含水量对垃圾土中有机物降解的影响

摘要：含水量是影响垃圾土中有机物降解的因素之一，本文根据重庆市垃圾土的成分特点，自配生活垃圾试样进行试验，研究在不同的含水量情况下，由于有机物的降解而引起的垃圾土的质量变化情况。试验结果表明：试样的质量变化在试验初期较大，随着时间推移，质量变化逐渐减小，至试验后期，质量基本无变化。通过数据拟合可知，质量变化及有机物的降解率呈现指数型衰减规律，降解速率有先增大后减小的趋势。水对有机质降解有促进作用，当含水量为50%时，有机物最易发生降解。
关键词：有机物降解；含水量；降解率；降解速率
中图分类号：X142文献标识码：A文章编号：1672-9-50（2010）01-0026-05
随着我国经济的快速发展，人民生活水平的不断提高，人口高度集中和城市化速度不断加快，城市生活垃圾的产生量也越来越大。对这些垃圾的处理，卫生填埋是一种有效、经济的处置方法。垃圾填埋过程中及填埋场封场后将会遇到很多环境土工问题，如填埋场的库容预测、沉降变形计算、稳定性分析、填埋设施损坏、渗滤液及有害气体外逸等，其中填埋场的沉降变形研究是环境土工中最关心的课题之一。填埋场的沉降主要由3部分组成[1]，一是由于每天填埋的垃圾引起的瞬时沉降；二是与时间相关的填埋体骨架蠕变；三是由于垃圾土中有机物的降解引起的沉降。实际上，有机物降解引起的沉降在填埋场长期沉降中是主要的，可以占填埋场总沉降量的50%～70%[2]，并且沉降要延续许多年。因此，要全面了解填埋场的沉降变形，就有必要研究垃圾土中的有机物的降解规律。
影响有机物降解的因素有很多，如组成成分、含水量、填埋作业方式、场内温度、pH值等。国内外学者对有机质降解影响因素的研究进行了大量的现场观测与室内试验工作。在国外，Chen和Chynoweth认为含水量的增加可以加速填埋垃圾的降解[3]；Hartz和Ham通过试验发现，在含水量不变的情况下，加大垃圾中水的运移速度，甲烷产量可以提高25%～50%[4]；通过控制试验，Kinman、Yuen、Reinhart等人试验研究了菌体添加剂、pH值等对有机质降解的影响[5-7]。在渗滤液回灌对降解影响方面，Pohland、Leckie、Townsend等人做了大量的研究工作[8-10]。在国内，罗锋等人[11]比较了生物模拟器和渗滤液回灌的模拟器及传统卫生填埋场模拟器的沉降率、产气率等变化趋势，指出在生物处理效果上，生物反应器填埋场具有独特的优势和快速降解的作用，并指出最佳含水量为65%。赵由才等人[12]对上海市老港垃圾填埋场进行了40个月的监测，分析了垃圾中的总糖、总碳、挥发性物质和有机碳、生物可降解物含量、粗纤维含量与填埋时间的关系，监测结果表明，该场的稳定化时间大约为22～23年。赵彦龙[13]利用水族箱培养的方式监测了有机质在24h内的分解和矿化行为，监测结果表明硝化细菌释放后有机质分解加速，生物成因碳比例明显增加。
通过以上分析可知，影响有机物降解的因素众多，如果想通过试验全面了解这些因素对降解的影响，试验要考虑的因素就会很多，试验控制条件就相对复杂。因此，本文从单一因素对降解的影响出发，着重研究含水量对有机质降解的影响，从固相质量变化的角度设计试验，记录降解过程中固体减少量的变化，从量上系统描述有机质的降解过程。
1试验设计
由于生活垃圾的不均匀性和采样的随机性，现场取样的代表性是值得怀疑的。因此，为了使试验结果具有可比性以及保证试样的均匀性和一致性，本文通过人工配置垃圾土，进行室内降解试验，控制试验过程中含水量的变化，研究有机质降解量的变化趋势，描述有机质的降解过程，分析含水量对降解作用的影响。
1.1试样成分及控制条件
城市生活垃圾成分复杂，根据国内外典型的垃圾组成[14]，结合我国国情及对重庆市垃圾成分的分析[15]，确定一具有代表性的成分配比，在配制的垃圾土中，叶果和杂骨归并为一项，用小麦麸皮以及果皮代替，纸类使用废报纸，纺织品使用废布。虽然塑料和纺织品也能降解，但需要若干年的时间，在短期内降解缓慢，因此在本试验中，只认为小麦麸皮、叶果及纸类为可降解有机物。
因为垃圾土内无机物不发生降解，对试样的质量变化、降解率及降解速率不产生影响，因此，为了研究含水量对垃圾土降解的影响，本文设计一组试验，在试验中，配制的试样成分总质量为100g，所用的成分包括三种：麦麸、纸和果皮，三种成分的质量比为3∶1.5∶1，并且纸和果皮的颗粒尺寸为10mm，研究含水量在30%、40%、50%、60%及70%情况下有机物的降解。各试样的含水量见表1。
表1试样的含水量

1.2试验步骤