利用通风填埋层进行渗滤液处理的方法

摘要

利用通风填埋层进行渗滤液处理的方法，涉及一种城市生活垃圾填埋的渗滤液处理方法，是通过渗滤液在填埋场内专用通风填埋单元的循环回灌实现对其的处理，专用单元间歇性地进行强制通风，使该单元填埋层形成时序性交替的好氧、缺氧和厌氧环境条件，促使层内形成好氧、兼性和厌氧的混合微生物菌群，利用其对渗滤液中的耗氧性有机物进行好氧、兼性和厌氧代谢去除；同时，好氧的硝化菌群和兼性的反硝化菌群通过硝化/反硝化途径去除渗滤液中的氨氮。本发明的优点是：在同一填埋层内利用循环回灌同时净化渗滤液中的耗氧性有机物和氨氮，处理出水COD小于1g/L、氨氮小于0.005g/L，有效地降低了渗滤液污染控制的成本。本发明分别适用于在新建和已建在用的填埋场中实施。

权利要求

1.利用通风填埋层进行渗滤液处理的方法，其特征在于：

第一步，在填埋场内设置专用的填埋单元：该填埋单元设有防渗层、渗滤液收集层以及渗滤液调蓄池；渗滤液收集层及渗滤液调蓄池与填埋场其它部分的水力相互独立；

第二步，在该专用的填埋单元设置强制通风设施：强制通风设施由铺设于单元渗滤液收集层之上的通风管网，和为通风管网供气的鼓风机组成；

第三步，在专用单元内填埋生活垃圾：单元内垃圾填埋深度3～6m；本单元内填埋的垃圾采用已在填埋场的其他部分或其他填埋场中填埋3年以上，经生物降解基本稳定的垃圾，或填入新鲜生活垃圾后，再加速降解稳定处理；

第四步，在填埋垃圾层上设置渗滤液循环回灌布水层：在已填埋，并作平整后的填埋垃圾面上，铺设由干管和支管组成的渗滤液循环回灌布水管网，布水管网的干管与渗滤液回灌泵连接，以提供向管网供水的条件，管网间的空隙应以级配碎石填满、并整平；

第五步，对该单元进行气密性覆盖：气密性覆盖采用合成土工膜，覆盖完成后将覆盖的合成土工膜与本单元的防渗层的合成土工膜焊接连接；覆盖的合成土工膜上留有集气管接口，以导出单元内生物降解产生的气体；覆盖的合成土工膜上加覆土予以保护；

第六步，单元内生成的气体的控制：单元覆盖后的各集气管接口与集气总管连通，总管上部敞开，气体通过集气管接口集中到集气总管，在总管上部敞开处排气，排气处标高应高于周围地面10m以上，总管内设置甲烷气体检测器和燃气燃烧器，检测器对进入总管的气体的甲烷体积分数进行持续监测：气体中甲烷体积分数大于15％，即输出信号至控制器，控制器自动点燃燃烧器以燃烬气体中的甲烷，使排出气体不会引致爆炸；气体中的甲烷体积分数小于15％，则无需启动燃烧器，由气体排放后的大气自然稀释可控制其爆炸危险；

第七步，渗滤液处理操作：完成上述步骤的专用单元已具备处理渗滤液、净化其中的有机物和氨氮的能力，具体的处理操作为：1)布水，引自填埋场总调蓄池的渗滤液，每天2次，每次以按本单元横截面计10～20L/m2·d的水量负荷输送至本单元布水管网进行处理；2)通风，每天2次，每次以按本单元横截面计4～6m3/m2的气量对单元进行强制通风。

2.根据权利要求1所述的利用通风填埋层进行渗滤液处理的方法，其特征在于：所述的第二步，在该专用填埋单元设置强制通风设施时，布气管网设置于渗滤液导排层(7)之上，由不开孔的干管和壁面开孔的支管正交联结组成：各支管平行布置，管间距5-10m，支管上半周壁面开孔率5-10％，孔径5-20mm，下半周则仅在底部间隔500mm开设孔径10-20mm的单排孔；每个单元分区设的通风主管(14)与鼓风机(15)相联结，鼓风机在供风流量下输出风压不小于2500Pa，同时该单元渗滤液导排总管接入相应的渗滤液调蓄池时，必须通过高500mm以上的水封层。

3.根据权利要求1所述的利用通风填埋层进行渗滤液处理的方法，其特征在于：所述的第三步的新鲜垃圾的加速降解稳定化：先将本单元排出的渗滤液收集至单元的独立调蓄池；然后将该独立调蓄池内的渗滤液，按单元的横截面计，水量负荷30L/m2·d，每天分2次循环、每次一半水量，由渗滤液回灌泵输送至单元布水管网，在单元内循环；与渗滤液循环同时，每天对单元进行2次强制通风，每次通风量按单元的横截面计为4～6m3/m2，每次通风时间0.5～1小时；加速降解稳定化操作至该独立调蓄池内渗滤液水质同时达到COD小于3000mg/L和氨氮小于300mg/L时中止。

4.根据权利要求1所述的利用通风填埋层进行渗滤液处理的方法，其特征在于：所述的第四步的回灌布水层由布水管网和保护管网的填充物组成，布水管网含不开孔的布水干管和壁面开孔的布水支管，管网水平布置；各支管平行布置，管间距5-10m，支管开孔方案为：上半周不开孔，下半周以8％的开孔率，均布直径5-15mm的孔，布水管网管底直接设置于垃圾层上，管间空隙以粒径6-30mm的级配碎石填没，覆盖厚度保证直径最大的管道顶部之上有至少10cm的碎石层保护。

说明书

技术领域

本发明涉及一种城市生活垃圾填埋的渗滤液处理方法。 

背景技术

填埋是应用最为广泛的生活垃圾处置技术，而渗滤液是其处理过程中产生的最主要的二次污染物。这些生活垃圾填埋渗滤液主要是耗氧性有机物和氨氮。传统的处理方法是：生活垃圾填埋渗滤液收集后，在填埋堆体外进行处理(‘Landfill leachate treatment.’Keenan J.D.，R.L.Steiner，and A.A.Fungaroli.Journal of the Water Pollution Control Federation56，27-33，1984)，但处理的成本很高。生物反应器填埋(Bioreactor landfill)技术，发展了上述方法，它是利用填埋堆体作为生物反应器，通过渗滤液在填埋堆体内的循环使渗滤液得到净化(′Landfill bioreactor：historical 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)，但由于通常填埋堆体内的代谢环境是厌氧的，因此这种方式只能净化耗氧性有机物，而不能净化氨氮。Price等人(′Nitrogen management in bioreactor landfills‘Price，G.A.，M.A.Barlaz，and G.R.Hater，2003.Waste Management23，675-688.)将渗滤液先在填埋堆体外生物硝化，然后将含硝酸盐氮的渗滤液循环回灌至填埋堆体内，利用填埋堆体内的缺氧条件使硝酸盐氮反硝化为氮气的渗滤液脱氮，但这一方法仍然需要借助填埋堆体外的传统生物硝化装置完成对渗滤液中氨氮的脱氮处理，使渗滤液的循环回灌处理技术复杂化。 

发明内容

本发明的目的是提供一种工艺简单的渗滤液处理方法，本发明的方法可同时处理渗滤液中的二种主要污染物：耗氧性有机物和氨氮。 
为了达到上述目的，本发明利用生物脱氮原理去除渗滤液中的氨氮，而该原理包含由亚硝化和硝化细菌在好氧条件下对氨氮的氧化，以及氨氮氧化产生的硝态和亚硝态氮在缺氧条件下，由反硝化细菌还原为氮气这二个基本步骤。而这二 个步骤必须在不同的氧环境(好氧和缺氧或厌氧)条件下完成，因此，本发明解决的基本技术问题是在填埋堆体内形成交替的好氧与缺氧(或厌氧)环境满足生物脱氮需要。形成好氧与缺氧交替环境的技术关键则是填埋堆体内的通风方式及通风控制条件。由于填埋堆体通风具有一定的技术复杂性(增加设施与投资)，从技术经济性考虑，需要将通风控制在填埋场内的一定范围内，由此，本发明的技术方案如下： 
第一步，在填埋场内设置专用的填埋单元：该填埋单元设有与填埋场其它部分相同的防渗层，以及与填埋场其它部分的水力相互独立的渗滤液收集层和渗滤液调蓄池。 
第二步，在该专用填埋单元设置强制通风设施：强制通风设施由铺设于单元渗滤液收集层上的通风管网，和为通风管网供气的鼓风机组成。 
第三步，在专用单元内填埋生活垃圾：单元内垃圾填埋深度应小于6m，一般3～6m。为避免生活垃圾中生物降解过程中释放的有机物和氨氮对渗滤液处理过程的影响，本单元内填埋的垃圾应优先选择已在填埋场的其他部分或其他填埋场中填埋3年以上，经生物降解基本稳定的垃圾。 
如果实际应用中，无法获得符合上述要求的垃圾，或因采集运输成本过高，不宜使用此类垃圾，也可直接填入新鲜生活垃圾，但需对填入的垃圾作加速降解稳定化处理，具体的操作方法是：1)将本单元排出的渗滤液收集至单元的独立调蓄池；2)将该独立调蓄池内的渗滤液，按单元的横截面计，水量负荷30L/m2·d，每天分2次循环，每次一半水量，由渗滤液回灌泵输送至单元布水管网(参见下述第四步)，在单元内循环；3)与渗滤液循环同时，每天对其进行2次强制通风，每次通风量按单元的横截面计为4～6m3/m2，每次通风时间不大于1小时；4)加速降解稳定化操作至该独立调蓄池内渗滤液水质同时达到COD小于3000mg/L和氨氮小于300mg/L时中止。 
第四步，在填埋垃圾层上设置渗滤液循环回灌布水层：在已填埋，并作平整后的填埋垃圾面上，铺设由干管和支管组成的渗滤液循环回灌布水管网，布水管网的干管与渗滤液回灌泵连接，以提供向管网供水的条件，管网间的空隙应以级配碎石填满、并整平。 
第五步，对该单元进行气密性覆盖：气密性覆盖采用合成土工膜，将覆盖的 合成土工膜与本单元的防渗层的合成土工膜焊接连接，实现气密性覆盖，但覆盖合成土工膜上留有集气管接口，以有组织地导出单元内生物降解产生的气体(生成气)。覆盖合成土工膜上加覆土予以保护。 
第六步，单元内生成气的控制：单元覆盖后的各集气管接口与集气总管连通，总管上部敞开，生成气通过集气管接口集中到集气总管，在总管上部敞开处排气。排气处标高应高于周围地面10m以上。总管内设置甲烷气体检测器和燃气燃烧器。检测器对进入总管的气体的甲烷体积比进行持续监测，如气体中甲烷体积分数大于15％，即输出信号至控制器，控制器自动点燃燃烧器以燃烬气体中的甲烷，使排出气体不会引至爆炸。如气体中的甲烷体积分数小于15％，则无需启动燃烧器，由气体排放后的大气自然稀释可控制其爆炸危险。 
第七步，渗滤液处理操作：完成上述步骤的专用单元已具备处理渗滤液、净化其中的有机物和氨氮的能力，具体的处理操作为：1)布水，引自填埋场总调蓄池的渗滤液，每天2次，每次以按本单元横截面计10～20L/m2·d的水量负荷输送至本单元布水管网进行处理；2)通风，每天2次，每次以按本单元横截面计4～6m3/m2的气量对单元进行强制通风。此操作使垃圾层内同时存在好氧，兼性和厌氧的生物代谢活动，回灌渗滤液中的耗氧性有机物，氨氮和有机氮均可得到有效去除。 
本发明的突出效果如下： 
1.本发明利用回灌方法同时净化渗滤液中的两类主要宏量污染物：耗氧性有机物(COD)和氨氮(处理出水COD小于1g/L、氨氮小于0.005g/L)。 
2.通过对填埋层通风方式的优化，在填埋层内形成时序性的好氧、缺氧、厌氧环境条件交替变化，这一环境条件与回灌渗滤液在层内的流动延时特征结合，使本发明可在同一填埋层内对氨氮作硝化和反硝化，实现完整的脱氮过程。 
3.对处理渗滤液的填埋层的通风量作了有效控制，能与现有填埋工艺条件下的填埋层透气条件兼容，无需对现有填埋工艺进行专门的改造，使实施成本得到控制。 
4.利用专用填埋单元处理整个填埋场产生的渗滤液，避免了对整个填埋场作通风设施建设，既降低了实施成本，也提高了技术实施的可行性。 

附图说明

图1为本发明的工艺原理图 
图2为本发明的通风填埋层的剖面结构示意图 
附图中的标号说明如下： 
1—填埋场基土层；2—地下水导排层；3—U形水封；4—防渗膜下粘土层；5—HDPE防渗膜；6—防渗膜保护层；7—渗滤液导排层；8—通风布气层；9—垃圾层；10—回灌布水层；11—覆盖封闭层；12—渗滤液回灌泵；13—生成气收集管；14—通风主管；15—鼓风机。 

具体实施方式

本发明分别在新建和已建在用的填埋场中实施。 
实施例1 
在新建填埋场中的实施方法如下： 
第一步，选择填埋区内的首个填埋单元为通风的专用渗滤液处理单元，该单元的有效填埋深度应大于3m，但不宜大于6m；单元的平面面积(S)以该填埋场预期的渗滤液量最大产生年份的日均值(Vmax)确定，二者关系为Vmax/S＝0.02～0.04。 
专用渗滤液处理单元平面面积小于4000m2时，单元内无需分区，若总面积大于4000m2时，则需对单元进行分区，但每个分区的面积不宜小于2000m2。分区的含义是：不同分区之间以防水衬垫材料覆盖的土坝分隔，每个区的渗滤液独立收集和回灌，通风和集气管系同样应相互独立。 
专用渗滤液处理单元建设准备程序：首先，对新建填埋场的库区按卫生填埋场建设的常规进行清库、底部平整和侧坡修整。然后，建造填埋场渗滤液调蓄池，调蓄池应分隔为水力独立的两部分，分别作为填埋场的总调蓄区和渗滤液处理单元调蓄区。渗滤液处理单元调蓄区的容量不小于上述Vmax的3倍，总调蓄区的容量按常规卫生填埋场设计方法确定，即可进行专用渗滤液处理单元的建设。 
第二步，专用渗滤液处理单元的建设：参见附图2通风填埋层剖面结构。首先，在拟建的单元底部按卫生填埋场建设要求设置地下水导排层2，在导排层2中设置地下水导排管，并接入填埋场的地表径流排出系统。然后在地下水导排层2上设置防渗膜下粘土层4，保证其上铺设的合成膜(通常是高密度聚乙烯HDPE材质)具有合理的水力坡度，同时，应达到其他HDPE膜施工规范要求。其后， 即按规范铺设HDPE防渗膜5，再在膜上设防渗膜保护层6(粘土或土工布)，保护层6上铺设渗滤液导排层7(通常为河卵石或碎石)，层内埋设渗滤液导排管。以上的建设步骤及其参数要求，均可参照现行的卫生填埋场建设标准实施，而以下的建设步骤则由本专用填埋处理单元的功能要求决定。 
一.将渗滤液导排总管通过不小于500mm的U形水封3接入填埋场渗滤液调蓄池中的渗滤液处理单元调蓄区。 
二.在渗滤液导排层7上铺设通风布气层8，通风布气层8由通气管网和对其起覆盖保护作用的填充碎石组成。通气管网包括干管和支管，每个单元分区设的通风主管14与离心式鼓风机15相联结，鼓风机在供风流量下输出风压不小于2500Pa。单元内干管与支管正交联结，管间间距5-10m，干管不开孔，仅起气流输送作用，支管开孔将通入气流释放至填埋层，优化的支管开孔方案是上半周以5～10％的开孔率、5～20mm孔径，开设均布孔，下半周则仅在底部间隔500mm开设孔径10-20mm的单排孔，覆盖通气管网的碎石直径为5-20mm的级配料，覆盖厚度保证直径最大的管道顶部之上至少有10cm的碎石层保护。 
第三步，填入垃圾，为保护通风管系。在填入垃圾厚度小于2m时，只以推土机对垃圾作一次平整，不作碾压；填入垃圾厚度大于2m时，除以推土机作一次整平外，还可再以推土机对垃圾层9作2-3遍的碾压，以对不均匀沉降作一定的控制，但不应使用钢轮式压实机进行压实作业。垃圾作业的其他环节与常规卫生填埋相似，填埋直至本单元指定的垃圾层厚度时中止，以此形成垃圾层9。 
第四步，铺设回灌布水层10。在对垃圾层9表面进行平整后，首先铺设一层200mm厚的中粗粒径(1～4mm)的建筑砂，然后，在砂层上铺设回灌布水管网，管网由干管和支管组成，每个单元分区设干管与设于填埋场总调蓄区的渗滤液回灌泵12联结，向管网供水。干管与支管正交联结，管间距5-10m。干管不开孔，支管开孔进行回灌布水。开孔方案为：上半周不开孔，下半周以8％的开孔率，均布直径5-15mm的孔。布水管网管底直接设置于垃圾层上，管间空隙以粒径6-30mm碎石覆盖，覆盖厚度保证直径最大的管道顶部之上有至少10cm的碎石层保护。 
第五步，单元覆盖、导气与气体处理。首先对已完成回灌布水层10铺设的单元分区进行覆盖封闭层11，由下至上为：最下层400g/m2土工布，其上为1mm 厚的低密度聚乙烯(LDPE)膜，再上为200g/m2的土工布，然后是0.3m厚的压实粘土，最上是0.1m厚的碎石导水层(10-30mm粒径级配)。对于本单元之上仍需进行垃圾填埋的情况，导水层之上即可作常规的填埋作业，对于本单元之上不再作填埋(即为最终覆盖)的情况，导水层之上应按卫生填埋最终覆盖层构筑要求再进行耕作(营养)土覆盖和植被垦复。与覆盖封闭层11相配合的导气系统主要由垂直布置的单元导气管和其后的气体处理装置组成，单元导气管以正方形网格状均匀分布(管间距20-30m)于单元覆盖封闭层11上，下端插入回灌布水层10的碎石覆盖层中约10cm，管道材质为HDPE，直径10-20cm，管道与LDPE膜交会处以焊接方式密封。导气管的长度与单元覆盖面上是否再进行填埋有关，继续填埋的，各垂直的的单元导气管应在前述的压实粘土层中与水平向的导气收集支管相联通，支管引出填埋层后与导气干管联结，最终接入气体处理装置；不继续填埋的，各垂直导气管向上延伸至最终覆盖面之上，然后再与水平的导气支管和干管相联通，同样将气体引至气体处理装置。 
第六步，气体处理：气体处理装置为直径0.5-1m的垂直排气筒，筒顶与所安装地面的高差≥10m；导气管中的气体由空压机通过气体燃烧喷嘴在筒底部引入筒内，燃烧喷嘴前设气体浓度监测点，在线监测气体中的甲烷浓度，当甲烷体积浓度小于15％时，直接排放气体；甲烷体积浓度大于15％时，自动开启筒底另设的一个辅助燃油烧嘴点燃气体，燃烧后再排出。专用渗滤液回灌处理单元建设、填埋、覆盖和气体导气与处理装置设置完毕后，应进行单元内新鲜垃圾的加速稳定化操作。 
单元内新鲜垃圾的加速稳定化操作：每天从渗滤液处理单元调蓄区向单元内回灌2次渗滤液，回灌水量负荷每次10-20L/m2；同时，每天2次对单元进行强制通风，每次的通风量为4～6m3/(m2单元水平截面积)，但每次通风时间不超过1小时；期间，处理单元调蓄区，原则上不外排渗滤液，至单元排出渗滤液的COD小于3000mg/L，氨氮小于300mg/L时，即表示单元内垃圾已基本稳定化，单元可进入正常的渗滤液处理阶段，用于处理填埋场其他部分产生的渗滤液。 
第七步，正常的渗滤液处理操作：每天2次从渗滤液总调蓄区向本单元，按每次10-20L/m2的水量负荷回灌渗滤液；同时每天2次，每次时间不超过1小时，向单元通入4～6m3/m2的空气。处理后单元内排出的渗滤液通过处理单元调 蓄区，直接排入城市污水管网，或进一步以物化方法深度处理后排入地表水体。 
实施例2 
在已建填埋场中的实施方法： 
首先应对调蓄池进行分隔或改建，形成容量达到要求(具体与实施例1相同)的总调蓄区和处理单元调蓄区。然后，构筑专用通风处理单元，如单元设置于场内尚未填埋的区域，则其建设方式与前述的新建填埋场中实施例1一致，仅在填入垃圾时，应将场内已填埋3年以上的陈垃圾挖出后，重新填入此单元，这样可无需对本单元内的垃圾做加速稳定化处理，而可以直接用于处理场内产生的渗滤液；如单元必须设置于场内已填埋的垃圾层之上，则除了在垃圾层上应铺设1层厚0.1m的级配碎石(5-15mm)，代替前述的地下水导排层2，且同时在单元内填入已填埋3年以上的垃圾外，其余均与在新填埋场中的实施方式，即实施例1相同。