一种垃圾填埋场准好氧生态修复方法及系统与流程

本发明属于固体废物处理领域，具体涉及一种垃圾填埋场的修复方法及修复系统。

背景技术：

城市垃圾填埋是我国目前大多数城市解决生活垃圾出路的最主要方法，利用坑洼地填埋城市垃圾，是一种既可处置废物，又可覆土造地使用的保护环境措施。垃圾填埋场通常采用分层覆土填埋的方式对垃圾进行处理，堆积一层垃圾后再覆盖一层黄土。但是当代城市人口增长飞快，垃圾填埋场占地面积大，全国城市垃圾堆存累计侵占土地超过5亿平方米，造成经济损失高达300亿元。在城市的周边形成了一个个垃圾堆甚至“垃圾山”。现有处理手段只是简单堆放、填埋，给日后发展埋下了隐患。

对垃圾填埋场的处理方式，现在发展出生物法、活性污泥法、稳定塘、生物转盘、厌氧固定膜生物反应器等。准好氧填埋技术属于生物法，是在厌氧填埋的基础上，把渗滤液收集管末端直接敞开，在填埋场内外温度差的作用下，外界空气可以进入垃圾层，使垃圾降解速度加快，达到垃圾快速降解的作用。准好氧填埋可有效降低渗沥液的污染物浓度，消除厌氧型生物反应器填埋场具有的氨积累问题，显著加速垃圾体的降解，简化了渗沥液的处理工艺，提高了土地的利用率。

技术实现要素：

针对本领域存在的不足之处，本发明的目的是提出一种垃圾填埋场准好氧生态修复方法。

本发明的另一目的是提出一种垃圾填埋场准好氧生态修复系统。

实现本发明上述目的的技术方案为：

一种垃圾填埋场准好氧生态修复方法，包括：

向垃圾堆体中注入水和/或渗滤液；

利用垃圾堆体的高温环境造成堆体内外的温差，并辅以引风设备或使用自然通风，促使堆体与外界形成气体压差，堆体内的气体集中收集处理后，排出垃圾堆体环境；同时，新鲜气体引入垃圾堆体，在垃圾堆体内部形成准好氧环境；用抽气井将垃圾填埋场内的气体抽出，对抽出的垃圾填埋场气体进行处理，将处理后的垃圾填埋场气体排放；

在运行过程中收集(抽取)渗滤液，对渗滤液进行储存、处理；将经过处理的渗滤液回灌到垃圾堆体中。

其中，通过向垃圾堆体中注入水和/或渗滤液，使含水率保持在40～50％。

通风计算是基于垃圾好氧降解反应的最佳氧浓度：18-21％进行的。

其中，气体引入垃圾堆体的通风量为：

其中：qp为孔隙量，单位为m³。

其中，当堆体内含氧量<10％时，抽风机开启，此时填埋气体从连接抽风管路的抽气井内排出，并在抽气井周围形成负压，使堆体外的空气通过周围补气井进入堆体内，形成准好氧的反应环境。当堆体内含氧量达到18％时，风机关闭，此时自然进出风；

当风机开启时，抽出的垃圾填埋场气体经处理后排放；风机关闭时，则直接排至大气中；按照甲烷在空气中的爆炸极限是5％～15％，当所述气体中甲烷含量达到的5％～15％时，将气体用火炬燃烧。

本发明一种优选方案为，在抽气井的导气管顶端实管1米位置处设置三通，并在旁路上设置蝶阀。导气管向上的排气口设管帽或管堵，正常状态下管帽打开，填埋气沿导气管顶端排出，风机开启时，管帽封住导气管顶端，使填埋气从旁路经风机抽出填埋堆体。

其中，对抽出的垃圾填埋场气体进行处理的方法包括：

多级预处理，具体包括：喷淋洗涤、降尘、降温和脱水；

经多级预处理后的气体经异味控制器处理，

经异味控制器处理后的混合气体通过离心风机引高至15米以上进行高空排放。

一种垃圾填埋场准好氧生态修复系统，包括：渗滤液收集及回灌系统、气体系统、抽气系统、气体净化系统、监测系统、控制系统；

所述渗滤液收集及回灌系统包括渗滤液收集沟、渗滤液提升井和渗滤液收集池，所述渗滤液收集沟在垃圾填埋场一侧，在所述渗滤液收集沟上间隔设置渗滤液提升井，井内设置提升泵，用于将渗滤液提升至场外的渗滤液收集池内；

所述气体系统包括抽气井和补气井，抽气井通过抽风系统连接至气体净化系统，

所述气体净化系统包括多级预处理装置、异味控制器、火炬；

所述在抽气系统包括抽风机、抽气管道和冷凝液井，冷凝液井的布置间距为90～110m，冷凝液井分散布置在抽气管道上；

所述监测系统用于在整个运行期间，对垃圾堆体的温度、湿度、气体成分进行在线监测；

所述控制系统用于控制渗滤液收集及回灌系统、气体系统、抽气系统、气体净化系统的运行。

进一步地，所述渗滤液收集沟内设渗沥液导排花管，管外填充级配碎石，碎石粒径为40～100mm。

其中，所述渗滤液提升井直径1～3m，井筒设置高度为高于最终封场高度0.5m；井内设置提升泵；

优选地，提升泵设自动耦合装置，根据井内液位控制泵的启停；

其中，所述渗滤液提升井连接有回灌横井，即在堆体内均匀的布置回灌横井，横井内设置回灌花管，管外填充碎石。

其中，所述抽气井和补气井具有相同的结构(可统称导气井)，井间距为20～30m；井由花管和导管组成(花管在下，以便通气)，井管外的充填料为鹅卵石或砾石，井颈部分采用水压实粘土和膨润土压实；

花管上开直径5～8毫米的圆孔，开孔面积在25％～50％之间。花管的目的为进气或排气，要求开口表面积在25％～50％之间，但不能小于20％，也不能大于50％。过小气体流量受阻，过大会造成管道的强度下降。可选地，单井的直径800mm，井深10m。

填充材料要求如下：

鹅卵石或砾石要求预先清洗，没有任何污染。砂石的直径要求在1-2厘米之间，直径1厘米以下的砂不能多于5％，2厘米以上的不能多于10％。应尽可能采用河床鹅卵石。

压实粘土下的膨润土和玻璃棉毡主要的目的是防止粘土流入花管内。

在运行中，抽气井和补气井作用可以变换，在此提出两种模式：

模式一：正三角形布置的抽气井，相邻的七个井组成梅花形，将位于梅花形中间的井作为抽气井，其余六个井作为补气井。

模式二：为了增大抽气量，将位于偶数行的井作为抽气井，奇数行的井作为补气井。

与现有技术相比，本发明具有以下的优点和效果：

1.本发明提出的方法，包括使垃圾堆体保持适当含水量、通过抽气或补气控制气体含量，使垃圾堆体出于准好氧状态，更快速完全地降解污染物；垃圾分解产生的气体符合环境标准，填埋场安全性较好；

2.准好氧填埋为垃圾的降解提供了有利条件，因此垃圾分解较快，堆体稳定速度加快，便于填埋场地的稳定与修复；

3.准好氧填埋垃圾所产生的渗滤液其codcr、bod、氨氮浓度比一般卫生填埋场低1.5～2倍，缩减了垃圾渗滤液处理费用。

附图说明

图1为本发明渗滤液收集及回灌工艺流程图。

图2为本发明气体净化系统工艺流程图。

图3为本发明抽气井和补气井运行原理图。

具体实施方式

现以以下实施例来说明本发明，但不用来限制本发明的范围。实施例中使用的手段，如无特别说明，均使用本领域常规的手段。

实施例1.

本实施例处理的是海口白水塘垃圾填埋场。填埋场的面积约为12.02万平方米。

一种垃圾填埋场准好氧生态修复系统，包括：渗滤液收集及回灌系统、气体系统、抽气系统、气体净化系统、监测系统、控制系统；本垃圾填埋场还设置有动力和辅助系统包括交通、运输、动力、维护、安全防护等。

参见图1，所述渗滤液收集及回灌系统包括渗滤液收集沟、渗滤液提升井和渗滤液收集池。垃圾堆体中的渗滤液通过自流，汇集至渗滤液收集沟，在收集沟上间隔一定距离设置渗滤液提升井，井内设置提升泵，经泵压送至渗滤液收集池，经调理后回灌至填埋堆体。场调及地勘结果显示，本项目在场底西北角地势较低，堆体内渗滤液均汇流此处，因此沿西北角低洼处设置所述渗滤液收集沟在垃圾填埋场一侧，沟内设渗沥液导排花管，管外填充级配碎石，粒径为40～100mm。本工程场底低于场外地面约10米，因此需在所述渗滤液收集沟上间隔一定距离设置渗滤液提升井，井内设置提升泵。渗滤液经提升泵提升至场外的渗滤液收集池内；

所述渗滤液收集沟内设渗沥液导排花管，管外填充级配碎石，碎石粒径为40～100mm。

渗滤液提升井直径2m，采用预制钢筋混凝土结构。场区渗滤液通过渗滤液收集沟汇至提升井内。根据地勘报告显示，堆体内最高液位即井内最高液位约4-9米。井筒设置高度为高于最终封场高度0.5m。为保证运行安全，井筒顶部设置井盖。提升泵设自动耦合装置，并根据井内液位控制泵的启停。由于堆体内填埋气的存在可能进入提升井内，与电路接触存在安全隐患，本项目在提升井内设置强制通风设施及沼气传感器，保证运行安全。

根据总平面布置，本工程共设置提升井10座。

所述渗滤液提升井连接有回灌横井以进行回灌，即在堆体内均匀的布置回灌横井，横井内设置回灌花管，管外填充碎石。

所述气体系统包括抽气井和补气井，在垃圾填埋堆体边缘区域布置的，由于周围温度较低，可视为补气井，位于填埋堆体中间部位的为抽气井，抽气井通过抽风系统连接至气体净化系统。

所述抽气井和补气井具有相同的结构，井间距为25m。根据同类项目实际运行经验和相关实验数据，单井影响半径为15m时，垃圾好氧降解反应需要的氧气浓度最佳。经计算，本工程共设置抽气井90座，补气井113座。

单井的直径800mm，井深10m。井由花管和导管组成，花管在下，井管外的充填料为鹅卵石或砾石，井颈部分采用水压实粘土和膨润土压实以防漏气。花管上的开孔直径宽度为6毫米。花管的目的为进气或排气(参见图3)。

井管外的填充材料要求如下：

鹅卵石或砾石要求预先清洗，没有任何污染。砂石的直径要求在1～2厘米之间，直径1厘米以下的砂不能多于5％，2厘米以上的不能多于10％。应尽可能采用河床鹅卵石。压实粘土下的膨润土和玻璃棉毡主要的目的是防止粘土流入花管内。

所述气体净化系统(参见图2，采用市购的设备)包括多级预处理装置、异味控制器和火炬；

所述抽气系统包括抽风机、抽气管道和冷凝液井，冷凝液井的布置间距为100m较为适宜，冷凝液井分散布置在抽气管道上；

所述监测系统用于在整个运行期间，对垃圾堆体的温度、湿度、气体成分进行在线监测；

所述控制系统用于控制渗滤液收集及回灌系统、气体系统、抽气系统、气体净化系统的运行。

实施例2

采用实施例1的系统，垃圾填埋场准好氧生态修复方法，包括：

向垃圾堆体中注入水和/或渗滤液；

利用垃圾堆体的高温环境造成堆体内外的温差，并辅以引风系统或使用自然通风，促使堆体与外界形成气体压差，堆体内的气体集中收集处理后，排出垃圾堆体环境；同时，新鲜气体通过进风系统引入垃圾堆体，在垃圾堆体内部形成准好氧环境。用抽气井将垃圾填埋场内的气体抽出，对抽出的垃圾填埋场气体进行处理，将处理后的垃圾填埋场气体排放；

在运行过程中收集(抽取)渗滤液，对渗滤液进行储存、处理；将经过处理的渗滤液回灌到垃圾堆体中。

通过向垃圾堆体中注入水和/或渗滤液，使含水率保持在40～50％。

通风计算：

(1)基础条件

垃圾孔隙率：根据地质勘察资料估算，白水塘垃圾填埋场垃圾孔隙度为40％左右。空气中氧浓度：21％。

垃圾好氧降解反应的最佳氧浓度：18-21％。

孔隙量：根据垃圾的堆体量和孔隙度，可计算出好氧治理区域堆体的孔隙量：42.8万m³。

(2)通风量

根据理论，需3天完成堆体气体的全部置换，即在3天内抽出垃圾堆体中的全部填埋气体，因此通风量计算方法为：

其中：qp为孔隙量，单位为m³。

因此，通风量为99.07m³/min。

风机设计流量：设效率系数为1.2，则所选风机应满足通风量为118.9m³/min。

采用运行模式一：正三角形布置的抽气井，相邻的七个井组成梅花形，将位于梅花形中间的井作为抽气井，其余六个井作为补气井。

当堆体内含氧量<10％时，抽风机开启，此时填埋气体从连接抽风管路的抽气井内排出，并在抽气井周围形成负压，使堆体外的空气通过周围补气井进入堆体内，形成准好氧的反应环境。当堆体内含氧量达到18％时，风机关闭，此时自然进出风；

本方案在抽气井的导管距顶端1米位置处设置三通，并在旁路上设置蝶阀。导气管向上的排气口设管帽或管堵，正常状态下管帽打开，填埋气沿导气管顶端排出，风机开启时，管帽封住导气管顶端，使填埋气从旁路经风机抽出填埋堆体。

当风机开启时，气体经处理后排放。风机关闭时，根据前述计算，每个抽气井的甲烷气产量很少，可直接排至大气中；

可根据需要将蝶阀设置成气动或电动(防爆)，实现自动开启。由于甲烷在空气中的爆炸极限是5％～15％，为了避免生物除臭装置无法完全处理甲烷气，因此为了保证安全，设置火炬系统一套，当达到甲烷的爆炸极限时，气体直接送至火炬系统燃烧。

对抽出的垃圾填埋场气体进行处理的方法包括：

多级预处理，具体包括：喷淋洗涤、降尘、降温和脱水；

经多级预处理后的气体经异味控制器处理，本工艺采用把异味控制器安装在多级填料湿式净装置出口和烟囱之间的管路中的办法，该粒子通过分子间非极性相互作用与臭气分子发生非共价结合，从而大大稳定该类分子，降低其活性与刺激性，从而达到彻底去除臭味的效果。

经异味控制器处理后的混合气体通过离心风机引高至15米进行高空排放。

通过本技术处理，产生的气体、渗滤液符合《生活垃圾填埋场稳定化场地利用技术要求》(gb/t25179-2010)标准，填埋场经过1-3年可达到标准中的中度利用要求，进行相应的绿化工程建设。

实施例3

本实施例处理的是怀柔区岐庄村垃圾填埋场。填埋场的面积约为4万平方米，垃圾填埋量约一百万立方米。

一种垃圾填埋场准好氧生态修复系统，包括：渗滤液收集及回灌系统、气体系统、抽气系统、气体净化系统、监测系统、控制系统、动力和辅助系统；

所述渗滤液收集及回灌系统包括渗滤液收集沟、渗滤液提升井和渗滤液收集池。渗滤液收集沟在垃圾填埋场一侧，沟内设渗沥液导排花管，管外填充级配碎石，粒径为40-100mm。本工程场底低于场外地面约10米，在所述渗滤液收集沟上间隔一定距离设置渗滤液提升井，井内设置提升泵。渗滤液经提升泵提升至场外的渗滤液收集池内；

所述渗滤液收集沟内设渗沥液导排花管，管外填充级配碎石，碎石粒径为40-100mm。

所述渗滤液提升井直径2m，采用预制钢筋混凝土结构。场区渗滤液通过渗滤液收集沟汇至提升井内。根据地勘报告显示，堆体内最高液位即井内最高液位约8米。井筒设置高度为高于最终封场高度0.5m。为保证运行安全，井筒顶部设置井盖。每座井内设置一台提升泵，提升渗滤液至堆体外渗滤液收集池，提升泵设自动耦合装置，根据井内液位控制泵的启停。由于堆体内填埋气的存在可能进入提升井内，与电路接触存在安全隐患，本项目在提升井内设置强制通风设施及沼气传感器，保证运行安全。

所述渗滤液提升井连接有回灌横井以进行回灌，即在堆体内均匀的布置回灌横井，横井内设置回灌花管，管外填充碎石。

所述气体系统包括抽气井和补气井，抽气井通过抽风系统连接至气体净化系统。

所述抽气井和补气井具有相同的结构，间距为25m。

单井的直径800mm，井深10m。井由花管和导管组成，花管在下，井管外的充填料为鹅卵石或砾石，井颈部分采用水压实粘土和膨润土压实以防漏气。花管为孔状。采用6毫米的圆孔。开孔表面积为30％。

气体净化系统包括多级预处理装置、异味控制器和火炬；

所述在抽气系统包括抽风机、抽气管道和冷凝液井，冷凝液井的布置间距为100m较为适宜，冷凝液井分散布置在抽气管道上；

所述监测系统用于在整个运行期间，对垃圾堆体的温度、湿度、气体成分进行在线监测；

所述控制系统用于控制渗滤液收集及回灌系统、气体系统、抽气系统、气体净化系统的运行。

实施例4

采用实施例3的系统，垃圾填埋场准好氧生态修复方法，包括：

向垃圾堆体中注入水和/或渗滤液；

利用垃圾堆体的高温环境造成堆体内外的温差，并辅以引风系统或使用自然通风，促使堆体与外界形成气体压差，堆体内的气体集中收集处理后，排出垃圾堆体环境；同时，新鲜气体通过进风系统引入垃圾堆体，在垃圾堆体内部形成准好氧环境。用抽气井将垃圾填埋场内的气体抽出，对抽出的垃圾填埋场气体进行处理，将处理后的垃圾填埋场气体排放；

在运行过程中收集(抽取)渗滤液，对渗滤液进行储存、处理；将经过处理的渗滤液回灌到垃圾堆体中。

通过向垃圾堆体中注入水和/或渗滤液，使含水率保持在40～50％。

通风量控制同实施例2。

采用运行模式二：为了增大抽气量，将位于偶数行的井作为抽气井，奇数行的井作为补气井。

当堆体内含氧量<10％时，抽风机开启，此时填埋气体从连接抽风管路的抽气井内排出，并在抽气井周围形成负压，使堆体外的空气通过周围补气井进入堆体内，形成准好氧的反应环境。当堆体内含氧量达到18％时，风机关闭，此时自然进出风；

本方案在抽气井的导管距顶端1米位置处设置三通，并在旁路上设置蝶阀。导气管向上的排气口设管帽或管堵，正常状态下管帽打开，填埋气沿导气管顶端排出，风机开启时，管帽封住导气管顶端，使填埋气从旁路经风机抽出填埋堆体。

当风机开启时，气体经处理后排放。风机关闭时，根据前述计算，每个抽气井的甲烷气产量很少，可直接排至大气中；

可根据需要将蝶阀设置成气动或电动(防爆)，实现自动开启。由于甲烷在空气中的爆炸极限是5％～15％，为了避免生物除臭装置无法完全处理甲烷气，因此为了保证安全，设置火炬系统一套，当达到甲烷的爆炸极限时，气体直接送至火炬系统燃烧。

对抽出的垃圾填埋场气体进行处理的方法包括：多级预处理，具体包括：喷淋洗涤、降尘、降温和脱水；

经多级预处理后的气体经异味控制器处理，经异味控制器处理后的混合气体通过离心风机引高至15米进行高空排放。

通过本技术处理，产生的气体、渗滤液符合《生活垃圾填埋场稳定化场地利用技术要求》(gb/t25179-2010)标准，填埋场经过18个月的处理，达到了标准中的中度利用要求。

以上的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。