新型填埋覆土的垃圾填埋场氨气恶臭的原位控制技术研究

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摘要本文主要针对垃圾填埋场氨气恶臭污染现状，模拟垃圾填埋场环境采用生物质废物作为原料，制备污泥竹炭堆肥作为新型填埋覆土试材，比较不同配比的新型填埋覆土材料对垃圾填埋场氨气恶臭气体的原位控制效果及理化性质和操作参数对其影响；从而阐明新型填埋覆土材料对垃圾填埋场氨气的减排作用及其影响因素，为垃圾填埋场氨气恶臭污染控制开辟新技术途径。47879

Abstract

This paper is mainly about ammonia stench pollution in landfill and simulating the landfill environment. Using biomass waste as a raw material for preparing charcoal sludge compost as a new landfill cover soil, then Comparing the different proportions of the new landfill cover soil for the landfill stench of ammonia gas in situ control effect and the physical and chemical properties and operating parameters of its impact. Thereby clarify the role of the new landfill cover soil material reduction of ammonia landfill and its influencing factors for landfill ammonia odor pollution control technology to open up new ways.

毕业论文关键词：生物质碳；竹炭；氨气恶臭；垃圾填埋场；原位控制；除臭

Keyword: Biomass charcoal; Charcoal; Biomass charcoal; Landfill; In-situ control; Deodorant

引言1.材料与方法··3

1.1实验装置3

1.2模拟城市生活垃圾4

1.3配制新型垃圾填埋覆土··4

1.4反应过程中不同配制比新型填埋覆土对氨气去除效果测定方法·5

1.5新型填埋覆土代谢产物分析方法5

2.结果与分析 5

2.1不同比例新型填埋覆土对垃圾填埋产生氨气的原位控制效果5

2.2不同新型填埋覆土代谢产物水平··10

3．讨论12

4. 结论13

引言

恶臭是世界七大环境公害之一。垃圾填埋场恶臭污染是全球为之关注的环境问题之一[1],据统计，我国2014年城市生活垃圾年清运量已达到1.71亿吨，其中70%被送至垃圾填埋场进行处理[2]。随着中国城市化速度逐渐加快的变化趋势，我国大多数垃圾填埋场正在不断靠近居民生活区，垃圾填埋场中物质具有易腐蚀有机物质，在填埋覆盖分解等过程中容易产生大量恶臭气体，导致生活垃圾填埋场恶臭问题日趋严重并成为社会不稳定因素。近年来，北京、南京、上海、广州和杭州等城市频繁发生垃圾填埋场恶臭扰民事件，严重的城市几乎影响到生活垃圾的正常收运与处置，威胁到城市环卫系统的正常运行。因此，开展垃圾填埋场恶臭污染防控技术与机理研究迫在眉睫，具有重要现实意义。

垃圾填埋场的填埋库区是主要的恶臭污染源[3]，其恶臭排放具有无组织排放，排放量大，停留时间长，影响区域广等特点，填埋场造成的恶臭污染距离在一般在2.0km的范围内，在逆温条件下其污染距离能够达到6.0km以上[4],而且其中氨气恶臭对周围居民生活及环境具有较严重的影响。氨气是一种无色且具有强烈刺激性臭的气体，对皮肤的具有一定腐蚀和刺激作用，能够吸收人体皮肤组织中的水分，使其组织蛋白变性，并使组织脂肪皂化，从而破坏细胞膜结构。氨气的溶解度极高，对人体上呼吸道有刺激和腐蚀作用，从而减弱人体对各类疾病的抵抗能力；吸入浓度过高的氨气还可能过三叉神经末梢的反射作用而引起心脏停搏和呼吸停止。长期处于氨气环境中，身体各项指标都会有明显改变，血液中尿素则明显增加。

现阶段，我国垃圾填埋场对于氨气恶臭普遍存在控制效果差的问题，填埋区的主要恶臭控制技术为日覆土的方法即原位控制技术，原位控制技术是通过填埋覆土对填埋垃圾产生的气体，通过吸附，吸收和生物的降解作用，尽管填埋覆土对氨气恶臭气体具有吸附、吸收和降解作用，可以减少氨气恶臭气体的排放量，但受覆土肥力和技术限制,氨气恶臭去除效果一直受到影响，且传统填埋覆土占用库存容积大，销售价格高。徐桂芹等人通过间歇喷洒生物反应器并分离灭菌虑柱上的亚硝酸菌群得知，含氨恶臭的主要是生物作用而不是物理化的作用[5]，可知微生物在恶臭气体的迁移和生物转化与去除过程中起到重要作用¬，垃圾填埋场覆土层是一个复杂的生态系统，有反梯度气体移动，不同的氧化还原区和复杂的微生物群落。研究表明，填埋覆土层中好氧和厌氧微生物对恶臭气体减排起着重要作用。随着分子生物学技术的发展与成熟，环境微生物分子生态学研究取得了突破性进展，以分子水平研究气体污染物迁移转化和微生物群落结构演替规律成为研究热点。由于垃圾填埋场恶臭气体成分具有复杂性（包含碳、氮、硫类恶臭等）、填埋场环境或操作条件发生改变等原因，功能微生物群落（氨氧化菌、反硝化菌、硫氧化菌和硫还原菌等）会发生相应变化。目前，对于填埋覆土微生物群落结构多样性的研究尚处于起步阶段。Yu等[6]采用变性梯度凝胶电泳技术（DGGE）分析填埋覆土层氨氧化菌群落结构多样性，结果表明，不同操作条件下覆土层中的氨氧化菌群落结构也不同。掌握复杂恶臭物质在新型填埋覆土中的迁移转化规律，探明新型填埋覆土功能微生物种群结构多样性和时空分布特征，阐明新型填埋覆土恶臭原位控制效果与功能微生物种群动力学之间的相互关系，可以为调控垃圾填埋场恶臭原位控制效果提供理论依据和技术支撑。然而，有关通过填埋覆土恶臭污染原位生物生态调控机理提升恶臭原位控制效果研究至今未见报道。因此填埋覆土中生物活性在氨气恶臭控制方面起到重要作用。因此，改良覆土材料是提高填埋覆土活性，提升生活垃圾填埋场氨气恶臭污染原位控制效果，解决生活垃圾填埋场恶臭污染的有效途径。在填埋覆土方面，国外研究者通过从填埋覆土的理化特性方面研究转炉炉渣固化污泥、蚯蚓粪、粉末活性炭、垃圾土、砂石、飞灰、木材、泡沫和堆肥等作为填埋覆土材料的可行性，研究发现转炉炉渣固化污泥材料的颗粒分布、含水率、干密度及渗透性等性能参数均优于未经处理的污泥[7]，Hurst等考察了城市固体废物堆肥作为垃圾填埋覆土材料对实验室模拟恶臭气体的控制效果，结果表明恶臭去除率随着堆肥堆积密度的升高而升高。国内研究者发现污泥经过改良后有望达到预期的垃圾填埋场覆土各项指标[8]。通过研究对比发现污泥堆肥能够有效控制氨气恶臭气体的产生[9]。生物质炭是由植物完全或部分缺氧的情况下经热解炭化产生的一类固态物质[10]，其孔隙结构发达、比表面积巨大，具有大量的表面负电荷以及高电荷密度。生物质炭对无机物（如NH3、H2S等）和极性或非极性有机化合物（如VOCs等）具有较强的吸附能力[11]。竹炭是生物质碳的一种，具有改善微生物细胞附着性能、促进特殊类群微生物的栖息生长[12]和团聚体的形成，强化固氮、硝化与硫氧化还原微生物菌群活性的作用。Wu[13]利用末端限制性片段长度多态性分析（T-RFLP）研究了竹炭添加对堆肥过程中微生物群落结构的影响，结果表明竹炭的添加可以显著促进污泥堆肥微生物多样性及优势微生物种群的数量和活性。研究者还对比了新鲜粘土（传统覆土材料）、陈年垃圾、终场覆土和污泥竹炭堆肥等材料对填埋场恶臭原位控制的效果，实验结果表明，添加污泥竹炭堆肥的覆土材料除臭效果优于其他材料，其具有改良垃圾填埋场覆土特性，改善填埋覆土微生物种群结构，显著提高除臭功能微生物活性的作用。垃圾填埋场覆土层是一个复杂的生态系统，有反梯度气体移动，不同的氧化还原区和复杂的微生物群落。研究表明，填埋覆土层中好氧和厌氧微生物对恶臭气体减排起着重要作用，Scheutz发现填埋覆土中的微生物能降解芳香族化合物和卤代化合物等恶臭气体[14]。研究者进一步探讨了不同层次微生物氧化活性，结果发现，填埋覆土层5-10 cm深处，微生物降解恶臭气体的活性最强[15]。因此，进一步开展污泥竹炭堆肥覆土恶臭气体原位控制生物生态机理研究，对开发垃圾填埋场新型填埋覆土材料，有效控制填埋库区恶臭污染物的排放具有重要意义。