填埋场垃圾熟化过程风量与温度控制技术的研发

填埋场垃圾熟化过程风量与温度控制技术的研发

杨再兴、韩威、冯猛

浙江博世华环保科技有限公司 310015

摘要：随着经济社会的迅猛发展，我国城市生活垃圾产生量呈快速发展趋势。据住建部2016年最新统计数据我国城市生活垃圾清运量达2.7亿吨，且以每年103万吨的速度在递增。若生活垃圾中有机物快速降解，不仅有效实现减容减量，减少渗滤液的产生量，而且可以控制恶臭气体外溢，降低运行成本，使得填埋处置更为经济高效，因此需要探究垃圾熟化相关技术。垃圾熟化技术通过在垃圾堆体内布设通风系统，利用鼓风机送入空气，微生物利用垃圾自身所含的易降解有机物进行好氧呼吸，满足自身生长繁殖需求的同时并释放出大量生物能，并快速降解有机物，使堆体内垃圾稳定化过程大大加速。本文则是针对填埋场垃圾熟化过程风量与温度控制技术的研究，进行了有效的阐述

关键词：填埋场垃圾；熟化过程风量与温度；技术研发

1填埋场研究技术的国内外发展现状与趋势

自上世纪70年代起，以美国为首的部分发达国家展开了对新一代填埋场的研究，即生物反应填埋场的研究。生物反应填埋场通过人为调控的方式来加强填埋场内生物化学反应过程。其中调控方式主要包括：空气注入、水分注入、微生物接种和渗滤液回灌等方法。技术和垃圾熟化技术相仿，目前在美国、德国、奥地利、意大利和中国等国家均有使用。随着我国城市化进程的加快和用地的紧缺，增加老填埋场的使用年限和填埋方量能够切实的缓解上述问题。目前有关垃圾熟化的研究中，学者逐渐将目光聚集到了更为细致的层次，如：长期通风对老填埋场的空间变化，实验及填埋场运用熟化时的差异，明晰各系统之间的互相影响及系统结构和设计参数的优化等。虽然有关垃圾熟化的剖析角度较多，但与垃圾堆体密度、气体阻力、垃圾堆体鼓风量等相关的研究还相对较少。因此在原有的基础上，进一步优化垃圾熟化系统在填埋场的应用，能够使将来填埋场的运营降低成本，增加填埋场使用效率，为国家的可持续发展做出贡献。

2技术难点、创新点及技术风险分析

2.1技术研究影响分析

2.1.1垃圾堆体压实密度对气体阻力的影响研究

垃圾堆体压实密度会直接影响到气体渗透特性（可表征气体阻力），且渗透特性具有典型的各向异性特点，气体在垃圾体中的迁移往往是二维或三维流动，不同方向上渗透系数的变化是影响气体迁移运动的重要因素。本项目研究填埋垃圾堆体在不同压实密度下压实方向及与其垂直方向上的气体渗透系数的衰减规律，建立气体渗透系数所表征的气体阻力随垃圾堆体压实状态变化的参数模型，进而在压实密度与通风方式及通风量的协调方面建立可实际操作的经验规律。

2.1.2垃圾堆体鼓风对温度的影响研究

鼓风不仅是调控垃圾熟化温度的重要手段，而且可以调节堆体中的氧气、水分含量，但是对于鼓风过程影响垃圾堆体温度的方式和程度还鲜见报道。垃圾熟化是一个复杂的系统，对于不同混料比例、堆体的不同部位，鼓风过程对堆温的影响范围和程度都会随之变化。本研究的目的是探讨鼓风过程对生活垃圾堆体温度的影响，为利用鼓风过程控制垃圾熟化温度提供理论依据。

2.2解决的技术难点和可能的创新点

第一是，垃圾压实密度难以精确控制，气体阻力对垃圾压实密度的要求较高；第二是降雨会对垃圾堆体温度产生一定影响，降低垃圾堆体的温度，减缓垃圾中有机物的降解速；第三是，结合填埋场实际，寻找最佳的压实密度，既能满足填埋要求，又能降低单位电耗；第四是，温度可反馈垃圾降解速度，在不影响垃圾熟化的情况下，寻找最佳通风量，节约能源。

2.3风险分析

垃圾熟化技术中使用的风量和温度控制系统目前已广泛应用于好氧堆肥，发达国家已经摸索出一套成熟的工艺流程和设备系统，其好氧堆肥的风量和温度控制系统能够处理各类垃圾、污泥等，均达到了较好的处置效果，因此填埋场垃圾熟化过程风量控制以及温控技术研究是可以借鉴发达国家在此方面的成功经验，其研究风险是非常低的。

3研究方法、技术路线及其可行性分析

3.1研究方法、技术路线

埋场垃圾熟化过程风量控制以及温控技术研究方法是有两个途径，第一途径是理论研究，要对国内外文献进行深入研究分析，尽可能的利用现有科研成果摸索；第二个途径是中试优化，也就是说在理论研究的基础上，展开中试研究，并模拟实际工程环境，对各项控制参数进行优化，完善垃圾熟化系统配置。

3.2技术路线

对于技术路线来说，按照计划安排所确定各实施阶段的工作任务，在下图1中列出计划实施技术路线。

图1 项目实施技术路线图

3.3技术可行性分析

垃圾熟化过程风量和温控技术的实施是需要投入相应充足的人力资源和物力资源，此技术在落实过程当中，是需要专业从事环境污染治理和生态环境修复实现有效落实的，本次研究当中是由浙江博世华环保科技有限公司承办的，此公司是一家专业从事环境污染治理和生态环境修复，集技术开发、技术服务、环保设备制造、工程总承包、资源综合利用及进出口贸易为一体的以固体废物处理为主体的综合性环保公司。公司多年来致力于固体废物综合治理，具备丰富的有机固体废物处理工程经验，可以保证科研项目的顺利实施。

还有必须说明的是，参与研究浙江博世华环保科技有限公司其研发中心试验用房宽敞，且已经具备该项目所需的主要仪器和设备，包括大型检测仪器有原子吸收分光光度计、气相色谱仪、液相色谱仪、气质联用仪、红外光谱仪、X衍射光谱仪、扫描电子显微镜、可见紫外分光光度计、高速离心机、大容量冰箱、恒温生化培养箱、手提溶氧仪YS-50、微波消煮炉、离子色谱，恒温实验室等，能够有力保障课题研究的场地和设备需求。

3.4研究成果分析

垃圾熟化过程风量和温控技术的实施，对于快速降低生活垃圾中有机物含量及含水率，缩减垃圾体积，改善其污染现状，提高居民的生活质量，具有很好的社会效益。垃圾熟化过程风量和温控技术的实施将提供低成本、高效益的垃圾催熟处理技术，为垃圾填埋场填埋预处理，老垃圾填埋场转移预处理提供宝贵的经验，具有广阔的技术应用和产业化前景。

对于目标、主要技术和经济指标来说，首先是建立了垃圾堆体压实密度与气体阻力变化的关系，并模拟相应关系函数；其次是建立鼓风量与堆体密度的函数关系，及其与垃圾堆体三维方向上的温度变化情况；最后是建立了垃圾堆体温度、蒸发与恶臭的控制策略与相应设备开发。

4研究成果应用前景分析

4.1市场现状

目前，我国对生活垃圾的垃圾熟化正处于研发阶段，未出现相关专利申请记录，能规模化生产或直接应用于实际工程的垃圾熟化设备、系统尚未发现。

4.2潜在用户

本技术可用于生活垃圾卫生填埋场、生活垃圾焚烧发电厂等城镇生活垃圾处置场所预处理，实现垃圾的减容减量，提高垃圾焚烧热值，减少渗滤液的产生量，降低后续收集和处理费用；此外，本技术可用于规模化蔬菜产地、经济作物产区等有机垃圾的快速熟化及脱水等。

4.3市场前景

可以填补国内垃圾熟化市场的空白，该项技术不仅垃圾处理量大，而且具备经济、高效和环保等优势，能够应用于生活垃圾的预处理和处理阶段，有效降低填埋和焚烧处置的成本，具有较为可观的市场经济价值和应用前景。

结束语

在熟化技术应用中掌握垃圾堆体压实密度对气体阻力的影响以及鼓风量对堆体温度的影响至关重要。垃圾压实密度直接关系到气体在垃圾堆体的流通阻力，通过垃圾堆体压实密度来控制气体在堆体中的流通，调节垃圾堆体中气体的阻力，既保证了垃圾堆体的压实密度，又加大了填埋场的库容量；鼓风量的大小直接关系到垃圾堆体内温度的高低，通过鼓风量大小来控制垃圾堆体内的温度，直接关系到垃圾中有机物反应的速率和垃圾熟化的效率，同时可以控制垃圾堆体中甲烷气体的产生。

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