物降解引起的次压缩变形最大可达总变形量的49%。根据质量守恒定律(不考虑外部因素),填埋体的压缩变形可归结于垃圾中好氧和厌氧阶段可降解有机物因生化反应引起的质量损失即垃圾填埋气的产生以及渗滤液的溢出,而这两者都与垃圾土中有机质的降解程度和规律有着直接的联系。赵燕茹等[5]通过垃圾土前期的降解变形研究发现,在垃圾土的好氧和厌氧降解过渡区间,填埋气和渗滤液的产出量很小,而垃圾土的累计变形量却在不断增大,而这用现有的土力学理论无法解释。因此对垃圾土降解压缩特性展开研究,不仅将有助于人们完善现有填埋场的设计理论,同时能够为回收利用因降解产生的生物反应气体(biogas),并且对环境有严重危害的渗滤液进行预防和回收处理提供技术支持。

  国外Elagroudy等[6-9]从有机物降解规律入手,通过对渗滤液中可溶解有机碳含量(DOC)的测定来监测垃圾体中降解反应的程度,取得了较好的结果。通过对降解与渗滤液、垃圾土力学参数的相互影响关系的研究,指出垃圾土中微生物的活性与填埋体的温度有直接关系。Hanson等[10-14]通过对北美4个垃圾场现场钻孔所进行的温度测试研究,得出表层填埋体6~8m深度处的温度与季节温度的变化有关,8~20m深度处的温度主要由内部生化降解反应产生,并且在23℃~57℃之间;通过对填埋体降解与温度的测试,指出展开温度对垃圾土降解的试验研究将有助于减少填埋场的稳定时间,同时可了解降解过程中可回收气体的产出规律。

  国内胡敏云等[15]通过室内长期观测试验得出垃圾土的压缩从微观上讲是一个复杂的生化反应和降解的长期过程,也是应力和时间的双重函数。施建勇等[16]、刘东燕等[17]通过室内试验数据,建立可预测垃圾中有机物的降解规律的指数函数模型;柯瀚等[18]通过荷载试验得出随着初始压力的增加,垃圾土的主压缩应变越大,然而后期的降解变形就越小,并且指出对垃圾土降解特性的深入研究将有助于解决因后期厌氧降解引起的填埋场不均匀沉降问题。

  通过对现有文献的研读和总结分析,目前对垃圾土降解压缩变形的研究主要分为现场监测试验和室内试验。相比室内试验而言,现场试验的成本过高,且数据的离散性较大,而室内试验由于测试的可操作性和各种因素的可控性更好。对于降解过程中的各种影响因素的控制,特别是试验过程中试样质量损失率,生物反应气和渗滤液的溢出量、渗滤液中可溶解有机碳含量(DOC,dissolved organic carbon)以及气体成份等数据可进行精确监测和定量,因此而备受研究人员的青睐。

来源:岩土工程学报

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