全 文 ：生 物 反 应 器填 埋 场 的 试 验 研 究 *
王君琴* * 沈东升
(浙江大学环境与资源学院, 杭州 310029)
An experimental study with bioreactorlandfill system. WANG Junqin, SHEN Dongsheng ( Depar tment of En
vir onment and Resour ce, Zhej iang Univer sity , H angzhou 310029, China ) . Chin . J . A pp l. Ecol . , 2003, 14
( 11) : 2077~ 2078.
In this study, a methane bioreactorlandfill system was utilized to treat municipal solid waste ( MSW) . Through
analy zing and detecting the pollutant( CODCr) in the bior eactorlandfill system, a simulated mathematic formula
of w aste deg radation w as established. After treated with this system, t he CODCr and VFA concentr ations in
MSW could be decreased from more than 20000 and 7000 mgL- 1 to less than 1500 and 200 mgL- 1 , respec
tively.
Key words Bioreactor landfill system, Methane bio reactor, Waste degradation fo rmula, Leachate.
文章编号 1001- 9332( 2003) 11- 2077- 02 中图分类号 X705 文献标识码 A
* 国家自然科学基金资助项目( 59808012)和浙江省自然科学基金资
助项目( 599127) .
* * 通讯联系人.
2002- 04- 22收稿, 2003- 06- 03接受.
1 引 言
在对城市生活垃圾卫生填埋处理的研究中,国内外普遍
将填埋场处理垃圾与其产生的渗滤液进行分别处理[ 5~ 8] . 目
前,国内外开始研究用渗滤液直接回灌、喷洒到填埋场的方
法来加速填埋场垃圾的降解和稳定化, 取得了较满意的结
果[ 1~ 4] ,但对整个生物反应器填埋场垃圾的稳定化过程以及
渗滤液水质的影响尚未见研究. 本文主要就接种垃圾高效
降解菌群后的生物反应器填埋场( U2 生物反应填埋场 )、普
通生物反应器填埋场( U1 生物反应填埋场)与直接回灌渗滤
液填埋场( U0 生物反应填埋场)的运行特性进行研究.
2 材料与方法
21 试验装置
生物反应器填埋场由 2 部分组成,其中卫生填埋场直径
28. 7cm, 高 65cm. 产甲烷反应器采用上流式厌氧污泥床生
物反应器,反应器总容积为 6. 28L , 有效容积 5. 50L ,内径为
10cm,高 80cm, 径高比 1 8.
22 试验垃圾组成
参考全国生活垃圾组成成分数据,试验垃圾的组成成分
有厨余、纸类、橡皮塑料、织物、竹木、砖石沙子;重量分别占
55. 88%、7. 66%、12. 18%、3. 68%、2. 81%、8. 63%、6. 38% .
23 垃圾高效降解混合菌的来源
由本实验室优选获得, 主要由降解纤维素、木质素、淀
粉、脂肪、蛋白质、乙酸和丙酸等 19 株微生物组成.
24 试验方法
整个试验分成两部分:卫生填埋场和产甲烷反应器(厌
氧污泥床生物反应器) . 卫生填埋场底部垫一层厚约 5cm 的
碎石, 以便渗滤液顺利排出, 各个卫生填埋场垃圾层厚
50cm,填埋垃圾密度控制在 0. 5 tm- 3, 上面铺 5cm 厚的沙
子,剩 5cm 作气室. 卫生填埋场在室内常温进行, 试验开始
时气温为 20 ! 左右,后来上升到 35 ! 左右.产甲烷反应器试
验在恒温室内进行, 温度控制在 28 ∀ 1 ! . 各个生物反应器
填埋场的试验条件如表 1.
表 1 各个生物反应器填埋场的试验条件
Table 1 Experimental condition of each bioreactor landfill
生物反应
器填埋场
Bioreactor
landfill
接菌
Inculation
初始湿度
Initial
%
回流液
Recirculated leachate
U0 否 No 75 渗滤液L eachate
U1 否 No 75 产甲烷反应器出水Methane bioreactor effluent
U2 是 Yes 75 产甲烷反应器出水Methane bioreactor effluent
产甲烷反应器接种污泥取自于杭州柠檬酸厂和四堡污
水处理厂, 试验前先采用模拟废水对厌氧活性污泥进行活化
培养,然后用渗滤液驯化起动产甲烷反应器, 直至全部用渗
滤液作为进水进行厌氧处理. 经产甲烷反应器处理后的渗滤
液再回流到卫生填埋场.
2 5 分析方法
试验过程中, 每天记录渗滤液产生量、pH 值,并且每周
采取渗滤液样品, 分析测定渗滤液中 CODCr和挥发性脂肪酸
( Volat ile Fatty Acid , VFA) .其中 pH 值测定为 pHS3 型精密
酸度计; CODCr浓度测定为标准重铬酸钾法; VFA 浓度测定
为酸性乙二醇试剂光度法.
3 结果与讨论
3 1 填埋场的稳定化过程
垃圾有机污染物 ( CODCr ) 溶出总量: CODCr (总) = #n
i= 0
( QiS i- Q
*
i S
*
i ) ,其中, S * 和 S 分别为回流渗滤液CODCr浓
度和填埋场渗滤液 COD Cr浓度, Q 和 Q 分别为回流渗滤液
水量和填埋场渗滤液量, I 为填埋时间 (以周为单位) . 基于
应 用 生 态 学 报 2003年 11 月 第 14 卷 第 11 期
CHINESE JOURNAL OF APPLIED ECOLOGY , Nov . 2003, 14( 11) 2077~ 2078
以上的数据处理, 3 个生物反应器填埋场内填埋垃圾有机污
染物质( CODCr )溶出总量与填埋时间的关系如图 1.
由于填埋垃圾中可溶出有机物的多少在一定程度上反
映了填埋垃圾中可以降解的有机物数量多少, 因此, 从图 2
可以看出, U2、U1 生物反应器填埋场明显优于 U0 生物反应
器填埋场,而 U2 生物反应器填埋场略优于 U1 生物反应器
填埋场.到第 12周, U2 生物反应器填埋场的垃圾降解已基
本趋于完成( CODCr溶出总量已几乎不变) , 由此可以推断该
生物反器填埋场已基本稳定化.
图 1 CODCr溶出总量与填埋时间的变化
Fig. 1 Relat ionship betw een total CODCr and refus e t ime.
根据有机物溶出 CODCr浓度随时间的变化规律, 对
CODCr溶出总量随填埋时间变化曲线进行对数数学拟合, 拟
合结果如表 2.
表 2 填埋垃圾溶出总量随填埋时间变化的数学拟合结果
Table 2 Simulation formula on relationship between total CODCr and
landfi ll time
组号
Number
拟合公式
Simulateion
formula
特征系数
Characterist ic
coeff icient
相关系数
Correlation
coef ficient
U 0 Ct= 48519 ln( t) - 126409 48519 0. 8822
U 1 Ct= 52421 ln( t) - 88528 52421 0. 9018
U 2 Ct= 56640 ln( t) - 92410 56640 0. 9279
由于填埋场垃圾稳定化过程实质上是一个同时进行着物理、
化学和生物反应的复杂的过程.由表 2推知填埋场垃圾稳定
化过程实际上是生物反应占主导地位的复杂过程,相关系数
表明,经过直接接种和循环接种的 U2 生物反应器填埋场的
生物反应最典型、最稳定, 其次是经过循环接种的 U1 生物
反应器填埋场,而渗滤液直接回灌的 U0 生物反应器填埋场
最差.特征系数以定量方式体现了生物反应器有机物降解速
度的快慢, 与 CODCr溶出总量随时间变化趋势一致, 表明
U2、U1 生物反应器填埋场内有机物( CODCr )的降解速度明
显优于 U0生物反应器, U2生物反应器填埋场也略优于 U1
生物反应器填埋场.从图 2 和表 2 可以推知, U1、U2 生物反
应器填埋场系统利用直接接种与循环接种,不同程度地加速
了有机物生物降解,有利于加速填埋场的稳定化过程, 其处
理效果明显优于普通的卫生填埋场和渗滤液单独处理系统.
32 产甲烷反应器运行结果
从图 2 和图 3 可以看出,产甲烷反应器对渗滤液 CODCr
的处理效果较好.在生物反应器填埋场内垃圾稳定化过程中
(共 12周) ,尽管填埋场渗滤液 CODCr浓度变化范围达 2000
~ 30000 mg L- 1 , VFA 浓度变化曾达 7000 ~ 14000 mg
L - 1 , 但产甲烷反应器的出水始终维持在CODCr 1500 mg
图 2 CODCr的变化
Fig. 2 Variat ion of CODC r.
图 3 VFA 的变化
Fig. 3 Variat ion of VFA.
L - 1、VFA200 mgL - 1以下(只有在渗滤液大量产生的第 4~
6 周, VFA 浓度曾达 500~ 1000 mgL - 1) , 说明产甲烷反应
器有较强的耐负荷冲击能力. 同时也表明经过产甲烷反应器
处理后渗滤液水质比较稳定, 从而为部分安排渗滤液的后续
深度处理创造了良好条件.
参考文献
1 Bae JH, et al . 1998. Effect of leachate recycle and anaerobic di
gester sludge recycle on th e methane production f rom solid wastes.
Water Sci T echnol , 38( 2) : 159~ 168
2 Debra R, et al . 1996. The im pact of leachate recirculation on mu
nicipal solid w aste landfill operation characterist ics. Waste Man
Res , 14: 337~ 346.
3 Debra RR. 1996. Fullscale experiences w ith leachate recirculat ing
landf ills: case studies. Waste Man Res , 14: 347~ 365
4 Li QB(李启彬) , et al . 2001. New trends in municipal solid waste
disposalbioreactor landfill. Urban E nv iron Urban Ecol (城市环境
与城市生态) , 14( 1) : 24~ 27( in Chinese)
5 Lu CM(卢成洪) , Xu DM(徐迪民) . 1997. T reatment of munici
pal landf ill leachate by recirculat ion procession. Shanghai E nv iron
S ci (上海环境科学) , 16( 1) : 38~ 40( in Chinese)
6 Lu XJ(李秀金) . 2002. Characterist ics an d applicat ion foreground
of bireactor landfill. Trans CSAE (农业工程学报) , 18 ( 1) : 111~
114( in Chinese)
7 Townsend TG, e t al . 1996. Accelerat ion of landfill stabilization us
ing leachate recycle. J Env ir on Eng , 122( 4) : 263~ 268
8 Wang LC (王罗春) , e t al . 1999. S umm arizat ion of leachate recir
culat ion in landfills. Chongqing En vi ron Sci (重庆环境科学) , 21
( 2) : 48~ 50( in Chinese)
作者简介 王君琴, 女, 1978 年生,硕士研究生,主要从事环
境工程与环境生物技术方向研究. T el: 057186971156, E
mail: wjq@zju. edu. cn
2078 应 用 生 态 学 报 14卷