溫度對生活垃圾淋濾反應(yīng)的影響研究范文
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摘要:利用淋濾反應(yīng)器對破碎后的城市生活垃圾(MSW)進行處理，通過控制反應(yīng)器內(nèi)部溫度分別在25、35、45℃條件下，對淋濾液指標(biāo)及固相減量化效果進行試驗研究。結(jié)果表明，隨著溫度的提高，淋濾液COD、VFA以及VS/TS值均不斷提高，pH值不斷降低。分析3種溫度條件的變化趨勢發(fā)現(xiàn)，溫度從25℃上升到35℃過程中，淋濾液COD、VFA、TS和VS/TS值上升較明顯，而溫度從35℃上升到45℃時這種變化趨勢減緩。對淋濾固相減量研究發(fā)現(xiàn)，35℃條件下減量效果較好，此時垃圾濕質(zhì)量減量率為51．40%、TS減量率為27．10%、VS減量率為30．65%。
城市生活垃圾大量增加，在日趨緊張的土地資源面前，衛(wèi)生填埋的壓力越來越大，對生活垃圾的分類、收集、處理以及回收利用的水平要求越來越高。目前國際上對生活垃圾的處理通常以焚燒與填埋為主，許多歐洲國家如荷蘭、德國、瑞士等，焚燒處理所占比重較大;日本擁有世界上數(shù)量最多的生活垃圾焚燒處理廠，焚燒比例接近其垃圾總量的80%以上［1］。目前我國對垃圾的處理能力小，處理設(shè)施技術(shù)水平低，主要以衛(wèi)生填埋為主，存在較大的污染隱患［2］。但是隨著國家對城市生活垃圾處理問題的重視，我國城市生活垃圾的無害化處理率也逐年攀升，這對我國的城市生活和環(huán)境保護起到了極大的促進作用［3］。由于我國生活垃圾的成分復(fù)雜導(dǎo)致不管是用填埋、焚燒或是其他處理方法均存在一定的問題，因此城市生活垃圾綜合處理技術(shù)，即將填埋和焚燒等技術(shù)的優(yōu)點有機結(jié)合為一體的技術(shù)可使垃圾得到合理處理，資源得到充分回收利用，處理效率高，同時又避免了單一處理的缺點［4］。筆者采用機械生物反應(yīng)器處理生活垃圾，通過淋濾反應(yīng)將其中固相有機質(zhì)轉(zhuǎn)化到液相，剩余固渣含水率低，可用于填埋或焚燒，淋濾液進入?yún)捬跸到y(tǒng)進行厭氧產(chǎn)沼，以達到資源化和減量化。試驗主要考察反應(yīng)器內(nèi)部溫度(25、35、45℃)對淋濾效果的影響。
1材料和方法
1.1試驗材料
城市生活垃圾是由常州市生活垃圾廢棄物處理中心提供的新鮮生活垃圾，其中有機物占39%、橡塑類占20%、木竹類占2%、紙類占12%、紡織類占5%、金屬占1%、惰性物料占12%、復(fù)合材料占9%，百分含量均為濕基含量。原始垃圾的TS為47．75%、VS/TS值為56．59%、密度為415kg/m3，其中VS為干基可燃物。將噴入生物水解淋濾反應(yīng)器的液體稱為淋濾原液。試驗采用厭氧出水作為淋濾原液，其COD為3780mg/L、VFA為169mg/L、pH值為7．38。試驗裝置包括破碎機、淋濾反應(yīng)器、轉(zhuǎn)鼓格柵機、淋濾液收集槽、淋濾原液儲罐以及螺旋壓榨機等。
1.2試驗方法
工藝流程如圖1所示破碎后的生活垃圾進入反應(yīng)器中，淋濾原液通過螺桿泵間歇地均勻噴淋在物料表面，產(chǎn)生的淋濾液進入淋濾液儲槽，然后通過螺桿泵進行循環(huán)噴淋。停留2d后固相物料經(jīng)由擠壓脫水機脫水處理后填埋，淋濾液則進入?yún)捬跸到y(tǒng)作后續(xù)處理，部分厭氧出水作為淋濾原液，其余的則作進一步達標(biāo)處理。經(jīng)破碎后的生活垃圾進入淋濾反應(yīng)器內(nèi)，反應(yīng)參數(shù)控制如下:垃圾進料量約為2t/次;淋濾原液采用厭氧出水;淋濾原液總水量與生活垃圾質(zhì)量比為2∶1;生活垃圾淋濾停留時間為2d;淋濾反應(yīng)器轉(zhuǎn)速為2r/min;間歇噴淋，可以通過PLC實現(xiàn);采用蒸汽加熱的方式對淋濾反應(yīng)器加熱并對反應(yīng)器保溫，利用溫度在線監(jiān)測儀實時監(jiān)測反應(yīng)器內(nèi)部的溫度，試驗考察的溫度分別為25、35、45℃。在淋濾液儲槽內(nèi)，用特制取樣裝置每天平均取3次淋濾液水樣進行測定，測試指標(biāo)主要有pH值、TS、VS、COD和VFA。出渣則在出渣當(dāng)時取樣，測試TS和VS。COD和VFA采用HACH替代試劑比色法測定;TS采用重量法測定;VS采用灼燒法(馬福爐)測定;pH值采用筆式pH計測定。
2結(jié)果與討論
2.1淋濾液性質(zhì)
2.1.1COD反應(yīng)器內(nèi)部溫度為25、35、45℃時，淋濾液COD值的變化見圖2。可知，在不同的反應(yīng)溫度下，淋濾液的COD值都出現(xiàn)較大的波動，這可能是由于每批次原始生活垃圾成分復(fù)雜且不均質(zhì)，致使淋濾液短期性質(zhì)不穩(wěn)定導(dǎo)致的。在25、35、45℃下，COD均值分別為34542．86、42620、44060．71mg/L，均遠高于淋濾原液的COD值(3780mg/L)，說明生活垃圾中的部分有機質(zhì)進入到淋濾液中。隨著反應(yīng)溫度的升高，淋濾液的COD值也逐漸升高，生活垃圾中有機質(zhì)更容易水解酸化并溶入淋濾液中。由淋濾液COD均值可以看出，在溫度從25℃升到35℃時，COD均值相差8077．14mg/L，水解酸化效果較好;溫度從35℃升到45℃時，COD均值相差1440．71mg/L，溫度的影響作用減弱。2.1.2pH值pH值影響著垃圾的水解酸化速率，水解酸化反應(yīng)需要適宜的pH值來維持系統(tǒng)內(nèi)不同微生物的活性。試驗發(fā)現(xiàn)，在25℃條件下，pH值基本穩(wěn)定在7．0左右，均值為6．92;在35℃條件下，pH均值為6．26;在45℃條件下，pH均值為6．16。淋濾原液的pH值為7．38。在不同溫度條件下，淋濾液平均pH值均低于淋濾原液，說明垃圾水解酸化產(chǎn)酸，且溫度越高pH值越低，表明高溫下水解酸化速率更快。此外，在溫度自25℃上升到35℃時，pH值從6．92降到6．26，降幅比較明顯;溫度從35℃升到45℃時，pH值從6．26降到6．16，溫度的影響作用減弱。2.1.3VFA淋濾液的VFA平均值在8000～14000mg/L之間，遠高于淋濾原液的VFA值(169mg/L)，即生活垃圾經(jīng)機械攪拌、浸泡等作用，大量有機質(zhì)水解酸化溶入淋濾液中。反應(yīng)器內(nèi)部溫度為25、35、45℃時，淋濾液VFA均值分別為9739．29、11801．79、12235．71mg/L。趙杰紅等［5］認為，隨著溫度的升高，水解菌和發(fā)酵菌的生物活性增強，因此水解酸化效果更顯著，從而使得液相中VFA濃度隨溫度的升高而提高。由于溫度的升高會使垃圾中固態(tài)有機質(zhì)水解酸化程度增大，大量的有機質(zhì)溶入淋濾液中，從而使得COD濃度升高、pH值降低、VFA升高。在溫度從25℃升至35℃時，VFA從9739．29mg/L升到11801．79mg/L，升幅為21．18%，而溫度從35℃升至45℃時，VFA升幅為3．68%。可見，溫度從25℃升到35℃時淋濾液VFA的上升幅度遠大于溫度從35℃升到45℃時的。2.1.4TSTS是指淋濾液的含固率。韓文彪等［6］研究結(jié)果表明:當(dāng)發(fā)酵液TS為4%時厭氧發(fā)酵效率最高，厭氧發(fā)酵過程中pH值適宜產(chǎn)甲烷菌生長，產(chǎn)氣時間長，累積產(chǎn)氣量最大，且甲烷含量較高;同時發(fā)酵過程中氨氮濃度升高緩慢，不會對甲烷菌造成氨抑制，對原料中有機質(zhì)的降解效果明顯。試驗發(fā)現(xiàn)，3個溫度條件下TS平均值分別為2．98%、4．07%、4．26%。可見，溫度越高則淋濾液的TS越高，說明垃圾中固體物質(zhì)更易溶出，更有助于生活垃圾的減量化。在35與45℃條件下，TS為4%左右，該含固率的液相厭氧發(fā)酵效率最高。TS的變化趨勢與COD、VFA的變化趨勢類似。溫度從25℃升至35℃時，淋濾液TS上升幅度為36．58%;溫度從35℃升至45℃時，淋濾液TS上升幅度為4．69%，上升趨勢明顯減緩。2.1.5VS/TSVS含量反映淋濾液的可生化性強弱。不同溫度條件下，淋濾液VS/TS值隨時間的變化見圖3。可知，不同溫度條件下淋濾液的VS/TS值均很高，平均值分別為48．80%、54．53%和55．75%。可見，生活垃圾經(jīng)淋濾處理后的淋濾液可生化性均較好，隨著溫度提高，淋濾液VS也不斷提高，表明反應(yīng)溫度越高越利于垃圾固相中有機質(zhì)水解酸化溶入淋濾液中，更有利于淋濾后垃圾的資源化、穩(wěn)定化。不難看出，溫度從25℃升高到35℃時，淋濾液VS/TS的上升幅度為11．74%，遠大于溫度從35℃上升到45℃時的上升幅度(2．24%)。
2.2垃圾減量化分析
原始生活垃圾進料和淋濾反應(yīng)器壓榨出料的質(zhì)量變化見表1。可見，淋濾后的生活垃圾出料含水率低于40%，有利于后續(xù)的焚燒或填埋處理［7］。為22．10%;35℃條件下，垃圾濕質(zhì)量減量率為51．40%、TS減量率為27．10%、VS減量率為30．65%;45℃條件下，垃圾濕質(zhì)量減量率為51．00%、TS減量率為28．45%、VS減量率為32．29%。不難發(fā)現(xiàn)，45℃條件下，原始生活垃圾的TS與VS減量效果最好，而溫度自35℃上升到45℃，TS與VS減量提高幅度較小，垃圾濕質(zhì)量減量甚至比35℃條件下減量小。分析淋濾液與垃圾固相減量隨溫度的變化趨勢發(fā)現(xiàn)，溫度自35℃上升到45℃，淋濾液COD、VFA、TS、VS/TS、pH值、TS減量率、VS減量率等的變化幅度均小于溫度自25℃上升到35℃時的變化幅度，考慮到實際工程處理規(guī)模較大，反應(yīng)溫度控制在45℃需要的能耗較高，因此確定淋濾反應(yīng)的適宜溫度為35℃。3結(jié)論①反應(yīng)器內(nèi)部溫度的升高對生活垃圾淋濾效果有較大影響，淋濾液的COD、VFA、TS、VS/TS值隨溫度的升高而提高，淋濾液pH值隨溫度的升高而下降。②生活垃圾的減量率隨著反應(yīng)器內(nèi)部溫度的升高而提高，減量效果顯著，35和45℃條件下減量率可達到51．00%以上。③分析不同溫度下的淋濾效果，同時考慮能耗等問題，實際工程應(yīng)用中淋濾工藝的反應(yīng)溫度以35℃為宜。
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作者：錢 超 王風(fēng)慶 李晨彬 金慧寧 余玉麟 屈陽 劉輝 單位：江蘇維爾利環(huán)保科技股份有限公司