一种渗滤液和填埋气的动态双向导排控制方法与流程

本发明涉及环保技术领域和新能源开发技术领域，尤其涉及一种渗滤液和填埋气的动态双向导排控制方法。

背景技术：

据不完全统计数据表明，2014年我国城市生活垃圾清运量为17860万吨，而作为处理城市生活垃圾行之有效的卫生填埋方式所处理的生活垃圾有10744万吨，占总处置方式的60％，但是我国填埋场所填埋的混合垃圾含水率高达40％～60％，远高于欧美国家的20％～30％，且国内厨房垃圾的有机质含量较高(占生活垃圾总量的60％～65％)，填埋后垃圾自身压缩降解将产生大量渗滤液和填埋气。然而，垃圾的直接填埋容易受到高浓度有机酸抑制，产甲烷过程滞后，且在雨污分流操作不当、导排设计能力低或导排设施淤堵等情况下，填埋的垃圾容易形成垃圾阻水层，阻碍渗滤液下渗而无法导排，甚至导致渗滤液水位雍高，从而会影响填埋气的有效收集，存在环境安全风险。

由于当前我国大多数垃圾填埋场处理技术水平较低或管理不当，因此存在填埋气大量无组织释放、填埋气泄漏和爆炸、渗滤液水位雍高、渗滤液泄漏和扩散以及垃圾堆体沉降变形和失稳等问题。鉴于填埋气的开发利用可以降低垃圾体内部压力，避免填埋气在垃圾体内部集聚造成火灾、爆炸等事故发生，因此为了保障垃圾填埋场的安全作业，需对垃圾填埋场的填埋气和渗滤液加以有效控制。

目前，垃圾填埋场大都会对垃圾进行分层压实和每日覆盖，但作业面难以实施密封，使得采用现有的对垃圾填埋场封场后，钻孔并架设竖直抽气井或集气管的方式进行填埋气收集，在垃圾沉降不均匀造成气密破损或被难以及时排出的高位渗滤液淹没形成水封的情况下，容易造成抽气无效，甚至瘫痪，从而导致填埋气收集效率极低，而且一旦填埋气体堆积于填埋场内过多，会导致填埋场内孔隙压力增高，对填埋场造成极大的安全隐患。同时，对垃圾填埋场采用现有的底部渗滤液汇流系统进行渗滤液收集，在管道变形、堵塞或者腐蚀等情况下，一旦无法及时导排出去容易造成渗滤液水位雍高，进而也会降低填埋气收集效率。况且，我国南方雨水较多，垃圾填埋场都普遍面临渗滤液水位本来就较高，而雨水通过填埋垃圾表面渗入后加快垃圾内部渗滤液水位升高，堵塞抽气井，形成气体回收管网的湍动现象，从而直接影响填埋气的排出及回收利用率。

因此，如何在现有填埋气和渗滤液收集技术的基础上，结合我国填埋场的特点，研究出一套填埋气收集效率高、渗滤液导排顺畅的气液控制收集技术有着重要的意义。

技术实现要素：

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种渗滤液和填埋气的动态双向导排控制方法，改善垃圾体内部的导水透气性，解决目前垃圾在填埋过程中存在的渗滤液水位雍高、填埋气逸散且收集效率极低等问题。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种渗滤液和填埋气的动态双向导排控制方法，用于垃圾填埋场中，所述垃圾填埋场底部预埋有多个主管道，且所述多个主管道将所述垃圾填埋场分别与填埋气底部收集系统及渗滤液收集系统进行连通；其中，所述填埋气底部收集系统包括位于所述垃圾填埋场外部的真空泵以及穿入所述垃圾填埋场底部并将所述真空泵与所述多个主管道进行连通的排气管道；所述渗滤液收集系统包括穿入所述垃圾填埋场底部并与所述多个主管道进行连通的导排管道，且所述导排管道位于所述排气管道的下方，其上设有控制阀；

所述方法包括：

步骤a、确定所述垃圾填埋场的当前填埋阶段；其中，所述填埋阶段包括填埋初期阶段、填埋中期阶段和填埋后期阶段；

步骤b、根据所述确定的垃圾填埋场的当前填埋阶段，对所述垃圾填埋场中垃圾体进行相应的预处理，并选择所述填埋气底部收集系统及所述渗滤液收集系统分别进入相应的工作状态；其中，所述工作状态为开启状态或关闭状态。

其中，所述步骤a具体包括：

当所述垃圾填埋场中垃圾体堆放高度低于所述垃圾填埋场预设填埋总高度的三分之一时，确定所述垃圾填埋场的当前填埋阶段为填埋初期阶段；

当所述垃圾填埋场中垃圾体堆放高度高于所述垃圾填埋场预设填埋总高度的三分之一且低于所述垃圾填埋场预设填埋总高度时，确定所述垃圾填埋场的当前填埋阶段为填埋中期阶段；

当所述垃圾填埋场中垃圾体堆放高度达到所述垃圾填埋场预设填埋总高度时，确定所述垃圾填埋场的当前填埋阶段为填埋后期阶段。

其中，所述步骤b具体包括：

当确定所述垃圾填埋场的当前填埋阶段处于填埋初期阶段或填埋中期阶段时，均在每一次进入所述垃圾填埋场的垃圾体顶部上覆盖有用于防止雨水渗入的临时覆盖层；

根据预设的曝气频率，对每一次进入的垃圾体均通过其相应临时覆盖层表面上所预设的多个临时曝气井进行曝气预处理，且在每一次曝气预处理过程中，均会选择所述填埋气底部收集系统进入开启状态，通过开启所述真空泵实现填埋气收集，并同时均会选择所述渗滤液收集系统进入关闭状态，通过关闭所述导排管道上的控制阀阻止填埋气通过所述导排管道被排出或外界空气通过所述导排管道被引入；

待所述每一次曝气预处理完成后，均会选择所述渗滤液收集系统进入开启状态，通过开启所述导排管道上的控制阀实现渗滤液收集。

其中，所述临时覆盖层是通过在所述垃圾体顶部铺设有一定厚度的高密度聚乙烯膜、防水布或粘土来实现。

其中，所述高密度聚乙烯膜和防水布覆盖的厚度均位于0.1毫米至0.6厘米之间。

其中，所述粘土覆盖的厚度位于20厘米至30厘米之间。

其中，所述步骤b具体还包括：

当确定所述垃圾填埋场的当前填埋阶段处于填埋后期阶段时，在所述垃圾填埋场的垃圾体顶部和侧部上均覆盖有用于防止雨水渗入的最终覆盖层，并在所述垃圾体顶部的最终覆盖层上钻孔架设多个与所述真空泵相连通的第一气体抽气井；

选择所述填埋气底部收集系统进入开启状态，通过开启所述真空泵实现填埋气收集，并同时选择所述渗滤液收集系统进入开启状态，通过开启所述导排管道上的控制阀实现渗滤液收集，直至底部收集的填埋气量低于预设的阈值时，选择所述填埋气底部收集系统进入关闭状态，通过关闭所述真空泵阻止填埋气收集。

其中，所述方法进一步包括：

在所述垃圾填埋场的垃圾体侧部的中间位置上钻孔架设多个与所述真空泵相连通的第二气体抽气井或气体抽气沟。

其中，所述最终覆盖层是通过在所述垃圾体顶部和侧部由下至上依次铺设多孔材料排气层、粘土保护层、高密度聚乙烯膜及粘土来实现。

其中，所述渗滤液收集系统还包括与所述导排管道相连通的集水井。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

本发明在垃圾填埋场底部设有与主管道分别连通且高度不同的排气管道和导排管道，使得垃圾填埋场在处于不同的填埋阶段中，通过选择填埋气底部收集系统和渗滤液收集系统分别进入相应的工作状态，实现填埋气由主管道进入排气管道被排出，以及实现渗滤液在重力及惯性作用下由主管道进入导排管道被排出，同时填埋后期填埋气可以从底部和顶部同时抽出，从而改善垃圾填埋场中垃圾体内部的导水透气性，解决目前垃圾在填埋过程中存在的渗滤液水位雍高、填埋气逸散且收集效率极低等问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。

图1为本发明实施例提供的渗滤液和填埋气的动态双向导排控制方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的渗滤液和填埋气的动态双向导排控制方法中垃圾填埋场与填埋气底部收集系统及渗滤液收集系统连通的应用场景图；

图3为本发明实施例提供的渗滤液和填埋气的动态双向导排控制方法中垃圾填埋场填埋初期阶段的操作应用场景图；

图4为本发明实施例提供的渗滤液和填埋气的动态双向导排控制方法中垃圾填埋场填埋中期阶段的操作应用场景图；

图5为本发明实施例提供的渗滤液和填埋气的动态双向导排控制方法中垃圾填埋场填埋后期阶段的操作应用场景图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

如图1所示，为本发明实施例中，提供的一种渗滤液和填埋气的动态双向导排控制方法，用于垃圾填埋场中，垃圾填埋场底部预埋有多个主管道L0，且多个主管道L0将垃圾填埋场分别与填埋气底部收集系统及渗滤液收集系统进行连通；其中，填埋气底部收集系统包括位于垃圾填埋场外部的真空泵B以及穿入垃圾填埋场底部并将真空泵K与多个主管道L0进行连通的排气管道L1；渗滤液收集系统包括穿入垃圾填埋场底部并与多个主管道L0进行连通的导排管道L2，且导排管道L2位于排气管道L1的下方，其上设有控制阀K(如图2所示)；当然，为了汇聚所收集的渗滤液，渗滤液收集系统还可以包括与导排管道L1相连通的集水井；

所述方法包括：

步骤S1、确定所述垃圾填埋场的当前填埋阶段；其中，所述填埋阶段包括填埋初期阶段、填埋中期阶段和填埋后期阶段；

具体过程为，当垃圾填埋场中垃圾体堆放高度低于垃圾填埋场预设填埋总高度的三分之一时，确定垃圾填埋场的当前填埋阶段为填埋初期阶段；

当垃圾填埋场中垃圾体堆放高度高于垃圾填埋场预设填埋总高度的三分之一且低于垃圾填埋场预设填埋总高度时，确定垃圾填埋场的当前填埋阶段为填埋中期阶段；

当垃圾填埋场中垃圾体堆放高度达到垃圾填埋场预设填埋总高度时，确定垃圾填埋场的当前填埋阶段为填埋后期阶段。

步骤S2、根据所述确定的垃圾填埋场的当前填埋阶段，对所述垃圾填埋场中垃圾体进行相应的预处理，并选择所述填埋气底部或顶部收集系统及所述渗滤液收集系统分别进入相应的工作状态；其中，所述工作状态为开启状态或关闭状态。

具体过程为，整个垃圾填埋过程被分为填埋初期、填埋中期和填埋后期三个阶段，使得各阶段均对垃圾体处理具有对应不同的操作手法，具体描述如下：

(1)填埋初期阶段(如图3所示)：当垃圾填埋场的当前填埋阶段处于填埋初期阶段时，均在每一次进入垃圾填埋场的垃圾体顶部上覆盖有用于防止雨水渗入的临时覆盖层；

根据预设的曝气频率，对每一次进入的垃圾体均通过其相应临时覆盖层表面上所预设的多个临时曝气井进行曝气预处理，且在每一次曝气预处理过程中，均会选择填埋气底部收集系统进入开启状态，通过开启真空泵B实现填埋气收集，并同时均会选择渗滤液收集系统进入关闭状态，通过关闭导排管道L2上的控制阀K阻止填埋气通过导排管道L2被排出或外界气体通过导排管道L2被引入，从而有效地避免垃圾体抽气效果的弱化；

待每一次曝气预处理完成后，均会选择渗滤液收集系统进入开启状态，通过开启导排管道L2上的控制阀B实现渗滤液收集。

在填埋初期阶段(1)中，首先每一次垃圾体进入垃圾填埋场时，其上设置的临时覆盖层都可以有效地防止雨水通过填埋垃圾表面渗入，防止垃圾体内部渗滤液水位升高。

其次，顶部曝气预处理在于加速消耗垃圾降解过程中产生的挥发性脂肪酸以及降低垃圾含水率。由于曝气能帮助垃圾中的易降解有机物快速好氧分解形成孔隙水中的酸性产物，降低对后期产甲烷微生物产甲烷的抑制，因此酸性物质的去除也将大大缩短产甲烷滞后期。而且曝气会增加垃圾的pH值，减少渗滤液中的化学需氧量和生化需氧量，提高渗滤液水质。

然后，前期填埋气底部收集系统都会对每一次进入垃圾填埋场的垃圾体进行底部真空抽排，将促使垃圾体内形成压力梯度，不仅使得后期渗滤液的移除效果将大大提升，而且能提高填埋气收集效率，控制顶部臭气逸散，减小对环境产生的污染危害，克服渗滤液水位雍高的问题。同时，由于排气管道L1和导排管道L2埋深梯度构造不同，使得底部真空抽排获得的填埋气和渗滤液自行实现气液分离，其中填埋气将被排气管道L1收集，渗滤液和其他凝结水将被导排管道L2收集。

最后，渗滤液的有效移除能增大垃圾体中的充气空隙空间，空隙的增加能减少微生物的接触面积，这对缓解垃圾填埋初期阶段(1)中有机垃圾水解发酵产物产生的酸抑制有十份重要的作用。另外，在后期(如产甲烷阶段)由于重力作用、自身荷载或者临时覆盖面上继续堆填垃圾的过程中，底部垃圾的孔隙率将逐渐减小，底物接触面积又将逐渐增加。

(2)填埋中期(如图4所示)：当垃圾填埋场的当前填埋阶段处于填埋中期阶段时，均在每一次进入垃圾填埋场的垃圾体顶部上覆盖有用于防止雨水渗入的临时覆盖层；

根据预设的曝气频率，对每一次进入的垃圾体均通过其相应临时覆盖层表面上所预设的多个临时曝气井进行曝气预处理，且在每一次曝气预处理过程中，均会选择填埋气底部收集系统进入开启状态，通过开启真空泵B实现填埋气收集，并同时均会选择渗滤液收集系统进入关闭状态，通过关闭导排管道L1上的控制阀K阻止填埋气通过导排管道L2被排出或外界气体通过导排管道L2被引入，从而有效地避免垃圾体抽气效果的弱化；

待每一次曝气预处理完成后，均会选择渗滤液收集系统进入开启状态，通过开启导排管道L1上的控制阀K实现渗滤液收集。

在填埋中期阶段(2)中，其对应的操作手法与填埋初期阶段(1)相同，即继续保持顶部临时曝气预处理，并同时选择填埋气底部收集系统进入开启状态，通过开启真空泵B实现底部负压填埋气收集操作，具体的有益效果请参见填埋初期阶段(1)的相关内容，在此不再一一赘述。

随着垃圾体的堆放高度增加，垃圾体也被自然分成了顶部有氧层、中部有缺氧过渡层以及底部的厌氧产气层，此时顶部临时覆盖层依旧进行曝气预处理，但由于供氧程度不能直达中低部，好氧分解仅限于顶部曝气层，而在埋深较深的中间层，由于只是早期进行了曝气预处理，现在将逐渐成为缺氧层。

(3)填埋后期(如图5所示)：当垃圾填埋场的当前填埋阶段处于填埋后期阶段时，在垃圾填埋场的垃圾体顶部和侧部上均覆盖有用于防止雨水渗入的最终覆盖层，并在垃圾体顶部的最终覆盖层上钻孔架设多个与真空泵B相连通的第一气体抽气井；

选择填埋气底部收集系统进入开启状态，通过开启真空泵B实现填埋气收集，并同时选择渗滤液收集系统进入开启状态，通过开启导排管道L1上的控制阀K实现渗滤液收集，直至收集的填埋气量低于预设的阈值时，选择填埋气底部收集系统进入关闭状态，通过关闭真空泵B阻止填埋气收集。

在填埋后期阶段(3)中，库容已满，填埋垃圾厚度达到设计封顶高度(即垃圾填埋场预设填埋总高度)，待覆盖的最终覆盖层完成后安装气体抽气井，实现填埋气通过真空泵B从顶部和底部同时抽出。当然，为了进一步提高填埋气的收集效率，有必要在垃圾填埋场的垃圾体侧部的中间位置上钻孔架设多个与真空泵B相连通的第二气体抽气井或气体抽气沟。

应当说明的是，填埋后期阶段(3)中，选择填埋气底部收集系统和渗滤液收集系统进入的工作状态可以根据实际需要进行动态控制，例如当收集的填埋气量低于预设的阈值，即填埋气几近停止，填埋气底部收集系统进入关闭状态，关闭真空泵B阻止填埋气收集；当填埋气的气压过高或渗滤液水量过大，填埋气底部收集系统和渗滤液收集系统都进入开启状态，开启真空泵B实现填埋气收集，开启导排管道L1上的控制阀K实现渗滤液收集，此时真空抽气使得垃圾体内存在气液压力梯度，形成气液流动通路，使得渗滤液和填埋气更能有效移除。当然，为了更有效地收集填埋气，还可以将第一气体抽气井、第二气体抽气井或气体抽气沟单独连接另一真空泵，在底部收集的填埋气量低于预设的阈值，填埋气底部收集系统进入关闭状态，关闭真空泵B阻止填埋气收集，而顶部收集的填埋气量如果还高于预设的阈值，则与第一气体抽气井、第二气体抽气井或气体抽气沟单独连接的另一真空泵应继续工作，直到顶部收集的填埋气量低于预设的阈值为止。

可以理解的是，由于设有填埋气底部收集系统，因此垃圾体顶部钻孔的气体抽气井深度不必等同于常规填埋场中的气体抽气井深度(通常约为埋深的70％～80％)，而是小于常规气体抽气井深度，这不仅提高了填埋气收集率，还大大减小了安装难度，施工方便，工程费用低，后期维护管理方便。

在本发明实施例中，填埋初期阶段(1)和填埋中期阶段(2)中的临时覆盖层通过在垃圾体顶部铺设有一定厚度的高密度聚乙烯膜、防水布或粘土来实现；其中，高密度聚乙烯膜和防水布覆盖的厚度均位于0.1毫米至0.6厘米之间；粘土覆盖的厚度位于20厘米至30厘米之间。预设的曝气频率可以参照1～2小时/次，2～4次/天。

填埋后期阶段(3)中的最终覆盖层是通过在垃圾体顶部和侧部由下至上依次铺设多孔材料排气层、粘土保护层、高密度聚乙烯膜及粘土来实现，也可以继续在最终覆盖层上栽种植物。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

本发明在垃圾填埋场底部设有与主管道分别连通且高度不同的排气管道和导排管道，使得垃圾填埋场在处于不同的填埋阶段中，通过选择填埋气底部收集系统和渗滤液收集系统分别进入相应的工作状态，实现填埋气由主管道进入排气管道被排出，以及实现渗滤液在重力及惯性作用下由主管道进入导排管道被排出，同时填埋后期填埋气可以从底部和顶部同时抽出，从而改善垃圾填埋场中垃圾体内部的导水透气性，解决目前垃圾在填埋过程中存在的渗滤液水位雍高、填埋气逸散且收集效率极低等问题。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，如ROM/RAM、磁盘、光盘等。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。