第6卷第10期环境工程学报Vol.6,No.102012年10月Chinese Joumal of Environmental Engineering0t.2012垃圾填埋场生物覆盖材料筛选及甲烷减排赵玲王丹尹平河赵超武晶(暨南大学环境工程系.广州510632)摘要通过摸拟柱实验研究了消化污泥、矿化垃圾和黏土作为垃圾填埋场生物覆盖材料的甲烷氧化能力。3种材料的甲烷日氧化率平均值、总氧化率和氧化速率(CH,)分别是：消化污泥10.27%、75.82%、1.76mmo(kg·d山：矿化垃圾11.05%、75.61%,2.04mml(kg·d):黏土9.05%、68.15%、1.33mml/(kg·d).消化污泥和矿化垃圾对甲烷的氧化能力均大于黏土·进一步探讨了消化污泥中添加粉煤灰、建筑垃圾和黏土进行改性后对甲烷的氧化能力，考察了改性污泥的渗透系数和抗压强度。结果表明：粉煤灰对消化污泥的改性效果最好，其日氧化率平均值、总氧化率和(CH,)分别达到17.27%、92.37%和2.35mml(kg·d),粉煤灰与消化污泥以1：1~1.5：1混配后可满足填埋场对覆盖材料渗透系数和抗关键词垃圾填埋生物覆盖材料甲烷氧化渗透性抗压强度模拟柱实验中图分类号X705文献标识码A文章编号16739108(2012)103719-06Screening of landfill bio-eover materials and their effecton methane reductionZhao Ling Wang Dan Yin Pinghe Zhao Chao Wu JingAbstract The methane oxidation of 3 bio-covers(sewage,aged refuse and soil)was studied through simu-lation columns experiment.The results showed that average daily methane oxidation rate,methane conversionand reaction rate V(CH)of sewage,aged refuse and soil were 10.27%,75.82%,1.76 mmol/(kg d);11.05%,75.61%,2.04 mmol/(kg d)and 9.05%,68.15%,1.33 mmol/(kg d),respectively.The meth-ane oxidation capacities of sludge and aged refuse were better than soil.Methane oxidation and geotechnicalproperties of sludge which were modified by 3 solid modifiers coal ash,construction wastes and soil)were alsostudied.Sludge modified by coal ash presented best ability for methane oxidation among the 3 modifier,whichaverage daily oxidation rate,methane conversion and V(CH)were 17.27%,92.37%and 2.35 mmol/(kg.d),respectively.The engineering requirements of osmotic coefficient and compressive strength for cover materialof landfill site were satisfied when the mixed ratio of coal ash and sludge was 1:1 ~1.5:1.Key words landfill;bio-covering materials;methane oxidation;osmosis;compressive strength;生活垃圾在填埋过程中会产生以甲烷管道收集系统和利用填埋气是控制填埋场CH4排(CH,55%~60%)为主的填埋气，每吨垃圾每年能放最理想的方法，由于建设成本高、收集困难和利用产生150~250m3填埋气.。随着生活垃圾量的率低难于推广。本课题组以广州市某垃圾填埋场为增加，垃圾填埋场逐渐成为最大的CH4人为排放例，考察其水平收集井收集甲烷用于发电的利用效源。预计至2030年，CH4对温室效应的贡献率将超过C02,成为头号温室气体。中国对生活垃圾的基金项目：国家基金广东联合基金重点项目(U1133003):国家自然处理以卫生填埋为主，在未来10年内将有1000科学基金资助项目(41076068)：暨南大学科技创新重大座中小型生活垃圾卫生填埋场，填埋生活垃圾50万重点项目(1612161)t/d以上，产气量达2000亿~4000亿m3/d,1,收稿日期：2011-08-1山：修订日期：2011-09-23CH,减排迫在眉睫。为此，中国把减少CH,排放作作者简介：赵1965-)，女，硕士，副教授，研究方向：水污染治理为控制温室气体排放的目标。填埋场内部3720环境工程学报第6卷率，监测到的填埋体表面甲烷的扩散通量平均达到了4.93mol/(m2·h),整个填埋作业面CH4年逸散量为0.20×102m3,占总收集量的11.7%。所以有效控制垃圾体表面CH,排放是垃圾填埋场甲烷减料排的关键。近年来，国内外学者都在寻找新的、可替代黏土层并具有甲烷氧化能力的新型覆盖材料。研究报告通过强化覆盖材料中微生物的生物活性，可以提高甲CH烷氧化能力-。Abichou等2，研究表明，堆肥气气体作为覆盖材料能显著提高甲烷氧化能力。然而，堆肥周期长、成本高且产量少难于满足大规模工程应器用。污泥和矿化垃圾是城市污水处理和垃圾填埋的图1实验装置示意图主要产物，含有丰富的微生物，可以提高覆盖材料的Fig.I Experimental apparatus甲烷氧化能力4均。由于污泥含水率高达70%~90%,渗透系数和抗压强度等不满足覆盖材料工程1.3实验方法要求，需选择适合添加剂进行改性。粉煤灰含水率调节CH4和CO2气体混合比为1：1，混合气经低、孔穴丰富、比表面积大，添加到污泥中可以改善增湿瓶增湿后进入模拟柱，以避免气流使覆盖材料污泥的理化性质。建筑垃圾占到城市垃圾总量的的含水率下降，控制混合气流速为20mL/mi,BIO-30%~40%,难于处理且加重环境污染，其资源化利GAS CHECK四组分气体监测仪监测出气口CH4、用一直是亟待解决的问题。目前对于粉煤灰、建筑C02、02气体含量，当模拟柱监测口CH,含量达到垃圾改性污泥作为垃圾填埋场覆盖材料的研究大多0%以上，02含量不低于10%（模拟填埋场监测到集中在工程适用性方面。本研究通过模拟柱实的气体情况)时停止进气，关闭进气口和出气口。验重点探讨了消化污泥、矿化垃圾和黏土作为覆盖停止进气60min后，每隔24h用1mL玻璃注射器材料的甲烷氧化能力，并对氧化能力较强的消化污于模拟柱监测口监测模拟柱内CH4、C02和02的气泥分别添加粉煤灰、建筑垃圾和黏土进行改性，筛选体含量，每次平行取样3次，气相色谱法分析样品中出最佳覆盖材料以满足垃圾填埋场表面甲烷减排和甲烷含量。测试仪器为GC6890N气相色谱仪，配填埋作业要求。氢火焰检测器：气化室100℃，检测器150℃，进样量0.7mL,柱温（程序升温）：初始温度70℃，以1材料与方法2.5℃/min的速率升温至80℃，总运行时间5min。1.1实验材料整套装置在实验开始前，进行气密性测试以保证气消化污泥采自广州猎德污水处理厂；矿化垃圾密性。实验按照下式计算甲烷日氧化率、总氧化率采自广州市兴丰垃圾填埋厂，填埋年限为5年，经过和(CH)以评价材料甲烷氧化能力。初步分选：黏土由广州市兴丰垃圾填埋厂提供，为填埋场区覆盖材料：粉煤灰购自广州市元冠商贸有限公司：建筑垃圾为暨南大学图书馆改造工程废料：甲甲烷总氧化率=烷气体(99.9%)，二氧化碳气体(99.5%)和甲烷标准气体(70%，氮气中)，均购自广州世源气体有限式中：(Ca)为实验第i天甲烷体积分数(%)，公司。1.2实验装置(C),o为实验初始甲烷体积分数(%)。实验装置如图1所示，PVC模拟柱（高1O0cm、直径15cm),内填20cm厚的砾石（直径约20mm)土工布、覆盖材料30cm。d为实验天数(d),m为覆盖材料质量(kg)。