本发明涉及一种通过控制渗滤液循环来改善微生物好氧降解条件的方法及其装置，特别涉及一种在垃圾填埋场好氧稳定化降解过程中通过控制渗滤液循环来改善微生物好氧降解条件的方法及其装置，属于环保技术领域。
背景技术：
目前各地的生活垃圾产量很大，传统的填埋法仍然是各地主要的处理方式，但填埋过程中会产生大量的渗滤液，难以处理。
研究表明，好氧降解处理可以有效地降低bod5、cod和氨氮，还可以去除另一些污染物质如铁、锰等金属，加速垃圾堆体稳定化进程，减少填埋场对周边环境产生的影响。使用活性污泥法、氧化沟、好氧稳定塘、生物转盘等好氧法处理渗滤液都有成功的经验。但这些处理方法存在耗能大、设备要求高等实际应用方面的问题，导致很难应用于一些小型或非正规垃圾填埋场。
现有技术中的相关专利(申请号201610003216.2基于好氧降解原理治理存量垃圾填埋场的在线控制系统、申请号201610030494.7一种综合型垃圾填埋场准好氧稳定集成系统及其应用、申请号201210096000.7生活垃圾生物反应器及好氧-厌氧-准好氧循环处理方法)和报导(垃圾填埋场好氧降解加速稳定化技术生态修复方法建材世界2013年第34卷第3期)等，均没有提出具体的渗滤液处理方式。
为解决上述问题，发明人经过长期研究，发现垃圾渗滤液中除了含有必须要被处理的负面物质外，其中还含有一定的营养物质及某些微生物所必需的元素，将其循环利用能促进微生物新陈代谢，提高微生物的活性，同时可以调节垃圾堆体含水率至好氧微生物反应的适宜范围(40％-60％质量比)，从而提高好氧降解效率。
因此，本发明提出了一种具体的渗滤液循环回流方式及其装置，通过调控渗滤液回流并辅以其他参数的修正，改善了垃圾好氧降解过程中相关反应条件，促进了微生物的新陈代谢，提高了微生物的活性，调节了垃圾堆体含水率至好氧微生物反应的适宜范围，提高了好氧降解效率，同时通过渗滤液循环，降低了清水用量，减少了渗滤液产生量，具有很高的实际应用价值。
技术实现要素：
本发明公开了一种在垃圾填埋场好氧稳定化降解过程中通过控制渗滤液循环量来改善微生物好氧降解条件的方法及其装置，通过调控渗滤液回流并辅以其他参数的修正，改善了垃圾好氧降解过程中相关反应条件，促进了微生物的新陈代谢，提高了微生物的活性，调节了垃圾堆体含水率至好氧微生物反应的适宜范围，提高了好氧降解效率，同时通过渗滤液循环，降低了清水用量，减少了渗滤液产生量，具有很高的实际应用价值。
具体而言，本发明提供了一种通过控制渗滤液循环来改善微生物好氧降解条件的方法，包括以下步骤：
1)提供垃圾堆体；
2)通过渗滤液抽提井，将垃圾堆体中的渗滤液抽提入渗透液收集池中；
3)通过cod传感器及中控系统，实时检测渗滤液中的化学需氧量，若ccod>10000mg/l，则采用化学氧化法处理渗透液以降低化学需氧量至ccod≤1000mg/l；反之，则不进行处理；
4)通过bod传感器及中控系统，实时检测渗滤液中的生化需氧量，若cbod>5000mg/l，则采用化学氧化法处理渗透液以降低生化需氧量至cbod≤500mg/l；反之，则不进行处理；
5)通过ph传感器及中控系统，实时检测渗滤液的ph值，若ph<6.5或ph>7.5，则通过酸碱中和法处理渗透液以调节ph值至6.5≤ph≤7.5；反之，则不进行处理；
6)通过金属离子传感器及中控系统，实时检测渗滤液中的zn2+浓度，若czn>30mg/l，则采用化学沉淀法或混凝法处理渗透液以去除zn2+至czn＝0mg/l；反之，则不进行处理；
7)通过金属离子传感器及中控系统，实时检测渗滤液中的cu2+浓度，若ccu>30mg/l，则采用化学沉淀法或混凝法处理渗透液以去除cu2+至ccu＝0mg/l；反之，则不进行处理；
8)通过nh4+-n传感器及中控系统，实时检测渗滤液中的氨氮浓度，确定渗滤液循环回流体积比例r＝(100-cnh4-n/20)％，若r>100％，以100％计；若r<0％，以0％计；将处理后渗透液的r(％)的渗透液、处理后渗透液的100-r(％)的清水引入液体注入井中，并回灌入垃圾堆体中。
优选的，在回流过程中定期对垃圾堆体进行抽气注气操作；更优选的，该抽气注气操作每天各进行2次，抽气注气交替进行，每次抽气3小时，注气3小时。
本渗滤液循环回流方法流程的示意图如图1所示。
本发明还提供了用于实施前述方法的装置，包括：
渗滤液循环回流装置，包括渗滤液抽提井、渗滤液收集池、酸碱中和池、化学氧化池、沉淀池、液体注入井以及相应的连接管道和阀门；其中，所述渗滤液抽提井和所述液体注入井分别垂直铺设在垃圾堆体中；通过埋设在所述渗滤液抽提井中的污水泵将渗滤液从垃圾堆体中抽提至地面输送管道，自然流至所述渗滤液收集池中；然后通过增压泵将渗滤液依次输送至所述酸碱中和池、所述化学氧化池、所述沉淀池；最后依据计算的循环回流比例确定渗滤液回灌量，将渗滤液通过液体注入井回流至垃圾堆体。
监测控制装置，包括中控系统、监测系统、控制系统、信号传输系统以及相应的辅助装置；其中，中控系统包括中控电脑及软件，监测系统包括水位传感器、cod传感器、bod传感器、ph传感器、氨氮传感器、金属离子传感器、数据采集模块，控制系统包括plc控制站、电磁阀，信号传输系统包括光纤、网络通信模块；
其中，所述监测系统中的各传感器实时测量的数据通过所述数据采集模块收集，并传输至所述中控系统；所述水位传感器采集的水位数据主要用于分析垃圾堆体内渗滤液分布情况，所述中控电脑及软件分析水位情况然后发送控制信号给所述plc控制站，以控制所述渗滤液抽提井内所述污水泵的开启和关闭；所述cod传感器、所述ph传感器、所述氨氮传感器、所述金属离子传感器测量的水质参数数据传输至所述中控系统后，所述中控电脑及软件分析水质情况然后发送控制信号给所述plc控制站，以控制所述氨氮吹脱塔、所述酸碱中和池、所述化学氧化池、所述沉淀池中相应装置的开启和关闭；所述中控电脑及软件通过水质情况确定渗滤液循环回流比例，发送控制信号给所述plc控制站，控制所述液体注入井内所述注水泵的开启和关闭，进而控制渗滤液的回流量。
本渗滤液循环回流装置系统的示意图如图2所示。
优选的，所述装置还包括抽气注气装置，铺设在垃圾堆体中，用于定期对垃圾堆体进行抽气、注气。
相较于现有技术，本发明的有益效果在于：
(1)首次提出并实现将垃圾堆体的渗滤液进行回流，以增加渗滤液循环利用，并营造更好的、更稳定的好氧降解环境；
(2)提出垃圾堆体好氧稳定化降解过程中渗滤液循环回流比例的具体确定公式及实施方式，在工程实际应用中可以科学合理的指导运行；
(3)提出垃圾堆体好氧稳定化降解过程中其他辅助参数的合理设定范围，使得渗滤液更加适合循环利用，并营造更好、更稳定的好氧降解环境；
(4)通过在线监测系统和软件中控系统实现渗滤液回流的自动化控制，提高系统运行效率，节约能源。
(5)本发明的方法与装置简单、有效，具有经济优势，易应用于小型或非正规垃圾填埋场，可为抬高各地垃圾处理场短板做出贡献。
具体而言，本发明提出的渗滤液循环回流方式及其装置，通过调控渗滤液回流并辅以其他参数的修正，改善了垃圾好氧降解过程中相关反应条件，促进了微生物的新陈代谢，提高了微生物的活性，调节了垃圾堆体含水率至好氧微生物反应的适宜范围，提高了好氧降解效率，同时通过渗滤液循环，降低了清水用量，减少了渗滤液产生量，具有很高的实际应用价值。
附图说明
图1为本发明渗滤液循环回流方法流程的示意图；
图2为本发明渗滤液循环回流装置系统的示意图；
图3为本发明实施例1渗滤液按本发明比例回流条件下的垃圾堆体温度变化情况统计图；
图4为本发明实施例1渗滤液按本发明比例回流条件下的渗滤液氨氮浓度变化情况统计图；
图5为本发明对比例1渗滤液按高于本发明比例回流条件下的垃圾堆体温度变化情况统计图；
图6为本发明对比例1渗滤液按高于本发明比例回流条件下的渗滤液氨氮浓度变化情况统计图；
图7为本发明对比例2渗滤液按低于本发明比例回流条件下的垃圾堆体温度变化情况统计图；
图8为本发明对比例2渗滤液按低于本发明比例回流条件下的渗滤液氨氮浓度变化情况统计图。
图9为本发明实施例2渗滤液按本发明比例回流条件下的垃圾堆体温度变化情况统计图；
图10为本发明实施例2渗滤液按本发明比例回流条件下的渗滤液氨氮浓度变化情况统计图；
图11为本发明对比例3渗滤液按高于本发明比例回流条件下的垃圾堆体温度变化情况统计图；
图12为本发明对比例3渗滤液按高于本发明比例回流条件下的渗滤液氨氮浓度变化情况统计图；
图13为本发明对比例4渗滤液按低于本发明比例回流条件下的垃圾堆体温度变化情况统计图；
图14为本发明对比例4渗滤液按低于本发明比例回流条件下的渗滤液氨氮浓度变化情况统计图。
具体实施方法
下面结合具体实施例、对比例和附图来进一步描述本发明，本发明的技术手段以及回流体积比例的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。
实施例1
本例选取一处非正规垃圾填埋场的部分区域进行中试实验，实验范围内垃圾填埋龄约为9-10年，实验场地范围约为200m2，垃圾填埋场深度为18-20m，垃圾填埋量为4000m3，堆体内渗滤液水位离地面深度为10m。
装置包括：(1)渗滤液循环回流装置，包括渗滤液抽提井3口，井深均为18m；液体注入井3口，深度均为2m。渗滤液调节池、酸碱中和池、化学氧化池、沉淀池均采用体积为3m3的聚乙烯罐。渗滤液抽提井内安装水位传感器；渗滤液调节池中安装氨氮传感器、cod传感器、ph传感器、金属离子传感器。其中，所述渗滤液抽提井和所述液体注入井分别垂直铺设在垃圾堆体中；通过埋设在所述渗滤液抽提井中的污水泵将渗滤液从垃圾堆体中抽提至地面输送管道，自然流至所述渗滤液收集池中；然后通过增压泵将渗滤液依次输送至所述酸碱中和池、所述化学氧化池、所述沉淀池；最后依据计算的循环回流比例确定渗滤液回灌量，将渗滤液通过液体注入井回流至垃圾堆体。(2)监测控制装置，包括中控系统、监测系统、控制系统、信号传输系统以及相应的辅助装置；其中，中控系统包括中控电脑及软件，监测系统包括水位传感器、cod传感器、bod传感器、ph传感器、氨氮传感器、金属离子传感器、数据采集模块，控制系统包括plc控制站、电磁阀，信号传输系统包括光纤、网络通信模块；其中，所述监测系统中的各传感器实时测量的数据通过所述数据采集模块收集，并传输至所述中控系统；所述水位传感器采集的水位数据主要用于分析垃圾堆体内渗滤液分布情况，所述中控电脑及软件分析水位情况然后发送控制信号给所述plc控制站，以控制所述渗滤液抽提井内所述污水泵的开启和关闭；所述cod传感器、所述ph传感器、所述氨氮传感器、所述金属离子传感器测量的水质参数数据传输至所述中控系统后，所述中控电脑及软件分析水质情况然后发送控制信号给所述plc控制站，以控制所述氨氮吹脱塔、所述酸碱中和池、所述化学氧化池、所述沉淀池中相应装置的开启和关闭；所述中控电脑及软件通过水质情况确定渗滤液循环回流比例，发送控制信号给所述plc控制站，控制所述液体注入井内所述注水泵的开启和关闭，进而控制渗滤液的回流量。(3)抽气注气装置，铺设在垃圾堆体中，在回流过程中定期对垃圾堆体进行抽气注气操作：该抽气注气操作每天各进行2次，抽气注气交替进行，每次抽气3小时，注气3小时。
系统通过水位传感器测定渗滤液井中液面离地面深度，设定液面深度小于等于12m时，发送开启信号控制井内提升泵工作，将渗滤液抽提至调节池中，抽提量平均为30-32m3/d。
本例中试实验累计运行90天。过程中通过传感器时时检测渗滤液水质。其中温度及氨氮浓度检测结果曲线图如图3、4所示(由于垃圾堆体较为庞大，为保测量结果的准确性，分设3个温度传感器与3个氨氮传感器)。
运行初期，测得渗滤液氨氮浓度为1268mg/l-1375mg/l，cod浓度为2679mg/l-4320mg/l，bod浓度为413mg/l-432mg/l，ph为6.8-7.5，cu2+和zn2+浓度均为零。系统判断渗滤液循环不需要进行化学氧化、酸碱中和或化学沉淀处理，回流比例r＝(100-cnh4-n/20)％(若r>100％，以100％计；若r<0％，以0％计)，为31.25％-43.10％。系统依据回流比例，控制渗滤液回流量为9.38m3/d-13.79m3/d。
动态运行至第46天时，系统检测渗滤液氨氮浓度降低至967mg/l-1135mg/l，cod浓度降低至2147mg/l-3467mg/l，bod浓度降低至278mg/l-332mg/l，可见水质已有所改善，此时的渗滤液回流比例为48.25％-51.65％。
动态运行至第90天时，系统检测渗滤液氨氮浓度降低至774mg/l-926mg/l，cod浓度降低至1245mg/l-1792mg/l，bod浓度降低至172mg/l-247mg/l，可见水质进一步改善，此时的渗滤液回流比例为58.70％-61.30％。
在上述渗滤液回流循环的好氧降解治理过程中，当垃圾堆体进入好氧进程后，反应过程会放热，使垃圾堆体出现高温点位。本实施例中监测到第67天时，实验范围内垃圾堆体出现高温点位(温度高于55℃)。这说明依据本发明确定的渗滤液回流方式，控制回流比例，可以加快垃圾堆体好氧稳定化的进程。
对比例1
本例选取与实施例1相同的非正规垃圾填埋场的部分区域进行中试实验，除将渗滤液回流比例修改为r＝100％，即抽提的渗滤液全部回流，其他实验条件均与实施例1相同。
本例中试实验累计运行90天。过程中通过传感器时时检测渗滤液水质。其中温度及氨氮浓度检测结果曲线图如图5、6所示。动态运行至第46天时，系统检测渗滤液氨氮浓度为1160mg/l-1240mg/l，cod浓度为2564mg/l-4183mg/l，bod浓度为394mg/l-424mg/l，可见水质改善变化并不明显。
动态运行至第90天时，系统检测渗滤液氨氮浓度为1088mg/l-1133mg/l，cod浓度为2435mg/l-4088mg/l，bod浓度为372mg/l-392mg/l，可见水质总体改善程度较低。
本对比例中监测到第90天时，仍未出现高温点位。
对比例2
本例选取与实施例1相同的非正规垃圾填埋场的部分区域进行中试实验，除将渗滤液回流比例修改为r＝20％，其他实验条件均与实施例1相同。
本例中试实验累计运行90天。过程中通过传感器时时检测渗滤液水质。其中温度及氨氮浓度检测结果曲线图如图7、8所示。动态运行至第46天时，系统检测渗滤液氨氮浓度为1036mg/l-1172mg/l，cod浓度为2532mg/l-4127mg/l，bod浓度为389mg/l-415mg/l，可见水质改善变化并不明显。
动态运行至第90天时，系统检测渗滤液氨氮浓度为1002mg/l-1115mg/l，cod浓度为2377mg/l-4036mg/l，bod浓度为370mg/l-382mg/l，可见水质总体改善程度较低。
本对比例中监测到第90天时，仍未出现高温点位。
实施例2
本例为一处非正规垃圾填埋场的好氧降解治理项目，本项目修复治理区域内存量垃圾为1178139m3，面积为62570m2，垃圾堆体有机质含量为11.71％～23.49％。
装置包括：(1)渗滤液循环回流装置，包括现场渗滤液抽提井42口，井深根据垃圾填埋深度确定；液体注入井42口，同时设置抽气井113口，注气井132口，对垃圾堆体进行抽注气工作，维持好氧降解状态。渗滤液调节池、酸碱中和池、化学氧化池、沉淀池均采用体积为24m3的聚乙烯罐。渗滤液抽提井内安装水位传感器；渗滤液调节池中安装氨氮传感器、cod传感器、ph传感器、金属离子传感器。其中，所述渗滤液抽提井和所述液体注入井分别垂直铺设在垃圾堆体中；通过埋设在所述渗滤液抽提井中的污水泵将渗滤液从垃圾堆体中抽提至地面输送管道，自然流至所述渗滤液收集池中；然后通过增压泵将渗滤液依次输送至所述酸碱中和池、所述化学氧化池、所述沉淀池；最后依据计算的循环回流比例确定渗滤液回灌量，将渗滤液通过液体注入井回流至垃圾堆体。(2)监测控制装置，包括中控系统、监测系统、控制系统、信号传输系统以及相应的辅助装置；其中，中控系统包括中控电脑及软件，监测系统包括水位传感器、cod传感器、bod传感器、ph传感器、氨氮传感器、金属离子传感器、数据采集模块，控制系统包括plc控制站、电磁阀，信号传输系统包括光纤、网络通信模块；其中，所述监测系统中的各传感器实时测量的数据通过所述数据采集模块收集，并传输至所述中控系统；所述水位传感器采集的水位数据主要用于分析垃圾堆体内渗滤液分布情况，所述中控电脑及软件分析水位情况然后发送控制信号给所述plc控制站，以控制所述渗滤液抽提井内所述污水泵的开启和关闭；所述cod传感器、所述ph传感器、所述氨氮传感器、所述金属离子传感器测量的水质参数数据传输至所述中控系统后，所述中控电脑及软件分析水质情况然后发送控制信号给所述plc控制站，以控制所述氨氮吹脱塔、所述酸碱中和池、所述化学氧化池、所述沉淀池中相应装置的开启和关闭；所述中控电脑及软件通过水质情况确定渗滤液循环回流比例，发送控制信号给所述plc控制站，控制所述液体注入井内所述注水泵的开启和关闭，进而控制渗滤液的回流量。(3)抽气注气装置，铺设在垃圾堆体中，在回流过程中定期对垃圾堆体进行抽气注气操作：该抽气注气操作每天各进行2次，抽气注气交替进行，每次抽气3小时，注气3小时。
系统通过水位传感器测定渗滤液井中液面离地面深度，设定液面深度小于等于12m时，发送开启信号控制井内提升泵工作，将渗滤液抽提至调节池中，抽提量平均为200m3/d-225m3/d。
本例累计运行90天。过程中通过传感器时时检测渗滤液水质。其中温度及氨氮浓度检测结果曲线图如图9、10所示(由于垃圾堆体较为庞大，为保测量结果的准确性，分设3个温度传感器与3个氨氮传感器)。
运行初期，测得渗滤液氨氮浓度为864mg/l-978mg/l，cod浓度为1950mg/l-2592mg/l，bod浓度为228mg/l-274mg/l，ph为7.7-8.4，zn2+浓度为0，cu2+浓度为0。系统判断渗滤液循环不需要进行氨氮吹脱、化学氧化处理，只需进行酸碱中和处理，通过向调节池添加0.5mol/l的盐酸溶液，调节渗滤液ph至7.0-7.5。回流比例r＝(100-cnh4-n/20)％(若r>100％，以100％计；若r<0％，以0％计)，为51.1％-56.8％。系统依据回流比例，控制渗滤液回流量为114.9m3/d-127.8m3/d。
动态运行至第46天时，系统检测渗滤液氨氮浓度降低至658mg/l-744mg/l，cod浓度降低至1745mg/l-2189mg/l，bod浓度降低至174mg/l-219mg/l，可见水质已有所改善，此时的渗滤液回流比例为62.8％-67.1％。
动态运行至第90天时，系统检测渗滤液氨氮浓度降低至427mg/l-583mg/l，cod浓度降低至1361mg/l-1692mg/l，bod浓度降低至125mg/l-152mg/l，可见水质进一步改善，此时的渗滤液回流比例为70.85％-78.65％。
在上述渗滤液回流循环的好氧降解治理过程中，当垃圾堆体进入好氧进程后，反应过程会放热，使垃圾堆体出现高温点位(温度高于55℃)。本实施例中监测到第42天时，处理范围内垃圾堆体温度逐渐升高，并于第64天开始出现高温点。这说明依据本发明确定的渗滤液回流方式，控制回流比例，能够有效降低渗滤液内氨氮浓度，有利于加快垃圾的降解，缩短垃圾稳定化时间。
对比例3
本例选取与实施例2相同的非正规垃圾填埋场的部分区域进行中试实验，除将渗滤液回流比例修改为r＝100％，其他实验条件均与实施例2相同。
本例中试实验累计运行90天。过程中通过传感器时时检测渗滤液水质。其中温度及氨氮浓度检测结果曲线图如图11、12所示。动态运行至第46天时，系统检测渗滤液氨氮浓度为817mg/l-954mg/l，cod浓度为1825mg/l-2437mg/l，bod浓度为216mg/l-269mg/l，可见水质改善变化并不明显。
动态运行至第90天时，系统检测渗滤液氨氮浓度为776mg/l-872mg/l，cod浓度为1791mg/l-2327mg/l，bod浓度为192mg/l-235mg/l，可见水质改善变化并不明显。
本对比例中监测到第90天时，仍未出现高温点位。
对比例4
本例选取与实施例2相同的非正规垃圾填埋场的部分区域进行中试实验，除将渗滤液回流比例修改为r＝20％(若r>100％，以100％计；若r<0％，以0％计)，其他实验条件均与实施例2相同。
本例中试实验累计运行90天。过程中通过传感器时时检测渗滤液水质。其中温度及氨氮浓度检测结果曲线图如图13、14所示。动态运行至第46天时，系统检测渗滤液氨氮浓度为863mg/l-948mg/l，cod浓度为1921mg/l-2456mg/l，bod浓度为203mg/l-227mg/l，可见水质改善变化并不明显。
动态运行至第90天时，系统检测渗滤液氨氮浓度为801mg/l-917mg/l，cod浓度为1806mg/l-2379mg/l，bod浓度为184mg/l-206mg/l，可见水质改善变化并不明显。
本对比例中监测到第90天时，仍未出现高温点位。