填埋场好氧修复工程运行效果分析及试验研究——以金口填埋场为例

摘要

为了衡量好氧生物反应器技术的应用成本与治理效率，优化该技术应用效果，本文通过对武汉市金口垃圾填埋场生态修复示范工程分析并计算了该技术的治理效果、投资和削减措施，并且针对示范工程在治理过程中，控制系统不够完善、土—水泥—膨润土防渗墙防渗等级不够等问题，进一步探究了自动控制系统的及垂直防渗的优化。主要研究内容及结果如下：
　　（1）通气时主要指标的变化规律：Ⅰ区和Ⅱ区的好氧降解反应主要发生在前五个月，后七个月反应缓慢，总体上治理效果显著。在开始通气时，两个区域甲烷的产生量都迅速降低至5%，通气两个月后，可视为填埋场中不产生甲烷，CO2的含量增加到10%～15%，填埋场的高温最高时大概是50℃，通气五个月后，由于有机质含量太低，好氧降解反应开始变缓，氧气的含量稳定在20%，CO2的含量减少，温度下降至接近室温。停止通气时，渗滤液中COD、BOD的含量分别比治理前减少了89.33%与88.3%（Ⅰ区），85.04%、91.32%（Ⅱ区），Ⅰ区和Ⅱ区累计沉降量分别为52cm和13.42cm，相对于原高分别降低了0.46%and1.86%。
　　（2）定量计算治理效果：Ⅰ区和Ⅱ区累计有10328、14771t吨碳被排放，平均1kg垃圾碳排放量分别为14.04、10.26g，平均生物降解速率分别是厌氧情况下的22.7、14.6倍。填埋场的注气速率、注气井密度均与碳排放速率成反比关系。适当提高注气速率和注气井密度能有效的提升填埋场稳定化速率。该工程的总碳减排量相当于34.75万吨CO2，低碳化程度为76%~78%，通过碳交易市场可折算成1043万元，是总投资的7.73%。
　　（3）投资分析：金口垃圾填埋场好氧修复工程的投资为1.35亿，平均治理成本为42元/吨垃圾，比其他国内类似的工程成本低28%，与其他国家对比治理成本适中。基于金口填埋场的经验及教训，可通过以下手段削减投资：通过碳交易；用租用代替购买风机等仅建设期需要使用的大型设备；结合实际综合利用治理前老场中累积及产生的甲烷等。
　　（4）针对示范工程中控制系统不够完善的问题，本论文研发了一套自动控制系统，通过该系统可手动设置参数范围使系统自动控制注气与渗滤液回灌参数。
　　（5）针对该工程治理过程中出现的垂直防渗墙渗漏，防渗等级太低的问题，本论文通过场地中试探究了高密度聚乙烯土工膜垂直防渗系统的关键技术即防渗膜的膜连接方式与膜的安装方法(开槽)，发现3.0mmHDPE膜进行双轨热熔焊接时，相应工艺参数为室温20℃时，温度控制在420℃，压力1325N，速度1.4min/m。根据开槽工艺研究获得的不同深度下开槽时槽的坡比值可发现，随着深度的增加，坡比逐渐变大，最终趋于稳定，二者的数量关系接近公式y=-0.1064x2+1.1621x+0.21，根据该公式，最佳坡比的最大值可取整为3.5，开槽时，如果增加开槽深度，开挖土方量会加速增大，在一定范围内，它们的数量关系可用公式y=3.9357x2-1.7586x-1.52表述，但本论文尚无法确定继续增加土方量，该公式是否可靠。
　　本研究成果能够不断促进原位好氧生物反应器技术的实际应用和发展，对解决大中型老填埋场甲烷、渗沥液污染和稳定化进程缓慢问题具有重要意义。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 研究目标与内容

2 金口填埋场治理效果与投资分析

2.1 金口填埋场治理前概况

2.2 Ⅰ区和Ⅱ区好氧稳定化方案设计

2.3 填埋场治理效果分析

2.4 小结

3 模拟装置搭建及配套自控系统的研发

3.1 模拟装置与自动控制系统设计

3.2 自动控制系统的使用和主要功能

3.3 小结

4 场地中试-垂直防渗系统的改良和优化

4.1 材料与方法

4.2 结果讨论

4.3 小结

5 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

致谢

参考文献

附录 硕士期间主要参与的科研项目及成果