污泥-生活垃圾混合填埋體降解產(chǎn)氣過程

寧順理，洪思遠(yuǎn)，沈世龍，俞演名，李磊

(1.中國電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州 310000;2.河海大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 南京 210000)

污泥是污水處理后產(chǎn)生的以有機(jī)物為主的泥狀物質(zhì)，其中的有機(jī)物主要為動(dòng)植物殘?jiān)?、微生物及其代謝產(chǎn)物、細(xì)菌及其代謝產(chǎn)物。同時(shí)重金屬作為無機(jī)物成分在污泥中大量富集，若不進(jìn)行適當(dāng)處理，很容易造成污染物外泄，對(duì)環(huán)境產(chǎn)生二次污染。“十三五”期間我國污水排放量達(dá)到800億噸/年，污泥產(chǎn)量達(dá)到8000萬噸/年[1]。我國污泥處置的主要方式之一為送入垃圾填埋場(chǎng)進(jìn)行填埋處理，經(jīng)過填埋處置的污泥約占我國污泥總產(chǎn)量的65%[2]，如在成都長(zhǎng)安、深圳下坪、南昌麥園及蘇州七子山等填埋場(chǎng)均對(duì)大量污泥進(jìn)行填埋處置[3]。

將污泥送入垃圾填埋場(chǎng)進(jìn)行混合填埋，可以大規(guī)模、大批量地處置污泥。目前，對(duì)污泥-生活垃圾混合填埋的基本物理力學(xué)性質(zhì)和降解產(chǎn)氣規(guī)律的研究工作較少，污泥和生活垃圾(municipal solid waste，MSW)混合填埋場(chǎng)的設(shè)計(jì)、安全評(píng)價(jià)及運(yùn)營(yíng)等缺乏基本參數(shù)和理論依據(jù)，填埋場(chǎng)的封場(chǎng)工作也存在大量的技術(shù)難題。此外，污泥中含有大量的有機(jī)物，在微生物的作用下會(huì)產(chǎn)生氣體，會(huì)導(dǎo)致混合填埋體的孔隙水應(yīng)力增加以及體積膨脹，引起堆體失穩(wěn)等工程災(zāi)害[4]。污泥進(jìn)入生活垃圾填埋場(chǎng)填埋后，生活垃圾中微生物種群的種類和數(shù)量都發(fā)生較大改變，對(duì)有機(jī)質(zhì)的降解產(chǎn)生明顯影響，導(dǎo)致降解產(chǎn)氣的總量也發(fā)生改變。由于污泥-生活垃圾混合填埋體在理化性質(zhì)上與生活垃圾有著較大的區(qū)別，其產(chǎn)氣量、產(chǎn)氣速率以及成分等與生活垃圾不同[5]，生活垃圾產(chǎn)氣研究成果直接應(yīng)用于污泥-生活垃圾混合填埋體產(chǎn)氣處理會(huì)產(chǎn)生較大的偏差。目前關(guān)于污泥產(chǎn)氣的研究成果較少，Debra等[6]發(fā)現(xiàn)污泥摻入垃圾后，加速了氣體的產(chǎn)生速率。Gülec等[7]將厭氧消化污泥和從填埋場(chǎng)采樣的生活垃圾按一定比例混合后進(jìn)行填埋柱生化降解實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，當(dāng)污泥質(zhì)量為垃圾質(zhì)量的25%時(shí)，有機(jī)質(zhì)生化降解速率最快，污泥的混入會(huì)提高填埋氣的產(chǎn)氣速率，并且提高了填埋氣中甲烷的含量。朱英等[8]研究結(jié)果表明，化學(xué)計(jì)量法和動(dòng)力學(xué)模型預(yù)測(cè)的氣體產(chǎn)生量和產(chǎn)生率更能反映污泥填埋場(chǎng)實(shí)際的氣體產(chǎn)生情況。目前國內(nèi)外有很多種填埋氣的理論產(chǎn)氣量計(jì)算模型，主要分為動(dòng)力學(xué)模型和統(tǒng)計(jì)模型。其中，動(dòng)力學(xué)模型是根據(jù)CH4/CO2的產(chǎn)生機(jī)理，從原理上分析和模擬有機(jī)質(zhì)降解的產(chǎn)氣規(guī)律，并通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)?zāi)M計(jì)算相關(guān)模型參數(shù)，主要有Gardner模型[9]和Sheldon Arleta模型[10]等；統(tǒng)計(jì)模型有IPCC(intergovernmental panel on climate change)模型、化學(xué)計(jì)量式模型和COD估算模型[11]等。

為了明確污泥-生活垃圾混合填埋場(chǎng)的產(chǎn)氣過程，在實(shí)驗(yàn)室人工模擬配置生活垃圾，采用室內(nèi)試驗(yàn)研究不同污泥添加量條件下污泥-生活垃圾混合填埋體的產(chǎn)氣過程，并采用動(dòng)力學(xué)模型對(duì)棄置污泥的累計(jì)產(chǎn)氣量和產(chǎn)氣速率進(jìn)行計(jì)算，為污泥-生活垃圾混合填埋場(chǎng)的設(shè)計(jì)、安全評(píng)價(jià)及運(yùn)營(yíng)等提供一定的參考。

1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

通過對(duì)國內(nèi)外各個(gè)地區(qū)垃圾填埋場(chǎng)內(nèi)生活垃圾組分進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析[12-13]，確定適合我國國情的垃圾成分配比，為了控制影響實(shí)驗(yàn)過程的因素，采用類似的材料代替生活垃圾中各種組分，詳見表1。

表1 生活垃圾的組分比例Table 1 Composition of MSW

實(shí)驗(yàn)中污泥取自某市污水處理廠的脫水污泥，其物理指標(biāo)見表2，指標(biāo)的測(cè)試方法采用CJ/T 221—2005[14]和GB/T 50123—2019[15]的規(guī)定。從表2可以看出，相比軟土和淤泥，污泥屬于典型的高含水率、高有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的有機(jī)廢棄物，且顆粒結(jié)構(gòu)松散，存在較大的孔隙[16-17]。

表2 污泥的基本性質(zhì)指標(biāo)Table 2 Basic characteristics of sludge

1.2 制樣與養(yǎng)護(hù)

本次實(shí)驗(yàn)中，根據(jù)表1的生活垃圾組分表，將廢報(bào)紙、廢舊輪胎、包裝袋、紡織品等剪碎至1 cm以下，黏土粉碎。金屬采用鐵絲和銅絲，剪成1 cm的小段。污泥來自污水處理廠，置于玻璃大棚內(nèi)陰涼處，將取回的新鮮污泥均勻地?cái)備佊诟蓛裟景迳巷L(fēng)干晾曬，含水率降低至60%，將配置好的污泥和生活垃圾放置在塑料容器內(nèi)，充分混合攪拌均勻后，放置于黑色塑料袋中密封養(yǎng)護(hù)1 d后，壓實(shí)裝填于產(chǎn)氣反應(yīng)器內(nèi)。6個(gè)產(chǎn)氣反應(yīng)器參數(shù)設(shè)置見表3，其中污泥添加量是指污泥相比垃圾的濕重比。

表3 產(chǎn)氣反應(yīng)器參數(shù)Table 3 Parameters of different gas producers

1.3 實(shí)驗(yàn)裝置與方法

產(chǎn)氣實(shí)驗(yàn)所用的裝置如圖1所示，整個(gè)反應(yīng)器放置于塑料大棚地下室內(nèi)，地下室內(nèi)溫度變化較小，溫度基本保持在20～30 ℃。裝置采用排液法(飽和NaHCO3溶液)收集氣體，將集液瓶的瓶口用塑料薄膜包裹(塑料薄膜上預(yù)留有細(xì)小的排氣孔，防止集液瓶氣壓太大，影響集氣瓶中液體順利排出)，防止溶液蒸發(fā)消散。根據(jù)氣量間隔5～10 d對(duì)收集的氣體成分進(jìn)行檢測(cè)。

圖1 污泥-生活垃圾混合填埋產(chǎn)氣試驗(yàn)裝置Fig.1 Gas producers of sludge-MSW mixed landfill

本實(shí)驗(yàn)測(cè)試項(xiàng)目為污泥-生活垃圾混合填埋的產(chǎn)氣速率、總產(chǎn)氣量以及氣體中甲烷的體積分?jǐn)?shù)?？偖a(chǎn)氣量用圖1的裝置采用排水法測(cè)定，降解產(chǎn)氣中的甲烷含量采用南京科捷-GC5890氣相色譜儀測(cè)定。產(chǎn)氣速率為一定時(shí)間內(nèi)產(chǎn)氣量與時(shí)間的比值。

本文對(duì)6組不同污泥添加量的污泥-生活垃圾混合物填埋進(jìn)行室內(nèi)產(chǎn)氣實(shí)驗(yàn)。定期收集降解產(chǎn)氣，研究污泥的添加量對(duì)污泥-生活垃圾混合填埋體的生化降解特性的影響，并建立合適的產(chǎn)氣動(dòng)力學(xué)模型，分析生化降解規(guī)律。

2 污泥-生活垃圾混合填埋體的產(chǎn)氣規(guī)律研究

2.1 累計(jì)產(chǎn)氣量分析

將污泥與生活垃圾充分?jǐn)嚢杌旌虾?，裝填進(jìn)模擬反應(yīng)器后密封，進(jìn)行模擬產(chǎn)氣實(shí)驗(yàn)，經(jīng)過近270 d的產(chǎn)氣收集，純生活垃圾和不同污泥添加量的污泥-生活垃圾混合填埋反應(yīng)器產(chǎn)氣基本處于穩(wěn)定降解階段。圖2給出了不同污泥添加量條件下污泥-生活垃圾混合填埋的累計(jì)產(chǎn)氣量對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

圖2 污泥添加量和降解時(shí)間對(duì)污泥-生活垃圾混合填埋體累計(jì)產(chǎn)氣量的影響Fig.2 Effect of sludge addition and degradation time on accumulative gas production by sludge-MSW mixed landfill

從圖2可以看出，在裝填后25 d左右，各個(gè)反應(yīng)器才有填埋氣的產(chǎn)生，產(chǎn)氣過程具有明顯的滯后階段。這是由于本次試驗(yàn)中的生活垃圾是在室內(nèi)人工配置的，模擬反應(yīng)器中的生化降解條件以及微生物種群與實(shí)際填埋場(chǎng)相差很多，因此本次實(shí)驗(yàn)的降解產(chǎn)氣過程有一個(gè)明顯的調(diào)整階段。在此階段，微生物大量繁殖，反應(yīng)器內(nèi)部的生化降解條件得到調(diào)整。由于各個(gè)反應(yīng)器裝填垃圾后沒有采取充氮處理以排除空氣，所以調(diào)整階段厭氧微生物群落調(diào)整時(shí)間較長(zhǎng)。

由圖2可以發(fā)現(xiàn)累計(jì)產(chǎn)氣量與污泥添加量有著明顯的關(guān)系，其累計(jì)產(chǎn)氣量見表4。由圖2和表4可以發(fā)現(xiàn)：隨著污泥添加量的增加，累計(jì)產(chǎn)氣量逐漸增大；但是當(dāng)污泥添加量超過30%后，隨著污泥添加量的增加，累計(jì)產(chǎn)氣量反而逐漸減少。

表4 污泥-生活垃圾混合填埋體268 d的累計(jì)產(chǎn)氣量Table 4 Total amount of gas produced by sludge-MSW mixed landfill after 268 d

污泥中含有大量的厭氧微生物，向生活垃圾中混入污泥，為混合填埋體引入了大量的微生物[18-19]。在生化降解過程中，產(chǎn)甲烷菌的生長(zhǎng)對(duì)填埋產(chǎn)氣的總量和產(chǎn)氣速率有至關(guān)重要的影響，隨著反應(yīng)器內(nèi)的氧氣消耗殆盡，混合填埋體中厭氧菌繁殖迅速、種群優(yōu)勢(shì)十分明顯，有機(jī)質(zhì)降解更加徹底充分，產(chǎn)生大量的填埋氣[18-19]。同時(shí)由于污泥中含有大量簡(jiǎn)單有機(jī)質(zhì)，為微生物的活動(dòng)和繁殖提供了所必須的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，使得微生物快速建立種群優(yōu)勢(shì)，提高了有機(jī)質(zhì)降解速率，使填埋氣的產(chǎn)量增長(zhǎng)。但是，當(dāng)污泥添加量繼續(xù)增大時(shí)，由于污泥含有大量的含氮有機(jī)物，導(dǎo)致氨氮濃度過高，氨氮濃度過高會(huì)對(duì)微生物的活性和繁殖產(chǎn)生相對(duì)抑制作用，進(jìn)而抑制了垃圾的降解和填埋氣的產(chǎn)生，所以當(dāng)污泥添加量過高時(shí)，其累計(jì)產(chǎn)氣量反而會(huì)逐漸降低。

2.2 產(chǎn)氣速率分析

利用累計(jì)產(chǎn)氣量計(jì)算不同污泥添加量的污泥-生活垃圾混合填埋的產(chǎn)氣速率隨降解時(shí)間的變化，結(jié)果如圖3所示。從圖3可以看出，產(chǎn)氣過程具有明顯的滯后階段。隨后各個(gè)反應(yīng)器的產(chǎn)氣速率維持在一個(gè)較低的水平，該階段定義為調(diào)整階段。調(diào)整階段結(jié)束后，各個(gè)反應(yīng)器的產(chǎn)氣速率快速增加，可以發(fā)現(xiàn)隨著污泥添加量的增加，產(chǎn)氣速率逐漸增大，污泥添加量為30%時(shí)，產(chǎn)氣達(dá)到峰值時(shí)產(chǎn)氣速率超過了300 mL/(kg·d)；污泥添加量進(jìn)一步增大時(shí)，產(chǎn)氣速率卻有減小的趨勢(shì)，這與上文中累計(jì)產(chǎn)氣量的變化趨勢(shì)完全相同。

圖3 污泥添加量對(duì)填埋氣產(chǎn)生速率的影響Fig.3 Relationship between sludge addition and the rate of gas production

在產(chǎn)氣速率到達(dá)峰值后，反應(yīng)器內(nèi)形成厭氧條件，各個(gè)反應(yīng)器的產(chǎn)氣速率逐漸衰減，直到保持穩(wěn)定狀態(tài)；產(chǎn)氣速率也呈現(xiàn)出與累計(jì)產(chǎn)氣量相同的變化趨勢(shì)，污泥添加量為20%和30%時(shí)的產(chǎn)氣速率仍然在100 mL/(kg·d)左右波動(dòng)，而純垃圾的產(chǎn)氣速率僅有20 mL/(kg·d)左右，污泥添加量50%的產(chǎn)氣速率也僅有50 mL/(kg·d)左右。

此外，各個(gè)反應(yīng)器在裝填之后100 d左右各個(gè)反應(yīng)器的產(chǎn)氣速率才開始快速增大，一般生活垃圾填埋場(chǎng)產(chǎn)氣滯后時(shí)間為5～15 d[20]。這說明室內(nèi)人工配制的生活垃圾填埋產(chǎn)氣的滯后時(shí)間比實(shí)際填埋場(chǎng)的滯后時(shí)間長(zhǎng)，這是由于實(shí)際進(jìn)入填埋場(chǎng)的城市生活垃圾的廚余垃圾在進(jìn)入填埋場(chǎng)之前已經(jīng)有了一個(gè)初步調(diào)整階段，在此期間微生物群落大量繁殖以及生化條件發(fā)生改變。另外在實(shí)驗(yàn)室人工配置的生活垃圾中用麥麩替代廚余垃圾，與實(shí)際填埋場(chǎng)中的廚余垃圾相比，麥麩生化降解相對(duì)困難，且垃圾中的微生物以及降解條件與填埋場(chǎng)中的厭氧生化降解條件差別極大。所以，本次實(shí)驗(yàn)中的調(diào)整階段周期較長(zhǎng)，劉富強(qiáng)等[21]的實(shí)驗(yàn)也得到類似結(jié)果。

2.3 產(chǎn)氣成分分析

間隔5～10 d對(duì)反應(yīng)器的產(chǎn)氣成分進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)各個(gè)模擬反應(yīng)器產(chǎn)氣中的甲烷體積分?jǐn)?shù)隨降解時(shí)間變化關(guān)系進(jìn)行繪制，如圖4所示。

圖4 填埋氣CH4體積分?jǐn)?shù)的變化規(guī)律Fig.4 CH4 content at different degradation stages

分析圖4可以看出，產(chǎn)氣前期，所有的反應(yīng)器收集的氣體中均未檢測(cè)到CH4的產(chǎn)生，直到80 d左右，各反應(yīng)器產(chǎn)生的填埋氣中才第一次檢測(cè)到CH4。然后隨著時(shí)間的推進(jìn)，各反應(yīng)器產(chǎn)生的填埋氣中CH4體積分?jǐn)?shù)逐漸升高，添加污泥的反應(yīng)器的CH4體積分?jǐn)?shù)的增長(zhǎng)速度大于純垃圾。污泥與垃圾混合的反應(yīng)器產(chǎn)生的氣體中，CH4體積分?jǐn)?shù)最高達(dá)到45%，而純垃圾的反應(yīng)器產(chǎn)生的氣體中，CH4體積分?jǐn)?shù)最高為35%。當(dāng)污泥添加量為30%時(shí)，CH4體積分?jǐn)?shù)在130 d左右達(dá)到40%以上，進(jìn)入穩(wěn)定的產(chǎn)甲烷階段；而污泥添加量小于30%時(shí)，CH4體積分?jǐn)?shù)基本在35%以下。隨著污泥添加量的增加，污泥-生活垃圾混合填埋產(chǎn)氣過程的產(chǎn)甲烷階段明顯提前。摻入污泥可使生活垃圾降解進(jìn)入產(chǎn)甲烷階段的時(shí)間提前，提高降解產(chǎn)氣中CH4體積分?jǐn)?shù)，提高了降解產(chǎn)氣的產(chǎn)量，提高了利用填埋氣進(jìn)行發(fā)電等資源化利用率[19]。

3 污泥-生活垃圾混合填埋體的產(chǎn)氣模型研究

將污泥送入垃圾填埋場(chǎng)進(jìn)行混合填埋，掌握填埋氣的累計(jì)產(chǎn)氣量和產(chǎn)氣速率變化規(guī)律對(duì)垃圾填埋管理具有重要的意義。這二者是確定進(jìn)入垃圾填埋場(chǎng)的污泥量的最優(yōu)方案的關(guān)鍵指標(biāo)，也是填埋場(chǎng)設(shè)計(jì)、運(yùn)行、評(píng)價(jià)和檢測(cè)的關(guān)鍵指標(biāo)之一。

盡管國內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)建立了大量的產(chǎn)氣模型[9-11]，但由于國內(nèi)外的生活垃圾特性有很大的差異，且污泥-生活垃圾混合填埋的降解產(chǎn)氣過程與純生活垃圾的降解產(chǎn)氣過程有較大的區(qū)別，已有的產(chǎn)氣模型不能很好地描述污泥-生活垃圾混合填埋的產(chǎn)氣過程。因此，有必要針對(duì)污泥-生活垃圾混合填埋建立累計(jì)產(chǎn)氣量和產(chǎn)氣速率的模型，為污泥-生活垃圾的混合填埋提供技術(shù)支持。

通過對(duì)圖2～3進(jìn)行分析，可以將污泥-生活垃圾混合填埋體的產(chǎn)氣過程分為三個(gè)階段：調(diào)整階段、加速階段和衰減階段，如圖5所示。

(a)產(chǎn)氣速率 (b)累計(jì)產(chǎn)氣量圖5 污泥-生活垃圾混合填埋產(chǎn)氣過程示意圖Fig.5 Diagram of gas generation process in the sludge-MSW mixed landfill

(1)調(diào)整階段：本次實(shí)驗(yàn)中，25 d左右才開始有填埋氣的產(chǎn)生，降解產(chǎn)氣一直維持在一個(gè)很低的水平甚至沒有填埋氣的產(chǎn)生，在本階段產(chǎn)氣速率可以近似等于常數(shù)。

(1)

式中：R為單位質(zhì)量混合填埋試樣的產(chǎn)氣速率，mL/(kg·d)；G為單位質(zhì)量混合填埋試樣累計(jì)產(chǎn)氣量，mL/kg；t為降解時(shí)間，d；tn為降解加速階段開始時(shí)間，d；k1為常數(shù)，mL/(kg·d)。

(2)加速階段：隨著微生物群落大量繁殖以及生化條件的改變，到一定階段，產(chǎn)氣過程進(jìn)入加速階段。該階段，由于有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，微生物繁殖迅速，產(chǎn)氣速率迅速增加達(dá)到峰值，填埋氣的產(chǎn)氣速率與時(shí)間呈線性增長(zhǎng)趨勢(shì)(圖5)。

(2)

式中：tm為混合填埋試樣產(chǎn)氣速率最大時(shí)的降解時(shí)間，d；k2為常數(shù)，mL/(kg·d2)。

(3)衰減階段：達(dá)到產(chǎn)氣高峰后，產(chǎn)氣速率逐步下降，此時(shí)填埋氣的產(chǎn)氣潛力和底物濃度呈一級(jí)動(dòng)力學(xué)關(guān)系：

(3)

式中：C為tm時(shí)刻后剩下的混合填埋試樣的產(chǎn)氣潛力，mL/kg；k3為常數(shù)，d-1。

由式(3)得：

(4)

整理得，

C=C0e-k3(t-tm)，

(5)

式中：C0為tm時(shí)刻混合填埋試樣產(chǎn)氣潛力，mL/kg。因此，在產(chǎn)氣衰減階段產(chǎn)氣量為：

G=C0-C=C0(1-e-k3(t-tm))，

(6)

式中，G為tm時(shí)刻單位質(zhì)量混合填埋試樣的累計(jì)產(chǎn)氣量。

對(duì)式(6)進(jìn)行微分：

(7)

由式(1)、(2)和(7)，污泥-生活垃圾的產(chǎn)氣速率模型如下式：

(8)

對(duì)式(8)積分得，

(9)

整理得，

(10)

根據(jù)模擬反應(yīng)器的產(chǎn)氣實(shí)驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合污泥-生活垃圾混合填埋的降解原理，建立了污泥-生活垃圾混合填埋產(chǎn)氣模型。該模型考慮了垃圾降解初期“非常明顯”的初始調(diào)整階段和加速階段，相對(duì)于其他產(chǎn)氣模型，能更加真實(shí)地反映填埋氣產(chǎn)生過程，且模型中的參數(shù)較少，應(yīng)用更為簡(jiǎn)便。模型參數(shù)取值如表5所示。

表5 污泥-生活垃圾混合填埋產(chǎn)氣模型參數(shù)值Table 5 Dynamic model parameters of sludge-MSW mixed landfill

對(duì)6組模擬反應(yīng)器的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬，得到產(chǎn)氣模型的各個(gè)參數(shù)。從表5中可以看出，向生活垃圾中混入污泥進(jìn)行混合填埋，會(huì)加速混合填埋體進(jìn)入產(chǎn)氣穩(wěn)定期，其中污泥添加量為30%時(shí)，有機(jī)質(zhì)降解最充分，累計(jì)產(chǎn)氣量最多。模型參數(shù)結(jié)果也表明添加污泥有助于加速生活垃圾的降解，但污泥添加量不是越大越好，污泥的最佳添加量為30%時(shí)，既加快了有機(jī)質(zhì)降解速率，亦縮短了生活垃圾填埋進(jìn)入穩(wěn)定階段所需的時(shí)間。另外，本次實(shí)驗(yàn)進(jìn)行270 d時(shí)，各個(gè)產(chǎn)氣反應(yīng)瓶的累計(jì)產(chǎn)氣量的變化規(guī)律與產(chǎn)氣模型擬合的各個(gè)產(chǎn)氣反應(yīng)瓶的累計(jì)產(chǎn)氣量G變化規(guī)律相似，該模型很好地反映了污泥的混入對(duì)生活垃圾生化降解產(chǎn)氣規(guī)律的影響。

4 結(jié)論

(1)采用室內(nèi)人工配置的方法對(duì)生活垃圾和污水處理廠的污泥按照一定比例進(jìn)行混合，模擬產(chǎn)氣過程。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，室內(nèi)人工配置生活垃圾填埋產(chǎn)氣的滯后時(shí)間比現(xiàn)實(shí)中長(zhǎng)，并且有一個(gè)明顯的調(diào)整階段；然后隨降解時(shí)間延長(zhǎng)，產(chǎn)氣速率迅速達(dá)到峰值，隨后產(chǎn)氣速率逐漸衰減維持在一個(gè)較低的水平。

(2)對(duì)混合填埋體產(chǎn)氣速率、累計(jì)產(chǎn)氣量變化規(guī)律進(jìn)行分析，以及建立污泥-生活垃圾混合填埋產(chǎn)氣動(dòng)力學(xué)模型，研究結(jié)果表明添加污泥有助于加速生活垃圾中有機(jī)質(zhì)的降解，加快產(chǎn)氣速率，提高填埋氣中甲烷的體積分?jǐn)?shù)，縮短生活垃圾填埋達(dá)到穩(wěn)定所需的時(shí)間。但是過多污泥的添加并不能加速混合填埋體的有機(jī)物降解速率，在本文設(shè)計(jì)的不同的污泥添加量中，污泥添加量為30%的混合填埋體的降解速率最快。

(3)本次實(shí)驗(yàn)采用的材料為室內(nèi)人工配置的生活垃圾及風(fēng)干后降低含水率的污泥，且實(shí)驗(yàn)周期僅有270 d左右，為了使該產(chǎn)氣規(guī)律及模型能夠用于實(shí)際工程中，還需延長(zhǎng)室內(nèi)降解產(chǎn)氣實(shí)驗(yàn)的時(shí)間以及進(jìn)行填埋場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，利用長(zhǎng)期的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和現(xiàn)場(chǎng)原位實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)該模型進(jìn)行修正。

(4)污泥進(jìn)入生活垃圾填埋場(chǎng)進(jìn)行處置，改變了生活垃圾原有的生化條件，對(duì)其產(chǎn)氣速率及最終產(chǎn)氣量都會(huì)產(chǎn)生一定的影響。現(xiàn)有的生活垃圾填埋場(chǎng)填埋氣動(dòng)力學(xué)模型尚未考慮污泥對(duì)混合填埋后狀況的影響，本文所建立的產(chǎn)氣模型較好地彌補(bǔ)了這一不足，可以為污泥-生活垃圾混合填埋場(chǎng)填埋氣導(dǎo)排及收集處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供相關(guān)的理論支撐。