渗沥液回灌对生活垃圾堆酵效果影响研究

荀方飞，葛亚军，马婧一

（北京市环境卫生设计科学研究所，北京 100028）

渗沥液回灌技术是针对垃圾填埋场渗沥液的一种特殊处理方法，将填埋场底部收集到的渗沥液从其覆盖层表面重新灌入填埋场的处理方法，该技术主要应用于加速填埋场的稳定。研究表明［1-2］，渗沥液回灌可以提高垃圾层的含水率，增加垃圾的湿度，增加垃圾中微生物的活性，加速产生甲烷的速率、垃圾中污染物溶出及有机物的分解，缩短填埋场垃圾的稳定化进程。国内外部分学者对渗沥液回灌技术主要集中在填埋场，通过实验室和中试研究渗沥液回灌水力负荷、回灌渗沥液中VFA浓度等对填埋垃圾降解和稳定的影响［3-5］，目前，针对焚烧厂堆酵预处理过程中进行渗沥液回灌，缩短焚烧料坑生活垃圾的堆酵周期的研究较少。本试验通过在生活垃圾堆酵预处理过程输入渗沥液，研究不同渗沥液和回灌条件对于垃圾堆酵的影响。

1 试验设计

1.1 试验装置

堆酵试验装置设计结构见图1。试验装置的主体堆酵仓为圆台结构，上圆直径180 cm，下圆直径145 cm，高67 cm，体积约为2 m3，在其顶部安放有网状压箅，试验中在压箅上增加配重物以向试验垃圾施加一定的压力；侧部有垃圾取样孔和热电偶位置，用于采集不同堆积深度位置的样本同时测量其温度变化情况；底部有一定坡度，以保证堆酵析出的水分及时排出；堆酵装置采用玻璃钢材质，外部用工业用保暖材料覆盖以模拟垃圾池中类似绝热的环境。

1.2 回灌方式

回灌方式对于堆酵垃圾的影响在于：渗沥液的渗流区域不同，从而导致不同区域的垃圾性质不同。国内基于填埋垃圾研究渗沥液回灌多由覆土层渗流，以保障渗沥液均匀分布，由于焚烧料坑中不存在覆土层，因此试验表面喷洒使渗沥液均匀分布于垃圾层的表面，使不同区域的垃圾性质同步变化。

1.3 试验方案

从垃圾转运车上取得新鲜的垃圾样本，试验取样总量约为2 000 kg，经过充分混合后，剔除明显的惰性物及不可降解物如石块、金属。称取9等份120 kg的试验样本分别堆入堆酵罐1～9中，加上40.000 kg的配重物压实样本，按照3次/d的频率翻堆垃圾样本，堆酵时间总计4 d（第1天不进行任何回灌操作，但计量各堆酵罐内渗沥液析出量，并将收集合并作为回灌液类型中的新液）。试验完成后，计算发酵罐实际析出的渗沥液质量（渗沥液实际析出量=总析出量-回灌量）作为考核指标。

选择合适类型的回灌液和回灌条件，是获得最优的垃圾堆酵效果的必要条件。目前已见关于回灌条件的研究［7-8］，研究的对象均为垃圾填埋场，因此其规律并不适用于生活垃圾焚烧的前处理。本试验采用正交法，研究不同的回灌液类型、回灌量、回灌频率等对堆酵过程中垃圾含水率和热值的影响，探索生活垃圾焚烧前处理工艺的最佳回灌条件。

采用正交试验的方法进行试验，设定回灌液类型、回灌量、回灌频率等3个正交因子，每个因子设定3个水平，设定的正交因子水平见表1。3种回灌液：新鲜垃圾在堆酵过程中析出的渗沥液（简称新液）；垃圾填埋场底部收集到的渗沥液（简称旧液）；垃圾填埋场渗沥液经净化处理后排放的达标液（简称清液），表2为不同类型渗沥液指标对比。

表1 试验正交因子水平

表2 不同类型回灌液的指标对比

2 试验结果分析

表3为生活垃圾堆酵预处理正交试验结果，在垃圾堆酵的过程中，被压实的垃圾层相当于厌氧生物器，将渗沥液回灌到垃圾填埋层内，使得最大范围的微生物都能利用渗沥液中的有机污染物。在微生物大量繁殖的同时，渗沥液中有机物得到降解。通过对渗沥液回灌堆酵垃圾后的微生物镜检结果表明，经回灌处理后的垃圾层空隙多并且发育良好，微生物种类明显增多，出现一定数量原生动物及大量菌胶团。垃圾的分解速度加快，析出的水分更多，垃圾的热值提高。

表3 不同条件下渗沥液的情况 kg

由表4为含水率随回灌条件变化规律试验正交实验结果可知，对比9组正交试验，试验3中，渗沥液析出量最大，以渗沥液的实际析出质量为考核指标时，最佳的回灌条件为采用新鲜渗沥液作为回灌液，回灌量为6.000 kg，回灌频率为8 h/次。

表4 含水率随回灌条件变化规律试验正交试验结果

通过表4结果，分析堆酵过程中各因子对生活垃圾含水率影响分析如下。

1）回灌液类型：垃圾渗沥液对堆酵过程的影响不仅在于增加垃圾的含水率，而且垃圾渗沥液中含有大量有机物和氨氮等，为微生物的生长繁殖提供了充足的条件。检测数据表明新鲜渗沥液中含有大约90%的可溶性有机碳是短链的挥发性脂肪酸，其次是灰黄霉酸，其BOD/COD可达0.5以上。但是长时间存放的渗沥液中挥发性脂肪酸比例减少，而灰黄霉酸类物质的比例增加，BOD/COD的比值变小，即可生化性较低。因此新鲜渗沥液的回灌更有利于加速生化反应，缩短垃圾堆酵的时间。

2）回灌比例：渗沥液回灌量的比例是影响堆酵效果的重要因素。较大的回灌量有利于保持垃圾含水率，增加垃圾内部湿度，并增加堆酵层自身压力，但是过量回灌可能引起垃圾层中微生物被冲刷，导致处理效果的降低。在实践中，各焚烧厂内垃圾的组成和堆积压实程度不同导致了垃圾堆酵层的渗透性不同，最佳回灌量也就不同。因此，必须根据实际情况确定回灌量与堆酵垃圾的最佳比例，但回灌比例不可能无限增大。

3）回灌频率：在相同的回灌比例下，加大回灌频率有利于提高垃圾降解速率。原因在于回灌频率的增加有利于保持垃圾的高含水率，有利于微生物的生长繁殖，并且将降解产生的抑制性物质快速洗出。但是过高的回灌频率也可能不利于微生物附着生长，造成过水面积降低，减少水与微生物的接触，反而不利于垃圾降解。目前多采用8 h或12 h回灌1次，即3次/d或2次/d。

同时分析表中值，3个因素对于考核指标的影响大小顺序为回灌量>回灌液类型>回灌频率。

3 结论

渗沥液回灌有利于生活垃圾的垃圾降解，工程上常用控制条件为回灌液类型、渗沥液回灌量和回灌频率，本试验通过正交试验，分析3因素对生活垃圾含水率和热值的影响，并得出本试验装置最佳试验条件为：采用新鲜渗沥液作为回灌液，回灌量为6.000 kg，回灌频率为8 h/次。

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