利用酶或生物體（如微生物）所具有的生物功能，在其體外進行生化反應的固體廢物處置填埋系統。生物反應器填埋場需要較高的管理水平，對水、氣的調節控制要求較高，是好氧-厭氧複合的填埋體系，垃圾填埋初期是好氧過程，迅速降解易降解有機物，後期是厭氧過程。
基本介紹
- 中文名：生物反應器填埋場
- 外文名：Bio-reactorlandfill
提出與意義,區別,優勢,分類,
提出與意義
現行傳統垃圾填埋處理技術僅把填埋場作為一個被動接受垃圾的系統，垃圾的生物降解是一個無任何控制的自然降解過程。由於垃圾組成成分複雜，物理、化學和生物學的特性差異大，以及垃圾填埋場結構設計上的問題——垃圾的“乾墓穴”填埋，濕度低，無法為微生物生長提供一個適宜的條件，填埋垃圾的生物降解受到了限制。封場後很長一段時間(數十年)內垃圾保持不變或變化很小。
生物反應器垃圾填埋技術由於增加了滲濾液的循環、垃圾水分的控制等措施，為微生物提供了較好的生長環境，微生物的活力增強，垃圾的降解量和降解速率得到了明顯的提高。與常規無控制的衛生填埋方法相比，生物反應器填埋場具有較好的動力學特性。包括可獲得較高的填埋氣產量和甲烷含量，消納能力和使用壽命增加，滲濾液穩定快，甚至無需滲濾液處理設施等。生物反應器垃圾填埋技術實現了填埋場從傳統的以貯留垃圾為主向多功能方向發展，即一個垃圾填埋場應同時具有貯留垃圾、隔斷污染、生物降解和資源恢復等多個功能。
區別
與常規衛生填埋場相比，生物反應器垃圾填埋場除了增加液體添加和水分調節系統外，它的填埋氣收集系統、滲濾液收集系統和覆蓋方法也有明顯的差別。
液體添加和水分調節系統
城鎮生活垃圾成分複雜多樣，這有利於滿足厭氧微生物對各種養分的需求。但不少地區的垃圾含水率較低，不能滿足微生物生命活動對水分的需要。此外，由於垃圾組分的複雜性、填埋位置的不同等。造成填埋場中各處的水分分布不均。在水分不足的地方，厭氧微生物的活動受到限制甚至完全停止活動，垃圾的降解速率會變慢、降解就不完全、產氣量也會明顯降低甚至完全停止產氣。研究表明，保持填埋場內部垃圾含水率在40%～45%對厭氧微生物的生長活動最為適宜。採用生物反應器填埋場系統即在填埋垃圾的同時，在每個操作單元內鋪設滲濾液回流管道，並在管道上每隔一定的間隔設定一個出水控制閥和水分感測器，將各操作單元內的回流管道與主管道連線，從而形成了一個滲濾液回流與布水網路系統。管道上的水分感測器用於測量各處垃圾的含水率，如某處含水率低於設定值，控制計算機操作打開水泵和該處控制閥，把主管道中的滲濾液泵入該處以調整該處水分，以保證整個填埋場內各處垃圾的含水大致均布並儘可能達到設定值。
填埋氣收集系統
填埋氣的產生是垃圾中有機物厭氧消化降解的結果。填埋氣產出速率、產量和甲烷含量是反映垃圾生物降解速率和降解程度的重要指標。為避免填埋場內部氣體的積聚和氣壓的升高，產生的填埋氣需要及時完全的排出，以增加填埋氣得率和填埋氣的繼續產生，在生物反應器填埋場的內部鋪設有與液體添加系統相似的填埋氣抽取管道網路系統。該系統有兩個特點，一是通過氣體壓力感測器與抽氣泵配合，保持導氣管道內始終處於微負壓狀態，以加快填埋氣的抽取；二是每個操作單元的面上先鋪蓋一層切碎的廢舊輪胎，然後再加覆土層，在抽氣管道周圍充填的也是切碎的廢舊輪胎。切碎的廢舊輪胎的透氣性好，便於填埋氣的遷移和抽取，同時還解決了廢舊輪胎的處置問題，從而使填埋場內部產生的填埋氣得到幾乎100%的收集。
滲濾液收集和監測系統
生物反應器填埋場的底部是常規的防滲系統，但在最後一層襯裡上鋪設了一層切碎的廢舊輪胎，以聚集產生的滲濾液，其水位數據可通過感測器監測並被傳到控制計算機里。當需要時，滲濾液就會通過回流管道被水泵抽出用於調節填埋場內部垃圾的水分。被循環的滲濾液在自上而下的流動過程中，經過垃圾的吸附、過濾等生物、物理和化學過程，其自身可得到淨化處理。填埋垃圾實際上可看做是一個“複合淨化反應器”。為保持40%～45%的垃圾含水率，生物反應器填埋場的滲濾液常需全部循環，有時還需額外添加水分。因此，生物反應器填埋場一般不需滲濾液處理設施，因而可節約埋場投資和後期管理費用。
優勢
生物反應器填埋場與傳統衛生填埋場相比具有較明顯的優勢，具體可概括如下：
1．增加填埋場有效容積：一方面填埋垃圾快速分解而體積減少、沉降加快，增大了填埋能力；另一方面使用其他日覆蓋層也可使土和垃圾之比小於傳統填埋場1：4的比例，提高填埋場的空間利用率，最終減少填埋場占地。
2．降低滲濾液污染強度：填埋前期滲濾液中污染物濃度很高，此時可將滲濾液全部回灌，待填埋場進人甲烷化階段後再根據現場情況排放部分污染強度已較低的滲濾液。
3．減小滲濾液水量水質波動對場外處理系統的衝擊，減小滲濾液處理系統的設計風險：生物反應器填埋場內垃圾體的巨大緩衝能力完全可以均衡如降雨等外因造成的滲濾液水量和水質波動，從而使外排的滲濾液能保持一定程度的穩定，減少對滲濾液處理系統的衝擊。由於生物反應器填埋場初期滲濾液不需排放，故完全可以根據前期滲濾液特點針對性地設計滲濾液處理系統，避免了傳統填埋場滲濾液處理系統事前盲目設計造成的實用性和處理效率誤差。
4．提高氣體產量和產氣速率：由於最佳化了微生物生長環境，生物反應器填埋場快速進人甲烷化階段，使產氣時間提前，產氣期更集中，單位垃圾產氣量更大，因而更具回收利用價值。
5．加速填埋場穩定化進程：生物反應器填埋場能在封場後較短一段時間內實現穩定，從而使生活垃圾衛生填埋場的設計單位實現從“年”到“月”甚至“周”的轉換。填埋場提前穩定可縮短封場後維護監管時間，減小控制系統後期可能失效的長期潛在風險，還可提前復用填埋場地。
6．降低填埋垃圾處理成本：Pohland(1995)將採用滲濾液回灌的生物反應器填埋場與傳統填埋場的經濟性進行了比較，生物反應器填埋場經濟優勢非常明顯。在考慮縮短封場後監管期、成礦開採和場地提前復用帶來的經濟效益後，生物反應器填埋場還實現了平均年度利潤-1.0TACU[TotalAnnualCostUnites，年總費用單位，1TACU相當於約2500美元/hm·年)。
分類
目前研究和套用的生物反應器填埋主要有回灌型生物反應器填埋、兩相型生物反應器填埋和序批式生物反應器填埋。
滲濾液回灌型生物反應器填埋場
滲濾液回灌提高了填埋場內垃圾含水率，促進了水分在垃圾填埋場中的均勻分布，增加了微生物與固體垃圾的接觸機會，為微生物的生長繁殖創造了良好的環境條件，從而可以加速垃圾降解和穩定，同時進行原位處理滲濾液，提高產氣量和產氣率。回灌型生物反應器填埋場的核心技術是滲濾液回灌技術。
兩相型生物反應器填埋場
實質上是對回灌型生物反應器填埋場的改良。最初的兩相型厭氧工藝始於1987年Zwart等人用兩相厭氧法處理生活垃圾中的纖維素。兩相反應器把產酸和產甲烷階段分開在兩個反應器內進行，並將產甲烷反應器的出水回流到產酸反應器中，這樣不但消除了有機酸在反應器內的積累，解除有機物降解的“青貯”現象，使得反應器即使在有機物負荷很高的情況下，也能穩定運行。長期運行還能削弱產酸相的甲烷活性，產酸菌的發酵類型發生改變，產生還原程度比乙酸高的乙醇、丙酸、丁酸等發酵產物，使得產甲烷反應器中90%～95%的揮發性脂肪酸轉化成甲烷，從而為加速有機物降解創造了條件。
序批式生物反應器填埋場
是指在垃圾填埋場中，將老填埋區韻滲濾液回灌到新填埋區中，從新填埋區中出來的滲濾液再回灌至老垃圾填埋區，當新填埋區的滲濾液pH達到6．5，產生的生物氣中甲烷含量達到30%時，則進行滲濾液直接回灌。序批式生物反應器填埋場實質上可看作對回灌型生物反應器填埋場的改進和兩相型生物反應器填埋場概念的擴展，其本質與兩相型生物反應器填埋場一致，區別在於滲濾液處理載體的選取和回灌條件的控制。
