渗滤液回灌处理

七 气体的导排与综合利用

温室效应，火灾爆炸性，少量有毒气体

1 厌氧填埋场气体的产生

Farquhar和Rovers(1973)以气体组成变化为依据，首先将填埋场的稳定过程分为好氧、厌氧不产甲烷、厌氧不稳定产甲烷和厌氧稳定产甲烷四阶段。1980年，Rees在综合考虑气体组成、羧基酸浓度和纤维素含量变化基础上，将填埋场稳定进程分为好氧、厌氧不产甲烷、厌氧不稳定产甲烷、厌氧稳定产甲烷和成熟好氧五阶段。Ehrig(1984)则在着重考虑渗滤液变化特征基础上将填埋场稳定进程分为四阶段。Pohland和Harper(1986)将填埋垃圾的稳定进程分为包括初始调整阶段、过渡阶段、酸化阶段、甲烷发酵阶段和成熟阶段的五个步骤。Ham和Blarz(1987)将填埋场稳定过程分为好氧、缺氧和厌氧三阶段。Blarz等(1989)以渗滤液回灌实验结果为依据将填埋垃圾的稳定过程分为好氧、厌氧酸化、加速产甲烷和减速产甲烷四阶段。

从以上对填埋场稳定进程的分析看，厌氧型填埋场的稳定需经历好氧(Ⅰ)、缺氧(Ⅱ)、厌氧(Ⅲ)和成熟好氧(Ⅳ)四个阶段，其中厌氧阶段又可分为厌氧不产甲烷阶段(Ⅲ-1)、厌氧加速产甲烷阶段(Ⅲ-2)和厌氧减速产甲烷阶段(Ⅲ-3)。

受填埋垃圾中含氧量所限，好氧阶段(Ⅰ)历时较短。此时，垃圾中的糖类物质与氧发生好氧反应而生成水和二氧化碳，反应过程为C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O，同时释放一定的能量，垃圾温度明显升高。在好氧阶段产生的渗滤液中，污染物主要来源于垃圾中颗粒物的洗出、可溶物的溶解和少量固相垃圾好氧分解产生的有机物。

在缺氧阶段(Ⅱ)，分子氧已经耗尽，硝酸盐还原菌和硫酸盐还原菌分别以NO3- 和SO42- 为电子受体发生下列还原反应，同时消耗一定的COD基质。

SO42- + 4H2 + H+ → HS- + 4H2O

CH3COO- + SO42- + H+ → 2HCO3- + H2S

NO3- + 4H2 + 2H+ → NH4+ + 3H2O

CH3COO- + NO3- + H+ + H2O → 2HCO3- + NH4+

2NO3- + 5H2 + 2H+ → N2 + 6H2O

在缺氧阶段，受回灌渗滤液流动的影响，厌氧型生物反应器填埋场填埋垃圾中的可溶物继续溶解，同时淀粉、纤维素等固相垃圾的水解酸化反应不断发生，因而渗滤液的VFA、COD等有机污染物浓度不断升高，pH不断下降，碱度开始上升，ORP保持在较高正值。

随着NO3- 和SO42 -的耗尽，厌氧型生物反应器填埋场就正式过渡到厌氧阶段。

在厌氧不产甲烷阶段，固相垃圾水解进行到一定程度后，由于累积的高浓度COD、VFA等的抑制作用，使固相垃圾的继续水解不能进行，因而COD、VFA等有机污染物升高到一定程度后，不再继续升高。在该阶段，pH开始回升，ORP下降以逐渐向产甲烷反应过渡。

随着填埋场环境向适宜甲烷菌生长繁衍的方向转变，生物反应器填埋场开始进入加速产甲烷阶段。此时不仅产甲烷速率迅速增加到一个最大值，填埋场气体中甲烷含量也逐步上升到50～60%的水平，COD、VFA开始快速下降，pH和碱度继续上升。

由于填埋场渗滤液中先前积累的VFA和COD被甲烷菌消耗而转化为甲烷气体，此时固相垃圾水解速率也不能满足日益增长的甲烷菌的要求，因而厌氧型生物反应器填埋场很快进入减速产甲烷阶段。此时，甲烷气体产生速率逐步下降，但甲烷气体含量、渗滤液pH、碱度等基本保持不变，COD、VFA则缓慢下降。

当垃圾中可生物降解有机垃圾被基本分解完毕后，厌氧型生物反应器填埋场进入成熟好氧阶段。此时，渗滤液污染物浓度很低且基本稳定、沉降已基本停止、甲烷气体基本不再产生而标志该填埋场已基本稳定，大气重新进入填埋场内导致少量好氧反应发生，渗滤液中常常含有一定量的难降解的腐殖质和富里酸。