一种模块化无外排垃圾渗滤液处理系统及处理方法与流程

本发明涉及垃圾渗滤液处理领域，特别是涉及一种模块化无外排垃圾渗滤液处理系统及处理方法。
背景技术：
：目前国内外主流的垃圾渗滤液处理工艺为预处理+生化处理+膜系统。预处理包括一级预处理和二级预处理，生化处理主要为mbr工艺，膜系统一般为两级dtro，或dtro+ro。对于盐分较低、可生化性较差的渗滤液，可省去mbr工艺。该工艺系统净化效果良好，出水稳定，出水可满足《生活垃圾填埋场污染控制标准》（gb16889-2008）表2标准。但该工艺系统存在出水率低的缺点，设计出水率一般在60%或更高，但随着渗滤液盐分等参数的增加，出水率进一步降低。一方面，膜系统为克服高达2-5mpa的渗透压，需要消耗大量电力，另一方面，高达40%以上的浓缩液需要采用高级氧化或低温蒸发结晶的方法再次处理，大幅度提升了垃圾渗滤液整体处理成本。近年来，本领域也开始利用人工湿地或植物的蒸腾作用来处理渗滤液。人工湿地通过物理作用、化学作用、微生物作用净化污水，是一种低成本的污水处理方法。但人工湿地负荷较小，除污能力较弱，一般用于沼泽污泥的渗滤液处理，难以用于处理垃圾渗滤液；利用植物蒸腾作用，是指采用高蒸腾、耐污染、喜水植物，通过渗透原理和蒸腾原理，将渗滤液中的水分转移至植物体内，并蒸发进入大气，实现渗滤液中污染物与水分的分离，但植物蒸腾受天气影响较大，如海南儋州林场桉树实验林项目，2016年全年的不平衡率均在60%以上、最高达到77.1%，相关数据如下变所示：表1海南儋州林场桉树实验林2016年不同月份蒸腾量（l/株/月）树径（cm)最大蒸腾耗水量（7月）最小蒸腾耗水量（1月）不平衡率（%）7.5145.4815.9664.99.39172.8647.4472.612.45454.01103.8977.1植物蒸腾作用不平衡率高，造成目前采用植物蒸腾作用的垃圾处理系统普遍存在处理能力不稳定，不能满足全年各时期、各种天气条件下的处理要求。因此，迫切需要开发一种低成本、处理效果好、处理能力稳定、无外排的垃圾渗滤液全处理系统。技术实现要素：本发明的目的就是针对垃圾渗滤液处理装置的不足，提供一种综合利用人工湿地原理和植物蒸腾作用的模块化无外排垃圾渗滤液处理系统。本发明采用的技术方案如下：一种模块化无外排垃圾渗滤液处理系统，包括：暂存池、处理池、应急池，所述的处理池均匀布置多个模块化种植箱，每个处理箱种植相同数量的第一植物，每个种植箱内的第一植物为同一年龄的植物，处理池内包括n种不同年龄的第一植物，不同年龄的第一植物的数量大致相等，种植箱按第一植物的年龄进行布置；所述的暂存池与填埋场封场区和/或填埋场回灌区连通，所述的暂存池与处理池、应急池分别连通，所述的处理池连通填埋场封场区和/或填埋场回灌区。进一步的，每个种植箱内还种植至少一种第二植物，所述第二植物的株数多于第一植物，第二植物为能源草。优选的，所述第一植物为大叶相思和/或桉树，所述第二植物选自狼尾草、象草、巨菌草、柳枝稷、草芦、芦竹、荻。优选的，每个种植箱仅种植一种第一植物，种植大叶相思的种植箱的数量与种植桉树种植箱的数量大致相等，。优选的，n大于等于5，种植箱根据第一植物的年龄大小，按处理池内的水流方向从前向后依次布置；并且，种植箱从前向后按排布置，相邻两排的种植箱交错布置。优选的，暂存池入口处设置粗、细两道格栅和一道拦污网，所述的处理池设置有溢流口，处理池通过溢流口连接应急池。优选的，所述的处理池的底部和侧面均设置防渗层，防渗层包括沙石层，黏土层、聚乙烯薄膜层，黏土层，所述的处理池包括布水管和集水管，布水管和集水管均为多孔管。优选的，所述的处理池设置有活动防雨棚，活动防雨棚上设置有与第一植物数量对应的圆形缺口。优选的，种植箱为圆桶或方桶结构，四周为镂空板，底面为封板，种植箱上部设置用于吊抓的挂钩，种植箱的高度高于处理池的高度，种植箱内的基质包括细沙、砾石、沸石、生物炭、土壤。本发明还保护一种无外排渗滤液处理方法，采用本发明所述的处理系统，其中第一植物的n种年龄从小到大依次加1，其特征在于采用以下步骤：（1）将填埋场封场区和/或填埋场回灌区的渗滤液导入暂存池；（2）将暂存池的渗滤液大量导入处理池，保证种植箱水分饱和；（3）根据处理池处理能力严格控制处理池流入量，当暂存池达到水位上限时，将暂存池超出水位上限的渗滤液导入应急池；（4）将处理池处理后的渗滤液导入填埋场回灌区；（5）从处理系统投用的第二年起，每年将年龄最大的第一植物及种植基质除去，将基质干化、热脱附后重新装填，换种同样数量的n种年龄中最小年龄的第一植物，并将种植箱按照第一植物年龄的分布方式恢复至原来的状态。本发明与现有技术相比具有如下有益效果：1.将人工湿地与植物蒸腾相结合，共同用于垃圾渗滤液处理，既提高了处理效果，又降低了处理系统的成本；2.处理池内设置模块化种植箱，即便于使用者根据需要布置植物，又解决了植物及基质不易更换的难题；3.通过种植不同数量比例的不同年龄的植物，并结合植物的排列布置、控制流量、基质水分饱和、防雨等措施，保持不同季节、天气、昼夜情况下总蒸腾量的相对平衡，保证系统渗滤液处理效果长期稳定；4.每年定期用总株数1/n的新的低龄植物替换总株数1/n的最高龄植物，保持稳定的蒸腾量，保证系统渗滤液处理能力不随时间而大幅度变化。附图说明图1是本发明中处理系统的整体示意图；图2是本发明中处理池的结构示意图；图3是本发明具体实施例中处理池种植箱的布置示意图。具体实施方式本发明所述的一种模块化无外排垃圾渗滤液处理系统，属于垃圾渗滤液处理领域，综合利用了人工湿地原理和植物蒸腾作用。下面将结合本发明附图对本发明做进一步说明。需要特别指出的是，其中所用到的术语“纵”、“横”、“前”、“后”、“上”、“下”，等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本发明的具体保护范围。结合附图1进行理解，所述的处理系统用于一般的垃圾填埋场，填埋场包括填埋场封场区4，通常指填埋场中垃圾已充分填埋、不再继续填埋的区域，是垃圾渗滤液的主要来源；还可包括填埋场回灌区5，用于接收处理系统返回的液体，并将再次产生的渗滤液输入处理系统。一般情况下，填埋场回灌区与填埋场的其他区域之间并没有严格的边界，回灌后的渗滤液与填埋场封场区原有的渗滤液可能会混合在一起，重新进入处理系统。所述的处理系统包括：暂存池1、处理池2、应急池3，暂存池1、处理池2、应急池3、填埋场封场区4和/或填埋场回灌区5之间均设置管道、阀门，并且可根据需要设置泵；所述的暂存池1与填埋场封场区4和/或填埋场回灌区5连通，用于暂时储存来自填埋场的渗滤液；所述的暂存池1与处理池2、应急池3分别连通，并通过阀门控制进入处理池2的流量，防止流入处理池2的渗滤液超出处理池2的处理能力；所述的暂存池1与应急池3连通，在暂存池1达到水位上限时，将渗滤液导入应急池3，并在条件允许后，将渗滤液重新返回暂存池1；所述的处理池2连通填埋场封场区4和/或填埋场回灌区5，处理池2处理后的渗滤液全部返回，并重新进入处理系统，真正实现了渗滤液的无外排。所述的处理池2的结构结合图2进行理解，处理池2均匀布置多个模块化种植箱6，每个处理箱6种植相同数量的第一植物8、9，通过植物的蒸腾原理，大量减少渗滤液，且只蒸发纯水分，实现污染物与水分分离。每个种植箱内的第一植物8、9为同一年龄的植物，处理池内包括n种不同年龄的第一植物8、9，不同年龄的第一植物的数量大致相等，种植箱按第一植物的年龄进行布置。优选的，第一植物的n种年龄从小到大依次加1，如幼年龄（未满一年新树苗）、一年龄、二年龄……n年龄，为保持较好的处理能力，更优选的是方案是第一植物最小年龄选择三、四年龄，如：三年龄、四年龄、五年龄……n+3年龄。所述的种植箱6可采用圆桶结构或方桶结构，四周为镂空板便于渗滤液通过，底面为封板，一方面引导植物根系横向发展，抑制纵向发展，解决了植物根系纵向发展，造成防渗层破裂，导致渗滤液外渗的难题；另一方面促进渗滤液在处理池均流。种植箱上部还设置用于吊抓的挂钩，便于将种植箱从处理池移出或载入。种植箱6采用以上模块化的设计，更方便使用者根据设计方案布置处理池内的种植箱6，也利于种植箱6内植物、基质的清除或更换。本发明中，第一植物优选为大叶相思8和/或桉树9，大叶相思8生长速度快、适应性强、用途广泛；桉树9树干高，根系发达，蒸腾作用大；可以仅种植一种植物、也可以同时种植两种植物，优选的交叉种植两种植物，不同植物在不同季节、天气、昼夜等情况有不同的蒸腾量，通过种植不同数量比例的多种植物，利用植物不同的生长特性、发挥各自的优势，保持不同季节、天气、昼夜情况下总蒸腾量的相对平衡。为综合利用人工湿地原理，每个种植箱6内还种植至少一种第二植物10，所述第二植物10的株数多于第一植物8、9，第二植物10为狼尾草、象草、巨菌草、柳枝稷、草芦、芦竹、荻等，大致归于能源草的范围，可以形成人工湿地，对经植物蒸腾作用处理后的渗滤液进行补充处理。优选的，每个种植箱6仅种植一种第一植物8、9，进一步的，在种植大叶相思和/或桉树的情况下，种植大叶相思8的种植箱6的数量与种植桉树9的种植箱6的数量大致相等。优选的，n大于等于5，种植箱6根据第一植物8、9的年龄大小，按处理池内的水流方向从前向后依次布置；并且，种植箱从前向后按排布置，每排中大叶相思8、桉树9交替布置，相邻两排的种植箱交错布置，如图3所示，后一排的种植箱6设置在前一排两个种植箱6中间间隔的后方位置，可以更全面、无死角地对渗滤液进行处理。需要说明的是，图3仅为示意图，表示出了处理池2内部分种植箱6的设置方式，其他部分的种植箱6按照类似方式设置。具体的，为了除去从填埋场封场区和/或填埋场回灌区流出的渗滤液中较大的杂质，以避免对处理池造成堵塞，暂存池入口处设置粗、细两道格栅和一道拦污网；此外，考虑在暴雨、洪灾等极端条件下，处理池的水可能溢出、对周围造成污染，本发明中的处理池设置有溢流口，处理池通过溢流口连接应急池。为防止处理池2中的渗滤液污染处理系统外的土壤、地下水，所述的处理池2的底部和侧面均设置防渗层11，防渗层11包括沙石层，黏土层、聚乙烯薄膜层，黏土层。为了将渗滤液更均匀的导入处理池2，以及更充分地将处理后的渗滤液收集，所述的处理池2包括布水管和集水管，布水管和集水管均为多孔管。为尽量减少暴雨、大雪、冰雹等天气对处理池的影响，所述的处理池2设置有活动防雨棚7，活动防雨棚7上设置有与第一植物数量对应的圆形缺口。活动防雨棚7横向为连续w形，最高处预留多个柔性圆形缺口，多个柔性圆孔位置为大叶相思树的树径或桉树的树径；活动防雨棚纵向为拱形，处理池中心位置最高，处理池两侧位置最低；活动防雨棚7顶部不高于大叶相思树的树冠和桉树的树冠。处理池四周布置雨水排沟12，以将活动防雨棚7收集的雨水及时排走。根据本发明，技术人员可以根据需要处理的渗滤液量和所种植植物的蒸腾量，确定种植箱6的数量；种植箱尺寸、布置间距根据所种植植物确定，对大叶相思、桉树来说，种植箱的尺寸优选为：直径1.3-1.5米，高度2-2.5米，种植箱间距为0.2-0.4米；种植箱内的填充基质，优选包括细沙、砾石、沸石、生物炭、土壤等成分。在使用过程中，种植箱内的基质含水率应尽量处于饱和状态，以减少基质含水率对蒸腾量的影响，维持处理能力的相对稳定。对于处理池2的具体设计，可以根据渗滤液处理量与种植箱尺寸及间距确定处理池2的具体面积；处理池2深度根据渗滤液处理量和处理池2面积确定，并小于种植箱6高度，保证植物根系不会完全浸于水下、浸泡死亡；此外，为了实现处理池2内渗滤液的自然流动，处理池2内均设置水力坡度，该水力坡度根据渗滤液处理量和处理池面积确定，控制在0.5%-1%之间。本发明还公开了一种无外排渗滤液处理方法，采用本发明所述的处理系统，其中第一植物的n种年龄从小到大依次加1，并具体采用以下步骤：（1）将填埋场封场区4和/或填埋场回灌区5的渗滤液导入暂存池1；（2）将暂存池1的渗滤液大量导入处理池2，保证种植箱6内水分饱和，以尽量减少基质含水量对不平衡率的影响；（3）根据处理池2处理能力严格控制处理池流入量，当暂存池达到水位上限时，将暂存池1超出水位上限的渗滤液导入应急池3；根据系统设计，在暂存池1水位恢复正常后，再将应急池3的渗滤液导回暂存池1；（4）将处理池2处理后的渗滤液导入填埋场回灌区5；（5）从处理系统投用的第二年起，每年将年龄最大的第一植物除去，换种同样数量的n种年龄中最小年龄的第一植物。一般在除去第一植物的过程中，也应将同一种植箱中的其他植物（第二植物）除去并更换，还应将种植箱内基质经干化、热脱附后，重新填充于种植箱6，以尽量保证更换后种植箱6、处理池2的处理能力，通过干化、热脱附基质，也能解决基质中有机污染物难以降解的问题。此外，当突发暴雨、大雪、冰雹等极端天气现象时，应及时将活动雨棚7撑起，将第一植物的树冠从柔性圆形缺口露出。本发明通过利用人工湿地和植物蒸腾两种原理，有效提高了系统的除理能力；通过采取种植大叶相思树、桉树以及狼尾草、象草、巨菌草、柳枝稷、草芦、芦竹、荻等不同种类植物，以及5种不同年龄的第一植物，按比例种植不同植物株数，以及保持种植箱内下半层基质水分饱和状态等技术措施，可有效降低该系统处理量月份之间的不平衡率。以广东某生活垃圾填埋场为例，证明本发明的实施效果：广东某生活垃圾填埋场，填埋场总容量300万立方米，建设本发明所述的系统用于其中部分渗滤液的处理。该系统包括：暂存池、处理池、应急池、填埋场回灌区、填埋场封场区，以及相关管道、阀门、泵组；所述的暂存池与填埋场封场区和/或填埋场回灌区连通，所述的暂存池与处理池、应急池分别连通，并通过阀门控制进入处理池的流量，所述的暂存池与应急池连通，在暂存池达到水位上限时，将渗滤液导入应急池，并在条件允许后，将渗滤液重新返回暂存池；所述的处理池连通填埋场封场区和/或填埋场回灌区，处理池处理后的渗滤液全部返回，并重新进入处理系统，真正实现了渗滤液的无外排。暂存池为填埋场已有暂存池，容积1000立方米；应急池为填埋场已有应急池，容积3000立方米，用于平衡不同季节、天气、昼夜的蒸腾量变化，以及应对其他应急情况；暂存池入口处已设置粗、细两道格栅和一道拦污网。处理池的宽度为10.75m，长度为114m，处理池深度为1.0m，水力坡度为0.5%。为防止渗滤液在处理池内产生死角和旋流等，维持渗滤液均匀流动，处理池的布水管和给水管均为多孔pvc管，布水管和给水管总长度分别为10.75m。处理池的底部和侧面均设置防渗层，底部防渗层自下而上，侧面防渗层自外由内分别依次由沙石层，黏土层、聚乙烯薄膜层，黏土层构成。处理池内种植箱按照每排5个布置，共60排，前、后交错均匀布置300个种植箱。处理池内种植箱间距为0.3米，种植箱用钢筋焊接为圆桶结构，四周内衬塑料镂空板，底面为封板，种植箱上部设置用于吊抓的挂钩，种植箱直径为1.3米，高度为2.0米，处理箱内还预留有活动防雨棚、布水管、集水管的空间。种植箱内填充基质，基质由5-10mm细沙、10-15mm砾石、沸石、生物炭、土壤构成，细沙、砾石、沸石、土壤的体积比均为1:1，生物炭由生物质热解气化工艺制备，添加比例为基质总体积的5%。自处理池进水方向，前12排的种植箱内，每个种植箱间隔种植1株3年年龄大叶相思树或1株3年年龄桉树，共交替种植30株3年年龄大叶相思树和30株3年年龄桉树；第13-24排的种植箱内，每个种植箱间隔种植1株4年年龄大叶相思树或1株4年年龄桉树，共交替种植30株4年年龄大叶相思树和30株4年年龄桉树；第25-36排的种植箱内，每个种植箱间隔种植5年年龄大叶相思树或5年年龄桉树，共交替种植30株5年年龄大叶相思树和30株5年年龄桉树；第37-48排的种植箱内，每个种植箱间隔种植6年年龄大叶相思树或6年年龄桉树，共交替种植30株6年年龄大叶相思树和30株6年年龄桉树；第49-60排的种植箱内，每个种植箱间隔种植7年年龄大叶相思树或7年年龄桉树，共交替种植30株7年年龄大叶相思树和30株7年年龄桉树。每个种植箱内，大叶相思树或桉树均处于每个种植箱的中心位置，围绕大叶相思树或桉树、每个种植箱大致分为三个1/3圆的扇形区域，分别均匀种植10株狼尾草，10株巨菌草、10株象草。为减少填埋场渗滤液的产生量，在填埋场已封场区域同样种植大叶相思树、桉树，以及狼尾草、象草、巨菌草等植物。处理池四周布置雨水排沟，将处理池活动防雨棚、四周的雨水及时排走，防止处理池内渗滤液溢出，并防止外部的雨水不可控地灌入处理池。处理池内的活动防雨棚组合后，横向为连续w形，最高处预留300个柔性圆形缺口，150个柔性圆孔位置为大叶相思树的树径，150个柔性圆孔位置为桉树的树径。活动防雨棚纵向整体为拱形，处理池中心位置最高，为1.8米，处理池两侧位置最低，与雨水排沟连接。运行期间，晴天时活动防雨棚收起；阴雨天气时活动防雨棚打开，雨水经防雨棚收集，从处理池四周的雨水排沟排出。以2018年的数据为例，该填埋场年平均降雨量1623.6-1899.8mm，年日照时数1770-1940小时，年总辐射量4400-5000mj/m2。在暂存池检测的渗滤液全年平均参数为：codcr9.1g/l，bod52.6g/l，ss4.0g/l，tn3.4g/l，nh3-n2.2g/l，tp24.8mg/l，电导率29900μs/cm，ph7.4。系统运行时，处理池首先大量注入渗滤液量，保证种植箱水分饱和，然后根据处理池蒸发量严格控制处理池流入量（已扣除雨水影响），防止渗滤液溢流。2018年处理池流入量为3227.4吨，平均蒸发量为8.84t/日。扣除死亡17株大叶相思树和桉树，按照剩余283株大叶相思树和桉树，平均每株蒸发负荷为31.24kg/日（包括第二植物的贡献）。按照处理池面积，平均蒸发负荷为7.215kg/m2/日。据表1数据，7月份日平均处理量（蒸发量）最高为9.6t/日，3月份日平均蒸发量最低为8.06t/日，不平衡率为16.04%，远低于桉树本身蒸腾量的不平衡率。表2处理池1年期（2018年1月-12月）不同月份日平均渗滤液处理量（t/d）1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月最大不平衡率（%））流入量8.458.638.068.369.139.439.609.479.278.838.438.3716.04从该系统投用后的第二年起，每年3月更换达到8年年龄的种植箱。取下活动防雨蓬，用电锯割断各种植箱之间的植物根，用吊车将种植箱从处理池吊出，大量水分自然流出后，放置于水泥地面，晾晒干化后，砍伐大叶相思树、桉树，以及狼尾草、象草、巨菌草，清除根系。基质经干化、热脱附处理后，重新装入种植箱，并重新种植3年年龄叶相思树、3年年龄桉树，以及狼尾草、象草、巨菌草，然后用吊车放入处理池内，并逐排调整种植箱的位置、恢复处理池内的最初的根据年龄的布置方式，确保系统处理能力不随时间的增长而降低，并彻底处理基质中难以降解的污染物。以上实施例综合利用了人工湿地和植物蒸腾原理，处理效果好，综合成本较低，在全年各时期、各天气条件下蒸发处理量不平衡率较低，处理能力的稳定，通过定期更换植物与基质彻底清除了残留的污染物、并使得处理能力不随时间而大幅度变化，是一种比较理想的垃圾渗滤液处理方式。虽然已按照具体实施例来描述本发明，但是根据本文的教导，本领域技术人员对本发明做出其他方式修改也是显而易见的。本发明的保护范围以权利要求书的范围为限，但其他与本发明权利要求无实质性区别的技术方案，也应该本发明的保护范围内。当前第1页12