生活垃圾生物預(yù)處理效果研究

摘要：以模擬的中國(guó)南北方生活垃圾為對(duì)象，分析了生物預(yù)處理的效果。試驗(yàn)結(jié)果表明， 短期的生物預(yù)處理可以有效地減少我國(guó)南北方生活垃圾的水分、質(zhì)量、有機(jī)物及總氮。在生物預(yù)處理過(guò)程中，南方生活垃圾的水分、質(zhì)量、有機(jī)物及總氮減少量大于北方生活垃圾。南北方垃圾在模擬的雨季環(huán)境下，有機(jī)物降解較快。生物預(yù)處理技術(shù)適用于我國(guó)南北方生活垃圾的處理，有助于后續(xù)處理焚燒、填埋的操作及減少二次污染。

關(guān)鍵詞：生活垃圾；生物預(yù)處理；南北方；效果

中圖分類(lèi)號(hào)：X705 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2015）07-1693-03

生活垃圾中可生物降解有機(jī)物含量較高，可生物降解有機(jī)物是垃圾處理中惡臭散發(fā)、填埋氣排放、滲濾液負(fù)荷高等問(wèn)題的主要原因，減少生活垃圾中可生物降解有機(jī)物含量得到了發(fā)達(dá)國(guó)家的高度關(guān)注[1，2]。近年來(lái)，生物預(yù)處理技術(shù)在歐洲國(guó)家的城市生活垃圾處理中得到廣泛應(yīng)用[1-3]，生物預(yù)處理是對(duì)城市生活垃圾進(jìn)行好氧或厭氧生物降解[1]，目的是使垃圾中的可生物降解有機(jī)物穩(wěn)定化，以減少填埋氣的排放，降低滲濾液負(fù)荷，減少垃圾處理量。亞洲許多發(fā)展中國(guó)家如泰國(guó)、印度、越南、斯里蘭卡等國(guó)的城市生活垃圾與中國(guó)有類(lèi)似的特點(diǎn)[4-6]，也在開(kāi)展生物預(yù)處理技術(shù)的應(yīng)用研究。近年來(lái)，中國(guó)研究人員也開(kāi)展了生活垃圾生物預(yù)處理的應(yīng)用研究，楊列等[7，8]研究了時(shí)間、通風(fēng)和水分對(duì)生物預(yù)處理的影響，優(yōu)化生物預(yù)處理的實(shí)際應(yīng)用工藝；鞠茂偉[9]研究了機(jī)械生物預(yù)處理對(duì)混合垃圾的燃燒特性和填埋特性的影響；宋彩紅等[10]研究了生物預(yù)處理工藝對(duì)生活垃圾As、Pb、Cr總量和生物有效性的影響。

中國(guó)地域遼闊，南北溫差大，東西經(jīng)濟(jì)發(fā)展不平衡， 燃料結(jié)構(gòu)差別大， 生活習(xí)慣也有很大不同。杜吳鵬等[11]對(duì)我國(guó)73座城市生活垃圾成分分析表明，我國(guó)南北方城市生活垃圾的組分構(gòu)成有較大差別，其中南方城市生活垃圾中的有機(jī)物和可回收物所占比例高于北方城市，而灰土等無(wú)機(jī)物的含量則低于北方。由于我國(guó)南北方生活垃圾的差異性，十分有必要研究生物預(yù)處理技術(shù)對(duì)南北方生活垃圾的處理效果，為生物預(yù)處理技術(shù)在我國(guó)南北方城市推廣應(yīng)用提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

根據(jù)南北方生活垃圾組成情況，配制南北方混合生活垃圾[11]。另外生物預(yù)處理過(guò)程如果在露天進(jìn)行，還會(huì)受到天氣的影響，又增加了雨季和非雨季的模擬生活垃圾樣品。模擬混合生活垃圾的主要成分為紙類(lèi)、塑料、織物、樹(shù)葉、廚余垃圾、灰土和煤渣。各組分比例見(jiàn)表1。

本次試驗(yàn)分4組，分別模擬南方雨季、南方非雨季、北方雨季、北方非雨季的生活垃圾， 每組2個(gè)平行樣。各組分破碎后按配比充分混合得到模擬垃圾，然后將垃圾堆置于圓柱形塑料框中，每框垃圾重量2 500 g左右。在生物預(yù)處理過(guò)程中，監(jiān)測(cè)垃圾的溫度、質(zhì)量、含水率、pH、可揮發(fā)性有機(jī)物含量、總氮等指標(biāo)，測(cè)定方法參考CJ/T313—2009《生活垃圾采樣和分析方法》。

2 結(jié)果及討論

經(jīng)過(guò)近20 d的生物預(yù)處理，有機(jī)物被微生物降解，南北方模擬生活垃圾的理化參數(shù)有不同的變化。

2.1 溫度的變化

各組堆體溫度隨時(shí)間的變化見(jiàn)圖1。

微生物利用有機(jī)物和氧氣形成自身細(xì)胞的過(guò)程中會(huì)放出熱量，從圖1中可以看出，在生物預(yù)處理前2周4組堆體中的溫度總體均呈上升趨勢(shì)，第15天堆體溫度有所下降，隨后堆體溫度又開(kāi)始上升。由于模擬垃圾的用量不大，堆體的保溫效果不太好，但堆體溫度均高于室溫。4組堆體中，南方非雨季的生活垃圾在前15 d溫度最高，這由于垃圾中有機(jī)物含量高，微生物分解過(guò)程中產(chǎn)生熱量多的緣故。

2.2 質(zhì)量的變化

各組堆體質(zhì)量隨時(shí)間的變化見(jiàn)圖2。經(jīng)過(guò)生物降解，4組垃圾堆體的質(zhì)量均有降低，其中南方雨季、南方非雨季、北方雨季、北方非雨季質(zhì)量的減少量分別為1 149、669.5、890、509.5 g，質(zhì)量的減少率分別為40.2%、33.5%、33.4%、25.5%。南方生活垃圾的減少量高于北方生活垃圾。主要原因是南方雨季（非雨季）的生活垃圾的含水率、有機(jī)物含量均高于北方雨季（非雨季），在堆體溫度升高時(shí)，有利于微生物生長(zhǎng)繁殖，加快了垃圾中有機(jī)物的分解及水分的利用，故南方生活垃圾質(zhì)量減少得較快。

2.3 含水率的變化

各組堆體含水率隨時(shí)間的變化見(jiàn)圖3。在生物預(yù)處理過(guò)程中，4組堆體的含水率逐漸降低，這是由于堆體溫度的升高造成水分的散發(fā)，有一部分水分損失了。其中南方雨季、南方非雨季、北方雨季、北方非雨季含水率的減少量分別為14.0個(gè)百分點(diǎn)、10.4個(gè)百分點(diǎn)、13.8個(gè)百分點(diǎn)、7.9個(gè)百分點(diǎn)，水分的減少率分別為21.5%、20.8%、25.2%、19.6%，南方雨季、非雨季，北方雨季的含水率減少都在20%以上，水分減少較快。

2.4 堆體pH的變化

各組堆體pH隨時(shí)間的變化見(jiàn)圖4，生物預(yù)處理過(guò)程中4組堆體pH均呈上升趨勢(shì)。預(yù)處理初期，pH為弱酸性到中性，一般為6.5～6.8。隨著預(yù)處理的進(jìn)行，pH升高較快，預(yù)處理2周后4組堆體的pH達(dá)到了7.5～7.8。這是由于生活垃圾含有有機(jī)物，生物降解過(guò)程中含氮有機(jī)物質(zhì)的分解產(chǎn)生大量氨氮，同時(shí)一部分有機(jī)酸氧化分解和揮發(fā)也會(huì)使得pH升高較快。

2.5 可揮發(fā)性有機(jī)物含量的變化

可揮發(fā)性有機(jī)物通常用來(lái)表示垃圾中有機(jī)物的含量，各組堆體的可揮發(fā)性有機(jī)物隨時(shí)間變化見(jiàn)圖5，4組垃圾堆體的可揮發(fā)性有機(jī)物均呈下降趨勢(shì)。在預(yù)處理的前1周內(nèi)，可揮發(fā)性有機(jī)物下降較快，其中南方雨季、南方非雨季、北方雨季、北方非雨季的可揮發(fā)性有機(jī)物減少量分別為15.4個(gè)百分點(diǎn)、15.0個(gè)百分點(diǎn)、11.5個(gè)百分點(diǎn)、9.9個(gè)百分點(diǎn)，可揮發(fā)性有機(jī)物的減少率分別為24.4%、22.3%、18.7%、15.5%。生物預(yù)處理過(guò)程中，微生物的生長(zhǎng)、繁殖需要一定的水分，適宜的含水率有利于微生物對(duì)有機(jī)物的分解，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)生活垃圾的減量化。南方生活垃圾的含水率為50%～65%，較有利于微生物分解有機(jī)物，因此南方生活垃圾的有機(jī)物減少量高于北方。

2.6 總氮的變化

各組堆體總氮隨時(shí)間的變化見(jiàn)圖6。生物預(yù)處理過(guò)程中，4組堆體的總氮含量均呈下降趨勢(shì)，其中南方雨季、南方非雨季、北方雨季、北方非雨季總氮的減少率分別為20.0%、14.4%、14.3%、12.1%。南方生活垃圾的總氮的減少率高于北方。在預(yù)處理的前2周內(nèi)，南方雨季堆體中總氮含量下降較快，這可能是由于此堆體中廚余垃圾的含量最大，同時(shí)溫度較高，有機(jī)態(tài)氮通過(guò)微生物分解轉(zhuǎn)化為銨態(tài)氮并進(jìn)一步揮發(fā)所致。

3 結(jié)論

本研究用模擬的南北方生活垃圾進(jìn)行了短期生物預(yù)處理試驗(yàn)，得到如下結(jié)論。

1）短期的生物預(yù)處理可以有效地減少我國(guó)南北方生活垃圾的水分、質(zhì)量、有機(jī)物及總氮。

2）在生物預(yù)處理過(guò)程中，南方生活垃圾的水分、質(zhì)量、有機(jī)物及總氮減少量大于北方生活垃圾。

3）在生物預(yù)處理過(guò)程中，南北方垃圾在雨季的模擬環(huán)境下，有機(jī)物降解較快。

生物預(yù)處理技術(shù)適用于我國(guó)南北方生活垃圾的處理，可以有效地減少垃圾的水分、質(zhì)量、有機(jī)物及總氮，有助于后續(xù)處理焚燒、填埋的操作及減少二次污染。

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