專利名稱：脫氮兼氧型生活垃圾生物反應器填埋場及滲濾液回灌工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于環(huán)保技術領域，具體涉及一種脫氮兼氧型生活垃圾生物反應器填埋場及滲濾液回灌工藝。具體說，本工藝通過滲濾液的場外預曝氣或投加化學藥劑(硝酸鹽)，再回灌到填埋層內進行場內反硝化，最終達到滲濾液的污染去除(有機物、氨氮)和填埋生活垃圾的快速穩(wěn)定化，提高生物反應器填埋場填埋氣體的產生速率，實現填埋場的碳氮協(xié)同去除。同時，通過優(yōu)化設計，實現垃圾填埋單元的反復循環(huán)利用，大大節(jié)約了填埋空間。
背景技術：
城市生活垃圾的處理處置方式主要以焚燒、堆肥和填埋技術為主。作為城市生活垃圾最終處置的手段，填埋法具有不可替代的作用。正因如此，現代城市垃圾衛(wèi)生填埋法一經產生，就在世界范圍內得到了廣泛的應用。據統(tǒng)計，2004年，我國城市生活垃圾填埋處理量占總處理量的87.7％，美國、歐盟的填埋處理量也占到一半以上。然而，傳統(tǒng)的填埋處理技術遇到了兩大難題一方面，隨著城市生活垃圾產量的不斷增加，需要占用越來越多的場地來修建新的垃圾填埋場，而有限的土地資源使得填埋場的選址越來越難；另一方面就是二次污染問題，在填埋場穩(wěn)定的過程中，會釋放出大量的滲濾液和填埋氣體，雖然衛(wèi)生填埋場設置有滲透系數足夠小的防滲系統(tǒng)和滲濾液、填埋氣體收集系統(tǒng)，但由于填埋場的穩(wěn)定化過程非常長，一般都需要幾十年的時間才能穩(wěn)定，而任何收集和處理的措施都很難維持這么長久的有效性，所以填埋場對環(huán)境具有長期的潛在威脅?；谝陨系姆治?，人們在衛(wèi)生填埋場的基礎上提出了生物反應器填埋場，將填埋場底部收集到的滲濾液從覆蓋層表面或覆蓋層下部重新灌入填埋場，利用填埋場垃圾層的生物降解作用和土壤顆粒的吸附、離子交換和螯合等作用，不僅大大減少了滲濾液的量，同時使?jié)B濾液的水質得到了改善。因此，利用垃圾填埋單元作為生物反應器，通過滲濾液回灌使填埋場縮短穩(wěn)定化的時間，同時使?jié)B濾液的水質得到改善，是滲濾液回灌的根本目的。
但是值得注意的是，在生物反應器填埋滲濾液回灌過程中，由于我國生活垃圾中可堆腐有機物含量高，滲濾液中有機物和氨氮濃度很高，在回灌條件下，氨氮等迅速溶出，但衰減速率緩慢，填埋層內在降解有機物的同時容易造成氨氮的高度積累，脫氮過程又會抑制有機物的降解，這一矛盾最終造成“生物反應器”系統(tǒng)的失調。因此解決碳氮的協(xié)同去除是生物反應器填埋技術研究的一個重要問題。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的就是為了解決以上問題，提供操作簡單易行的滲濾液進行場外預曝氣處理或投加化學藥劑(硝酸鹽)，場內反硝化的一種脫氮兼氧型生活垃圾生物反應器填埋場及滲濾液回灌工藝。
本發(fā)明提出一種脫氮兼氧型生活垃圾生物反應器填埋場，針對現有厭氧生物反應器填埋場的氨氮積累和垃圾穩(wěn)定化問題，將填埋場分為穩(wěn)定區(qū)域、穩(wěn)定產甲烷區(qū)域和正在填埋區(qū)域，以作為回灌填埋單元；并將這些填埋區(qū)域并聯(lián)在一個工藝線內，即每個區(qū)域連接兩個滲濾液收集池，即三個區(qū)域分別連接A、B、C、D、E、F六個滲濾液收集池，每個滲濾液收集池連接一個雙向閥，雙向閥的一路和滲濾液調節(jié)池連接，再經過一個閥門連接至現場物化處理及至污水處理廠。雙向閥的另一路經過一個閥門連接SBR池，再經過提升泵和六個閥門分別連接上述三個區(qū)域的六個回灌口。
所述正在填埋區(qū)域是指新鮮垃圾正在填埋的作業(yè)區(qū)域。
所述穩(wěn)定產甲烷區(qū)域是指新鮮垃圾填埋結束進行覆蓋再靜置6～8個月后進入穩(wěn)定產甲烷狀態(tài)的填埋區(qū)域。
所述穩(wěn)定區(qū)域是指填埋較早，不再產甲烷的區(qū)域。
所述脫氮兼氧型生活垃圾生物反應器填埋場滲濾液回灌工藝為根據各填埋區(qū)域的特點，采用經過場外預曝氣硝化或投加過化學藥劑(硝酸鹽)的不同量的滲濾液進行回灌。具體步驟是，將各填埋單元的滲濾液單獨收集，然后將正在填埋區(qū)域的新鮮垃圾填埋單元的滲濾液和穩(wěn)定產甲烷區(qū)域的垃圾填埋單元的滲濾液經過滲濾液調節(jié)池混合后，在場外經過序批式活性污泥法(SBR)的進行好氧預處理，生成亞硝酸鹽和硝酸鹽，或按硝酸鹽需要量＝進水[NH4+]-進水[NO2-]的量直接投加化學藥劑-硝酸鹽；處理后從穩(wěn)定產甲烷區(qū)域的填埋層頂部進行回灌，但正在填埋區(qū)域不進行回灌。穩(wěn)定區(qū)域的各個老垃圾填埋單元如果滲濾液出水已達到排放標準，則排放到下一步進行必要的物化處理后排入污水處理廠，如果沒有達到標準，也收集到滲濾液調節(jié)池后與其他滲濾液混合進行回灌，但穩(wěn)定區(qū)域不進行回灌。
本發(fā)明具有如下的優(yōu)點1、滲濾液的的高效凈化和減量通過將填埋場總管收集的滲濾液按照各填埋單元穩(wěn)定化程度不同回灌不同量的滲濾液，可以有效地控制回灌程度，達到滲濾液的最大循環(huán)和減量。
2、滲濾液和填埋層的碳氮協(xié)同去除通過滲濾液的場外預處理(好氧生物曝氣或投加化學藥劑(硝酸鹽))和場內的反硝化，使難于處理的滲濾液達到了氨氮和有機濃度降低的目的，使?jié)B濾液的產生量也大大降低，同時又加速了垃圾的穩(wěn)定化。
3、緩解我國廚余垃圾組分高造成的處理初期高有機沖擊負荷填埋層內的垃圾生物穩(wěn)定化過程能釋放出足夠的碳源，為滲濾液的氨氮硝化后反硝化脫氮提供碳的來源；滲濾液回灌前硝化預處理又能有效地控制填埋層內初期的酸水解代謝，同時反硝化過程的發(fā)生降低了填埋層內的有機負荷。這就為我國生活垃圾組分中廚余垃圾含量高，易造成酸水解抑制甲烷化的問題提供了有利的解決途徑。
4、實現了生物反應器填埋場填埋單元的循環(huán)利用通過科學的滲濾液布水和回灌系統(tǒng)設計以及有效的滲濾液硝化/反硝化工藝，使得生物反應器填埋場各填埋單元實現了循環(huán)利用，節(jié)約了大量的場地，降低了開發(fā)和建設場地的費用。
5、處理成本低、操作簡單易行本發(fā)明利用填埋層作為滲濾液的處理單元，其處理成本比起其它場外滲濾液處理工藝明顯降低；填埋垃圾的加速穩(wěn)定化，也將節(jié)省大量的庫容，降低處理的費用。同時，此項工藝的施工和構建設施也相對簡單，因此本發(fā)明從經濟上和具體操作上都十分可行。
6、序批式的滲濾液預處理方式可靈活控制回灌頻率和回灌量本發(fā)明中使用SBR池對滲濾液進行場外好氧處理或投加化學藥劑(硝酸鹽)，可以在不同降水條件、不同穩(wěn)定化程度下靈活調節(jié)滲濾液的曝氣量和回灌周期，有助于改善填埋場填埋層內的水質，加速垃圾的降解。
本發(fā)明中，布水方式可以采用水平盲溝布管和垂直布管兩種。處理后的出水滲濾液COD濃度在1000mg/L以下，達到GB16889-1997三級標準。NH3-N濃度穩(wěn)定低于15mg/L，總氮去除率達到90％以上。


圖1為本發(fā)明的工藝流程圖。
圖2脫氮兼氧型生活垃圾生物反應器中發(fā)生的化學反應示意圖。
圖3生物反應器填埋場示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明提供操作簡單易行的滲濾液進行場外預曝氣處理6年或投加化學藥劑(硝酸鹽)，場內反硝化的一種脫氮兼氧型生活垃圾生物反應器填埋場及滲濾液回灌工藝。
本發(fā)明提出一種脫氮兼氧型生活垃圾生物反應器填埋場，如圖3所示，針對現有厭氧生物反應器填埋場的氨氮積累和垃圾穩(wěn)定化問題，將填埋場分為穩(wěn)定區(qū)域、穩(wěn)定產甲烷區(qū)域和正在填埋區(qū)域，以作為回灌填埋單元；并將這些填埋區(qū)域并聯(lián)在一個工藝線內，即每個區(qū)域連接兩個滲濾液收集池，即三個區(qū)域分別連接A、B、C、D、E、F六個滲濾液收集池，每個滲濾液收集池連接一個雙向閥，雙向閥的一路和滲濾液調節(jié)池連接，再經過一個閥門連接至現場物化處理及至污水處理廠。雙向閥的另一路經過一個閥門連接SBR池，再經過提升泵和六個閥門分別連接上述三個區(qū)域的六個回灌口。
工藝流程圖如圖1、2所示。本發(fā)明工藝為一種利用了生物反應器填埋場吸收硝酸鹽的可觀潛力和巨大的反硝化能力，通過滲濾液的收集、預處理、回灌組成的循環(huán)，在垃圾填埋層中形成了好氧、兼性、厭氧、好氧的循環(huán)生物處理過程，高效利用了生物過程降解填埋垃圾中所含的有機污染物，并構建了生物硝化/反硝化脫氮條件，主要發(fā)生的化學反應有下面通過具體的實施例并結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細的描述。
實施例一本例是一個優(yōu)選例。
如圖1、2所示，該生物反應器填埋場的垃圾穩(wěn)定化時間為6年，故設立6個填埋單元，每個填埋單元的容量按照一年的垃圾處理量設計，垃圾填埋層底部設置有滲濾液收集管，收集管經過滲濾液收集池通過雙向閥控制可以流入滲濾液調節(jié)池進行回灌預處理或者流入物化處理設施進行下一步處理和達標排放，在條件允許的條件下，還可以設置控制器將這一功能實現自動化控制，減少人員的投入，提高后期運行效率。同時，在每個填埋單元之間修建2m高的垃圾壩用來避免當填埋層內水位較高時，滲濾液會流入其它填埋單元。從第一年開始，依F～A的順序開始填埋(如圖3所示)，產生的滲濾液先通過收集管收集到滲濾液收集池和滲濾液調節(jié)池，在填埋的同時鋪設好滲濾液回灌的管道，此次布水為水平盲溝布水，這種方式建設簡單，運行時不易堵塞。在第三年時，開始啟用滲濾液回灌設施，此時垃圾正在D區(qū)域進行填埋，E區(qū)域處于靜置期，F區(qū)域經過8個月以上的靜置，目前進入穩(wěn)定產甲烷區(qū)，此時將三個區(qū)域產生的滲濾液通過雙向閥門進入滲濾液收集池，滲濾液中的有機物和氨氮濃度都較高，下一步滲濾液進入SBR池進行曝氣預處理后投加硝酸鹽處理，處理后的滲濾液中的氨氮部分轉化成了硝酸鹽和亞硝酸鹽，再將滲濾液回灌到F區(qū)域，滲濾液在F區(qū)域發(fā)生了反硝化反應生成了N2，有機物在填埋層的微生物作用下降解，滲濾液的有機物濃度和氨氮濃度大大降低，當出水未達到排放標準時，重新進入滲濾液調節(jié)池進行二次回灌。依上面的方法在第四年和第五年分別建設C單元和B單元。第五年時，F單元的垃圾進入接近穩(wěn)定期，該單元的生物降解已經較為徹底，垃圾基本不產生填埋氣體，滲濾液中的有機物含量和氨氮濃度都降到較低，達到出水排放的標準，因此將F單元的雙向閥轉向，將其滲濾液從收集池出水后進入物化處理設施處理后排入污水處理廠，而其它填埋單元的滲濾液收集后進入預處理設施處理后回灌到穩(wěn)定產甲烷區(qū)域的D單元和E單元。正在填埋新鮮垃圾的B單元和處于靜置期內的C單元由于有機負荷較高，不宜進行回灌。在第六年時，A單元開始進行填埋，此時如圖2所示，E單元和F單元處于穩(wěn)定區(qū)域，填埋層頂部回灌開關關閉不進行滲濾液回灌處理，填埋層底部雙向閥都轉向滲濾液物化處理設施處理后排放至污水處理廠；C單元和D單元處于穩(wěn)定產甲烷區(qū)域，填埋層頂部回灌開關打開進行滲濾液回灌處理，填埋層底部雙向閥都轉向滲濾液調節(jié)池進行回灌預處理后進行回灌或二次回灌；A單元和B單元處于正在填埋區(qū)域，填埋層頂部回灌開關關閉，不進行滲濾液回灌處理，填埋層底部雙向閥都轉向滲濾液調節(jié)池進行回灌預處理后進行回灌或二次回灌。在第六年后期，已處于穩(wěn)定的F單元的垃圾挖出進行篩分處理后可以作為填埋場覆蓋土或者進入其他資源化利用途徑。第七年時，新鮮的垃圾又可重新進入F區(qū)域進行填埋處理，是否采用滲濾液回灌處理和滲濾液收集后的流向都由填埋垃圾所處的穩(wěn)定化狀態(tài)來決定，具體方法同上述前六年填埋過程。
滲濾液收集池和調節(jié)池，用水泥及防滲材料做好防滲工程處理，并建設配電房和污水泵房，配置抽水泵，滲濾液收集管道鋪設至填埋場上方，在填埋垃圾的淺表層約負1m處，挖掘滲透槽收集滲濾液。滲濾液從滲濾液預處理設施流出后，通過滲濾液回灌管從生物反應器填埋場填埋層頂部將滲濾液灌入。滲濾液回灌后，仍然通過滲濾液收集管進行收集進入下一次循環(huán)或處理。
在其它實施例中，收集池并不限制一個，可以根據現場具體情況，增加收集池的數量和容積，抽水泵設置位置也根據現場需要來決定，控制器也可以根據現場情況設立或取消。水泵也可以采用多個多極連接輸送滲濾液，以達到將滲濾液輸送到填埋場上方的目的。同時，在滲濾液收集池上方用透明塑料或玻璃進行密封，用于收集太陽能能使?jié)B濾液保持一定的溫度，可以有助于微生物反應的進行從而促進滲濾液的凈化速度和沼氣產生速率，從而加速垃圾的穩(wěn)定化。同時，在建設生物反應器填埋場時，還應注意地形的變化，當填埋區(qū)域為山谷地形或其他有高度差的地形時，應考慮將填埋單元間的垃圾壩適當加高，減少垃圾滲濾液在填埋單元間的滲透。
經過回灌處理，一方面，由于提高層內水份含量和使層內產生緩沖抑制濃度的作用，降低了填埋單元回灌進水的有機負荷，達到改善垃圾填埋單元滲濾液水質與加速垃圾降解的作用，促進垃圾和滲濾液中有機質的厭氧代謝(甲烷化)；另一方面，通過垃圾層內的缺氧/厭氧環(huán)境，隨著反硝化或厭氧氨氧化菌群的成熟，含有亞硝酸鹽、硝酸鹽和氨氮的滲濾液在微生物作用下實現反硝化脫氮生成氮氣，從而提高了總氮的脫除率。此時，生物反應器填埋場內實現了碳氮的協(xié)同去除，出水滲濾液再經過現場物化處理或進城市污水廠，最終達到排放標準。同時，由于滲濾液回灌加速了生物反應器填埋場垃圾的穩(wěn)定進程，因此，可以根據設計年限建立適當數量的填埋單元，當有限填埋單元即將填埋前，最先填埋的單元即已實現了穩(wěn)定化過程，此時就可將第一個填埋單元的垃圾取出，該填埋單元又可進行二次循環(huán)使用；以此推之，該填埋場還將實現循環(huán)填埋利用的目標，大大節(jié)約了占地空間。
權利要求
1.一種脫氮兼氧型生活垃圾生物反應器填埋場，其特征在于，針對現有厭氧生物反應器填埋場的氨氮積累和垃圾穩(wěn)定化問題，將填埋場分為穩(wěn)定區(qū)域、穩(wěn)定產甲烷區(qū)域和正在填埋區(qū)域，以作為回灌填埋單元；并將這些填埋區(qū)域并聯(lián)在一個工藝線內，即每個區(qū)域連接兩個滲濾液收集池，即三個區(qū)域分別連接A、B、C、D、E、F六個滲濾液收集池，每個滲濾液收集池連接一個雙向閥，雙向閥的一路和滲濾液調節(jié)池連接，再經過一個閥門連接至現場物化處理及至污水處理廠；雙向閥的另一路經過一個閥門連接SBR池，再經過提升泵和六個閥門分別連接上述三個區(qū)域的六個回灌口。
2.根據權利要求1所述脫氮兼氧型生活垃圾生物反應器填埋場，其特征在于，所述正在填埋區(qū)域是指新鮮垃圾正在填埋的作業(yè)區(qū)域。
3.根據權利要求1所述脫氮兼氧型生活垃圾生物反應器填埋場，其特征在于，所述穩(wěn)定產甲烷區(qū)域是指新鮮垃圾填埋結束進行覆蓋再靜置6～8個月后進入穩(wěn)定產甲烷狀態(tài)的填埋區(qū)域。
4.根據權利要求1所述脫氮兼氧型生活垃圾生物反應器填埋場，其特征在于，所述穩(wěn)定區(qū)域是指填埋較早，不再產甲烷的區(qū)域。
5.一種權利要求1所述脫氮兼氧型生活垃圾生物反應器填埋場滲濾液回灌工藝，其特征在于，所述脫氮兼氧型生活垃圾生物反應器填埋場滲濾液回灌工藝為根據各填埋區(qū)域的特點，采用經過場外預曝氣硝化或投加過化學藥劑(硝酸鹽)的不同量的滲濾液進行回灌，具體步驟是，將各填埋單元的滲濾液單獨收集，然后將正在填埋區(qū)域的新鮮垃圾填埋單元的滲濾液和穩(wěn)定產甲烷區(qū)域的垃圾填埋單元的滲濾液經過滲濾液調節(jié)池混合后，在場外經過序批式活性污泥法(SBR)的進行好氧預處理，生成亞硝酸鹽和硝酸鹽或直接投加化學藥劑，處理后從穩(wěn)定產甲烷區(qū)域的填埋層頂部進行回灌，但正在填埋區(qū)域不進行回灌；穩(wěn)定區(qū)域的各個老垃圾填埋單元如果滲濾液出水已達到排放標準，則排放到下一步進行必要的物化處理后排入污水處理廠，如果沒有達到標準，也收集到滲濾液調節(jié)池后與其他滲濾液混合進行回灌，但穩(wěn)區(qū)域不進行回灌。
6.根據權利要求5所述脫氮兼氧型生活垃圾生物反應器填埋場滲濾液回灌工藝，其特征在于，所述直接投加化學藥劑為硝酸鹽。
7.根據權利要求5所述脫氮兼氧型生活垃圾生物反應器填埋場滲濾液回灌工藝，其特征在于，所述直接投加化學藥劑硝酸鹽的量為按硝酸鹽需要量＝進水[NH4+]-進水[NO2]的量。
8.根據權利要求5所述脫氮兼氧型生活垃圾生物反應器填埋場滲濾液回灌工藝，其特征在于，所述硝酸鹽為可溶性的硝酸鈉或硝酸鉀。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于環(huán)保技術領域的一種脫氮兼氧型生活垃圾生物反應器填埋場及滲濾液回灌工藝。填埋場分為穩(wěn)定區(qū)域、穩(wěn)定產甲烷區(qū)域和正在填埋區(qū)域，每個區(qū)域連接兩個滲濾液收集池，每個滲濾液收集池連接一個雙向閥，雙向閥和滲濾液調節(jié)池連接，再經過閥門連接至現場物化處理及至污水處理廠。本發(fā)明工藝為一種利用了生物反應器填埋場吸收硝酸鹽的可觀潛力和巨大的反硝化能力，通過滲濾液的收集、預處理、回灌組成的循環(huán)，在垃圾填埋層中形成了好氧、兼性、厭氧、好氧的循環(huán)生物處理過程，有助于改善填埋場填埋層內水質，加速垃圾的降解。出水滲濾液COD濃度在1000mg/L以下，NH
文檔編號B09B3/00GK101015832SQ20071006416
公開日2007年8月15日 申請日期2007年3月5日 優(yōu)先權日2007年3月5日
發(fā)明者蔣建國, 張妍, 楊國棟, 鄧舟 申請人:清華大學