專利名稱：利用通風填埋層進行滲濾液處理的方法
技術領域：
本發明涉及一種城市生活垃圾填埋的滲濾液處理方法。
背景技術：
填埋是應用最為廣泛的生活垃圾處置技術，而滲濾液是其處理過程中產生的最主要的二次污染物。這些生活垃圾填埋滲濾液主要是耗氧性有機物和氨氮。傳統的處理方法是生活垃圾填埋滲濾液收集后，在填埋堆體外進行處理(‘Landfill leachate treatment.’Keenan J.D.，R.L.Steiner，and A.A.Fungaroli.Journal of the Water Pollution Control Federation 56，27-33，1984)，但處理的成本很高。生物反應器填埋(Bioreactor landfill)技術，發展了上述方法，它是利用填埋堆體作為生物反應器，通過滲濾液在填埋堆體內的循環使滲濾液得到凈化(′Landfill bioreactorhistorical perspective，fundamental principles，and newhorizons in design and operations’.Pohland，F.G.，1995.In Landfill Bioreactor Designand Operation Sem.Proc.，EPA/600/R-95/146，9-24)，但由于通常填埋堆體內的代謝環境是厭氧的，因此這種方式只能凈化耗氧性有機物，而不能凈化氨氮。Price等人(′Nitrogen management in bioreactor landfills‘Price，G.A.，M.A.Barlaz，and G.R.Hater，2003.Waste Management 23，675-688.)將滲濾液先在填埋堆體外生物硝化，然后將含硝酸鹽氮的滲濾液循環回灌至填埋堆體內，利用填埋堆體內的缺氧條件使硝酸鹽氮反硝化為氮氣的滲濾液脫氮，但這一方法仍然需要借助填埋堆體外的傳統生物硝化裝置完成對滲濾液中氨氮的脫氮處理，使滲濾液的循環回灌處理技術復雜化。
發明內容
本發明的目的是提供一種工藝簡單的滲濾液處理方法，本發明的方法可同時處理滲濾液中的二種主要污染物耗氧性有機物和氨氮。
為了達到上述目的，本發明利用生物脫氮原理去除滲濾液中的氨氮，而該原理包含由亞硝化和硝化細菌在好氧條件下對氨氮的氧化，以及氨氮氧化產生的硝態和亞硝態氮在缺氧條件下，由反硝化細菌還原為氮氣這二個基本步驟。而這二個步驟必須在不同的氧環境(好氧和缺氧或厭氧)條件下完成，因此，本發明解決的基本技術問題是在填埋堆體內形成交替的好氧與缺氧(或厭氧)環境滿足生物脫氮需要。形成好氧與缺氧交替環境的技術關鍵則是填埋堆體內的通風方式及通風控制條件。由于填埋堆體通風具有一定的技術復雜性(增加設施與投資)，從技術經濟性考慮，需要將通風控制在填埋場內的一定范圍內，由此，本發明的技術方案如下第一步，在填埋場內設置專用的填埋單元該填埋單元設有與填埋場其它部分相同的防滲層，以及與填埋場其它部分的水力相互獨立的滲濾液收集層和滲濾液調蓄池。
第二步，在該專用填埋單元設置強制通風設施強制通風設施由鋪設于單元滲濾液收集層上的通風管網，和為通風管網供氣的鼓風機組成。
第三步，在專用單元內填埋生活垃圾單元內垃圾填埋深度應小于6m，一般3～6m。為避免生活垃圾中生物降解過程中釋放的有機物和氨氮對滲濾液處理過程的影響，本單元內填埋的垃圾應優先選擇已在填埋場的其他部分或其他填埋場中填埋3年以上，經生物降解基本穩定的垃圾。
如果實際應用中，無法獲得符合上述要求的垃圾，或因采集運輸成本過高，不宜使用此類垃圾，也可直接填入新鮮生活垃圾，但需對填入的垃圾作加速降解穩定化處理，具體的操作方法是1)將本單元排出的滲濾液收集至單元的獨立調蓄池；2)將調蓄池內的滲濾液，按單元的橫截面計，水量負荷30L/m2·d，每天分2次循環，每次一半水量，由滲濾液回灌泵輸送至單元布水管網(參見下述第四步)，在單元內循環；3)與滲濾液循環同時，每天對其進行2次強制通風，每次通風量按單元的橫截面計為4～6m3/m2，每次通風時間不大于1小時；4)加速降解穩定化操作至調蓄池內滲濾液水質同時達到COD小于3000mg/L和氨氮小于300mg/L時中止。
第四步，在填埋垃圾層上設置滲濾液循環回灌布水層在已填埋，并作平整后的填埋垃圾面上，鋪設由干管和支管組成的滲濾液循環回灌布水管網，布水管網的干管與滲濾液回灌泵連接，以提供向管網供水的條件，管網間的空隙應以級配碎石填滿、并整平。
第五步，對該單元進行氣密性覆蓋氣密性覆蓋采用合成土工膜，將覆蓋的合成土工膜與本單元的防滲層的合成土工膜焊接連接，實現氣密性覆蓋，但覆蓋合成土工膜上留有集氣管接口，以有組織地導出單元內生物降解產生的氣體(生成氣)。覆蓋合成土工膜上加覆土予以保護。
第六步，單元內生成氣的控制單元覆蓋后的各集氣管接口與集氣總管連通，總管上部敞開，生成氣通過集氣管接口集中到集氣總管，在總管上部敞開處排氣。排氣處標高應高于周圍地面10m以上。總管內設置甲烷氣體檢測器和燃氣燃燒器。檢測器對進入總管的氣體的甲烷體積比進行持續監測，如氣體中甲烷體積分數大于15％，即輸出信號至控制器，控制器自動點燃燃燒器以燃燼氣體中的甲烷，使排出氣體不會引至爆炸。如氣體中的甲烷體積分數小于15％，則無需啟動燃燒器，由氣體排放后的大氣自然稀釋可控制其爆炸危險。
第七步，滲濾液處理操作完成上述步驟的專用單元已具備處理滲濾液、凈化其中的有機物和氨氮的能力，具體的處理操作為1)布水，引自填埋場總調蓄池的滲濾液，每天2次，每次以按本單元橫截面計10～20L/m2·d的水量負荷輸送至本單元布水管網進行處理；2)通風，每天2次，每次以按本單元橫截面計4～6m3/m2的氣量對單元進行強制通風。此操作使垃圾層內同時存在好氧，兼性和厭氧的生物代謝活動，回灌滲濾液中的耗氧性有機物，氨氮和有機氮均可得到有效去除。
本發明的突出效果如下1.本發明利用回灌方法同時凈化滲濾液中的兩類主要宏量污染物耗氧性有機物(COD)和氨氮(處理出水COD小于1g/L、氨氮小于0.005g/L)。
2.通過對填埋層通風方式的優化，在填埋層內形成時序性的好氧、缺氧、厭氧環境條件交替變化，這一環境條件與回灌滲濾液在層內的流動延時特征結合，使本發明可在同一填埋層內對氨氮作硝化和反硝化，實現完整的脫氮過程。
3.對處理滲濾液的填埋層的通風量作了有效控制，能與現有填埋工藝條件下的填埋層透氣條件兼容，無需對現有填埋工藝進行專門的改造，使實施成本得到控制。
4.利用專用填埋單元處理整個填埋場產生的滲濾液，避免了對整個填埋場作通風設施建設，既降低了實施成本，也提高了技術實施的可行性。
圖1為本發明的工藝原理2為本發明的通風填埋層的剖面結構示意圖附圖中的標號說明如下1-填埋場基土層；2-地下水導排層；3-U形水封；4-防滲膜下粘土層；5-HDPE防滲膜；6-防滲膜保護層；7-滲濾液導排層；8-通風布氣層；9-垃圾層；10-回灌布水層；11-覆蓋封閉層；12-滲濾液回灌泵；13-生成氣收集管；14-通風主管；15-鼓風機。
具體實施例方式
本發明分別在新建和已建在用的填埋場中實施。
實施例1在新建填埋場中的實施方法如下第-步，選擇填埋區內的首個填埋單元為通風的專用滲濾液處理單元，該單元的有效填埋深度應大于3m，但不宜大于6m；單元的平面面積(S)以該填埋場預期的滲濾液量最大產生年份的日均值(Vmax)確定，二者關系為Vmax/S＝0.02～0.04。
專用滲濾液處理單元平面面積小于4000m2時，單元內無需分區，若總面積大于4000m2時，則需對單元進行分區，但每個分區的面積不宜小于2000m2。分區的含義是不同分區之間以防水襯墊材料覆蓋的土壩分隔，每個區的滲濾液獨立收集和回灌，通風和集氣管系同樣應相互獨立。
專用滲濾液處理單元建設準備程序首先，對新建填埋場的庫區按衛生填埋場建設的常規進行清庫、底部平整和側坡修整。然后，建造填埋場滲濾液調蓄池，調蓄池應分隔為水力獨立的兩部分，分別作為填埋場的總調蓄區和滲濾液處理單元調蓄區。滲濾液處理單元調蓄區的容量不小于上述Vmax的3倍，總調蓄區的容量按常規衛生填埋場設計方法確定，即可進行專用滲濾液處理單元的建設。
第二步，專用滲濾液處理單元的建設參見附圖2通風填埋層剖面結構。首先，在擬建的單元底部按衛生填埋場建設要求設置地下水導排層2，在導排層2中設置地下水導排管，并接入填埋場的地表徑流排出系統。然后在地下水導排層2上設置防滲膜下粘土層4，保證其上鋪設的合成膜(通常是高密度聚乙烯HDPE材質)具有合理的水力坡度，同時，應達到其他HDPE膜施工規范要求。其后，即按規范鋪設HDPE防滲膜5，再在膜上設防滲膜保護層6(粘土或土工布)，保護層6上鋪設滲濾液導排層7(通常為河卵石或碎石)，層內埋設滲濾液導排管。以上的建設步驟及其參數要求，均可參照現行的衛生填埋場建設標準實施，而以下的建設步驟則由本專用填埋處理單元的功能要求決定。
一.將滲濾液導排總管通過不小于500mm的U形水封3接入填埋場滲濾液調蓄池中的滲濾液處理單元調蓄區。
二.在滲濾液導排層7上鋪設通風布氣層8，通風布氣層8由通氣管網和對其起覆蓋保護作用的填充碎石組成。通氣管網包括干管和支管，每個單元分區設的通風主管14與離心式鼓風機15相聯結，鼓風機在供風流量下輸出風壓不小于2500Pa。單元內干管與支管正交聯結，管間間距5-10m，干管不開孔，僅起氣流輸送作用，支管開孔將通入氣流釋放至填埋層，優化的支管開孔方案是上半周以5～10％的開孔率、5～20mm孔徑，開設均布孔，下半周則僅在底部間隔500mm開設孔徑10-20mm的單排孔，覆蓋通氣管網的碎石直徑為5-20mm的級配料，覆蓋厚度保證直徑最大的管道頂部之上至少有10cm的碎石層保護。
第三步，填入垃圾，為保護通風管系。在填入垃圾厚度小于2m時，只以推土機對垃圾作一次平整，不作碾壓；填入垃圾厚度大于2m時，除以推土機作一次整平外，還可再以推土機對垃圾層9作2-3遍的碾壓，以對不均勻沉降作一定的控制，但不應使用鋼輪式壓實機進行壓實作業。垃圾作業的其他環節與常規衛生填埋相似，填埋直至本單元指定的垃圾層厚度時中止，以此形成垃圾層9。
第四步，鋪設回灌布水層10。在對垃圾層9表面進行平整后，首先鋪設一層200mm厚的中粗粒徑(1～4mm)的建筑砂，然后，在砂層上鋪設回灌布水管網，管網由干管和支管組成，每個單元分區設干管與設于填埋場總調蓄區的滲濾液回灌泵12聯結，向管網供水。干管與支管正交聯結，管間距5-10m。干管不開孔，支管開孔進行回灌布水。開孔方案為上半周不開孔，下半周以8％的開孔率，均布直徑5-15mm的孔。布水管網管底直接設置于垃圾層上，管間空隙以粒徑6-30mm碎石覆蓋，覆蓋厚度保證直徑最大的管道頂部之上至少有10cm的碎石層保護。
第五步，專用單元氣密性覆蓋處理。首先對已完成回灌布水層10鋪設的單元分區進行覆蓋封閉層11，由下至上為最下層400g/m2土工布，其上為1mm
厚的低密度聚乙烯(LDPE)膜，再上為200g/m2的土工布，然后是0.3m厚的壓實粘土，最上是0.1m厚的碎石導水層(10-30mm粒徑級配)。對于本單元之上仍需進行垃圾填埋的情況，導水層之上即可作常規的填埋作業，對于本單元之上不再作填埋(即為最終覆蓋)的情況，導水層之上應按衛生填埋最終覆蓋層構筑要求再進行耕作(營養)土覆蓋和植被墾復。與覆蓋閉氣層11相配合的導氣系統主要由垂直布置的單元導氣管和其后的氣體處理裝置組成，單元導氣管以正方形網格狀均勻分布(管間距20-30m)于單元覆蓋閉氣層11上，下端插入回灌布水層10的碎石覆蓋層中約10cm，管道材質為HDPE，直徑10-20cm，管道與LDPE膜交會處以焊接方式密封。導氣管的長度與單元覆蓋面上是否再進行填埋有關，繼續填埋的，各垂直的的單元導氣管應在前述的壓實粘土層中與水平向的導氣收集支管相聯通，支管引出填埋層后與導氣干管聯結，最終接入氣體處理裝置；不繼續填埋的，各垂直導氣管向上延伸至最終覆蓋面之上，然后再與水平的導氣支管和干管相聯通，同樣將氣體引至氣體處理裝置-生成氣收集管13。
第六步，氣體處理氣體處理裝置為直徑0.5-1m的垂直排氣筒，筒頂與所安裝地面的高差≥10m；導氣管中的氣體由空壓機通過氣體燃燒噴嘴在筒底部引入筒內，燃燒噴嘴前設氣體濃度監測點，在線監測氣體中的甲烷濃度，當甲烷體積濃度小于15％時，直接排放氣體；甲烷體積濃度大于15％時，自動開啟筒底另設的一個輔助燃油燒嘴點燃氣體，燃燒后再排出。專用滲濾液回灌處理單元建設、填埋、覆蓋和氣體導氣與處理裝置設置完畢后，應進行單元內新鮮垃圾的加速穩定化操作。
單元內新鮮垃圾的加速穩定化操作每天從滲濾液處理單元調蓄區向單元內回灌2次滲濾液，回灌水量負荷每次10-20L/m2；同時，每天2次對單元進行強制通風，每次的通風量為4～6m3/(m2單元水平截面積)，但每次通風時間不超過1小時；期間，處理單元調蓄區，原則上不外排滲濾液，至單元排出滲濾液的COD小于3000mg/L，氨氮小于300mg/L時，即表示單元內垃圾已基本穩定化，單元可進入正常的滲濾液處理階段，用于處理填埋場其他部分產生的滲濾液。
第七步，正常的滲濾液處理操作每天2次從滲濾液總調蓄區向本單元，按每次10-20L/m2的水量負荷回灌滲濾液；同時每天2次，每次時間不超過1小時，向單元通入4～6m3/m2的空氣。處理后單元內排出的滲濾液通過處理單元調蓄區，直接排入城市污水管網，或進一步以物化方法深度處理后排入地表水體。
實施例2在已建填埋場中的實施方法首先應對調蓄池進行分隔或改建，形成容量達到要求(具體與實施例1相同)的總調蓄區和處理單元調蓄區。然后，構筑專用通風處理單元，如單元設置于場內尚未填埋的區域，則其建設方式與前述的新建填埋場中實施例1-致，僅在填入垃圾時，應將場內已填埋3年以上的陳垃圾挖出后，重新填入此單元，這樣可無需對本單元內的垃圾做加速穩定化處理，而可以直接用于處理場內產生的滲濾液；如單元必須設置于場內已填埋的垃圾層之上，則除了在垃圾層上應鋪設1層厚0.1m的級配碎石(5-15mm)，代替前述的地下水導排層2，且同時在單元內填入已填埋3年以上的垃圾外，其余均與在新填埋場中的實施方式，即實施例1相同。
權利要求
1.利用通風填埋層進行滲濾液處理的方法，其特征在于第一步，在填埋場內設置專用的填埋單元該填埋單元設有防滲層、滲濾液收集層以及滲濾液調蓄池；滲濾液收集層及滲濾液調蓄池與填埋場其它部分的水力相互獨立；第二步，在該專用的填埋單元設置強制通風設施強制通風設施由鋪設于單元滲濾液收集層之上的通風管網，和為通風管網供氣的鼓風機組成；第三步，在專用單元內填埋生活垃圾單元內垃圾填埋深度3～6m；本單元內填埋的垃圾優先選擇已在填埋場的其他部分或其他填埋場中填埋3年以上，經生物降解基本穩定的垃圾，或填入新鮮生活垃圾后，再加速降解穩定處理；第四步，在填埋垃圾層上設置滲濾液循環回灌布水層在已填埋，并作平整后的填埋垃圾面上，鋪設由干管和支管組成的滲濾液循環回灌布水管網，布水管網的干管與滲濾液回灌泵連接，以提供向管網供水的條件，管網間的空隙應以級配碎石填滿、并整平；第五步，對該單元進行氣密性覆蓋氣密性覆蓋采用合成土工膜，覆蓋完成后將覆蓋的合成土工膜與本單元的防滲層的合成土工膜焊接連接；覆蓋的合成土工膜上留有集氣管接口，以導出單元內生物降解產生的氣體；覆蓋的合成土工膜上加覆土予以保護；第六步，單元內生成的氣體的控制單元覆蓋后的各集氣管接口與集氣總管連通，總管上部敞開，氣體通過集氣管接口集中到集氣總管，在總管上部敞開處排氣，排氣處標高應高于周圍地面10m以上，總管內設置甲烷氣體檢測器和燃氣燃燒器，檢測器對進入總管的氣體的甲烷體積分數進行持續監測氣體中甲烷體積分數大于15％，即輸出信號至控制器，控制器自動點燃燃燒器以燃燼氣體中的甲烷，使排出氣體不會引致爆炸；氣體中的甲烷體積分數小于15％，則無需啟動燃燒器，由氣體排放后的大氣自然稀釋可控制其爆炸危險；第七步，滲濾液處理操作完成上述步驟的專用單元已具備處理滲濾液、凈化其中的有機物和氨氮的能力，具體的處理操作為1)布水，引自填埋場總調蓄池的滲濾液，每天2次，每次以按本單元橫截面計10～20L/m2·d的水量負荷輸送至本單元布水管網進行處理；2)通風，每天2次，每次以按本單元橫截面計4～6m3/m2的氣量對單元進行強制通風。
2.根據權利要求1所述的利用通風填埋層進行滲濾液處理的方法，其特征在于所述的第二步，在該專用填埋單元設置強制通風設施時，布氣管網設置于滲濾液導排層(7)之上，由不開孔的干管和壁面開孔的支管正交聯結組成各支管平行布置，管間距5-10m，支管上半周壁面開孔率5-10％，孔徑5-20mm，下半周則僅在底部間隔500mm開設孔徑10-20mm的單排孔；每個單元分區設的通風主管(14)與鼓風機(15)相聯結，鼓風機在供風流量下輸出風壓不小于2500Pa，同時該單元滲濾液導排總管接入相應的滲濾液調蓄池時，必須通過高500mm以上的水封層。
3.根據權利要求1所述的利用通風填埋層進行滲濾液處理的方法，其特征在于所述的第三步的新鮮垃圾的加速降解穩定化先將本單元排出的滲濾液收集至單元的獨立調蓄池；然后將調蓄池內的滲濾液，按單元的橫截面計，水量負荷30L/m2·d，每天分2次循環、每次一半水量，由滲濾液回灌泵輸送至單元布水管網，在單元內循環；與滲濾液循環同時，每天對進行2次強制通風，每次通風量按單元的橫截面計為4～6m3/m2，每次通風時間0.5～1小時；加速降解穩定化操作至調蓄池內滲濾液水質同時達到COD小于3000mg/L和氨氮小于300mg/L時中止。
4.根據權利要求1所述的利用通風填埋層進行滲濾液處理的方法，其特征在于所述的第四步的回灌布水層由布水管網和保護管網的填充物組成，布水管網含不開孔的布水干管和壁面開孔的布水支管，管網水平布置；各支管平行布置，管間距5-10m，支管開孔方案為上半周不開孔，下半周以8％的開孔率，均布直徑5-15mm的孔。布水管網管底直接設置于垃圾層上，管間空隙以粒徑6-30mm的級配碎石填沒，覆蓋厚度保證直徑最大的管道頂部之上至少有10cm的碎石層保護。
全文摘要
利用通風填埋層進行滲濾液處理的方法，涉及一種城市生活垃圾填埋的滲濾液處理方法，是通過滲濾液在填埋場內專用通風填埋單元的循環回灌實現對其的處理，專用單元間歇性地進行強制通風，使該單元填埋層形成時序性交替的好氧、缺氧和厭氧環境條件，促使層內形成好氧、兼性和厭氧的混合微生物菌群，利用其對滲濾液中的耗氧性有機物進行好氧、兼性和厭氧代謝去除；同時，好氧的硝化菌群和兼性的反硝化菌群通過硝化/反硝化途徑去除滲濾液中的氨氮。本發明的優點是在同一填埋層內利用循環回灌同時凈化滲濾液中的耗氧性有機物和氨氮，處理出水COD小于1g/L、氨氮小于0.005g/L，有效地降低了滲濾液污染控制的成本。本發明分別適用于在新建和已建在用的填埋場中實施。
文檔編號C02F103/06GK1785846SQ200510031018
公開日2006年6月14日 申請日期2005年10月21日 優先權日2005年10月21日
發明者何品晶, 邵立明, 李國建, 呂凡 申請人:同濟大學