專利名稱：利用專用填埋單元產(chǎn)生填埋氣體的填埋方法
技術(shù)領(lǐng)域：
利用專用填埋單元產(chǎn)生填埋氣體的填埋方法，涉及一種生活垃圾填埋處置及填埋氣體的利用與滲濾液處理技術(shù)，屬固體廢物處理與資源化領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
填埋處置是目前生活垃圾處理的主要技術(shù)方法，歐美發(fā)達(dá)國家生活垃圾的填埋處置率大于60％，我國則在90％左右。由于填埋是目前處理生活垃圾成本最低的方法，因此，填埋仍被廣泛應(yīng)用，具有相當(dāng)強(qiáng)的生命力。
目前，世界各國應(yīng)用的主流填埋技術(shù)是衛(wèi)生填埋(“城市生活垃圾衛(wèi)生填埋技術(shù)規(guī)范(CJJ17-2004)”，中華人民共和國建設(shè)部。中國建筑工業(yè)出版社，2004)，衛(wèi)生填埋以污染物隔離為基本理念，通過物理隔離手段(主要為填埋場底部防滲襯墊、填埋單元覆蓋和最終覆蓋)和衍生物(填埋氣體和滲濾液)處理，實(shí)現(xiàn)控制環(huán)境影響的目的。
盡管如此，衛(wèi)生填埋仍存在較為嚴(yán)重的環(huán)境、資源和經(jīng)濟(jì)問題，具體表現(xiàn)為1)滲濾液污染負(fù)荷高，水質(zhì)多變，處理難度大；2)填埋氣體利用率低，溫室效應(yīng)影響明顯；3)填埋垃圾生物穩(wěn)定周期長，導(dǎo)致填埋場污染釋放和力學(xué)穩(wěn)定周期長，占據(jù)的土地不能有效地再利用。為此，近年來已發(fā)展了以滲濾液層內(nèi)循環(huán)回灌為核心的生物反應(yīng)器填埋技術(shù)，該技術(shù)可加速垃圾生物穩(wěn)定、在層內(nèi)降解滲濾液和增加填埋氣體產(chǎn)生速率，由此來減輕衛(wèi)生填埋相關(guān)問題的不利影響(“能凈化滲濾水、加速生活垃圾穩(wěn)定化的填埋處理工藝”，中國發(fā)明專利，專利號(hào)ZL 01 1 32394.9)。
但上述生物反應(yīng)器填埋在增加填埋氣體產(chǎn)生速率的同時(shí)，仍基本沿用衛(wèi)生填埋的填埋氣收集方法，僅通過增加收集設(shè)施(垂直收集井和橫向收集管)密度的方法，以滿足氣體收集的需要，這種方法在應(yīng)用中存在2方面的問題1)填埋氣體的收集率難以取得突破。在沒有進(jìn)行封場(中止使用后完成最終覆蓋)的填埋場，氣體收集率均在50％以下。由于，填埋垃圾的主要產(chǎn)氣期出現(xiàn)在其使用階段，因此，總體(全壽命)的氣體收集率也在50％以下，由此，導(dǎo)致大量溫室氣體釋放，產(chǎn)生不利環(huán)境影響，并降低了資源利用率。2)填埋氣體收集設(shè)施的建設(shè)成本提高。雖然，生物反應(yīng)器填埋的單位填埋體積產(chǎn)氣率高于衛(wèi)生填埋，但是，必須增加氣體收集設(shè)施建設(shè)密度，因此該法必然會(huì)導(dǎo)致填埋場建設(shè)成本的提高。
由于填埋場內(nèi)垃圾降解主要通過厭氧生物代謝途徑實(shí)現(xiàn)，而厭氧代謝可劃分為基本不產(chǎn)氣的水解酸化和產(chǎn)氣的甲烷化二個(gè)步驟；因此，解決上述問題的一種可行思路是采用如同有機(jī)廢物二段式厭氧消化工藝中的方法(“Evaluation of atwo stage anaerobic digester for the treatment of mixed abattoir wastes”.Wang Z，Banks C J.Process Biochemistry，381267-1273，2003)，將填埋場分為2個(gè)部分，以滲濾液回灌為調(diào)控手段，分別使之處于水解酸化(非產(chǎn)氣)和甲烷化(產(chǎn)氣)優(yōu)勢條件，非產(chǎn)氣部分填埋單元垃圾中的有機(jī)物，通過水解酸化溶出于滲濾液中；再將此滲濾液輸送、回灌于甲烷化(產(chǎn)氣)單元，使其中的溶解性有機(jī)物與甲烷化微生物接觸，被代謝為填埋氣體，同時(shí)，使?jié)B濾液的有機(jī)負(fù)荷大幅度降低。
采用上述方法后，填埋垃圾中有機(jī)物的甲烷化代謝產(chǎn)氣過程，將主要發(fā)生在產(chǎn)氣單元中，因此，非產(chǎn)氣單元不需要再設(shè)置主動(dòng)氣體收集設(shè)施，可節(jié)約成本；產(chǎn)氣單元?jiǎng)t可以采取氣密性覆蓋，保證近100％的氣體收集率，由此，可同時(shí)解決填埋氣體收集成本過高和收集率過低2個(gè)問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種利用專用產(chǎn)氣填埋單元產(chǎn)生填埋氣體的填埋方法，用該方法處理生活垃圾能保證近100％的填埋氣體收集率，降低填埋場建設(shè)成本。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明利用有機(jī)物二段式厭氧降解原理，將填埋場劃分成水解酸化降解優(yōu)勢的非產(chǎn)氣單元區(qū)(簡稱水解單元)和甲烷化降解優(yōu)勢的產(chǎn)氣單元區(qū)，使填埋垃圾降解產(chǎn)生的填埋氣體(主要成分為CH4和CO2，其中CH4體積分率50％以上)，集中在產(chǎn)氣單元中產(chǎn)生。產(chǎn)氣單元在填埋場運(yùn)行初期進(jìn)行填埋，完成后即進(jìn)行氣密性覆蓋，因此，其中產(chǎn)生的填埋氣體可得到幾乎全量收集；同時(shí)，水解單元因產(chǎn)氣量十分有限，其氣體收集設(shè)施可以簡化。須解決的主要技術(shù)問題有1)控制水解單元處于水解酸化優(yōu)勢降解狀態(tài)的方法；2)水解單元水解酸化降解基本完成后，殘余有機(jī)物產(chǎn)生的少量氣體的導(dǎo)排處理；3)促進(jìn)產(chǎn)氣單元進(jìn)入甲烷化代謝優(yōu)勢狀態(tài)的方法；4)水解單元水解酸化產(chǎn)生的溶解性有機(jī)物在產(chǎn)氣單元中轉(zhuǎn)化的工藝。
為解決這些問題發(fā)明人進(jìn)行了長期的深入研究，發(fā)現(xiàn)了如下的規(guī)律。
1)填埋單元水解酸化優(yōu)勢狀態(tài)的控制。垃圾填埋后的降解過程，首先是利用填埋后填埋體內(nèi)的殘余氧的好氧過程，隨后即在水解酸化微生物的作用下，自發(fā)地進(jìn)入水解酸化優(yōu)勢階段，并以產(chǎn)生含高濃度溶解性有機(jī)物的滲濾液為標(biāo)志。由于水解酸化產(chǎn)物中含有有機(jī)酸，因此，填埋初期單元體內(nèi)的環(huán)境處于低pH(＜6.0)狀態(tài)，由此可有效地抑制甲烷化菌群的代謝和增值(甲烷化菌群的適宜pH范圍為6.8～7.5)，在不加控制的條件下，隨著填埋垃圾降解的進(jìn)行，水解酸化產(chǎn)物的產(chǎn)生速率將逐漸減少，當(dāng)產(chǎn)物隨滲濾液流出填埋層的速率大于其產(chǎn)生速率后，填埋層的環(huán)境也逐漸向pH中性轉(zhuǎn)化，對(duì)甲烷化菌群的抑制作用減弱，填埋層向甲烷化代謝優(yōu)勢方向轉(zhuǎn)化，進(jìn)入產(chǎn)氣狀態(tài)。所以，要維持填埋單元的水解酸化優(yōu)勢，持續(xù)地向單元內(nèi)補(bǔ)充水解酸化產(chǎn)物是必要的；由于，填埋初期滲濾液中含有大量的水解酸化產(chǎn)物，因此，將此滲濾液回灌至填埋單元，就可使填埋單元pH環(huán)境維持于酸性狀態(tài)，單元內(nèi)的降解處于非產(chǎn)氣的水解酸化優(yōu)勢狀態(tài)(參見附圖3)。
2)水解單元(非產(chǎn)氣單元)殘余有機(jī)物產(chǎn)生的少量氣體的導(dǎo)排處理，經(jīng)過一定階段的滲濾液回灌后，水解單元的生物可利用(可產(chǎn)氣)有機(jī)物基本降解，剩余有機(jī)物可降解性較差、降解速率較慢，此時(shí)，再以滲濾液回灌維持填埋單元的水解酸化優(yōu)勢條件，缺乏經(jīng)濟(jì)上的合理性，因此，應(yīng)予以中止。對(duì)于單元內(nèi)仍殘余的有機(jī)物可能產(chǎn)生的氣體，可通過埋沒于垃圾層內(nèi)的原用于滲濾液回灌的回灌管道，與外界大氣連通，使其起到對(duì)剩余填埋氣體的導(dǎo)排作用。
3)促進(jìn)產(chǎn)氣單元進(jìn)入甲烷化代謝優(yōu)勢狀態(tài)的方法。本發(fā)明中，產(chǎn)氣單元具有雙重功能，除了容納垃圾進(jìn)行處置外，更主要的作用是使全場垃圾水解酸化溶出的有機(jī)物能在產(chǎn)氣單元中轉(zhuǎn)化為填埋氣體，用于進(jìn)一步的能源回收。要使產(chǎn)氣單元具有這一功能，前提是使產(chǎn)氣單元在盡可能短的時(shí)間內(nèi)，進(jìn)入甲烷化優(yōu)勢代謝階段；從而使單元內(nèi)的甲烷化菌群有效增殖，附著于單元內(nèi)的垃圾層中，產(chǎn)氣單元可具有類似厭氧生物濾床的功能，水解單元(非產(chǎn)氣單元)中產(chǎn)生的含豐富水解酸化產(chǎn)物的滲濾液，通過在產(chǎn)氣單元的回灌，其中的溶解性有機(jī)物可由厭氧甲烷化代謝轉(zhuǎn)化為填埋氣體。
產(chǎn)氣單元填埋完成后，最有效的促進(jìn)其進(jìn)入甲烷化代謝優(yōu)勢狀態(tài)的方法是將經(jīng)厭氧(甲烷化)處理后的滲濾液回灌至單元。這是因?yàn)槠湟?，這種滲濾液含有大量的厭氧菌群，回灌后在層內(nèi)附著，可使單元內(nèi)的厭氧菌群數(shù)量迅速增加；其二，此滲濾液有較大的堿度，可緩沖填埋層內(nèi)的酸性環(huán)境，為層內(nèi)厭氧菌群的進(jìn)一步增殖提供有利條件(參見附圖4)。
為簡化技術(shù)過程，對(duì)于只是在短期(產(chǎn)氣單元達(dá)到穩(wěn)定的厭氧甲烷化代謝狀態(tài)后，本身具有厭氧生物濾床的功能，可替代單元外滲濾液厭氧處理環(huán)節(jié)的作用)內(nèi)應(yīng)用的滲濾液厭氧處理環(huán)節(jié)，可采取完全混合型厭氧活性污泥處理方法，其處理池以密閉覆蓋的產(chǎn)氣單元調(diào)蓄池替代，內(nèi)設(shè)攪拌裝置，接種城市污水廠厭氧消化污泥后，即可對(duì)滲濾液進(jìn)行厭氧甲烷化處理。
4)水解單元滲濾液在產(chǎn)氣單元中處理的工藝，水解單元設(shè)置與產(chǎn)氣單元獨(dú)立的滲濾液調(diào)蓄池，完成正常的滲濾液調(diào)蓄功能，同時(shí)，起到水解單元滲濾液回灌的流量緩沖作用；調(diào)蓄池內(nèi)的滲濾液，按產(chǎn)氣單元單位體積，以8～15L/(d·m3)的回灌負(fù)荷，回灌至產(chǎn)氣單元產(chǎn)生填埋氣體同時(shí)進(jìn)行凈化處理。從產(chǎn)氣單元流出的滲濾液再在場內(nèi)作深度處理或直接接入城市污水廠進(jìn)一步處理。
本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下第一步，設(shè)定單個(gè)產(chǎn)氣單元的填埋容量及產(chǎn)氣單元的數(shù)量按照填埋場的處理容量、垃圾組成、地形條件和降雨?duì)顩r，用衛(wèi)生填埋場的設(shè)計(jì)規(guī)范計(jì)算得到填埋場最大的年滲濾液產(chǎn)生量；再按照產(chǎn)氣單元單位體積(m3)每天處理10升滲濾液為基準(zhǔn)計(jì)算，得到填埋場內(nèi)產(chǎn)氣單元的總填埋體積容量；然后，按照設(shè)定的單個(gè)產(chǎn)氣單元填埋容量為3000～5000m3、平均填埋深度2.5～3.5m和各產(chǎn)氣單元填埋容量相等的要求，確定單個(gè)產(chǎn)氣單元的填埋容量和填埋面積以及產(chǎn)氣單元的數(shù)量；最后在填埋場中劃分出產(chǎn)氣單元區(qū)，剩余為水解單元區(qū)，并分別對(duì)劃分好的兩個(gè)區(qū)進(jìn)行建設(shè)首先根據(jù)衛(wèi)生填埋場的建設(shè)規(guī)范完成填埋場的場地平整、地下水導(dǎo)排溝建設(shè)，然后按水解單元區(qū)和產(chǎn)氣單元區(qū)水文獨(dú)立的原則，分別進(jìn)行兩個(gè)單元區(qū)的防滲、滲濾液收集和導(dǎo)排及調(diào)蓄池建設(shè)；第二步，產(chǎn)氣單元的建設(shè)與填埋作業(yè)先以土質(zhì)隔堤對(duì)產(chǎn)氣單元區(qū)進(jìn)行內(nèi)部單元分隔；按衛(wèi)生填埋作業(yè)要求，依次進(jìn)行各個(gè)產(chǎn)氣單元的填埋作業(yè)，每個(gè)產(chǎn)氣單元填埋達(dá)到指定深度后，在垃圾層上進(jìn)行滲濾液回灌管和級(jí)配碎石層的構(gòu)建，具體方法是間隔5～10m，平行開挖橫截面為0.5m×0.5m的滲濾液回灌溝，溝內(nèi)先填入粒徑10～30mm的級(jí)配碎石0.1m，再在溝中心放入外徑150mm，表面按穿孔率5％、均勻開具孔徑8mm孔的HDPE穿孔管，再在溝內(nèi)填入上述同樣規(guī)格的級(jí)配碎石至距垃圾面0.2m的深度，再以挖出的垃圾填平回灌溝，并再次整平垃圾層；然后在垃圾面上先覆蓋0.2m的粘土層，再覆蓋1mm厚的LDPE膜，其上再覆蓋0.02m的排水網(wǎng)格，再上覆0.4～0.5m的耕作土后進(jìn)行植被恢復(fù)；接著在產(chǎn)氣單元中，相互間隔30m設(shè)置符合衛(wèi)生填埋技術(shù)規(guī)范的垂直導(dǎo)氣井，垂直導(dǎo)氣井中心的導(dǎo)氣管上端伸出覆蓋層的耕作土之上，并與主動(dòng)氣體收集裝置連接，以主動(dòng)收集產(chǎn)氣單元中產(chǎn)生的填埋氣體；導(dǎo)氣管與LDPE膜交匯處，其外壁與LDPE膜氣密連接；各產(chǎn)氣單元的覆蓋，根據(jù)其完成填埋的時(shí)間依次進(jìn)行，但各單元覆蓋的LDPE膜相互焊接連接，并在產(chǎn)氣單元區(qū)的邊緣與防滲層中的HDPE膜焊接連接，保證整個(gè)產(chǎn)氣單元區(qū)的氣密性；另外，產(chǎn)氣單元區(qū)還設(shè)有產(chǎn)氣單元區(qū)調(diào)蓄池，池容與單個(gè)產(chǎn)氣單元的填埋容量相等；其上部加蓋HDPE膜，形成氣密結(jié)構(gòu)、且設(shè)有氣體導(dǎo)出管，供池內(nèi)產(chǎn)生氣體收集之用；第三步，產(chǎn)氣單元的加速甲烷化操作產(chǎn)氣單元填埋啟動(dòng)前，產(chǎn)氣單元滲濾液調(diào)蓄池內(nèi)先放置占池容5～15％的污水廠厭氧消化污泥，同時(shí)利用池內(nèi)設(shè)置的液下攪拌泵保持污泥懸浮，使調(diào)蓄池具有對(duì)產(chǎn)氣單元產(chǎn)生的滲濾液具有厭氧甲烷化處理能力，處理產(chǎn)生的沼氣，通過調(diào)蓄池蓋中設(shè)置的導(dǎo)氣口與主動(dòng)氣體收集裝置連接，達(dá)到收集利用的目的；產(chǎn)氣單元區(qū)第一個(gè)單元完成滲濾液回灌管安裝和覆蓋后，即啟動(dòng)調(diào)蓄池內(nèi)的泵(潛水式回灌泵)，按產(chǎn)氣單元單位體積5～15L/(d·m3)的回灌水量負(fù)荷，對(duì)單元進(jìn)行滲濾液回灌，直至該單元產(chǎn)生的填埋氣體中的CH4體積分率大于50％時(shí)，停止該單元回灌；如此，依次對(duì)各個(gè)產(chǎn)氣單元進(jìn)行回灌直至最后一個(gè)產(chǎn)氣單元填埋氣體中的CH4體積分率大于50％后，中止；第四步，水解單元的建設(shè)和運(yùn)行產(chǎn)氣單元區(qū)的填埋完成后，按衛(wèi)生填埋的填埋作業(yè)規(guī)范進(jìn)行水解單元區(qū)的填埋，填埋同樣分單元進(jìn)行，每個(gè)單元的容量和面積，按填埋深度3～5m、填埋作業(yè)時(shí)間10～20d確定，每個(gè)單元填埋達(dá)到指定深度后，按產(chǎn)氣單元滲濾液回灌溝相同的方式，進(jìn)行滲濾液回灌溝建設(shè)，但溝間間隔為8～16m；回灌溝完成后，利用水解單元滲濾液調(diào)蓄池內(nèi)的回灌泵將池內(nèi)滲濾液通過回灌干管輸送到回灌溝中的回灌管、對(duì)單元進(jìn)行回灌，回灌水量負(fù)荷，按單元單位體積為5～10L/(d·m3)，各單元的回灌周期為14～16個(gè)月；回灌中止后，各單元回灌管與回灌干管連接端斷開，再套接聯(lián)通大氣的氣體導(dǎo)出管，對(duì)剩余產(chǎn)氣進(jìn)行自然導(dǎo)排，導(dǎo)出管末端高于周圍地面2m以上；水解單元的滲濾液調(diào)蓄池內(nèi)另設(shè)滲濾液輸送泵，以產(chǎn)氣單元總填埋容量(m3)為基準(zhǔn)，按8～15L/(d·m3)的水量負(fù)荷將池內(nèi)滲濾液輸送至各產(chǎn)氣單元的回灌管中，通過產(chǎn)氣單元處理與產(chǎn)氣；第五步，封場處理水解單元區(qū)所有單元填埋完畢后，按衛(wèi)生填埋封場的技術(shù)要求對(duì)整個(gè)填埋場進(jìn)行封場；產(chǎn)氣單元的滲濾液回灌處理繼續(xù)進(jìn)行，直至水解單元的調(diào)蓄池中滲濾液水質(zhì)達(dá)到COD濃度小于1.5g/L后中止。
本發(fā)明具有如下的突出優(yōu)點(diǎn)1.增加資源回收率和減輕環(huán)境負(fù)荷。填埋氣體是生活垃圾填埋場的主要衍生資源，常規(guī)衛(wèi)生填埋場的填埋氣體主動(dòng)收集率為填埋垃圾總產(chǎn)氣量的40～50％，本發(fā)明可使該收集率提高至90％左右，資源回收率可提升1倍；同時(shí)，填埋氣體是溫室氣體，其主動(dòng)收集利用率的提高也相應(yīng)地減少了這部分的環(huán)境負(fù)荷。
2.簡化了滲濾液處理過程。本發(fā)明利用專用產(chǎn)氣單元產(chǎn)生填埋氣體的同時(shí)，也完成了對(duì)滲濾液的厭氧處理，既降低了滲濾液的污染負(fù)荷，也使?jié)B濾液水質(zhì)比原生狀態(tài)更為穩(wěn)定，無論是后續(xù)接入城市污水廠進(jìn)一步處理、或在場內(nèi)深度處理后排放，均可簡化相應(yīng)的滲濾液處理過程，提高滲濾液的處理效率。
3.降低了填埋處置的成本。本發(fā)明可使填埋場免除高濃度滲濾液處理和極大部分填埋氣體收集設(shè)施的建設(shè)，此兩項(xiàng)工程的投資約占填埋場總投資的20％，這意味著填埋場投資成本的同比例下降；同時(shí)，填埋氣體收集率的提高意味著增收，以目前我國生活垃圾填埋氣體單位產(chǎn)生量70m3/t計(jì)，前述收集率的提高，相當(dāng)于每噸垃圾的氣體利用量增加31m3，可發(fā)電約50kwh，上網(wǎng)電價(jià)0.5元/kwh時(shí)，增收25元/t，幾乎可補(bǔ)償全部的填埋運(yùn)行成本(平均30元/t)。


圖1為本發(fā)明的水解單元滲濾液回灌流程2為本發(fā)明的產(chǎn)氣單元剖面示意3為用COD濃度30～50g/L滲濾液回灌水解單元時(shí)，從水解單元流出滲濾液的COD濃度和填埋氣體產(chǎn)率變化的模擬曲線4為厭氧甲烷化處理后用滲濾液回灌產(chǎn)氣單元時(shí)，產(chǎn)氣單元的氣體產(chǎn)生量與氣體中CH4的體積分率的模擬曲線圖其中，附圖2中的圖標(biāo)號(hào)說明如下1-地下水導(dǎo)排溝；2-填埋場基層；3-壓實(shí)粘土；4-含HDPE膜的防滲層；5-滲濾液導(dǎo)排層；6-單元間的土質(zhì)隔堤；7-垃圾層；8-滲濾液回灌管和級(jí)配碎石層；9-粘土層；10-LDPE膜；11-排水網(wǎng)格；12-耕作土；13-導(dǎo)氣井；14-導(dǎo)氣管；15-HDPE膜連接焊縫由圖3可見，以pH5.5～6.3、COD濃度30～50g/L的滲濾液，按每立方米填埋單元體積5～15L/d的負(fù)荷，回灌模擬水解單元時(shí)，該單元幾乎不產(chǎn)生填埋氣體，而其中的有機(jī)物通過水解酸化降解有效溶出(流出滲濾液COD濃度大于回灌滲濾液)；同時(shí)，有機(jī)物的溶出在填埋后55周前后基本中止，對(duì)單元內(nèi)垃圾取樣分析表明，其中的食品廢物和紙類等生物可利用組分的降解率已達(dá)90％以上，垃圾的可產(chǎn)氣物質(zhì)已基本耗盡。這就表明了利用含高濃度水解酸化產(chǎn)物的滲濾液回灌水解單元，可以控制單元內(nèi)的有機(jī)物降解處于水解酸化優(yōu)勢狀態(tài)，在此狀態(tài)下，垃圾中生物可利用有機(jī)物的降解周期為13個(gè)月左右。
由圖4可見，用經(jīng)厭氧甲烷化處理后的滲濾液，以5～15L/(d·m3)的回灌水量負(fù)荷，對(duì)產(chǎn)氣單元進(jìn)行滲濾液回灌，該填埋氣體產(chǎn)生情況(產(chǎn)氣率和氣體中CH4的體積分率)，填埋完成后回灌至第7周，產(chǎn)氣單元內(nèi)已具有穩(wěn)定的產(chǎn)氣率，產(chǎn)氣中CH4體積分率大于50％，達(dá)到了穩(wěn)定的厭氧甲烷化代謝狀態(tài)。
具體實(shí)施例方式
某填埋場的日處理量500t/d、使用年限為20年；根據(jù)處理垃圾組成、地形條件和降雨?duì)顩r核算后，該填埋場最大的年滲濾液產(chǎn)生量為10.8萬立方米，根據(jù)下式計(jì)算后得產(chǎn)氣單元的總填埋容量(V1)為29589m3，取整為30000m3。
取產(chǎn)氣單元平均填埋深度為3m，則該填埋場產(chǎn)氣單元區(qū)的總填埋面積應(yīng)為約10000m2；單個(gè)產(chǎn)氣單元填埋容量取3000m3、產(chǎn)氣單元平均填埋深度為3m相應(yīng)的單個(gè)產(chǎn)氣單元填埋面積約1000m2，共計(jì)10個(gè)單元。
填埋場建設(shè)時(shí)，先根據(jù)衛(wèi)生填埋場的建設(shè)規(guī)范要求，統(tǒng)一完成整個(gè)填埋場基層2的場地平整、地下水導(dǎo)排溝1的建設(shè)；同時(shí)，按照水解單元區(qū)和產(chǎn)氣單元區(qū)水文獨(dú)立的原則，在兩個(gè)區(qū)的相鄰處設(shè)置分隔堤，為建設(shè)兩個(gè)區(qū)水文獨(dú)立的防滲、滲濾液收集和導(dǎo)排及調(diào)蓄池建設(shè)提供條件。然后，分別進(jìn)行水解單元區(qū)和產(chǎn)氣單元區(qū)相互水文獨(dú)立的防滲、滲濾液收集和導(dǎo)排及調(diào)蓄池建設(shè)；產(chǎn)氣單元區(qū)和水解單元區(qū)的防滲層均采用如下結(jié)構(gòu)形式自下至上分別為1m厚的壓實(shí)粘土3、200g/m2規(guī)格的土工布、1.5mm厚的含HDPE膜的防滲層4、HDPE膜采用高密度聚乙烯、200g/m2規(guī)格的土工布。產(chǎn)氣單元區(qū)防滲層完成后，在其上再以土質(zhì)隔堤6對(duì)產(chǎn)氣單元區(qū)進(jìn)行單元分隔；各單元內(nèi)的滲濾液導(dǎo)排層5建設(shè)程序?yàn)橄仍趩卧撞恐行脑O(shè)置外徑150mm，表面按穿孔率5％、均勻開具孔徑8mm孔的HDPE穿孔管、再設(shè)置0.4m深度的卵石(粒徑30至100mm)覆蓋、整平，HDPE穿孔管末端套接同直徑非穿孔HDPE管，接入產(chǎn)氣單元區(qū)調(diào)蓄池。完成了滲濾液導(dǎo)排層5的建設(shè)就可用于進(jìn)行垃圾層7的填埋作業(yè)。產(chǎn)氣單元區(qū)調(diào)蓄池除符合衛(wèi)生填埋場的建設(shè)規(guī)范外，上部應(yīng)設(shè)浮動(dòng)的HDPE膜10作為蓋，形成氣密結(jié)構(gòu)，蓋上設(shè)有氣體導(dǎo)出管和操作孔(厭氧污泥接種和檢修用)，池容與單個(gè)產(chǎn)氣單元的填埋容量相等。
水解單元區(qū)不設(shè)單元分隔用土質(zhì)隔堤，單元分隔根據(jù)空間劃分，在填埋作業(yè)過程，由對(duì)填埋堆體位置和形狀的控制實(shí)現(xiàn)，因此，水解單元區(qū)的防滲層上直接進(jìn)行滲濾液收集和導(dǎo)排層的建設(shè)，先在該區(qū)的中心設(shè)置外徑250mm，表面按穿孔率5％、均勻開具孔徑8mm孔的HDPE穿孔管作為滲濾液導(dǎo)排主管，主管兩側(cè)、間隔30m平行設(shè)置外徑150mm，表面按穿孔率5％、均勻開具孔徑8mm孔的HDPE穿孔管，接入主管作為導(dǎo)排支管，再以0.4m深度的卵石(粒徑30至100mm)覆蓋、整平，主管末端套接同直徑非穿孔HDPE管接入水解單元區(qū)調(diào)蓄池。水解單元區(qū)調(diào)蓄池根據(jù)衛(wèi)生填埋場的建設(shè)規(guī)范設(shè)計(jì)與建設(shè)。
上述建設(shè)完成后，先在產(chǎn)氣單元滲濾液調(diào)蓄池內(nèi)放置占池容10％(300m3)的污水廠厭氧消化污泥(含懸浮固體2％～5％)，同時(shí)利用池內(nèi)設(shè)置的液下攪拌泵保持污泥懸浮，使調(diào)蓄池具有對(duì)產(chǎn)氣單元產(chǎn)生滲濾液的厭氧甲烷化處理能力；然后，按衛(wèi)生填埋作業(yè)要求，依次進(jìn)行各個(gè)產(chǎn)氣單元的填埋作業(yè)；產(chǎn)氣單元中，相互間隔30m設(shè)置符合衛(wèi)生填埋技術(shù)規(guī)范的垂直導(dǎo)氣井13，導(dǎo)氣井13的高度隨填埋深度的增加、同步上升，導(dǎo)氣井13的中心的導(dǎo)氣管14上端應(yīng)伸出之覆蓋層的耕作土12之上；根據(jù)每個(gè)單元的填埋容量和垃圾處理量，每個(gè)單元的作業(yè)時(shí)間6天，單元內(nèi)垃圾填埋至指定深度(3m)后進(jìn)行滲濾液回灌管和級(jí)配碎石層8的構(gòu)建在垃圾層7的面上間隔8m，平行開挖橫截面為0.5m×0.5m的滲濾液回灌溝，溝內(nèi)先填入粒徑10～30mm的級(jí)配碎石0.1m，再在溝中心放入外徑150mm，表面按穿孔率5％、均勻開具孔徑8mm孔的HDPE穿孔管，再在溝內(nèi)填入上述同樣規(guī)格的級(jí)配碎石，至距原垃圾面0.2m的深度，再以挖出的垃圾填平回灌溝、并再次整平垃圾面。垃圾面上先覆蓋0.2m的粘土層9，再覆蓋1mm厚的LDPE(低密度聚乙烯)膜10，其上再覆蓋0.02m的排水網(wǎng)格11，再上覆0.4～0.5m的耕作土12后進(jìn)行植被恢復(fù)。導(dǎo)氣管14與LDPE膜10交匯處，其外壁應(yīng)與LDPE膜氣密連接。各產(chǎn)氣單元的覆蓋是根據(jù)其完成填埋的時(shí)間依次進(jìn)行的，但各產(chǎn)氣單元覆蓋的LDPE膜相互焊接連接、并在產(chǎn)氣單元區(qū)的邊緣與防滲層中的HDPE膜焊接連接，這些HDPE膜連接焊縫15能保證整個(gè)產(chǎn)氣單元區(qū)的氣密性。
產(chǎn)氣單元區(qū)第一個(gè)單元完成滲濾液回灌管安裝和覆蓋后，即啟動(dòng)調(diào)蓄池內(nèi)的潛水式回灌泵，按產(chǎn)氣單元單位體積，以5～15L/(d·m3)的回灌水量負(fù)荷，對(duì)產(chǎn)氣單元進(jìn)行滲濾液回灌，直至該單元產(chǎn)生的填埋氣體中的CH4體積分率大于50％時(shí)，停止該單元回灌；如此，依次對(duì)各個(gè)產(chǎn)氣單元進(jìn)行回灌直至最后一個(gè)產(chǎn)氣單元填埋氣體中的CH4體積分率大于50％后，中止。單元內(nèi)產(chǎn)生的填埋氣體和調(diào)蓄池內(nèi)產(chǎn)生的沼氣，分別通過單元的導(dǎo)氣井13中的導(dǎo)氣管14和調(diào)蓄池蓋上設(shè)置的導(dǎo)氣口收集，導(dǎo)氣管和導(dǎo)氣口與主動(dòng)氣體收集裝置連接，以主動(dòng)收集產(chǎn)氣單元中產(chǎn)生的填埋氣體，這種氣體能直接進(jìn)行能源利用。
產(chǎn)氣單元區(qū)的填埋完成后，按衛(wèi)生填埋的填埋作業(yè)規(guī)范進(jìn)行水解單元區(qū)的填埋，填埋同樣分單元進(jìn)行，每個(gè)單元的填埋深度為4m、面積1500m2、填埋容量6000m3，日填埋處理量500t時(shí)、每個(gè)單元的填埋作業(yè)時(shí)間為12d；每個(gè)單元填埋達(dá)到指定深度后，按產(chǎn)氣單元滲濾液回灌溝相同的方式，進(jìn)行滲濾液回灌溝建設(shè)，但溝間間隔為12m；回灌溝完成后，以0.3m厚的土質(zhì)材料對(duì)暴露垃圾面進(jìn)行覆蓋；然后，利用水解單元滲濾液調(diào)蓄池內(nèi)的回灌泵將池內(nèi)滲濾液通過回灌干管輸送到各個(gè)回灌溝中的回灌管、對(duì)單元進(jìn)行回灌，回灌水量負(fù)荷，按單元單位體積為5～10L/(d·m3)，每個(gè)單元的回灌周期為15個(gè)月；回灌中止后，將各單元回灌管與回灌干管連接端斷開，再套接聯(lián)通大氣的氣體導(dǎo)出管，對(duì)單元內(nèi)剩余產(chǎn)氣進(jìn)行自然導(dǎo)排，各導(dǎo)出管末端應(yīng)高于周圍地面2m以上。
同時(shí)，水解單元滲濾液調(diào)蓄池內(nèi)另設(shè)滲濾液輸送泵，以產(chǎn)氣單元總填埋容量(m3)為基準(zhǔn)，按8～15L/(d·m3)的水量負(fù)荷將池內(nèi)滲濾液輸送至各產(chǎn)氣單元的回灌管中，通過產(chǎn)氣單元處理與產(chǎn)氣(請(qǐng)參閱圖1)。
水解單元區(qū)所有單元填埋完畢后，按衛(wèi)生填埋封場的技術(shù)要求對(duì)整個(gè)填埋場進(jìn)行封場作業(yè)；產(chǎn)氣單元的滲濾液回灌處理則繼續(xù)進(jìn)行(請(qǐng)參閱圖1)，直至水解單元調(diào)蓄池中滲濾液水質(zhì)達(dá)到COD濃度小于1.5g/L后中止。
權(quán)利要求
1.利用專用填埋單元產(chǎn)生填埋氣體的填埋方法，其特征在于第一步，設(shè)定單個(gè)產(chǎn)氣單元的填埋容量及產(chǎn)氣單元的數(shù)量按照填埋場的處理容量、垃圾組成、地形條件和降雨?duì)顩r，用衛(wèi)生填埋場的設(shè)計(jì)規(guī)范計(jì)算得到填埋場最大的年滲濾液產(chǎn)生量；再按照產(chǎn)氣單元單位體積每天處理10升滲濾液為基準(zhǔn)計(jì)算，得到填埋場內(nèi)產(chǎn)氣單元的總填埋體積容量；然后，按照設(shè)定的單個(gè)產(chǎn)氣單元填埋容量為3000～5000m3、平均填埋深度2.5～3.5m和各產(chǎn)氣單元填埋容量相等的要求，確定單個(gè)產(chǎn)氣單元的填埋容量和填埋面積以及產(chǎn)氣單元的數(shù)量；最后在填埋場中劃分出產(chǎn)氣單元區(qū)，剩余為水解單元區(qū)，并分別對(duì)劃分好的兩個(gè)區(qū)進(jìn)行建設(shè)首先根據(jù)衛(wèi)生填埋場的建設(shè)規(guī)范完成填埋場的場地平整、地下水導(dǎo)排溝建設(shè)，然后按水解單元區(qū)和產(chǎn)氣單元區(qū)水文獨(dú)立的原則，分別進(jìn)行兩個(gè)單元區(qū)的防滲、滲濾液收集和導(dǎo)排及調(diào)蓄池建設(shè)；第二步，產(chǎn)氣單元的建設(shè)與填埋作業(yè)先以土質(zhì)隔堤(6)對(duì)產(chǎn)氣單元區(qū)進(jìn)行內(nèi)部單元分隔；按衛(wèi)生填埋作業(yè)要求，依次進(jìn)行各個(gè)產(chǎn)氣單元的填埋作業(yè)，每個(gè)產(chǎn)氣單元填埋達(dá)到指定深度后，在垃圾層(7)上進(jìn)行滲濾液回灌管和級(jí)配碎石層(8)的構(gòu)建間隔5～10m，平行開挖橫截面為0.5m×0.5m的滲濾液回灌溝，溝內(nèi)先填入粒徑10～30mm的級(jí)配碎石0.1m，再在溝中心放入外徑150mm，表面按穿孔率5％、均勻開具孔徑8mm孔的HDPE穿孔管，再在溝內(nèi)填入上述同樣規(guī)格的級(jí)配碎石至距垃圾面0.2m的深度，再以挖出的垃圾填平回灌溝、并再次整平垃圾層(7)；垃圾層上先覆蓋0.2m的粘土層(9)，再覆蓋1mm厚的LDPE膜(10)，其上再覆蓋0.02m的排水網(wǎng)格(11)，再上覆0.4～0.5m的耕作土(12)后進(jìn)行植被恢復(fù)；然后在產(chǎn)氣單元中，相互間隔30m設(shè)置符合衛(wèi)生填埋技術(shù)規(guī)范的垂直導(dǎo)氣井(13)，導(dǎo)氣井中心的導(dǎo)氣管(14)上端伸出覆蓋層的耕作土(12)之上，并與主動(dòng)氣體收集裝置連接，以主動(dòng)收集產(chǎn)氣單元中產(chǎn)生的填埋氣體；導(dǎo)氣管(14)與LDPE膜(10)交匯處，其外壁與LDPE膜(10)氣密連接；最后根據(jù)各產(chǎn)氣單元的完成填埋的時(shí)間依次進(jìn)行覆蓋，各單元覆蓋的LDPE膜(10)相互焊接連接，并在產(chǎn)氣單元區(qū)的邊緣與防滲層中的HDPE膜(10)焊接連接，保證整個(gè)產(chǎn)氣單元區(qū)的氣密性；另外，產(chǎn)氣單元區(qū)還設(shè)有產(chǎn)氣單元區(qū)調(diào)蓄池，池容與單個(gè)產(chǎn)氣單元的填埋容量相等；其上部加蓋HDPE膜(10)，形成氣密結(jié)構(gòu)、且設(shè)有氣體導(dǎo)出管，供池內(nèi)產(chǎn)生氣體收集用；第三步，產(chǎn)氣單元的加速甲烷化操作產(chǎn)氣單元填埋啟動(dòng)前，產(chǎn)氣單元滲濾液調(diào)蓄池內(nèi)先放置占池容5～15％的污水廠厭氧消化污泥，同時(shí)用池內(nèi)設(shè)置的液下攪拌泵保持污泥懸浮，使調(diào)蓄池具有對(duì)產(chǎn)氣單元產(chǎn)生滲濾液的厭氧甲烷化處理能力，處理產(chǎn)生的沼氣，通過調(diào)蓄池蓋上設(shè)置的導(dǎo)氣口與主動(dòng)氣體收集裝置連接，收集利用；產(chǎn)氣單元區(qū)第一個(gè)單元完成滲濾液回灌管安裝和覆蓋后，即啟動(dòng)調(diào)蓄池內(nèi)的泵，按產(chǎn)氣單元單位體積5～15L/(d·m3)的回灌水量負(fù)荷，對(duì)單元進(jìn)行滲濾液回灌，直至該單元產(chǎn)生的填埋氣體中的CH4體積分率大于50％時(shí)，停止該單元回灌；如此，依次對(duì)各個(gè)產(chǎn)氣單元進(jìn)行回灌直至最后一個(gè)產(chǎn)氣單元填埋氣體中的CH4體積分率大于50％后，中止；第四步，水解單元的建設(shè)和運(yùn)行產(chǎn)氣單元區(qū)的填埋完成后，按衛(wèi)生填埋的填埋作業(yè)規(guī)范進(jìn)行水解單元區(qū)的填埋，填埋同樣分單元進(jìn)行，每個(gè)單元的容量和面積，按填埋深度3～5m、填埋作業(yè)時(shí)間10～20d確定，每個(gè)單元填埋達(dá)到指定深度后，按產(chǎn)氣單元滲濾液回灌溝相同的方式，進(jìn)行滲濾液回灌溝建設(shè)，但溝間間隔為8～16m；回灌溝完成后，利用水解單元滲濾液調(diào)蓄池內(nèi)的回灌泵將池內(nèi)滲濾液通過回灌干管輸送到回灌溝中的回灌管、對(duì)單元進(jìn)行回灌，回灌水量負(fù)荷，按單元單位體積為5～10L/(d·m3)，各單元的回灌周期為14～16個(gè)月；回灌中止后，各單元回灌管與回灌干管連接端斷開，再套接聯(lián)通大氣的氣體導(dǎo)出管，對(duì)剩余產(chǎn)氣進(jìn)行自然導(dǎo)排，導(dǎo)出管末端高于周圍地面2m以上；水解單元的滲濾液調(diào)蓄池內(nèi)另設(shè)滲濾液輸送泵，以產(chǎn)氣單元總填埋容量(m3)為基準(zhǔn)，按8～15L/(d·m3)的水量負(fù)荷將池內(nèi)滲濾液輸送至各產(chǎn)氣單元的回灌管中，通過產(chǎn)氣單元處理與產(chǎn)氣；第五步，封場處理水解單元區(qū)所有單元填埋完畢后，按衛(wèi)生填埋要求對(duì)整個(gè)填埋場進(jìn)行封場；此時(shí)，產(chǎn)氣單元的滲濾液回灌處理繼續(xù)進(jìn)行，直至水解單元調(diào)蓄池中滲濾液水質(zhì)達(dá)到COD濃度小于1.5g/L后中止。
全文摘要
利用專用填埋單元產(chǎn)生填埋氣體的填埋方法，涉及一種生活垃圾填埋處置及填埋氣體的利用與滲濾液處理技術(shù)。先將填埋場劃分成水解和產(chǎn)氣單元，設(shè)定單個(gè)產(chǎn)氣單元的填埋容量及產(chǎn)氣單元的數(shù)量；然后進(jìn)行產(chǎn)氣單元建設(shè)和填埋作業(yè)、和產(chǎn)氣的甲烷化加速操作，使產(chǎn)氣單元進(jìn)入甲烷化代謝階段；接著進(jìn)行水解單元的建設(shè)和運(yùn)行，通過滲濾液回灌使垃圾中的有機(jī)物水解酸化溶于滲濾液，再輸送、回灌于產(chǎn)氣單元，使有機(jī)物甲烷化代謝產(chǎn)氣在產(chǎn)氣單元中發(fā)生；最后封場。本發(fā)明因水解單元無需再設(shè)置主動(dòng)氣體收集設(shè)施，節(jié)約填埋場總投資20％，提高滲濾液處理效率。產(chǎn)氣單元?dú)饷苄愿采w，氣體收集率近100％，相當(dāng)于每噸垃圾的氣體利用量增加31m
文檔編號(hào)B09B3/00GK1903458SQ20061002955
公開日2007年1月31日 申請(qǐng)日期2006年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月31日
發(fā)明者何品晶, 邵立明, 瞿賢, 章驊, 呂凡 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)