专利名称：渗滤液回灌加速老垃圾填埋场稳定化工艺方法
技术领域：
本发明属于环保技术领域，具体涉及一种渗滤液回灌加速老垃圾填埋场稳定化方法，本方法在老垃圾场进行渗滤液回灌，提出了以水平回灌单元为主体的回灌方式，实现回灌渗滤液的均匀分布，提高垃圾的含水率，加速老垃圾填埋场的稳定化进程，并且通过回灌降低渗滤液污染负荷，改善渗滤液水质，并利用填埋场垃圾的持水能力和封场工程降低渗滤液的产生量，最终实现老垃圾场垃圾的快速稳定化和渗滤液直接排放的目标。
背景技术：
目前，我国城市生活垃圾的主要处理方式是卫生填埋。简易填埋场占我国卫生填埋场总数的80％以上，其中大部分老垃圾场面临封场或即将封场。由于当初建设缺乏必要的防渗措施和气体收集设施，老垃圾场产生的渗滤液和填埋气体对环境构成了潜在威胁，渗滤液渗漏会污染土壤和地下水，填埋气体的迁移则可能导致局部区域甲烷浓度达到爆炸极限而发生爆炸。总之，老垃圾场在封场前需采取必要的措施加速其稳定化，降低其长期的环境风险。
垃圾填埋场的稳定化技术根据是否需氧可分为好氧稳定化技术和厌氧稳定化技术。对于好氧稳定化技术，国内外已有一些实验室规模研究，通过好氧通风技术，加快垃圾的稳定化。结果表明好氧填埋确实能提高垃圾的降解速率。但是，对于老垃圾场数十万立方米以至数百万立方米的垃圾，好氧通风等技术的运行成本必然相当高，阻碍了其大规模应用。厌氧稳定化技术主要是在厌氧条件下通过强化措施，加快垃圾的稳定化进程。
此外，渗滤液的处理是老垃圾场面临的一个难题。老垃圾场渗滤液不仅组分复杂，水质水量变动幅度大，而且可生化性较差，氨氮浓度较高。现有的渗滤液处理技术主要有(1)生物处理技术，如活性污泥法(2)物理化学处理技术，如电化学法、膜处理技术及蒸发处理技术等。由于老垃圾场渗滤液可生化性差，传统的生物处理技术如活性污泥法等难以达到处理出水水质要求。物理化学处理技术处理效果较好，但建设和运行成本较高。此外，老垃圾场封场后由于采取终场覆盖并建有雨水导排设施，渗滤液产生量逐年减少，若采用常规处理技术，如果渗滤液产量达不到渗滤液处理设施的设计要求，容易造成设备闲置和资源浪费。
因此，当前老垃圾场封场前亟待寻找一种适合的技术来加速其垃圾的稳定化进程，减少渗滤液的排出量和浓度，同时可以为填埋场的土地再利用创造有益的条件。
发明内容
本发明的目的就是为了解决以上问题，以渗滤液水平回灌单元为主体，实现回灌渗滤液的均匀布水，加速老垃圾场垃圾的快速稳定化，同时使渗滤液的排放量和浓度都大大降低，该技术施工简单、方便，成本低廉，具有广阔的市场应用和推广价值。
本发明提出的渗滤液回灌加速老垃圾填埋场稳定化工艺方法，其特征在于所述工艺方法通过在垃圾填埋场设置雨水导排设施进行简易封场后，采用渗滤液回灌方式，实现处理渗滤液和加速垃圾稳定化；所述渗滤液回灌方式为水平盲沟回灌方式，且采用水平回灌单元，每个水平回灌单元以聚乙烯贮存罐(6)为中心，辐射状均布有若干条水平盲沟；所述渗滤液收集后通过提升泵提升至填埋场顶部的聚乙烯贮存罐(6)内，均匀配水至各水平盲沟下渗，聚乙烯贮存罐(6)起调节渗滤液水量和配水作用，所述在聚乙烯贮存罐(6)顶设置人孔，定期清掏，防止堵塞；所述在聚乙烯贮存罐(6)上设置回灌管道(3)，所述回灌管道(3)为聚乙烯穿孔花管；所述在回灌管道(3)周围填充水洗碎石导流层(2)，以防止垃圾堵塞聚乙烯管道，并增大透水性；所述在中间覆盖层(5)和水洗碎石导流层(2)之间设置土工布(4)，以防止回灌过程中降雨进入填埋场。
本发明具有如下优点1、水平盲沟回灌方式提高了布水的均匀性，加速了垃圾的稳定化本发明采用水平盲沟式回灌布水，不仅施工方便，而且能够提高渗滤液回灌的布水均匀性，有效地提高垃圾的含水率，加速垃圾的降解；2、利用垃圾的持水能力，通过回灌减少渗滤液的外排量垃圾本身具有一定的孔隙率，经过一定时间填埋的垃圾，孔隙率会增大，其持水能力会增加，因此，本发明通过回灌渗滤液的方式可以减少渗滤液的外排量。
3、降低了渗滤液的有机负荷本发明通过渗滤液回灌的方式，不仅加速了垃圾填埋层内的有机物降解，同时渗滤液中的有机物也可以被填埋场内的微生物所利用得到降解，从而改善渗滤液出水水质，实现渗滤液的场内处理。
4、操作简单易行，处理后无需再建立专门的渗滤液处理设施本专利采用在填埋层顶部设立水平盲沟的形式来进行渗滤液回灌，这种方式施工简单易行，处理后的水质可以达到国家相应的排放标准，无需再建立专门的渗滤液处理设施。
图1为本发明水平回灌单元的平面图。中心为PE渗滤液贮存罐，四条水平回灌盲沟起布水作用，渗滤液通过盲沟下渗，实现均匀布水。
图2为本发明水平回灌单元的横剖面图(A-A断面)。垃圾最终覆盖层为带有HDPE土工膜的衬层，可以增大降雨的地表径流，减少渗滤液的下渗。布水的HDPE穿孔花管位于砾石层内，为保证渗滤液流到水平盲沟末端，盲沟水力坡度为0.03。
图3为本发明水平回灌单元的纵剖面图(B-B断面)。显示了老垃圾场最终覆盖层的构成。
具体实施例方式
下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步说明如附图1-3所示。1-垃圾层，2-水洗碎石导流层，3-回灌管道，4-土工布，5-中间覆盖层，6-聚乙烯贮存罐。
本发明主要针对老垃圾场，具体做法是通过设置雨水导排设施等进行简易封场后，采用渗滤液回灌技术，实现处理渗滤液和加速垃圾稳定化的目的。
老垃圾场渗滤液主要来自降雨。采用在实际填埋场设计和施工中得到大量验证的经验模型——合理式来预测填埋场渗滤液产生量。渗滤液产生量的合理式模型Q=C·I·A1000---(1)]]>式中，Q-渗滤液水量，m3/day；I-年降雨量，mm；C-浸出系数，无量纲数；A-填埋场面积，m2。根据国内外经验，对尚未封场的填埋场，C取0.2；对已封场的填埋场，C取0.067。
可见，封场后渗滤液产生量大幅度减少。设置单独的渗滤液处理系统投资成本较高且难以达到设计水量易造成设备闲置。
另外，老垃圾场的垃圾经过较长时间的降解，孔隙率有所提高，具有一定的持水能力。持水率指经过长期重力排水后土或者垃圾所能保持的体积含水量，凋蔫湿度指通过植物蒸发后土或者废弃物中剩下的最低体积含水值。这两个含水量均以体积比来定义。持水率和调蔫湿度之间的差就是土或垃圾中可利用的水分含量或者持水能力。垃圾的持水率随外加压力的大小和垃圾的分解程度而变化，其值为22.4％～55％，而压实粘土衬垫的持水率约为35.6％。垃圾的凋蔫湿度约为8.4％～17％，而压实粘土衬垫的凋蔫湿度约为29％。在HELP模型说明书3中所采用的垃圾调蔫湿度为7.7％。影响垃圾持水率的主要因素有上覆压力、压实方式和垃圾的组成。一般来说，如果垃圾的组成保持不变，则它的持水率将随着上覆压力和压实程度的增加而减小。垃圾中有机组分如纸张、硬纸板、纺织品等多，其持水率也越高。根据国外有关研究结果，垃圾的持水率平均取33cm/m，固体废物平均初始含水量可假设为12cm/m。平均而言，可吸收水分21cm/m。
估算面积1公顷，高度为10m的填埋单元可容纳渗滤液的量约为Qc=10000m2×21cmm×10m=21000m3]]>由上述计算结果可见，垃圾的持水能力相当可观。老垃圾场无需设置大的调节池。
垃圾的渗透系数渗滤液回灌量根据填埋场最佳运行的负荷要求来定，也可以根据填埋场的产气情况来定。根据国内外已有研究成果，垃圾的平均渗透系数k＝1.5×10-4～1.1×10-3cm/s，取2×10-4cm/s。渗滤液在填埋场的回灌可以视为渗流过程，符合达西定律。只考虑垂直方向的渗流，渗流流速q=kH+LL---(2)]]>式中，k为渗透系数，cm/s；H为渗滤液积水深度，m；L为垃圾体厚度，m。根据现场调研情况，取H＝0.6 m，L＝10m。
渗滤液水平回灌沟水平投影面积计算A=100·QqT---(3)]]>式中，Q为渗滤液回灌量，m3；q为渗流流速，cm/s；T为回灌持续时间，取1d。满足回灌水平沟面积的基础上，主要考虑如何实现回灌渗滤液的均匀布水。为克服竖井回灌影响区域小、布水不够均匀、施工难度大的缺点，采用水平盲沟回灌方式。为操作简便，引入水平回灌单元的概念。每个水平回灌单元以聚乙烯(PE)贮存罐为中心，辐射状均布有若干条水平盲沟，见附图1～附图3。渗滤液收集后通过提升泵提升至填埋场顶部的聚乙烯贮存罐内，均匀配水至各水平盲沟下渗。土工布的作用是防止回灌过程中降雨进入填埋场。聚乙烯罐起调节渗滤液水量和配水作用，罐顶设置人孔，定期清掏，防止堵塞。回灌管道是周围填充水洗碎石的聚乙烯穿孔花管。水洗碎石的作用是防止垃圾堵塞聚乙烯管道，同时增大透水性。
实施例1南方某生物反应器填埋场中试试验从2002年开始，清华大学以南方某填埋场4个30t的试验柱为研究对象，开展了中试规模厌氧型生物反应器填埋场的稳定化研究，采用不同回灌量和回灌频率，研究渗滤液回灌条件下，试验柱出流渗滤液水质变化情况、填埋气体产生情况及填埋垃圾的降解情况。实际测得深圳市生活垃圾湿重组成为厨余67.01％，竹木3.71％，织物2.30％，纸张2.62％，泡沫1.76％，金属0.86％，塑料、橡胶19.90％，玻璃、陶瓷1.83％。厨余垃圾主要含纤维素和半纤维素等易降解有机物，经过一至两年即可降解完毕，而竹木等有机物以难降解的木质素为主。
三个回灌试验柱R1、R2、R3每周分别回灌1.6m3、0.8m3、0.2m3的渗滤液，对比空白柱R4每周回灌0.1m3的清水。试验历时两年多，结果表明，回灌对渗滤液中有机污染物有明显的去除效果。回灌30周后，三个回灌柱的BOD5平均去除率分别为91.2％、87.2％和85.2％，最高单周去除率分别达到97.4％、98.5％和97.7％。回灌进行到44周时，回灌柱出流渗滤液BOD5/COD平均值为0.07，BOD5/TN平均值为0.13，BOD5/TP平均值为11。第50周以后，各回灌柱渗滤液出水的CODcr低于1000mg/L，BOD5低于300mg/L，达到了《污水综合排放标准》(GB8978-1996)三级排放标准。可见，以回灌为核心的生物反应器填埋技术具有很好的渗滤液处理效果。
回灌量最大的回灌柱R1至第45周填埋气体的累计产生量可达9494.5L，分别是R2、R3、R4填埋气体产量的12.63，20.91，77.19倍。至垃圾中的纤维素(C)、半纤维素(H)含量与木质素(L)含量之比已从填埋初期的2.18降到末期的0.53，说明垃圾中易降解有机物的降解程度比难降解有机物高，垃圾的稳定化程度大幅度提高。
实施例2南方某老垃圾场封场整治工程南方某垃圾填埋场，服务年限10年，垃圾填埋总量173万m3，填埋场面积8.15万m2。该垃圾填埋场于2005年封场，采用HPDE膜作为表面防渗层，建有场内排水和截洪工程设施，并有导气系统。
根据现场资料，采用7个水平回灌单元进行渗滤液回灌。经过历时一年的回灌，结果显示，渗滤液出水水质达到了污水综合排放国家三级标准，垃圾的降解程度显著提高。
权利要求
1.渗滤液回灌加速老垃圾填埋场稳定化工艺方法，其特征在于所述工艺方法通过在垃圾填埋场设置雨水导排设施进行简易封场后，采用渗滤液回灌方式，实现处理渗滤液和加速垃圾稳定化；所述渗滤液回灌方式为水平盲沟回灌方式，且采用水平回灌单元，每个水平回灌单元以聚乙烯贮存罐(6)为中心，辐射状均布有若干条水平盲沟；所述渗滤液收集后通过提升泵提升至填埋场顶部的聚乙烯贮存罐(6)内，均匀配水至各水平盲沟下渗，聚乙烯贮存罐(6)起调节渗滤液水量和配水作用，所述在聚乙烯贮存罐(6)顶设置人孔，定期清掏，防止堵塞；所述在聚乙烯贮存罐(6)上设置回灌管道(3)，所述回灌管道(3)为聚乙烯穿孔花管；所述在回灌管道(3)周围填充水洗碎石导流层(2)，以防止垃圾堵塞聚乙烯管道，并增大透水性；所述在中间覆盖层(5)和水洗碎石导流层(2)之间设置土工布(4)，以防止回灌过程中降雨进入填埋场。
全文摘要
本发明涉及一种渗滤液回灌加速老垃圾填埋场稳定化工艺方法，属于环保技术领域。其特征在于所述工艺方法通过在垃圾填埋场设置雨水导排设施进行简易封场后，采用渗滤液回灌方式，实现处理渗滤液和加速垃圾稳定化；所述渗滤液回灌方式为水平盲沟回灌方式，且采用水平回灌单元，每个水平回灌单元以聚乙烯贮存罐为中心，辐射状均布有若干条水平盲沟。通过渗滤液回灌的方式不仅加速了垃圾填埋层内的有机物降解，同时渗滤液中的有机物也可以被填埋场内的微生物所利用得到降解。本发明采用在填埋层顶部设立水平盲沟的形式来进行渗滤液回灌，这种方式施工简单易行，处理后的水质可以达到国家相应的排放标准，无需再建立专门的渗滤液处理设施。
文档编号E03F1/00GK101020184SQ20071006445
公开日2007年8月22日 申请日期2007年3月16日 优先权日2007年3月16日
发明者蒋建国, 黄云峰, 张妍 申请人:清华大学