郑 祥

（南京万德斯环保科技股份有限公司，江苏南京211100）

曝气是提高降解过程中废物稳定性的关键方法之一，已在世界各地应用。该方法的优点包括加快降解速度、减少温室气体排放、缩短填埋场封场后维护时间等。近年来,许多国家已经进行了好氧技术的现场应用。低压曝气和高压曝气都是成功的有氧技术：前者主要用于小规模非湿垃圾填埋，后者通常用于大规模垃圾填埋。在大规模垃圾填埋场模拟生物反应器，需要保留丰富的气体循环和持续的液体加入，这是很难的。在中国，大多数的垃圾填埋场通常采用厌氧处理工艺，还没有成功的具备曝气规模的典型案例。因此，我们选择了一个老旧垃圾填埋场，进行了不同规模的曝气测试，评估其是否有稳定的曝气以提高生物降解的速度。

1 材料和方法

1.1 垃圾填埋场简述

该城市垃圾填埋场位于湖北省夷陵，于2013 年7月完成最后封场。垃圾填埋场面积约16 000 m2，总容量178 200 m3，平均深度12 m,顶部为1 m 的粘土覆盖层。垃圾层分为两层，共11 m，上层深度6 m,下层深度5 m。两层垃圾的存积时间分别为6 年和9 年。目前这座垃圾填埋场计划在修复后建为公园，采用有氧处理工艺，可以加速污染物分解的速度。在注入井设置前，我们测试了气体含量和温度，其中CH4、CO2和O2的平均浓度分别为12.1% 、26.7% 和4.5% ，平均温度31.28℃～34.68℃。

1.2 有氧系统

注射系统和提取系统都采用了风机，风量均为5 000 m3/h。在垃圾填埋场共安装了29 口气体射入井和42 口提取井 (图1) 。渗滤污水收集系统包括16 口泵浦井和6口水平的再通行井，井的深度是1 m，长度是50 m，注入井的间距设为22 m。通风系统从2013 年10 月开始向每口气体射入井进行通气。

图1 填埋区曝气系统的分布情况

深井的空气注入率高于浅井，下井深度为5 m 和9 m（图2）。由于最初3 个月温度急剧上升，曝气鼓风机短期关闭。第二阶段的空气注入量低于第一阶段。

图2 注水井和温度传感器示意图

1.3 渗滤污水收集

当抽水井工作时，渗滤液经常从井口冒出，这主要是由于气体在持续抽采条件下入泵管，导致泵管与填埋体之间的压差过大，渗出液持续流入泵管。渗滤液是由相互隔离的气体通过嵌入式管道抽取的，且需要回灌，以保证大量的气体通入采掘井时相对稳定（图3）。

2 检测方法

我们对试验重要参数进行了长达11 个月的监测，以分析曝气条件对污染物降解的影响。这些参数包括CH4、CO2和O2浓度，浸出液COD、BOD 浓度、温度、水位、沉降、B/L。

我们对气体浓度和温度进行实时监测，温度探头设置在填埋场深度为3 m、6 m 和9 m 处（图2）。COD 和BOD 进行了快速测定。木质素和纤维素采取带孔采样的手段：装配有2 000 mm×10 mm 规格钻头的钻孔机，在5 个取样区域（10 m×10 m，见图1）分别取3 个试样，每个试样的深度分别为3～5 m 或7～9 m。

3 结果和讨论

3.1 温度和气体浓度

曝气系统操作期间的温度变化如图4 所示。第一阶段，注水井平均流速为82 m3/h，温度明显提高。

图3 供气提取井和曝气的渗滤液与汇集管示意图

图4 曝气过程中温度的变化

图5 曝气过程中气体浓度的变化

3 m 和6 m 的温度上升幅度明显大于9 m 处，这是因为垃圾填埋场底部被水覆盖，因此氧气流量的影响弱于填埋场上半部分和中心部分。运行100 天后，6 m 内的温度达到55℃。

为保证垃圾填埋场的安全，曝气系统在106 天后停止运行。暂停21 天后，曝气系统重新启动，平均曝气量调整为42 m3/h。后期由于曝气强度降低，3～6 m 区域温度稳定。250 天后9 m 处温度无明显变化。图5 给出了曝气操作期间气体浓度的变化：在曝气的第一阶段，CH4和CO2的浓度显著下降，CH4浓度在50 天后降至5% 以下，表明CH4氧化效果良好。在曝气暂停阶段，CH4和CO2的浓度明显增加，O2浓度同时下降。

3.2 COD 和B/C

从渗滤液浓度的变化来看（图6），在有氧系统运行初期，COD 呈下降趋势，第一阶段的减振幅度高于第二阶段。BOD/COD 在整个操作过程中也有下降趋势。250天后，BOD/COD 基本低于0.1，说明渗出液的有机物处于较低水平。

图6 曝气操作过程中COD 和BOD/COD 的变化

3.3 渗滤液再循环及核算

有氧系统运行过程中再循环速率和水位变化如图7 所示。第一阶段，再循环总量为346.8 m3，平均再循环量为98.2 m3/月；第二阶段人工补给总量为413.8 m3，平均补给量为60.6 m3/月。浸出液再循环率降低，曝气强度降低。第一阶段的水位为5.7～8.1 m，第二阶段水位为6.3～7.9 m。

图7 曝气过程中渗滤液循环率和水位的变化

图8 测试结果表明，加速好氧反应，可加快填埋场沉降的稳定速度：填埋场初始沉降速度在0.13～1.34 mm/天，131 天之后，沉降速度稳定在0.83 mm/天，具体可参考GB/T 25179-2010《生活垃圾填埋场稳定化场地利用技术要求》。

图8 曝气过程中沉降速率和累计沉降的变化

图9 显示了通过污染物抽样测试平均纤维素与木质素的比例变化，两个深度区的C/L 下降。在第二阶段，深度为3～5 m 的部分C/L 值降至0.4 以下，而深度为7～9 m 时仅略低于0.4。这可能是由于在填埋场7～9 m的深度下，含水量较高而降低了空气的渗透性。渗透性降低，继而降低了空气流动的能力，削弱了填埋机体的氧气环境。

图9 曝气过程中纤维素/木质素的变化

3.4 垃圾填埋场异质性对C/L 的影响

由于污染物成分和分布的异质性，钻孔机获得的样品不能代表所有区域。在堆填区抽取了五个样本区（15个样本），以获得更多废物样本。C/L 的测试结果必然是离散的（见表1）。

表1 在曝气操作期间，不同深度的C/L 范围和平均值

3.5 垃圾填埋场水位的变化

填埋场的平均水位维持在9.6 m 左右。第一阶段和第二阶段分别为6.8 m 和7.05 m（图7）。这表明，大多数区域没有浸没于水，这为填埋区渗滤液再循环和气流提供了可行性。由于含水量高，填埋机体的渗透性降低，削弱了气流的能力。因此，使垃圾填埋场的水位保持在足够的水平对有氧曝气非常重要。

3.6 生物降解的稳定性

BOD/COD 用于评估废物样品中有机物的降解程度，它只是评估废物样本降解稳定性的参考。C/L 被广泛用于分析废物样品降解的稳定性。由于现场规模填埋稳定性评价的抽样结果不定，检测结果可能明显不同。目前，通过增加抽样数量，使测试结果具有代表性。

4 结论

我们选取一个老旧垃圾填埋场进行提高生物降解性能的曝气中试试验，并监测了污染物样品稳定降解的关键参数。结果显示:

（1）沼气和渗滤污水的浓度有明显下降的趋势，这表明有氧修复可加速样品中有机物的降解。

（2）渗滤液的水位控制适当是曝气的基础。

（3）C/L 呈明显下降趋势，填埋区废物处于稳定阶段。同时，堆填区底部附近的废物亦未处于稳定阶段。

（4）现场采取样本数据有很大的离散，如何获得代表性样本需要进一步研究。

经过11 个月的曝气操作后，垃圾填埋场在加速退化中效果较好。此项目有氧系统的设计和监测方法可为今后其他类似项目提供参考。