城市固体废物生物处理方法及其可行性

3影响卫生填埋场生物降解的因素
影响卫生填埋场生物降解的因素有多个，但主要有湿度、温度、pH、营养物等。
3.1湿度对卫生填埋场生物降解的影响
湿度是影响生物降解的一个重要因素。Christensen和Kjeldsen研究指出湿度在20%～60%之间时，产气量和湿度成正比，即产气量随着湿度增加而增加，也就是生物降解速度加快。渗滤液循环是增加湿度和微生物及营养物的一种重要方法，通过循环可提高垃圾层的含水率（由20%～25%提高到60%～70%），同时Robinson和Maris等人的研究表明，渗滤液循环也增强了垃圾中微生物的活性，加速了产甲烷的速率、垃圾中污染物溶出速率及有机物的降解速率（使原需15～20年的稳定过程缩短至2～3年）［2］；其次，通过循环还可以通过蒸发等作用而减少渗滤液的产生量，对水量和水质起稳定化的作用，有利于处理系统的运行，节省费用。Chian等人报道，通过渗滤液的循环处理，渗滤液的BOD5和COD可分别降到30～350mg／L和70～500mg／L［3］。北英格兰的SeamerCarr垃圾填埋场将一部分渗滤液循环，20个月后循环区渗滤液的COD值有明显的降低，金属浓度则大幅度下降，NH3-N浓度基本保持不变［4］。美国匹兹堡大学土木与环境工程系教授Pohland等人把垃圾填埋场看作生物反应器进行了深入的渗滤液循环研究［5］，在采用循环处理方案时，必须注意循环的方式和循环的量，循环的渗滤液量应根据垃圾的稳定化进程而逐步提高。一般在填埋场处于产酸阶段早期时，循环的渗滤液量宜少不宜多，在产气阶段则可以逐渐增加。由于垃圾填埋场本身是一个生物反应器，因而循环的渗滤液量除可根据其最佳运行的负荷要求确定外，还可以根据填埋场的产气情况来确定。该方法除具有加速垃圾的稳定化、减少渗滤液的场外处理量、降低渗滤液污染物浓度等优点外，还有比其它处理方案更为节省的经济效益。Mosher等人的研究表明，渗滤液循环处理不仅缩短了填埋场的稳定化进程及沼气的产生时间，而且增加了填埋场的有效库容量，促进了垃圾中有机化合物的降解［6］。
3.2温度对卫生填埋场生物降解的影响
温度对生物降解起重要的作用，温度太高或太低都不利于微生物的降解。在生物降解过程中，每一种细菌都有一个最佳生长温度范围，例如，喜冷微生物为-5～15℃，中温微生物为15～45℃，喜热微生物为45～75℃，每一种微生物在其最佳生长温度范围内，温度每升高10℃，其生物化学反应速度近于增加1倍［7］。我们知道在生物降解的过程中会产生大量的热量，好氧降解会产生更多的热量，大约是厌氧的20倍［8］，这就需要对温度进行实时监控，尽量控制填埋场的内部温度使微生物生长和其活性处于最佳状态。1995年，Styles，STA.Yuen，T.A.Mahon等人通过研究认为厌氧消化的最佳温度为34～38℃。因此，如何有效地控制温度是生物反应堆的关键之一。
3.3营养对卫生填埋场生物降解的影响
1995年，Styles，STA.Yuen，T.A.Mahon等人的研究表明，降解初期，在循环渗滤液中添加适量的活性污泥能促进甲烷气体的产生，而添加营养物（如磷酸盐，硝酸盐）不会增加降解速度。垃圾的可生物降解性可用BOD5／COD的值来衡量，当BOD5／COD的值在0.4～0.6之间时，表明生物降解快。在成年垃圾场中，BOD5／COD的值大多在在0.05到0.2之间，生物降解很慢，因为成年垃圾场中以难降解或不可降解的腐殖酸、棕黄酸等有机物较多。另外，化学物质对微生物活性的影响与其浓度有密切的关系。大多数化学物质在浓度很低时对生物活性有一定的刺激作用（或促进作用），当浓度较高（超过临界浓度）时则产生抑制作用，且浓度愈高抑制作用愈强烈。研究表明，几乎所有微生物的生长都离不开钾、镁、钙、钠、铁、锰、钴、铜、镍、锌、钼和钒等金属元素，当这些金属适量存在时，对于微生物的生长具有作为酶催化剂、在氧化还原反应中传递电子（将ADP转化为ATP）以及调节微生物渗透压等作用；若这些微量元素的含量不足，可能引起污泥的膨胀问题［9］。但对于年轻填埋场的渗滤液而言，其所含大多数重金属离子浓度的最高限值要远超过重金属元素对微生物毒害作用的最低限值（如好氧条件下：汞0.01mg／L，镉0.1mg／L，铜1.0mg／L，六价铬0.01mg／L，镍0.11mg／L等），因而其对微生物的不良影响则表现为毒害作用［9］。中国科学院生态环境研究中心在半连续投料及完全混合方式条件下对铬、铜、镍、铅和锌等重金属的抑制作用的研究表明，在厌氧条件下上述各离子的抑制浓度分别为0.4～1.0mg／L，0.5～2.0mg／L，2.5～4.0mg／L，0.1～0.3mg／L和0.7～1.2mg／L，毒性大小的次序大致为铅铬铜锌镍［9］。此外，当几种重金属离子共存时所产生的毒性要比单独存在时大，亦即污泥对混合离子协同作用的承受能力要比任一单个离子的承受能力低［10］。渗滤液中高浓度的NH3-N是影响渗滤液生物处理的另一重要因素，过高的NH3-N浓度亦将抑制微生物的正常生长及处理的有效运行，同时，传统的生物处理工艺难以有效去除NH3-N。