(一)填埋坑中微生物的活動過程
1.好氧分解階段 隨著垃圾填埋,垃圾孔隙中存在著大量空氣也同樣被埋入其中,因此開始階段垃圾只是好氧分解,此階段時間的長短取決于分解速度,可以由幾天到幾個月。好氧分解將填埋層中氧耗盡以后進入第二階段。
2.厭氧分解不產(chǎn)甲烷階段 在此階段,微生物利用硝酸根和硫酸根作為氧源,產(chǎn)生硫化物、氮氣和二氧化碳,硫酸鹽還原菌和反硝化細(xì)菌的繁殖速度大于產(chǎn)甲烷細(xì)菌。當(dāng)還原狀態(tài)達到一定程度以后,才能產(chǎn)甲烷,還原狀態(tài)的建立與環(huán)境因素有關(guān),潮濕而溫暖的填埋坑能迅速完成這一階段而進入下一階段。
3.厭氧分解產(chǎn)甲烷階段 此階段甲烷氣的產(chǎn)量逐漸增加,當(dāng)坑內(nèi)溫度達到55℃左右時,便進入穩(wěn)定產(chǎn)氣階段。
4.穩(wěn)定產(chǎn)氣階段 此階段穩(wěn)定地產(chǎn)生二氧化碳和甲烷。
(二)填埋場滲瀝水
垃圾分解過程中產(chǎn)生的液體以及滲出的地下水和滲入的地表水,統(tǒng)稱為填埋場滲瀝水。滲瀝水的性質(zhì)主要取決于所埋垃圾的種類。滲瀝水的數(shù)量取決于填埋場滲瀝水的來源、填埋場的面積、垃圾狀況和下層土壤等等。
為了防止?jié)B瀝水對地下水的污染,需在填埋場底部構(gòu)筑不透水的防水層、集水管、集水井等設(shè)施將產(chǎn)生的滲瀝水不斷收集排出。對新產(chǎn)生的滲瀝水,最好的處理方法為厭氧、好氧生物處理;而對已穩(wěn)定的填埋場滲瀝水,由于已經(jīng)歷厭氧發(fā)酵,使其可生化的有機物的含量減少到最低點,再用生物處理其效果不明顯,最好采用物理化學(xué)處理方法。滲瀝水除采用傳統(tǒng)方法進行處理外,在旱季或干旱地區(qū)還可采用滲瀝水再循環(huán)的方法,用于噴灑灌溉、地面流水灌溉等方法,使?jié)B瀝水被蒸發(fā)或被植物吸收。滲瀝水再循環(huán)的優(yōu)點在于能加速垃圾穩(wěn)定作用和省略水處理系統(tǒng)。
(三)填埋場氣體收集
垃圾填埋以后,由于微生物的厭氧發(fā)酵,產(chǎn)生甲烷、二氧化碳、氨、一氧化碳、氫氣、硫化氫、氮氣等氣體。填埋場的產(chǎn)氣量和成分與被分解的固體廢物的種類有關(guān),并隨填埋年限而變化。由于填埋場中存在著許多不能控制因素,所以用各種方式進行估算的結(jié)果與實際情況偏離很大。填埋場產(chǎn)氣范圍每公斤揮發(fā)性有機固體0.013m3~0.047m3。甲烷發(fā)酵最旺盛期間通常在填埋后的5年內(nèi)。填埋場氣體一般含有40%~50%的二氧化碳和30%~40%的甲烷,以及其他各種氣體。因此,填埋場的氣體經(jīng)過處理以后可以作為能源加于利用 三、厭氧發(fā)酵(消化)不管是作物秸桿、樹干莖葉、人畜糞便、城市垃圾,還是污水處理廠的污泥,都是厭氧發(fā)酵的原料。在發(fā)酵過程中,廢物得到處理,同時獲得能源。在我國農(nóng)村,沼氣發(fā)酵不僅作為農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的一個重要環(huán)節(jié),處理各類廢棄物來制成農(nóng)家肥,而且獲得生物質(zhì)能用來照明或作為燃料。城市污水處理廠的污泥厭氧消化使污泥體積減少,產(chǎn)生的甲烷用來發(fā)電,降低處理廠的運行費用。
固體廢棄物的厭氧發(fā)酵(消化)過程影響因素如下:
1.有機物投入量 在厭氧發(fā)酵罐(或稱為消化罐)中,從攪拌時液體的流動性,攪拌動力的關(guān)系考慮,發(fā)酵原料液的固形物濃度的極限約為是10%~12%,污水處理廠污泥是 2%~5%,家畜糞尿是2%~8%,其他有機廢水中的固形物濃度極限是8%。適宜的有機物投入量根據(jù)菌體的性質(zhì)、發(fā)酵溫度等決定。如對于單槽方式的發(fā)酵法,豬糞作為基質(zhì)時,中溫發(fā)酵的有機負(fù)荷是2kg(VS)/m3·d~3kg(VS)/m3·d,高溫發(fā)酵的有機負(fù)荷是 5kg(VS)/m3·d~6kg(VS)/m3·d,固形物中有機物含量通常是60%~80%,甲烷發(fā)酵后是35%~45%。
2.營養(yǎng) 為了使甲烷發(fā)酵順利進行,碳氮比和碳磷比是重要因素,產(chǎn)生甲烷的最佳碳氮比是12~16。
3.粒度 希望粒度小,因為發(fā)酵過程是在可溶性有機物中進行的。
4.發(fā)酵溫度 厭氧發(fā)酵分為中溫發(fā)酵和高溫發(fā)酵,中溫發(fā)酵控制在30℃~37℃,高溫發(fā)酵控制在50℃~58℃。
5.發(fā)酵槽的攪拌 為了使發(fā)酵槽內(nèi)充分混合并使浮渣充分破碎,在發(fā)酵罐內(nèi)必須進行適當(dāng)?shù)臄嚢琛嚢璺绞接斜醚h(huán)、機械攪拌、浮渣破碎機、氣體攪拌等。
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