本发明属于环保和新能源技术领域，特别涉及一种加速填埋垃圾甲烷化的方法。
背景技术：
卫生填埋是我国生活垃圾处理的主要方法之一。但传统的卫生填埋技术存在着垃圾稳定化时间长、渗滤液成分复杂难于处理以及填埋气产率低和回收利用困难等问题。针对传统卫生填埋存在的问题，20世纪70年代，以渗滤液回灌为主要控制措施的生物反应器填埋技术应运而生。生物反应器填埋主要包括回灌型、两相型和脱氮型等几种类型。其中脱氮型生物反应器填埋技术因可从源头上解决渗滤液氨氮浓度过高的问题，在生活垃圾填埋和渗滤液处理领域受到关注。
相比较，异位硝化原位反硝化脱氮型生物反应器填埋技术，先对渗滤液进行处理，将渗滤液中的氨氮转化成硝酸盐氮，然后利用填埋场的厌氧环境和微生物将硝酸盐氮转化成气态氮。然而，研究人员也发现回灌经硝化的渗滤液至新鲜垃圾填埋场，能取得较好的脱氮效果，但同时硝酸盐会抑制甲烷产生。
造成甲烷化过程受抑制的主要原因是硝酸盐对产甲烷微生物活性有影响。反硝化过程中，由于硝酸盐对分子氢的竞争，过高的硝酸盐浓度会抑制产甲烷过程的顺利进行。
因此，对于异位硝化原位反硝化脱氮型生物反应器填埋技术，要促进原位反硝化阶段的垃圾产甲烷化，加速垃圾稳定化就必须降低回灌硝酸盐氮浓度。根据经典的生物脱氮理论，氨氮转化为硝酸盐的硝化阶段，降低硝酸盐势必要降低氨氮去除率，从而导致系统总氮去除率的降低。因此，既要保证异位硝化阶段的氨氮去除率，又要降低回灌至原位反硝化阶段的渗滤液的硝酸盐浓度成为需要解决的关键问题。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种加速填埋垃圾甲烷化的方法。
本发明的思路：对于异位硝化原位反硝化脱氮型生物反应器填埋技术，通过控制异位硝化阶段的曝气量和运行参数，实现同步硝化反硝化，在保证氨氮去除率的同时，降低硝酸盐氮的浓度，低浓度硝酸盐氮渗滤液回灌至原位反硝化反应器中，降低对产甲烷菌的抑制作用，从而加速填埋垃圾甲烷化。
具体步骤为：
（1）设置一种联用装置，包括新鲜垃圾填埋装置和矿化垃圾反应装置，新鲜垃圾填埋装置为厌氧反硝化反应装置，矿化垃圾反应装置为同步硝化反硝化反应装置。
所述新鲜垃圾填埋装置顶部设有进水口和采气阀，顶盖与柱体间采用带橡胶垫的法兰承接方式密封；渗滤液进入后由液体分布器匀速旋转布水，依次流经上部砾石层、生活垃圾层和下部砾石层；上部砾石层具有缓冲和再次布水的功能；下部砾石层布置为粒径上细下粗的结构，起到承托垃圾和汇集渗滤液的作用，产生的渗滤液由底部出水口流出，收集于储水箱，经水泵泵至矿化垃圾反应装置的进水口；新鲜垃圾填埋装置单侧等距离设有上、中、下三个固体取样孔。
所述矿化垃圾反应装置包括反应装置主体、通风管、气体流量计、气泵和控制箱，矿化垃圾反应装置侧面均匀设置上、中、下三个固体取样孔，底部设有出水口和曝气管，曝气管连接气体流量计，气体流量计连接至气泵，气泵连接控制箱；中央设通风管，通风管顶部密封、管壁打孔且下部与曝气管相连，通风管外部裹纱网；矿化垃圾反应装置顶部加盖及漏斗，漏斗与盖间设置阀门，盖底加均匀布孔pvc板；矿化垃圾反应装置装填上部砾石层、矿化垃圾层和斜面砾石层，由均匀布孔的斜板支撑斜面砾石层，斜面砾石层起到承托垃圾和汇集渗滤液的作用，产生的渗滤液由底部出水口流出，收集于储水箱，经水泵泵至新鲜垃圾填埋装置的进水口；三个温度探头均匀埋入矿化垃圾层。
所述新鲜垃圾填埋装置为全密封式反硝化反应装置。
(2)步骤(1)设置的联用装置按照以下步骤运行：
a．通过调节设置曝气量为0.09~1.88m3/(m3·d)，曝气时长为3~5h，进水负荷为35~50l/(m3·d)，进水频次为1次/d，实现矿化垃圾反应器为异位同步硝化反硝化反应器。
b．矿化垃圾，用筛子将其筛分出4~10mm粒径范围，然后填到矿化垃圾反应器里，装填密度为740kg/m3。
c．新鲜垃圾反应器产生的垃圾渗滤液进入矿化垃圾反应器进行同步硝化反硝化处理，保证氨氮去除率的基础上降低硝酸盐氮浓度；矿化垃圾反应器的出水再次进入新鲜垃圾反应器，低浓度硝酸盐氮降低对新鲜垃圾反应器中产甲烷菌活性的抑制，按照此步骤方法不断循环。
(3)完成步骤(2)，即实现加速填埋垃圾甲烷化。
本发明方法的优点：
针对异位硝化原位反硝化生物反应器填埋过程中，异位硝化阶段硝酸盐浓度过高，抑制原位反硝化阶段垃圾甲烷化进程的问题，以及经典生物脱氮技术硝化阶段降低硝酸盐与提高氨氮去除率的矛盾，本发明方法通过将异位硝化阶段控制为同步硝化反硝化，在一个反应器内，在保证氨氮高效硝化（保证氨氮去除率）的同时，显著提高硝酸盐反硝化脱氮（降低硝酸盐浓度），低浓度硝酸盐氮渗滤液回灌至原位反硝化反应器中，降低了对产甲烷菌的抑制作用，从而加速了填埋垃圾甲烷化。
附图说明
图1是本发明方法所用装置的结构示意图。
图中标记：1,10-进水口；2-采气阀；3,11-液体分布器；4,12-上部砾石层；5,13-固体取样孔；14-通风管；6-下部砾石层；15-斜面砾石层；7,18-出水口；8,19-储水箱；9,20-水泵；16-气泵；17-气体流量计；c-新鲜垃圾填埋装置c；a-新鲜垃圾填埋装置a；d-矿化垃圾反应装置d；b-矿化垃圾反应装置b。
具体实施方式
实施例：
构建一种加速填埋垃圾甲烷化的装置，包括新鲜垃圾填埋装置c和矿化垃圾反应装置d，新鲜垃圾填埋装置c和矿化垃圾反应装置d构成了异位同步硝化反硝化原位反硝化一体化装置；新鲜垃圾填埋装置c采用不锈钢圆柱，柱高65cm，直径34cm。柱顶设有进水口1和采气阀2，顶盖与柱体间采用带橡胶垫的法兰承接方式密封。渗滤液进入后由液体分布器3匀速旋转布水，依次流经上部砾石层4（5cm）、生活垃圾层（40cm）和下部砾石层6（5cm）。上部砾石层4具有缓冲和再次布水的功能；下部砾石层6布置为粒径上细下粗的结构，起到承托垃圾和汇集渗滤液的作用。产生的渗滤液由底部出水口7流出（1次/d），收集于储水箱8，经水泵9泵至矿化垃圾反应装置d的进水口10。新鲜垃圾填埋装置c单侧等距离设有上、中、下三个固体取样孔5；矿化垃圾反应装置d包括反应装置主体、通风管14、气体流量计17、气泵16和控制箱。矿化垃圾反应装置d侧面均匀设置三个固体取样口13，底部设出水口18及曝气管，曝气管连接气体流量计17，气体流量计17连接气泵16，气泵16连接控制箱；中央设通风管14，其顶部密封、管壁打孔且下部与曝气管相连，通风管14外部裹纱网；矿化垃圾反应装置d顶部加盖及漏斗，漏斗与盖间设置阀门，盖底加均匀布孔pvc板；矿化垃圾反应装置d装填上部砾石层12、矿化垃圾层和斜面砾石层15，由均匀布孔的斜板支撑斜面砾石层15，斜面砾石层15起到承托垃圾和汇集渗滤液的作用，产生的渗滤液由底部出水口18流出，收集于储水箱19，经水泵20泵至新鲜垃圾填埋装置c的进水口1；三个温度探头均匀埋入矿化垃圾层。
所述矿化垃圾取自桂林市冲口垃圾填埋场，新鲜垃圾取自桂林市雁山镇垃圾中转站。
所述矿化垃圾是具有10年填埋龄的矿化垃圾，从填埋场运回实验室后，用筛子将其筛分出4～10mm粒径范围，然后填到矿化垃圾反应装置d里，装填密度为740kg/m3。矿化垃圾外观物理性状表现为：类似土壤、没有异味。
(2)根据实际需要设定的装置运行参数，通过漏斗浇灌垃圾渗滤液，进水后关闭漏斗和盖子间的阀门，每天进渗滤液前将前一天装置中反应后的渗滤液放出，然后立即关闭出水阀。试验过程中每周测定一次出水渗滤液中的各污染物浓度变化。
本实施例装置总的进水负荷为35~50l/(m3·d)，进水频次1次/d。新鲜垃圾填埋装置c采用密封式。矿化垃圾反应装置d采用在反应器底部间歇曝气，每天曝气3~5小时，曝气量为0.09~1.88m3/(m3·d)，矿化垃圾反应装置d运行过程参数调节情况如表1所示。
表1矿化垃圾反应装置运行过程参数调节情况
对照例：
(1)构建一种对照装置，包括新鲜垃圾填埋装置a和矿化垃圾反应装置b，新鲜垃圾填埋装置a采用不锈钢圆柱，柱高65cm，直径34cm。柱顶设有进水口1和采气阀2，顶盖与柱体间采用带橡胶垫的法兰承接方式密封。渗滤液进入后由液体分布器3匀速旋转布水，依次流经上部砾石层4（5cm）、生活垃圾层（40cm）和下部砾石层6（5cm）。上部砾石层4具有缓冲和再次布水的功能；下部砾石层6布置为粒径上细下粗的结构，起到承托垃圾和汇集渗滤液的作用。产生的渗滤液由底部出水口7流出（1次/d），收集于储水箱8，经水泵9泵至矿化垃圾反应装置b的进水口10。a单侧等距离设有上、中、下三个固体取样孔5；矿化垃圾反应装置b包括反应装置主体、通风管14、气体流量计17、气泵16和控制箱。矿化垃圾反应装置b侧面均匀设置三个固体取样口13，底部设出水口18及曝气管，曝气管连接气体流量计17，气体流量计17连接气泵16，气泵16连接控制箱；中央设通风管14，其顶部密封、管壁打孔且下部与曝气管相连，通风管14外部裹纱网；矿化垃圾反应装置b顶部加盖及漏斗，漏斗与盖间设置阀门，盖底加均匀布孔pvc板；矿化垃圾反应装置b装填上部砾石层12、矿化垃圾层和斜面砾石层15，由均匀布孔的斜板支撑斜面砾石层15，斜面砾石层15起到承托垃圾和汇集渗滤液的作用，产生的渗滤液由底部出水口18流出，收集于储水箱19，经水泵20泵至新鲜垃圾填埋装置a的进水口1；三个温度探头均匀埋入矿化垃圾层。
所述矿化垃圾取自桂林市冲口垃圾填埋场，新鲜垃圾取自桂林市雁山镇垃圾中转站。
所述矿化垃圾是具有10年填埋龄的矿化垃圾，从填埋场运回实验室后，用筛子将其筛分出4～10mm粒径范围，然后填到矿化垃圾反应装置b里，装填密度为740kg/m3。矿化垃圾外观物理性状表现为：类似土壤、没有异味。
(2)根据实际需要设定的装置运行参数，通过漏斗浇灌垃圾渗滤液，进水后关闭漏斗和盖子间的阀门，每天进渗滤液前将前一天装置中反应后的渗滤液放出，然后立即关闭出水阀。试验过程中每周测定一次出水渗滤液中的各污染物浓度变化。
本实施例装置总的进水负荷为35~50l/(m3·d)，进水频次1次/d。新鲜垃圾填埋装置a采用密封式。矿化垃圾反应装置b控制曝气负荷6.03m3/(m3.d)、24h曝气的状态，以形成好氧硝化环境。
试验运行30周，结果表明，c+d一体化装置的产甲烷效果优于a+b一体化装置。产甲烷滞后时间（ch4达到5%）分别为11和15周；c+d一体化装置的甲烷化稳定时间（ch4由5%上升至50%）为7周，在第19周甲烷浓度达到最高54.4%；而a+b一体化装置的甲烷含量却一直低于50%，在第20周甲烷浓度达到最高44.9%。说明异位同步硝化反硝化原位反硝化一体化装置可以加速垃圾甲烷化进程，并提高填埋气的甲烷含量。