城市固体废物生物处理方法及其可行性

摘要：生物反应堆是通过强化微生物转化和降解有机废物的能力进行处理固体废物的一种方法。本文分别对好氧生物处理、厌氧生物处理和兼性生物处理的机理、影响因素以及各污染物质的迁移转化规律进行综合分析。研究表明生物反应堆具有明显的社会、环境、经济效益，是实现可持续发展的一条重要途径，为以后的研究和应用提供可靠的理论依据。
关键词：生物反应堆；渗滤液循环；迁移转化
1前言
随着城市的发展，固体废弃物的数量在逐年急剧增长，同时对环境尤其是地下水的污染越来越严重。其中危害最大的是垃圾渗滤液，它含有重金属离子、可生物降解的有机物、难生物降解有机物（多数为致癌物质）、氨氮和大量微生物，尤其结合了重金属的有机物毒性往往高于重金属本身几千倍。随着城市垃圾卫生填埋处理技术的不断应用，对防止其二次环境污染问题的研究越来越广泛深入。在美国，主要集中在对防渗系统的研究和开发，最大限度地防止渗滤液的泄漏。但是，Lee和Jones-Lee指出，从长期来看，传统的卫生填埋的防渗衬里会被破坏而导致渗滤液泄漏污染地下水；渗滤液的收集和排泄系统被腐蚀而失去作用；监测系统在渗滤液泄漏初期或地下水污染前期很难监测；人们没有足够的精力对一个停止使用的垃圾场进行永久性的监管等。因此，填埋场是一个“定时炸弹”，是环境的一大隐患。根据他们的观点，传统的卫生填埋场只不过是推迟了废物对环境和地下水的污染，并不能彻底消除对人类的危害。而且渗滤液成分过于复杂，单独处理成本太高，显然与经济的发展不协调。我们知道自然界存在着丰富的微生物种群，在环境污染净化中扮演着不容忽视的重要作用。微生物由于自身的生理特性，可以通过遗传、变异等生物过程适应环境的变化，使之能以各种污染物尤其是有机污染物为营养源，通过吸收、代谢等一系列反应，将环境中的污染物转化为稳定无害的无机物。因而，在生物圈中微生物充当着分解者的角色。近几年来，由于生物技术的深入发展和广泛应用，科学家们利用并强化微生物的这一功能，处理环境污染尤其是废水和固体废弃物污染，发展了污染物的生物处理方法。利用微生物进行环境净化必须营造适宜微生物生长的环境，使之充分发挥其降解功能。城市垃圾的“生物反应堆”理论就是其中的一种，这种方法与传统的卫生填埋相反，允许适量的水分进入填埋场，增加湿度，为微生物的生长和繁殖提供有利的条件，从而加速固体废物的降解和稳定。
2生物反应堆的类型
生物反应堆可分为好氧生物处理、厌氧生物处理、准好氧处理和混合生物处理四种类型，现分别介绍如下：
2.1好氧生物处理
好氧生物处理是利用好氧微生物在有氧条件下的代谢作用，将废物中复杂的有机物分解成二氧化碳和水，其重要条件是保证充足的氧气供应、稳定的温度和水。实际工程中就是在填埋场中注入空气或氧气，使微生物处于好氧代谢状态。1998年Hudgins和March通过对佛罗里达州、威斯康星州、加利福尼亚州、乔治亚州、特拉华州以及其他州的卫生填埋场的研究表明：好氧消化明显增加了废物降解和稳定的速度，极大地减少了甲烷的产量，减少了渗滤液中有毒有机物的量，减少了处理的渗滤液数量。Mark Mgins等人1998的实验研究证明，与厌氧生物处理相比，好氧生物降解的速度急剧升高，大于50%，BOD5减少了70%，金属和挥发性有机物（VOC）降低了75%～99%（其中铁减少了75%～90%），渗滤液的体积减少了86%，甲烷的产生量减少了50%～90%，废物分解残留物平均减少4.5%［1］。
2.2厌氧生物处理
厌氧生物处理是利用在无氧条件下生长的厌氧或兼性微生物的代谢作用处理废物，其主要降解产物是甲烷和二氧化碳等，一般需要保证温度、无氧或低溶解氧浓度。
好氧与厌氧之间最大的区别就是好氧降解不会产生甲烷气体，几乎都转化为二氧化碳气体；而厌氧降解产生大约60%的甲烷和40%的二氧化碳气体。
2.3准好氧处理
准好氧填埋场的主要设计与运行思想是使渗滤液集水沟水位低于渗滤液集水干管管底高程，使大气可以通过集水干管上部空间和排气通道，使填埋场具有某种好氧条件。准好氧处理靠垃圾分解产生的发酵热造成内外温差使空气流自然通过填埋体，促进垃圾的分解和稳定。准好氧填埋有如下优点：第一，它不需要强制通风，节省能量；第二，渗滤液产生后被迅速收集，减少了对地下水的污染；第三，相对于厌氧处理，垃圾稳定的更快，危险气体，如CH4，H2S等的产量降低。
2.4混合生物处理
混合生物处理就是既有好氧又有厌氧的生物处理方法，是在填埋下一层垃圾之前好氧处理3060天，其目的就是让垃圾尽快经过产酸阶段为进入厌氧产甲烷阶段作准备。这种方法主要的优点在于把厌氧的操作简单和好氧的高效率有机地结合起来了，增加了对挥发性有机酸、对空气具危害性的污染物的降解，其主要特点是降解速度快。