專利名稱：改進(jìn)的城市生活垃圾填埋結(jié)構(gòu)體和填埋處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及垃圾填埋處理，具體涉及一種實(shí)現(xiàn)城市生活垃圾快速穩(wěn)定化和甲烷減 排的填埋結(jié)構(gòu)體和填埋處理方法。
背景技術(shù)：
我國城市生活垃圾的產(chǎn)生量巨大，其清運(yùn)量由1981年的2606萬噸逐年增加至 2006年的14841萬噸，年均增長率約為7. 4% (中國城市建設(shè)統(tǒng)計(jì)年鑒，2007)。我國城市 生活垃圾組分的水分含量和廚余物含量高、熱值較低等特點(diǎn)。城市生活垃圾的無害化處理 的主要方式包括填埋、焚燒和堆肥等，結(jié)合我國國情和城市生活垃圾的特點(diǎn)，衛(wèi)生填埋技術(shù) 在今后很長一段時(shí)間內(nèi)仍將是中國城市生活垃圾無害化處理的主要方式。衛(wèi)生填埋法是從傳統(tǒng)的堆放和土地處置方法發(fā)展起來的一種最終處置技術(shù)，具有 處理成本低和易于操作等特點(diǎn)，是國內(nèi)外最常用的生活垃圾處理處置方法。目前，我國的垃 圾填埋場幾乎都是厭氧型，普遍存在垃圾滲濾液難處理、填埋垃圾的穩(wěn)定期長、填埋氣產(chǎn)量 不穩(wěn)定以及CH4和CO2等溫室氣體排放等問題。其中，厭氧型填埋場內(nèi)的生物代謝速度較 慢，填埋垃圾長時(shí)間得不到穩(wěn)定，其穩(wěn)定期一般超過40年，對于周邊環(huán)境存在長期的污染 風(fēng)險(xiǎn)。此外，我國大多數(shù)中小型填埋場不具備填埋氣回收利用裝置，或者填埋氣回收利用的 經(jīng)濟(jì)效益差，導(dǎo)致大量溫室氣體直接釋放。上述問題已經(jīng)嚴(yán)重制約了我國衛(wèi)生填埋技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。目前，為解決上述衛(wèi) 生填埋技術(shù)所面臨問題，一般采用生物反應(yīng)器填埋技術(shù)。生物反應(yīng)器填埋主要包括兩方面 的功能1)通過強(qiáng)制通風(fēng)鼓入空氣，強(qiáng)化填埋層中的生物代謝作用；2)將滲濾水回灌至填 埋層內(nèi)，以改善水分含量對于填埋垃圾代謝的限制。生物反應(yīng)器填埋技術(shù)具有生物降解速 度快，穩(wěn)定化時(shí)間短(5 10年)，填埋氣產(chǎn)量高，加快滲濾液中污染物濃度下降等特點(diǎn)。 但是，生物反應(yīng)器填埋技術(shù)工藝設(shè)備復(fù)雜，技術(shù)和操作難度大，特別是強(qiáng)制通風(fēng)系統(tǒng)增加了 投資處理成本和設(shè)計(jì)施工難度。此外，生物反應(yīng)器填埋技術(shù)存在滲濾液NH3-N積累、高濃度 NH3-N對填埋層微生物的毒害、填埋層的酸化和填埋氣產(chǎn)氣速率加快引發(fā)的安全問題等問 題。目前，生物反應(yīng)器填埋場在我國應(yīng)用相對較少，且在填埋場設(shè)計(jì)過程中沒有充分 考慮溫室氣體甲烷的減排，而主要目的則是為了填埋場的快速穩(wěn)定化。垃圾填埋場是僅次于濕地和稻田的第三大CH4排放源。政府間氣候變化專門委員 會(Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC)估計(jì)，全球每年 CH4 排放對溫室 效應(yīng)的貢獻(xiàn)率約占15% 20%，其中5% 10%來自垃圾填埋場。隨著垃圾量和填埋率的 增加，填埋場CH4產(chǎn)生量的增長率明顯高于其他排放源，其釋放比例也呈增加的趨勢。因此， 探索減少填埋場CH4排放的對策是國內(nèi)外研究者關(guān)注的熱點(diǎn)問題之一。由于我國城市生活 垃圾產(chǎn)生量的持續(xù)增長，我國填埋場CH4產(chǎn)生量將會大幅升高。因此，我國垃圾填埋場CH4 減排的壓力將會不斷加大。我國2008年7月1日起實(shí)施的《生活垃圾填埋場污染控制標(biāo)準(zhǔn)(GB 16889-2008)))對生活垃圾填埋場中甲烷排放提出了更高的要求，既填埋工作面上2m以下高度范圍內(nèi)甲 烷的體積百分比應(yīng)不大于0. ；通過導(dǎo)氣管道直接排放的填埋氣體中，導(dǎo)氣管排放口的甲 烷的體積百分比應(yīng)不大于5%。但是，對目前我國大部分厭氧型填埋場，尤其是大量的中小 型城鎮(zhèn)生活垃圾填埋場而言，由于缺乏甲烷回收利用設(shè)施，在執(zhí)行新標(biāo)準(zhǔn)中將會面臨巨大 的困難，急需有效實(shí)現(xiàn)垃圾填埋甲烷減排的技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種實(shí)現(xiàn)城市生活垃圾處理快速穩(wěn)定化和CH4減排的填埋 結(jié)構(gòu)體和填埋處理方法，結(jié)合中國城市生活垃圾的特點(diǎn)，通過對現(xiàn)有技術(shù)的垃圾填埋結(jié)構(gòu) 體進(jìn)行相應(yīng)改變，達(dá)到城市生活垃圾的快速穩(wěn)定化，同時(shí)實(shí)現(xiàn)溫室氣體CH4減排功能。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的一方面提供一種改進(jìn)的城市生活垃圾填埋結(jié)構(gòu)體，其 包括如下構(gòu)造鋪設(shè)在地基土上的粘土襯墊；鋪設(shè)在所述粘土襯墊上的聚合物膜；鋪設(shè)在 聚合物膜上的土工布和鋪設(shè)在土工布上的滲濾液導(dǎo)排層，在所述滲濾液導(dǎo)排層中埋設(shè)有滲 濾液導(dǎo)排管；其特征在于，所述滲濾液導(dǎo)排管的末端與大氣連通，所述滲濾液導(dǎo)排管還分別 與開孔的水平和垂直開孔的導(dǎo)氣管相連接，并且所述水平和垂直的導(dǎo)氣管及以及用于保護(hù) 所述水平和垂直的導(dǎo)氣管的石籠均伸出垃圾填埋體外，與大氣連通。另外，本發(fā)明的另一方面提供一種城市生活垃圾的填埋處理方法，所述填埋處理 方法使用根據(jù)本發(fā)明第一方面所述的改進(jìn)的城市生活垃圾填埋結(jié)構(gòu)，所述處理方法包括如 下步驟通過使填埋場滲濾液導(dǎo)排管末端、所述水平和垂直的導(dǎo)氣管分別與大氣連通，填埋 垃圾體發(fā)酵導(dǎo)致填埋體內(nèi)外產(chǎn)生溫差，外界大氣在“煙 效應(yīng)”的驅(qū)動下通過滲濾液收集 系統(tǒng)和豎直井進(jìn)入垃圾層，進(jìn)而使填埋場表層、集水管附近、豎直井和導(dǎo)排管周圍處于好氧 狀態(tài)，而遠(yuǎn)離上述區(qū)域則處于厭氧狀態(tài)，在好氧與厭氧區(qū)域之間則形成相應(yīng)的缺氧區(qū)域；以 及，填埋場垃圾填埋體內(nèi)的微生物可以通過好氧和厭氧分解方式降解垃圾中的有機(jī)組分。本發(fā)明在城市生活垃圾的快速穩(wěn)定化，同時(shí)在實(shí)現(xiàn)溫室氣體CH4減排功能方面特 別有用。


圖1是城市生活垃圾準(zhǔn)好氧填埋結(jié)構(gòu)體示意圖；圖2是準(zhǔn)好氧填埋結(jié)構(gòu)體滲濾液導(dǎo)排管不滿流設(shè)計(jì)示意圖；圖3是準(zhǔn)好氧填埋結(jié)構(gòu)體滲濾液導(dǎo)排管、導(dǎo)氣管及石籠的剖面圖；圖4是準(zhǔn)好氧填埋結(jié)構(gòu)體無動力導(dǎo)氣管網(wǎng)示意圖；圖5是準(zhǔn)好氧填埋結(jié)構(gòu)體無動力導(dǎo)氣管網(wǎng)剖面圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的準(zhǔn)好氧和厭氧填埋體產(chǎn)生滲濾液C0D&的動 態(tài)變化；圖7是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的準(zhǔn)好氧和厭氧填埋體產(chǎn)生滲濾液BOD5的動 態(tài)變化；圖8是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的準(zhǔn)好氧和厭氧填埋體產(chǎn)生CH4氣體的動態(tài)變 化；圖9是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案的準(zhǔn)好氧和厭氧填埋體產(chǎn)生滲濾液CODtt的動態(tài)變化；圖10是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案的準(zhǔn)好氧和厭氧填埋體產(chǎn)生滲濾液BOD5的 動態(tài)變化；以及圖11是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案的準(zhǔn)好氧和厭氧填埋體產(chǎn)生CH4氣體的動 態(tài)變化。
具體實(shí)施例方式下面對本發(fā)明作詳細(xì)說明，其目的是使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵤┍景l(fā)明，而不是 用來限定本發(fā)明的范圍。為了實(shí)現(xiàn)城市生活垃圾處理快速穩(wěn)定化和甲烷減排，本發(fā)明采用了圖1所示的填 埋結(jié)構(gòu)體，以下簡稱作準(zhǔn)好氧填埋工藝。圖1示意性地描述了本發(fā)明所提供的一種改進(jìn)的 城市生活垃圾填埋結(jié)構(gòu)體的構(gòu)造。如圖1所示，在平整壓實(shí)的地基土上鋪設(shè)厚度為20 30cm的壓實(shí)粘土襯墊，其上 鋪設(shè)高密度聚乙烯(HDPE)膜。HDPE膜上分別鋪設(shè)土工布，并且在土工布上鋪設(shè)厚度為50 60cm的滲濾液導(dǎo)排層，其中埋設(shè)滲濾液導(dǎo)排管，所述滲濾液導(dǎo)排管的直徑與填埋場的集水 量、導(dǎo)排量和填埋垃圾層所需空氣流量等參數(shù)有關(guān)。滲濾液導(dǎo)排管的末端與大氣連通，使產(chǎn) 生滲濾液可以及時(shí)外排，而外界空氣可以自由進(jìn)入垃圾填埋體。滲濾液導(dǎo)排管采用石籠保 護(hù)，石籠的直徑控制在60 120cm左右。為了保證準(zhǔn)好氧填埋層的滲濾液的快速導(dǎo)排和垃 圾填埋層的空氣需求量，即，保證垃圾填埋體內(nèi)形成充足的好氧(O2含量>5%，體積比)和 缺氧區(qū)域(0%< O2含量彡5% )，滲濾液導(dǎo)排管的孔徑為12 16mm，孔距為6 10cm。滲 濾液導(dǎo)排管還分別與開孔的水平和垂直導(dǎo)氣管相連接，水平和垂直導(dǎo)氣管的開孔孔徑分別 為12 16mm，孔距分別為6 10cm，水平和垂直導(dǎo)氣管及用于保護(hù)所述導(dǎo)氣管的石籠分別 伸出垃圾填埋體外40 60cm，與大氣連通。其中，水平和垂直導(dǎo)氣管的直徑控制在10 30cm，并采用石籠保護(hù)，石籠的直徑在50 100cm，其大小與填埋垃圾的特性和導(dǎo)氣管之間 的間距等填埋工藝參數(shù)相關(guān)。垃圾填埋單元的基底相對于水平面保持 3%的坡度，同 時(shí)滲濾液導(dǎo)排管、水平導(dǎo)氣管和石籠鋪設(shè)時(shí)均相對于水平面控制 3%的坡度，由此保 證填埋場滲濾液的及時(shí)導(dǎo)排和垃圾填埋體對于外界空氣的拔風(fēng)效果。值得說明的是，在本發(fā)明的具體實(shí)施方式
中，涉及填埋結(jié)構(gòu)體的所述數(shù)值范圍均 是相對于一個(gè)垃圾模擬填埋單元計(jì)算的。所述模擬填埋單元是根據(jù)填埋作業(yè)的需要來劃分 的操作單元，其厚度一般為3 4m，包括導(dǎo)氣管(或滲濾液導(dǎo)排管)、垃圾填埋層和填埋層 覆土等附屬設(shè)施。在本文中提及的術(shù)語“滲濾液導(dǎo)排層”是本領(lǐng)域中的一般意義上的術(shù)語，其把上層 滲透到該層的滲濾液排到滲濾液導(dǎo)排管組成的管網(wǎng)中，進(jìn)而排出填埋場。在本文中提及的術(shù)語“粘土襯墊”是本領(lǐng)域中的一般意義上的術(shù)語，其是一定厚度 的壓實(shí)粘土層，用于填埋場襯墊和廢棄物的攔蓄，其水力滲透系數(shù)極低(生活垃圾填埋場 污染控制標(biāo)準(zhǔn)(GB16889-2008)要求粘土襯墊的水力滲透系數(shù)< 1. 0 X 10_7cm/s)，在填埋場 中起阻隔作用。在本文中提及的術(shù)語“聚合物膜”是一種相對較薄的柔性的熱塑或熱固聚合材料， 具有不透水性，例如高密度聚乙烯膜。
在本文中提及的術(shù)語“土工布”是本領(lǐng)域中的一般意義上的術(shù)語，其是指用于巖土 工程的有紡織物、無紡織物及其復(fù)合材料，用于阻擋微小顆粒物的通過。具有質(zhì)地輕、強(qiáng)度 高、彈性好、耐磨、耐酸堿、不易腐爛、吸濕性小等特點(diǎn)。此外，需要提及的是，圖1所示的垃圾填埋結(jié)構(gòu)體中，水平導(dǎo)氣管和垂直導(dǎo)氣管對 于填埋結(jié)構(gòu)體的導(dǎo)氣作用是相同，都是為了使填埋結(jié)構(gòu)體保持一定范圍的好氧區(qū)域。為了保證垃圾填埋體內(nèi)形成充足的好氧(O2含量> 5%，體積比)和缺氧區(qū)域(0% < O2含量彡5%),同時(shí)控制垃圾填埋體內(nèi)的溫度分布和CH4氣體的產(chǎn)生，結(jié)合中國城市垃 圾的特點(diǎn)，垃圾填埋體的水平導(dǎo)氣管之間和垂直導(dǎo)氣管之間的間距分別控制在10 15m， 其大小與填埋垃圾的性質(zhì)和導(dǎo)氣管及石籠的尺寸等參數(shù)有關(guān)，由此可以保證垃圾填埋體內(nèi) 好氧、缺氧和厭氧區(qū)域之間的平衡，以滿足填埋垃圾的快速穩(wěn)定化和填埋氣CH4原位減排的 要求。垃圾填埋過程中，根據(jù)填埋垃圾的高度逐步升高石籠，通過調(diào)整壓實(shí)機(jī)的配置和 壓實(shí)次數(shù)將填埋垃圾的壓實(shí)密度控制在500 750kg/m3，孔隙率控制在25% 40%。垃圾 填埋單元層的厚度控制在3. 0 4. 0m，垃圾填埋場的設(shè)計(jì)高度控制在15 20m。當(dāng)填埋垃圾達(dá)到設(shè)計(jì)高度，采用毛細(xì)防滲格柵防滲工藝對填埋垃圾體進(jìn)行終場覆 蓋，該覆蓋工藝具有防滲透氣的作用，保證了準(zhǔn)好氧垃圾填埋體表層的透氣性。毛細(xì)防滲格 柵從上至下包括植被層和15 30cm的甲烷氧化層，50 IOOcm的細(xì)砂層，15 30cm的 粗砂層，20 30cm的礫石層。在本發(fā)明的準(zhǔn)好氧垃圾填埋結(jié)構(gòu)體中，所使用的滲濾液導(dǎo)排管采用圖2所示的不 滿流設(shè)計(jì)。從圖2看出，在滲濾液導(dǎo)排管的末端與大氣連通的情況下，使產(chǎn)生滲濾液在水頭 作用下及時(shí)外排，滲濾液在滲濾液導(dǎo)排管中形成不滿流，這為外界空氣向垃圾填埋層的擴(kuò) 散提供了通道。此外，在水平和垂直導(dǎo)氣管末端也分別與大氣連通的情況下，由于填埋垃 圾的分解產(chǎn)熱導(dǎo)致填埋結(jié)構(gòu)體內(nèi)部與外界環(huán)境溫度形成溫差，填埋結(jié)構(gòu)體內(nèi)部的熱空氣上 升，外界空氣在“煙 效應(yīng)”的驅(qū)動下沿不滿流設(shè)計(jì)的滲濾液導(dǎo)排管進(jìn)入垃圾填埋層，實(shí)現(xiàn) 填埋結(jié)構(gòu)體填埋氣和外界環(huán)境空氣的無動力交換(參見圖4)。在滲濾液導(dǎo)排管的周圍形成 好氧區(qū)域和缺氧區(qū)域，而遠(yuǎn)離滲濾液導(dǎo)排管則形成厭氧區(qū)域。由于產(chǎn)甲烷菌是嚴(yán)格的厭氧 菌，故好氧區(qū)域和缺氧區(qū)域的CH4產(chǎn)生受到抑制；而填埋結(jié)構(gòu)體厭氧區(qū)域產(chǎn)生的CH4氣體在 經(jīng)過好氧和缺氧區(qū)域時(shí)存在被甲烷氧化菌氧化而消除的可能，所以當(dāng)好氧、缺氧和厭氧區(qū) 域平衡時(shí)填埋結(jié)構(gòu)體所排放的CH4氣體顯著降低。在傳統(tǒng)的厭氧填埋結(jié)構(gòu)體中，在滲濾液導(dǎo)排管末端設(shè)置控制閥門以控制滲濾液流 出，同時(shí)阻斷空氣進(jìn)入垃圾體，以保持填埋結(jié)構(gòu)體內(nèi)處于厭氧狀態(tài)，隔絕了該填埋結(jié)構(gòu)體與 外界環(huán)境進(jìn)行交換的可能。而在本發(fā)明所使用的垃圾填埋結(jié)構(gòu)體中，存在好氧區(qū)域、厭氧區(qū) 域以及在好氧區(qū)域與厭氧區(qū)域之間形成的缺氧區(qū)域。由于垃圾好氧降解的產(chǎn)物主要是co2、 Η20、Ν03_和N2,而垃圾厭氧降解的產(chǎn)物主要為C02、CH4和NH3,且有機(jī)質(zhì)的好氧反應(yīng)速率顯著 高于厭氧反應(yīng)速率，故采用本發(fā)明的改進(jìn)的填埋結(jié)構(gòu)體可以較快填埋垃圾的穩(wěn)定化進(jìn)程， 降低CH4氣體的排放。圖3是準(zhǔn)好氧填埋結(jié)構(gòu)體滲濾液導(dǎo)排管、導(dǎo)氣管及石籠的剖面圖。滲濾液導(dǎo)排管 和導(dǎo)氣管的保護(hù)石籠通過向一定直徑的石籠網(wǎng)中填充直徑在3 6cm的碎石來實(shí)現(xiàn)，除保 護(hù)作用之外，其作用還主要有1)實(shí)現(xiàn)滲濾液的有效收集和快速導(dǎo)排；2)提高流動空氣與
6垃圾填埋層的接觸面積，促進(jìn)填埋結(jié)構(gòu)體與環(huán)境之間的空氣交換和擴(kuò)散作用。圖4是準(zhǔn)好氧填埋結(jié)構(gòu)體無動力導(dǎo)氣管網(wǎng)示意圖。如圖4所示，垃圾填埋單元基 地相對于水平面保持 3%的坡度，以保證滲濾液在水頭作用下及時(shí)外流排空。滲濾液 導(dǎo)排管的末端與大氣相連，中間部分分別與水平和垂直導(dǎo)氣管相連，而水平和垂直導(dǎo)氣管 及石籠分別通過填埋場邊坡和覆蓋層伸出垃圾填埋體外40 60cm，與外界環(huán)境相連，這為 環(huán)境空氣的流通提供通道。圖4中箭頭所指方向?yàn)闇?zhǔn)好氧填埋結(jié)構(gòu)體無動力導(dǎo)氣管網(wǎng)中空 氣的流動方向。準(zhǔn)好氧填埋結(jié)構(gòu)體無動力導(dǎo)氣管網(wǎng)的作用主要是1)實(shí)現(xiàn)滲濾液的有效收集和 快速導(dǎo)排；2)提高流動空氣與垃圾填埋層的接觸面積，促進(jìn)填埋結(jié)構(gòu)體與環(huán)境之間的空氣 交換和擴(kuò)散作用。圖5是準(zhǔn)好氧填埋結(jié)構(gòu)體的無動力導(dǎo)氣管網(wǎng)的剖面圖。從圖5中可以看出，在使 用本發(fā)明的準(zhǔn)好氧垃圾填埋結(jié)構(gòu)體的情況下，在每一個(gè)垃圾填埋單元層中均形成了好氧區(qū) 域、厭氧區(qū)域以及在好氧區(qū)域與厭氧區(qū)域之間形成的缺氧區(qū)域。為了保證垃圾填埋體內(nèi)形 成充足的好氧和缺氧區(qū)域，即使得在所述好氧區(qū)域中，O2含量> 5體積％，而在缺氧區(qū)域中， 0%<02含量彡5%，同時(shí)控制垃圾填埋體內(nèi)的溫度分布和CH4氣體的產(chǎn)生，結(jié)合中國城市 垃圾的特點(diǎn)，垃圾填埋體的水平導(dǎo)氣管之間和垂直導(dǎo)氣管之間的間距分別被控制在10 15m，其大小與填埋垃圾的性質(zhì)和導(dǎo)氣管及石籠的尺寸等參數(shù)有關(guān)，由此還可以保證垃圾填 埋體內(nèi)好氧、缺氧和厭氧區(qū)域之間的平衡，滿足填埋垃圾的快速穩(wěn)定化和填埋氣CH4原位減 排的要求。垃圾填埋過程中，根據(jù)填埋垃圾的高度逐步升高石籠，通過調(diào)整壓實(shí)機(jī)的配置和 壓實(shí)次數(shù)將填埋垃圾的壓實(shí)密度控制在500 750kg/m3，孔隙率控制在25% 40%。垃圾 填埋單元層的厚度控制在3. 0 4. 0m，垃圾填埋場的設(shè)計(jì)高度控制在15 20m。本發(fā)明的另一方面，還提供一種城市生活垃圾的填埋處理方法，所述填埋處理方 法使用本發(fā)明第一方面的改進(jìn)的城市生活垃圾填埋結(jié)構(gòu)體。該填埋結(jié)構(gòu)體的特征在于滲 濾液導(dǎo)排管、水平和垂直導(dǎo)氣管的末端以及石籠分別與大氣連通，填埋垃圾發(fā)酵產(chǎn)熱導(dǎo)致 填埋體內(nèi)外空氣存在一定的溫差，填埋體內(nèi)的熱空氣上升，外界大氣在“煙囪效應(yīng)”的驅(qū)動 下通過滲濾液導(dǎo)排管、水平和垂直導(dǎo)氣管進(jìn)入垃圾填埋層，進(jìn)而使填埋場表層、集水管附 近、豎直井和導(dǎo)排管周圍均處于好氧狀態(tài)，這些區(qū)域被稱作好氧區(qū)域。而遠(yuǎn)離上述區(qū)域則處 于厭氧狀態(tài)，這種區(qū)域則被為厭氧區(qū)域。在好氧與厭氧區(qū)域之間則形成相應(yīng)的缺氧區(qū)域。因 此，準(zhǔn)好氧填埋場垃圾填埋體內(nèi)的微生物可以通過好氧和厭氧分解方式降解垃圾中的有機(jī) 組分。在本發(fā)明中，所述微生物是在城市生活垃圾中的常規(guī)微生物。厭氧條件下，填埋垃圾 中的含碳有機(jī)物主要被分解為CO2和CH4，含氮有機(jī)物則被分解為CO2和NH3 ；而在好氧條件 下，填埋垃圾中的含碳有機(jī)物主要被分解為CO2和H2O,含氮有機(jī)物則主要被分解為N03_和 N2。這種準(zhǔn)好氧填埋場充分利用填埋體內(nèi)的好氧、厭氧和缺氧區(qū)域，充分降解填埋垃圾中的 有機(jī)物，從而有效降低滲濾液中的有機(jī)污染物濃度。同時(shí)，由于產(chǎn)甲烷菌是嚴(yán)格的厭氧菌， 填埋場好氧區(qū)域的CH4產(chǎn)生受到抑制；而厭氧區(qū)域產(chǎn)生的CH4氣體在通過缺氧和好氧區(qū)時(shí) 被甲烷氧化菌部分氧化。因此，甲烷得到了減排。而且，由于垃圾中的有機(jī)質(zhì)的好氧反應(yīng)速 率顯著高于厭氧反應(yīng)速率，故采用改進(jìn)的填埋結(jié)構(gòu)體可以使填埋垃圾的穩(wěn)定化進(jìn)程變得更 快。
該城市生活垃圾填埋結(jié)構(gòu)體和填埋方法的主要優(yōu)點(diǎn)包括1)在較短時(shí)間內(nèi)顯著 降低滲濾液中的有機(jī)污染物濃度，同時(shí)滲濾液的產(chǎn)生量也相應(yīng)的減少，從而節(jié)省了滲濾液 后續(xù)處理費(fèi)用，避免了厭氧填埋場滲濾液污染物濃度，處理難度大、費(fèi)用高等問題；2)與傳 統(tǒng)厭氧填埋相比，該垃圾填埋結(jié)構(gòu)體和填埋方法可以減少70 % 90 %以上的溫室氣體CH4 排放，從而達(dá)到《生活垃圾填埋場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB16889-2008)中關(guān)于CH4氣體排放的要 求，并降低了填埋場爆炸燃燒事故的風(fēng)險(xiǎn)；3)使填埋垃圾的穩(wěn)定化時(shí)間縮短至2 3年，減 少了監(jiān)管維護(hù)費(fèi)用和土地復(fù)用時(shí)間；4)該填埋結(jié)構(gòu)體和填埋方法的建設(shè)投資及運(yùn)行成本 相對較低，對機(jī)械和設(shè)備的要求相對較低，便于填埋實(shí)際操作；5)與該垃圾填埋技術(shù)配套 的毛細(xì)格柵覆蓋層具有防滲透氣的作用，利于填埋垃圾穩(wěn)定化和CH4氣體減排。實(shí)施例實(shí)施例1 城市生活垃圾填埋試驗(yàn)于2006年4月至2007年6月在室內(nèi)模擬填埋裝置中進(jìn)行， 模擬填埋裝置以PVC材料制成并用鋼架結(jié)構(gòu)固定。填埋試驗(yàn)分別設(shè)置準(zhǔn)好氧填埋和厭氧填 埋兩個(gè)處理，垃圾填埋結(jié)構(gòu)體的尺寸為1. OmX 1. 5mX 1. 8m。供試?yán)鴣碓从诒本┦邪⑻K衛(wèi) 填埋場的城市生活垃圾，其水分、有機(jī)質(zhì)和灰分含量分別為52. 9%、48. 3%和51. %。填埋 試驗(yàn)的垃圾用量約為1600kg，填埋垃圾的壓實(shí)密度約為0. 73t · m_3，孔隙率約為27. 0%。準(zhǔn)好氧填埋結(jié)構(gòu)體底部分別鋪設(shè)HDPE膜，膜上鋪設(shè)滲濾液導(dǎo)排層(碎石，厚度為 50cm)，其間鋪設(shè)滲濾液導(dǎo)排管(直徑為5cm)。滲濾液導(dǎo)排管上安裝內(nèi)徑為5cm的垂直開孔 導(dǎo)氣管(相當(dāng)于模擬填埋單元垂直導(dǎo)氣管的直徑為30cm)，導(dǎo)氣管的孔徑和孔間距分別為 13mm和6cm，并用直徑為IOcm的石籠保護(hù)(相當(dāng)于模擬填埋單元石籠的直徑為60cm)。垂 直導(dǎo)氣管高度為2. 2m，伸出垃圾填埋裝置40cm，其頂部和底部與外界空氣相通。外界的空 氣在填埋垃圾體內(nèi)外溫差作用下，通過導(dǎo)氣管進(jìn)入垃圾體內(nèi)，使準(zhǔn)好氧填埋體內(nèi)形成好氧 區(qū)域、厭氧區(qū)域以及缺氧區(qū)域。最后，采用厚度為20cm的毛細(xì)格柵覆蓋層對垃圾填埋結(jié)構(gòu) 體進(jìn)行覆蓋。厭氧填埋結(jié)構(gòu)體底部分別鋪設(shè)HDPE膜，膜上鋪設(shè)滲濾液導(dǎo)排層(碎石，厚度為 5cm)，其間鋪設(shè)滲濾液導(dǎo)排管(直徑為5cm)用于對厭氧填埋產(chǎn)生滲濾液的收集。滲濾液導(dǎo) 排管用石籠保護(hù)，石籠的直徑為10cm，滲濾液導(dǎo)排管設(shè)有控制閥以控制滲濾液流出，同時(shí)阻 斷空氣進(jìn)入垃圾體，以保持填埋裝置內(nèi)處于厭氧狀態(tài)。最后，采用厚度為20cm的粘土層對 垃圾填埋結(jié)構(gòu)體進(jìn)行覆蓋。準(zhǔn)好氧和厭氧填埋結(jié)構(gòu)體上分別安裝模擬降雨裝置，并在裝填后一個(gè)月開始模擬 降雨(降雨量為20L/次)。分別測定準(zhǔn)好氧和厭氧填埋結(jié)構(gòu)體產(chǎn)生滲濾液的化學(xué)需要量 (C0D&)、生化需氧量(BOD5)以及填埋氣中CH4氣體的濃度，其結(jié)果如圖6、7和8所示。準(zhǔn)好 氧填埋結(jié)構(gòu)體產(chǎn)生滲濾液的C0D&和BOD5始終低于厭氧填埋結(jié)構(gòu)體，并且在短時(shí)間內(nèi)下降 到較低水平。由于滲濾液的CODtt和BOD5的高低是填埋垃圾穩(wěn)定化程度的表征之一，故認(rèn) 為準(zhǔn)好氧填埋結(jié)構(gòu)體顯著加快了填埋垃圾的穩(wěn)定化進(jìn)程。由圖8可知，隨著填埋試驗(yàn)的進(jìn) 行，準(zhǔn)好氧填埋結(jié)構(gòu)體產(chǎn)生的CH4濃度顯著低于厭氧填埋結(jié)構(gòu)體，即準(zhǔn)好氧填埋結(jié)構(gòu)體可以 顯著降低的溫室氣體CH4的排放量。實(shí)施例2 城市生活垃圾填埋試驗(yàn)于2003年11月至2004年10月在江西省九江市生活垃圾填埋場進(jìn)行，填埋結(jié)構(gòu)體的規(guī)模為21mX3. 8mX6. 0m。試驗(yàn)材料為九江市城市生活垃圾，分 別設(shè)置準(zhǔn)好氧填埋和厭氧填埋兩個(gè)處理，填埋垃圾量均為250噸，填埋垃圾的壓實(shí)密度約 為0. 52噸/m3,孔隙率約為37. 9%。準(zhǔn)好氧填埋結(jié)構(gòu)體底部分別鋪設(shè)HDPE膜，膜上鋪設(shè)滲濾液導(dǎo)排層(碎石，厚度為 50cm)，在填埋結(jié)構(gòu)體底部水平鋪設(shè)直徑為0. 2m波紋管作為滲濾液收集主管道，滲濾液導(dǎo) 排管長約22m。滲濾液導(dǎo)排管道周圍鋪設(shè)礫石石籠保護(hù)，石籠直徑約為0.6m。滲濾液導(dǎo)排 管的三個(gè)等分節(jié)點(diǎn)處鋪設(shè)直徑為0. 15m的垂直開孔導(dǎo)氣管，導(dǎo)氣管的孔直徑和孔距分別為 13mm和6cm，并用礫石石籠(直徑約為0. 5m)保護(hù)。垂直導(dǎo)氣管及石籠高度為6. Om，伸出垃 圾填埋結(jié)構(gòu)體40cm，其頂部和底部分別與外界空氣相通。外界的空氣在填埋垃圾體內(nèi)外溫 差作用下，通過導(dǎo)氣管進(jìn)入垃圾體內(nèi)，使準(zhǔn)好氧填埋體內(nèi)形成好氧區(qū)域、厭氧區(qū)域以及缺氧 區(qū)域。最后，采用厚度為30cm的毛細(xì)格柵覆蓋層對垃圾填埋結(jié)構(gòu)體進(jìn)行覆蓋。厭氧填埋結(jié)構(gòu)體底部分別鋪設(shè)HDPE膜，膜上鋪設(shè)滲濾液導(dǎo)排層(碎石，厚度為 50cm)，在填埋結(jié)構(gòu)體底部水平鋪設(shè)直徑為0. 2m波紋管作為滲濾液收集主管道，滲濾液導(dǎo) 排管長約22m。滲濾液導(dǎo)排管的三個(gè)等分節(jié)點(diǎn)處鋪設(shè)直徑為0. 15m的垂直滲濾液導(dǎo)排管，但 不設(shè)垂直導(dǎo)氣管，并在滲濾液收集主管出口設(shè)球閥以控制滲濾液，保持垃圾層處于厭氧狀 態(tài)。最后，采用厚度為30cm的粘土層對垃圾填埋結(jié)構(gòu)體進(jìn)行覆蓋。試驗(yàn)中沒有設(shè)置水平導(dǎo)氣管，其主要原因是試驗(yàn)填埋結(jié)構(gòu)體的寬度相對較窄，同 時(shí)，水平導(dǎo)氣管和垂直導(dǎo)氣管對于填埋結(jié)構(gòu)體的導(dǎo)氣作用是相同的，其目的都是為了使填 埋結(jié)構(gòu)體保持一定范圍的好氧區(qū)域，即通過研究垂直導(dǎo)氣管及石籠的設(shè)計(jì)參數(shù)(如直徑和 間距等)可以推算出水平導(dǎo)氣管的設(shè)計(jì)參數(shù)。由于在這兩個(gè)實(shí)施例的試驗(yàn)規(guī)模遠(yuǎn)比實(shí)際的 垃圾填埋的規(guī)模小，因此只采用垂直導(dǎo)氣管也可以滿足形成好氧和缺氧區(qū)域?？紤]到試驗(yàn) 的簡便程度和節(jié)約試驗(yàn)成本，這兩個(gè)實(shí)施例均只使用了開孔的垂直導(dǎo)氣管。準(zhǔn)好氧和厭氧填埋結(jié)構(gòu)體上分別安裝模擬降雨設(shè)施，采用人工控制降雨來調(diào)節(jié)垃 圾層內(nèi)的水分，每2周模擬降雨為lm3。采用便攜式氣體紅外分析儀定期監(jiān)測準(zhǔn)好氧和厭氧 填埋結(jié)構(gòu)體產(chǎn)生CH4氣體的動態(tài)變化，同時(shí)采樣分析滲濾液中的C0D&和BOD5，其結(jié)果如圖 9、10和11所示。由圖9和圖10可知，準(zhǔn)好氧填埋結(jié)構(gòu)體產(chǎn)生滲濾液的CODtt和BOD5始終 低于厭氧填埋結(jié)構(gòu)體，并且CODtt和BOD5降低到較低水平所需時(shí)間較短，所以準(zhǔn)好氧填埋結(jié) 構(gòu)體可以顯著加快填埋垃圾的穩(wěn)定化進(jìn)程。由圖11可知，在填埋試驗(yàn)期間，準(zhǔn)好氧填埋結(jié) 構(gòu)體產(chǎn)生的CH4濃度顯著低于厭氧填埋結(jié)構(gòu)體，由此表明準(zhǔn)好氧填埋結(jié)構(gòu)體可以有效減少 CH4氣體的釋放量。本發(fā)明適用于城市生活垃圾的填埋處置，具有建設(shè)投資及運(yùn)行成本相對較低， 對機(jī)械和設(shè)備要求相對較低，便于填埋操作等優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)現(xiàn)填埋城市生活垃圾快速穩(wěn)定 化的同時(shí)，能夠有效降低溫室氣體CH4的排放量，滿足《生活垃圾填埋場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》 (GB16889-2008)中關(guān)于CH4氣體排放的要求。工業(yè)適用性本發(fā)明在城市生活垃圾的快速穩(wěn)定化，同時(shí)在實(shí)現(xiàn)溫室氣體CH4減排功能方面特 別有用。
權(quán)利要求
一種改進(jìn)的城市生活垃圾填埋結(jié)構(gòu)體，其包括如下構(gòu)造鋪設(shè)在地基土上的粘土襯墊；鋪設(shè)在所述粘土襯墊上的聚合物膜；鋪設(shè)在聚合物膜上的土工布，和鋪設(shè)在土工布上的滲濾液導(dǎo)排層，在所述滲濾液導(dǎo)排層中埋設(shè)有滲濾液導(dǎo)排管；其特征在于所述滲濾液導(dǎo)排管的末端與大氣連通，所述滲濾液導(dǎo)排管還分別與開孔的水平和垂直導(dǎo)氣管相連接，并且所述水平和垂直的導(dǎo)氣管以及用于保護(hù)所述水平和垂直的導(dǎo)氣管的石籠均伸出垃圾填埋體外，與大氣連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垃圾填埋結(jié)構(gòu)體，其中所述開孔的水平和垂直導(dǎo)氣管的直徑 控制在10 30cm，所述開孔的孔徑為12 16mm，開孔的間距為6 10cm。
3 根據(jù)權(quán)利要求1所述的垃圾填埋結(jié)構(gòu)體，其中所述石籠的直徑在50 100cm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垃圾填埋結(jié)構(gòu)體，其中所述滲濾液導(dǎo)排管也開有孔，并且所 述孔的孔徑為12 16mm，孔的間距為6 10cm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垃圾填埋結(jié)構(gòu)體，其中填埋單元基底保持 3%的坡度， 同時(shí)滲濾液導(dǎo)排管、水平導(dǎo)氣管和石籠鋪設(shè)時(shí)均控制 3%的坡度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垃圾填埋結(jié)構(gòu)體，其中所述水平導(dǎo)氣管之間以及垂直導(dǎo)氣管 之間的間距分別為10 15m。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垃圾填埋結(jié)構(gòu)體，其中垃圾填埋的壓實(shí)密度為500 750kg/ m3，孔隙率為25 40%。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垃圾填埋結(jié)構(gòu)體，其中填埋單元層厚度在3 4m的范圍內(nèi)， 垃圾填埋場的設(shè)計(jì)高度為15 20m。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垃圾填埋結(jié)構(gòu)體，其中還包括對填埋垃圾體進(jìn)行終場覆蓋的 毛細(xì)防滲格柵。
10.一種城市生活垃圾的填埋處理方法，所述填埋處理方法使用根據(jù)權(quán)利要求1至9中 任一項(xiàng)所述的改進(jìn)的城市生活垃圾填埋結(jié)構(gòu)體，所述處理方法包括如下步驟通過使填埋場的滲濾液導(dǎo)排管末端、水平和垂直的導(dǎo)氣管的末端以及石籠分別與大氣 連通，填埋垃圾體發(fā)酵導(dǎo)致填埋體內(nèi)外產(chǎn)生溫差，外界大氣在“煙@效應(yīng)”的驅(qū)動下通過滲 濾液收集系統(tǒng)和豎直井進(jìn)入垃圾層，進(jìn)而使填埋場表層、集水管附近、豎直井和導(dǎo)排管周圍 處于好氧狀態(tài)，而遠(yuǎn)離上述區(qū)域則處于厭氧狀態(tài)，在好氧與厭氧區(qū)域之間則形成相應(yīng)的缺 氧區(qū)域；以及填埋場垃圾填埋體內(nèi)的微生物可以通過好氧和厭氧分解方式降解垃圾中的有機(jī)組分。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種改進(jìn)的城市生活垃圾填埋結(jié)構(gòu)體以及使用該垃圾填埋結(jié)構(gòu)體的填埋處理方法，所述垃圾填埋結(jié)構(gòu)體包括如下構(gòu)造鋪設(shè)在地基土上的粘土襯墊；鋪設(shè)在粘土襯墊上的聚合物膜；鋪設(shè)在聚合物膜上的土工布和鋪設(shè)在土工布上的滲濾液導(dǎo)排層，在滲濾液導(dǎo)排層中埋設(shè)有滲濾液導(dǎo)排管；其特征在于滲濾液導(dǎo)排管的末端與大氣連通，滲濾液導(dǎo)排管還分別與開孔的水平和垂直導(dǎo)氣管相連接，并且水平和垂直的導(dǎo)氣管以及用于保護(hù)所述水平和垂直的導(dǎo)氣管的石籠均伸出垃圾填埋體外，與大氣連通。本發(fā)明在城市生活垃圾的快速穩(wěn)定化，同時(shí)在實(shí)現(xiàn)溫室氣體CH4減排功能方面特別有用。
文檔編號B09B1/00GK101879516SQ20091008349
公開日2010年11月10日 申請日期2009年5月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月6日
發(fā)明者岳波, 王琪, 董路, 黃啟飛, 黃澤春 申請人:中國環(huán)境科學(xué)研究院