专利名称：物流调控与监测型生活垃圾生态填埋单元的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种垃圾填埋系统，尤其是物流调控与监测型生活垃圾生态填埋单元。
背景技术：
随着工业的发展和城市化进程的推进，城市人口不断增多，城市垃圾也随之增加。目前，我国城市生活垃圾人均年产生量高达440千克，而且垃圾总量以每年8％～10％的速度增长，由于城市垃圾产生恶臭、孽生蚊蝇、传染疾病，严重影响城市环境卫生质量和威胁人民群众身体健康，因此垃圾问题已成为当今世界最严重的城市公害之一，及时清理和处理处置日益增长的城市垃圾是建设优美、整洁、文明的现代化城市不可缺少的一部分。据近年统计，我国664个城市建有各类垃圾处理场740座，年处理垃圾7835万吨，垃圾处理率已由80年代初的2％提高到58.2％。在传统的城市垃圾处理方式中，堆肥法因缺乏有效的垃圾源头分类收集而受到一定限制；焚烧技术受到垃圾组分和经济条件的制约，在我国城市垃圾处理中应用较少；相比之下，填埋法因操作简单、运行费用低而被国内外广泛采用，我国几乎90％以上的城市垃圾采用填埋法处理。“十五”计划提出，改善城市环境质量，强化城市垃圾污染的综合治理，垃圾无害化处理率要达到65％。在这一目标实现过程中以及现阶段相当长时间内，填埋法将仍然是城市垃圾处理处置的主要方式。
垃圾填埋不仅侵占大量土地，而且对生态环境造成许多负面影响。目前我国城市垃圾累积堆存量已多达70多亿吨，土地侵占面积约6万公顷，堆放场周围大气、土壤和水体环境污染严重。随着人民群众环境意识的提高，填埋场选址问题日益严峻，选址过程中人力物力消耗巨大。由垃圾填埋产生的渗滤液是一种成分复杂、变化范围大、有毒有害的高浓度难降解有机废水，其COD浓度为1000～100000mg/L，BOD5浓度为200～40000mg/L，NH4+-N浓度为100～5000mg/L，色度一般要大于800倍；已有93种有机污染物被检出，主要有烃类及其衍生物、酸酯类、醇酚类、醛酮类和酰胺类等，其中许多污染物是我国环境优先控制污染物。因此，垃圾渗滤液处理不当，将会引起地面水、地下水及土壤的严重污染。例如，澳门与珠海市交界处的茂盛围因垃圾渗滤液污染，造成当地河流鱼虾绝迹、农田失收。瑞典人Noaksson认为垃圾渗滤液干扰了Molnbyggen湖中鱼类的繁殖。
填埋垃圾的矿化是一个漫长而复杂的物理、化学、生物过程，要经历若干阶段，其中微生物对有机质的降解起着主要作用。以渗滤液回灌为特征的生物反应器垃圾填埋技术，为填埋堆体提供必要的水分，显著加速堆体有机质的生物降解作用，提高渗滤液水质，减少渗滤液产生量，促进产气与堆体沉降，将堆体稳定化需要的时间从几十年缩短至二到三年，因而倍受人们关注。然而，只是简单的渗滤液回灌并不能满足生物反应器的工作需要，过度回灌会发生堆体局部积水、水分过饱和、以及“酸积累”现象，高浓度渗滤液会对敏感的甲烷菌产生毒性作用，而甲烷菌通过参与有机物终端降解对垃圾厌氧处理起着关键性作用；随着填埋年限的增加，有机氮不断向无机氮转化，而厌氧环境不利于NH4+-N进一步氧化，使得渗滤液氨氮浓度越来越高，从而对生化系统形成一定的抑制作用。Delia TeresaSponza等人通过模拟实验研究了渗滤液回灌量对垃圾堆体稳定化速率的影响，结果表明每天回灌9升(反应器体积的13％)渗滤液加速了垃圾堆体的稳定化，而回灌2l升(反应器体积的30％)渗滤液导致甲烷产量减少；Irem 等人的相关研究表明，“2升/次、4次/周”渗滤液回灌方式是加速垃圾稳定化的最佳回灌策略。因此，渗滤液回灌应该在受控条件下进行，尤其是垃圾填埋初期更应如此。
垃圾渗滤液回灌填埋堆体研究引起了环境技术领域诸多学者的关注。绝大部分研究工作是在实验室条件下，通过自制的模拟实验装置，研究不同渗滤液回罐方式对垃圾堆体稳定化进程、渗滤液水质、填埋气体等所产生的影响，以确定渗滤液回灌最佳工艺参数。这些模拟装置的主要部件由三部分组成反应器、渗滤液收集系统、气体收集系统。1)反应器是垃圾生物降解的场所，也是整套模拟实验装置的主体，一般由耐腐蚀的材料制作而成。反应器形状大多呈圆柱形，直径约25～80cm、高度约50～120cm；反应器底部有一个出水管，用于收集垃圾渗滤液；顶部有两个管，一个是渗滤液回灌进水口，位于反应器内部与其相连的是十字形布水支管，另一个是填埋气体导出口，位于反应器内部与其相连的是气体收集管；有的设计者为研究堆体通入空气对垃圾生物降解效果的影响，便在反应器底部加一个空气导入管，直接与空气泵相连接。2)渗滤液回灌系统由调节水箱(通过导管直接与反应器相连，可在此调节回灌水量及水质，但有的设计者省略该部件)、蠕动泵及若干导水软管组成，使整个模拟实验装置形成回路，以实现渗滤液回灌填埋堆体。3)气体收集系统由集水槽、倒置的带刻度容器及若干软管组成；应用气体排水法原理，即同体积气体置换同体积水，可以根据容器内水面下降量直接推算出填埋气体的产生量，再取样分析气体成分；也有学者直接采用气体流量计测定气体产量。然而，在实验室条件下许多因素都是可控的，基于实验室模拟装置的科研成果并不能如实反映垃圾填埋现场的实际情况。
发明内容
本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种能够基本如实反映垃圾填埋现场实际情况的物流调控与监测型生活垃圾生态填埋单元。
本发明包括支撑底座，底座四周边沿设置垂直侧壁，形成长方体型的支撑体，沿支撑体侧壁填有上窄下宽的边坡，形成斗状垃圾填埋坑体；垃圾填埋坑体的底部和四周侧壁覆有双层防渗膜，底部防渗膜位于支撑底座和河卵石层之间，侧壁防渗膜位于边坡和土袋防护层之间。
垃圾填埋坑体顶部为黏土层，黏土层内设置七排石子防护槽，渗滤液回灌管置于石子防护槽内；石子防护槽上面覆有防渗膜，防渗膜上为表层覆土；垃圾填埋坑体底部的河卵石层内设置有渗滤液导排管，垃圾填埋坑体通过渗滤液导排管和控制阀门连接到渗滤液收集池，渗滤液收集池通过提液水泵连接到渗滤液调节池；雨水池与渗滤液调节池并排设置，各自通过控制阀门与回灌水泵连接，回灌水泵通过控制阀门与渗滤液回灌管相连。
渗滤液回灌管为蛇形管，分两段以平面方式布置，管体开有渗滤液渗出小孔；四根导气井插入垃圾填埋坑体，呈平面对角线分布，导气井周围由碎石笼围裹，管体开有进气小孔；四根导气井顶部出口由管道连接汇至气体导排总管，气体导排总管与检测装置连接；所述的检测装置包括气体流量计、气体采样阀和气压表，气体采样阀和气压表设置在气体导排总管上，干燥器的一端通过控制阀门与气体导排总管连接，另一端与气体流量计连接。
在垃圾填埋坑体内不同高度设置有三个测温探头，通过导线顺石笼而上伸出地面与测温器相连；水位观测井插入垃圾填埋坑体的下部并伸出地面，下部开有渗滤液入渗小孔，上端出口盖有密封盖。
本发明作为科研载体已达到中试规模，并在垃圾填埋现场进行作业与控制，超越了实验室水平上的模拟反应装置，其科研数据可基本反映现实垃圾填埋场的真实状况，为生活垃圾生态填埋科研工作建立了一个野外试验平台；该设计从填埋单元的防渗系统、渗滤液导排与回灌系统、气体导排和检测系统、覆土表面植被系统，以及垃圾层水位、温度、气压等角度进行了全面考虑，可实现对填埋堆体物流特征和能量变化的实时监测和人为调控；以原始混合生活垃圾和源头分类生活垃圾为填埋对象，研究比较二者生态填埋后的物流特征，对评价生活垃圾分类收集对生态环境的综合效益具有重要意义。
图1为本发明实施例的顶层设备布置示意图；图2为图1中剖面示意图；图3为图1中气体检测装置结构示意图。
具体实施例方式
如图1、图2和图3所示，物流调控与监测型生活垃圾生态填埋单元主要包括由支撑底座22和四周侧壁9构成的支撑体、斗型垃圾填埋坑体10、双层防渗系统(包括底部防渗膜24、边坡防渗膜19和顶部防渗膜14)、渗滤液导排与回灌系统、气体导排与检测系统6、温度探测器13、水位观测井8、气压测量表28。填埋单元设计大小为10.0m×7.0m×4.3m，从下到上依次为钢筋混凝土22(0.4m)、高密度聚乙烯防渗膜和土工布防渗膜24、河卵石层21(0.6m，渗滤液导排管23位于该层，管径200mm)、垃圾填埋坑体10(2.5m，压实厚度)、膜下覆土17(0.3m，压实厚度，渗滤液回灌布水管5位于该层，管径75mm)、土工布和高密度聚乙烯防渗膜14、膜上覆土16(0.5m)。
防渗系统包括底部、边坡20以及上部防渗三部分，防渗材料主要是土工布和高密度聚乙烯膜，其中底部防渗有钢筋混凝土作为支撑，边坡防渗有土袋子18作为防护避免防渗膜被垃圾中坚硬物扎破，而顶部防渗膜14直接与覆土16相接。
渗滤液导排和回灌系统包括渗滤液导排管23、收集池11(容积为2m3)、输送管(管径为50mm)、提液水泵12、调节池1(容积为1m3)、雨水池2(容积为1m3)、回灌水泵3、渗滤液布水管5(管径为50mm)、管路控制阀门等，其中渗滤液导排管位于河卵石层间21，以防被泥沙堵塞。渗滤液回灌布水管采用蛇形多孔管5，水平放置，包括两段蛇形布水管，总共七排，可单独操作(由控制阀门控制水的流向)，有利于均匀布水。蛇形管(管体开有三排小孔，分别位于底部和两个测面，孔与孔相互交错)位于石子防护槽15(厚度0.3m)以防被泥土堵塞。填埋堆体与渗滤液收集池之间有控制阀门，收集池、雨水池和调节池的进水口与出水口均放在池子的上部，雨水池和调节池并联后连接到渗滤液回灌水泵，实行加压回灌。
气体导排与检测系统由四根导气井7(管径75mm)、气井连接管(管径50mm)、不锈钢膜盒压力表28(量程为2500mm水柱)、气体采样控制阀29、气体流量计26(额定流量为6m3/h)、吸湿和汽水分离装置27。四根导气井在填埋单元内呈对角线分布，均竖直插入垃圾堆体，从垃圾层底部贯穿到地面以上，气井上开有四排小孔，作为填埋气体扩散入口；导气井7由石笼25围裹，石笼分长度(1.25m)相同的两段，下段直径为0.7m，上段直径为0.5m，贯穿整个垃圾堆体，防止气井被泥沙堵塞；地面以上四根导气井由连接管汇至气体导排总管30，通过管道控制阀连接到吸湿和汽水分离装置27，再连接气体流量计26；在四根气井汇合处安装气压表28和气体采样控制阀29。
温度探测器由温度探头13、导线和读数器4三部分组成，每个填埋单元安装有三套，分别探测垃圾层不同高度(0.4m、1.25m、2.1m)处的温度，其导线分别顺着三根气井而上，地面以上安装读数器4。水位观测井8管径为75mm，竖直贯穿垃圾层和覆土层至地面以上，顶部配有密封盖，其下部1m范围内开有若干排小孔便于渗滤液渗入，并由石笼围裹，防止泥沙堵塞。
工程建设流程如下挖坑→筑基→砌墙→做边坡→覆膜→铺石→安装渗滤液导排管→墙体外护→树导气井→做石笼→树水位观测井→安装测温探头→土袋护膜→垃圾装填→压实→覆土→压实→挖槽→布设形管→填碎石→覆膜→焊接膜→覆土→置渗滤液收集桶、调节桶和雨水桶→渗滤液管路连接→导气管路连接与测量仪表安装→配电室建设→植被种植等。
渗滤液回灌是日常运行的主要内容，采用加压回灌方式。定期将渗滤液从堆体排出入渗滤液收集池，一部分通过水泵送至调节池，再进行定量回灌堆体；按照当地降雨量与入渗状况确定雨水回灌量，定期进行回灌堆体。渗滤液回灌量和排放量可根据垃圾层水位以及气液检测指标等进行确定。日常维护主要包括三部分内容维护气、液管路和供电线路的畅通；维护测量仪表正常工作(包括干燥剂的更换与集水排放)。
确定气相、液相和固相检测指标共34项，其中固相指标(垃圾组分、含水率、有机质、容重、总氮)在垃圾装填过程中进行取样分析；液相指标则根据实际运行状况确定检测频率，分别从渗滤液导排总管出口和调节池内采集样品进行分析；气相指标包括产气量、气体组分、气压等内容，可定期从气体采样控制阀采集样品进行分析。另外，可通过水位观测井测量垃圾层水位；通过温度探测器测量垃圾层不同高度处的温度。对于堆体沉降量，可通过测量覆土表面与固定标杆之间的距离进行确定。
权利要求
1.物流调控与监测型生活垃圾生态填埋单元，包括支撑底座，底座四周边沿设置垂直侧壁，形成长方体型的支撑体，沿支撑体侧壁填有上窄下宽的边坡，形成斗状垃圾填埋坑体；垃圾填埋坑体的底部和四周侧壁覆有双层防渗膜，底部防渗膜位于支撑底座和河卵石层之间，侧壁防渗膜位于边坡和土袋防护层之间；垃圾填埋坑体顶部为黏土层，黏土层内设置有石子防护槽，渗滤液回灌管置于石子防护槽内；石子防护槽上面覆有防渗膜，防渗膜上为表层覆土；垃圾填埋坑体底部的河卵石层内设置有渗滤液导排管，垃圾填埋坑体通过渗滤液导排管和控制阀门连接到渗滤液收集池，渗滤液收集池通过提液水泵连接到渗滤液调节池；雨水池与渗滤液调节池并排设置，各自通过控制阀门与回灌水泵连接，回灌水泵通过控制阀门与渗滤液回灌管相连；渗滤液回灌管为蛇形管，分两段以平面方式布置，管体开有渗滤液渗出小孔；四根导气井插入垃圾填埋坑体，呈平面对角线分布，导气井周围由碎石笼围裹，管体开有进气小孔；四根导气井顶部出口由管道连接汇至气体导排总管，气体导排总管与检测装置连接；所述的检测装置包括气体流量计、气体采样阀和气压表，气体采样阀和气压表设置在气体导排总管上，干燥器的一端通过控制阀门与气体导排总管连接，另一端与气体流量计连接；在垃圾填埋坑体内不同高度设置有三个测温探头，通过导线顺石笼而上伸出地面与测温器相连；水位观测井插入垃圾填埋坑体的下部并伸出地面，下部开有渗滤液入渗小孔，上端出口盖有密封盖。
全文摘要
本发明涉及一种生活垃圾生态填埋单元。现有技术是以实验室规模的模拟实验装置为基础，不能如实反映垃圾填埋现场的实际情况。本发明包括斗状垃圾填埋坑体、防渗系统、回灌系统、气体导排和检测系统。坑体内设有温度探测器和水位观测井。坑体通过渗滤液导排管与渗滤液收集池相连，渗滤液收集池通过提液水泵连接到渗滤液调节池。导气井插入坑体内，顶部为检测系统。本发明已达到中试示范工程水平，可实现对填埋堆体物流特征和能量变化的实时监测和人为调控，对评价生活垃圾分类收集对生态环境的综合效益具有重要意义。
文档编号B09B5/00GK1857806SQ20061005186
公开日2006年11月8日 申请日期2006年6月9日 优先权日2006年6月9日
发明者郝永俊, 吴伟祥, 王云龙, 陈英旭, 俞觊觎 申请人:浙江大学