CN101412033A

CN101412033A - 填埋场甲烷减排的垃圾生物覆盖土材料制备方法及系统

Info

Publication number: CN101412033A
Application number: CNA2008101625175A
Authority: CN
Inventors: 何若; 沈东升; 楼斌; 邱才娣; 郑元格
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2008-12-01
Filing date: 2008-12-01
Publication date: 2009-04-22
Anticipated expiration: 2028-12-01
Also published as: CN101412033B

Abstract

本发明公开了一种填埋场甲烷减排的垃圾生物覆盖土材料制备方法及系统，将垃圾转入到阶梯式间歇曝气反应器中，对反应器进行间歇曝气，并将产生的渗滤液通过布水器用于调节垃圾湿度，使垃圾中有机物在厌氧、好氧微生物的作用下进一步降解，同时利用反应器中垃圾厌氧降解产生的甲烷，驯化垃圾中甲烷氧化微生物，提高其甲烷氧化性能，最后将经阶梯式间歇曝气反应器处理后的垃圾进行二次筛分，去除无/低甲烷氧化活性的杂物。本发明不仅能在垃圾再降解到所需过程中驯化甲烷氧化微生物，提高其甲烷氧化性能，而且以垃圾生物处理后的“废弃物”为原料，价廉且可实现垃圾生物处理设施的可持续性和可再生性，避免与农业竞争土地资源。

Description

填埋场甲烷减排的垃圾生物覆盖土材料制备方法及系统

技术领域

本发明涉及垃圾填埋场覆盖材料的制备方法，尤其是涉及一种填埋场甲烷减排的垃圾生物覆盖土材料制备方法及系统。

背景技术

填埋场是大气中甲烷的重要人为排放源。在许多发达国家和地区，填埋场是最大人为甲烷排放源，如美国和欧洲，其填埋场甲烷排放量分别占人为源甲烷排放量的37％和30％。在我国，填埋处理是生活垃圾的主要处理方式，垃圾填埋场甲烷的排放量占甲烷总排放量17.3％，且随着社会经济的发展、人口的增加，填埋场垃圾产生的甲烷量也在不断增加。因此，寻求减少填埋场甲烷排放的对策是目前国内外学者研究的热点问题之一。资源化利用填埋气(以热能和电等形式的能量回收)无疑是一种最可持续控制填埋场甲烷的方法。然而，在填埋场的填埋作业和稳定化过程中，由于填埋场的垃圾填埋作业过程跨度很长(按国家规定填埋场的使用年限至少在8年以上)，即便填埋场采取了填埋气回收利用的装置，在垃圾填埋过程中也只有35～65％的填埋气能收集利用。目前国内无论是使用多年的大量简易填埋场，还是近年来新建的技术水平较高的卫生填埋场，绝大部分无填埋气回收利用系统，填埋气的排放处于放任自流的状态。由于垃圾的降解特性，现有的简易填埋场即使不再填埋垃圾，其对环境的污染和社会的危害仍将持续10～20年甚至更长时间。此外，我国的垃圾填埋场普遍较小，填埋气回收利用的经济效益较差。在现阶段，采用资源化利用填埋气的方式来控制我国垃圾填埋场甲烷的排放还存在很大难度。

填埋场覆盖土层是“填埋场——大气体系”的环境界面，填埋气从填埋场内部向大气的排放过程中，一部分甲烷会在填埋场覆盖土层被氧化。填埋场覆盖土层氧化填埋气甲烷类似于一个被动通风的敞开式生物滤器，其结构、土壤颗粒大小、含水率、温度等都会影响其甲烷氧化速率。常规的粘土覆盖材料由于有机质含量较少，往往干时硬结、龟裂，湿时泥泞，微生物活性较差，所以一般填埋场的覆盖土对甲烷的净化效果不佳。目前，我国沿海许多省份土地稀缺，许多县、市生活垃圾填埋场覆盖土紧缺，没有按《生活垃圾卫生填埋技术规范》进行覆盖，这无疑也加剧了填埋场甲烷排放。

发明内容

为了解决垃圾填埋场覆盖土的紧缺及大量无组织甲烷排放等问题，本发明提供了一种填埋场甲烷减排的垃圾生物覆盖土材料制备方法及系统，使生物处理后垃圾“废弃物”在作为填埋场替代覆盖材料的同时，达到有效地减少填埋场温室气体甲烷的排放的目的。

为了达到上述发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种填埋场甲烷减排的垃圾生物覆盖土材料制备方法，该方法为：将生物反应器或简易垃圾填埋场等生物处理后的垃圾进行筛分预处理，去除大颗粒物后，将垃圾转入到阶梯式间歇曝气反应器中，对反应器进行间歇曝气，并将产生的渗滤液通过布水器用于调节垃圾湿度至30～60％，使垃圾中有机物在厌氧、好氧微生物的作用下进一步降解，有机质含量降至10～20％，同时利用反应器中垃圾厌氧降解产生的甲烷，驯化垃圾中甲烷氧化微生物，提高其甲烷氧化性能，最后将经阶梯式间歇曝气反应器处理后的垃圾进行二次筛分，去除无/低甲烷氧化活性的杂物。

进一步地，所述筛分预处理采用4～6cm筛子，二次筛分采用4～10mm筛子；阶梯式间歇曝气反应器中垃圾堆体每隔8～10h曝气2～4h，曝气量为0.03～0.10m³/(min·m³)

一种用于上述填埋场甲烷减排的垃圾生物覆盖土材料的制备方法的系统，它主要由预处理滚筒筛、传输带、进料斗、进料闸、鼓风机、净气盖顶、布水器、阶梯式间歇曝气反应器、出料闸、可动阶梯板、曝气管、集水池、水泵及管路、二次滚筒筛和出料口组成；其中，所述预处理滚筒筛下设置传输带，传输带另一端与进料斗相连，进料斗与阶梯式间歇曝气反应器之间设置进料闸，阶梯式间歇曝气阶反应器设置可动阶梯板和净气盖顶，可动阶梯板下布设曝气管，曝气管一端与鼓风机连接，集水池通过水泵及管路与布水器连接，阶梯式间歇曝气阶反应器与二次滚筒筛之间设置出料闸，二次滚筒筛下端设有出料口。

进一步地，所述的可动阶梯板开有直径为3～10cm小圆孔，内设可动蘑菇塞，每块阶梯板倾斜坡度为1～5％；所述的净气盖顶的底部盖板开有直径为1～5cm小圆孔，盖板上铺设一层竹篾，其上再铺设10～30cm制备的垃圾生物覆盖土材料。

本发明具有的有益的效果是：

1.与常规的填埋场粘土覆盖材料相比，本发明制备的垃圾生物覆盖土材料中甲烷氧化微生物得以驯化，甲烷氧化潜能大大提高，是一种良好的减少填埋场温室气体甲烷排放的替代覆盖材料；

2.采用阶梯式间歇曝气反应器对筛分预处理后的垃圾进行间歇曝气，并将产生的渗滤液作为垃圾堆体湿度调节源，使垃圾中有机物在厌氧、好氧微生物的作用下进一步降解，达到所需要求，同时利用反应器中垃圾厌氧降解产生的甲烷，驯化垃圾堆体中甲烷氧化微生物，提高其甲烷氧化活性；

3.由于采用垃圾生物处理后“废弃物”为原料，价廉且可实现垃圾生物处理设施的可持续性和可再生性，避免与农业竞争土地资源。

4.本制备方法简单，运行简便、可靠。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明填埋场甲烷减排的垃圾生物覆盖土材料制备系统的结构示意图；

图中：1、预处理滚筒筛，2、传输带，3、进料斗，4、进料闸，5、鼓风机，6、净气盖顶，7、布水器，8、阶梯式间歇曝气反应器，9、出料闸，10、可动阶梯板，11、曝气管，12、集水池，13、水泵及管路，14、二次滚筒筛，15、出料口。

具体实施方式

下面根据附图详细描述本发明，本发明的目的和效果将变得更加明显。

本发明的填埋场甲烷减排的垃圾生物覆盖土材料制备方法包括以下步骤：将生物反应器或简易垃圾填埋场等生物处理后的垃圾进行筛分预处理，去除大颗粒物后，将垃圾转入阶梯式间歇曝气反应器中进行间歇曝气，并将产生的渗滤液通过布水器用于调节垃圾湿度至30～60％，使垃圾中有机物在厌氧、好氧微生物的作用下进一步降解，有机质含量降至10～20％，同时利用反应器中垃圾厌氧降解产生的甲烷，驯化垃圾中甲烷氧化微生物，提高其甲烷氧化性能，最后将阶梯式间歇曝气反应器处理后的垃圾进行二次筛分，去除无/低甲烷氧化活性的杂物。

本发明的筛分预处理采用4～6cm筛子，二次筛分采用4～10mm筛子。

本发明的阶梯式间歇曝气反应器中垃圾堆体每隔8～10h曝气2～4h，曝气量为0.03～0.10m³/(min·m³)。

如图1所示，本发明包括预处理滚筒筛1，预处理滚筒筛下设置传输带2，传输带2另一端与阶梯式间歇曝气反应器8的进料斗3相连，进料斗3与阶梯式间歇曝气反应器8之间设置进料闸4，阶梯式间歇曝气阶反应器8设置可动阶梯板10和净气盖顶6，可动阶梯板10下布设曝气管11，曝气管11另一端与鼓风机5连接，集水池12通过水泵及管路13与布水器7单向连接，阶梯式间歇曝气反应器8上设置二次滚筒筛14，二次滚筒筛14与阶梯式间歇曝气反应器8之间设有出料闸9，二次滚筒筛14下端设有出料口15。

所述的可动阶梯板10开有直径为3～10cm小圆孔，内设可动蘑菇塞，每块阶梯板倾斜坡度为1～5％。

所述的净气顶盖6的底部盖板开有直径为1～5cm小圆孔，盖板上铺设一层竹篾，其上再铺设10～30cm制备的垃圾生物覆盖土材料。

实施例1

如图1所示，采用生物反应器处理后的垃圾，进行滚筒筛筛分预处理，去除大颗粒物，如大块的石头、塑料、纤维织物等；然后将筛分预处理后粒径小于6cm的垃圾通过传输带2输送到阶梯式间歇曝气反应器8的进料斗3中，打开进料闸4将垃圾送入阶梯式间歇曝气反应器8；阶梯式间歇曝气反应器8的可动阶梯板10开有直径为7cm小圆孔，内设可动蘑菇塞，每块阶梯板倾斜坡度为3％；净气盖顶6的底部盖板开有直径为3cm小圆孔，盖板上铺设一层竹篾，其上再铺设20cm厚制备的垃圾生物覆盖土材料；进料后关闭进料闸4，每隔8～10h，通过鼓风机以0.1m³/(min·m³)从反应器底部进行曝气2～4h；并将产生的渗滤液通过水泵及管路13送到阶梯式间歇曝气反应器8顶部的布水器7，调节垃圾堆体湿度为30～60％，使垃圾中有机物在厌氧、好氧微生物的作用下进一步降解，有机质含量降至10～20％；打开出料闸9，松动可动阶梯板10，将垃圾推入二次滚筒筛14，进行二次筛分处理，收集4～10mm孔径下筛出的出料口细料。

实施例2

为确定制备的垃圾生物覆盖土的甲烷氧化性能，进行了试验研究。

采用经生物反应器厌氧发酵处理7个月后的农村生活垃圾，进行4cm的筛子筛分预处理，去除大颗粒物，如大块的石头、塑料、纤维织物等；打开进料闸4，将筛分预处理后的垃圾转入阶梯式间歇曝气反应器8中，阶梯式间歇曝气反应器8的可动阶梯板10开有直径为3cm小圆孔，每块阶梯板倾斜坡度为2％；净气盖顶6的底部盖板开有直径为3cm小圆孔，盖板上铺设一层竹篾，其上再铺设10cm厚制备的垃圾生物覆盖土材料；进料后关闭进料闸4，每隔8～10h，采用0.06m³/(min·m³)从反应器底部进行曝气2～4h，并将产生的渗滤液通过水泵及管路13送到阶梯式间歇曝气反应器8顶部的布水器7，调节垃圾堆体湿度为30～60％，使垃圾中有机物在厌氧、好氧微生物的作用下进一步降解，有机质含量降至10～20％；打开出料闸9，松动可动阶梯板10，将阶梯式间歇曝气反应器8处理后的垃圾过4mm筛子，去除无/低甲烷氧化活性的玻璃、小石块等物质。

试验采用杭州市天子岭废弃物处理总场填埋年龄超过6年区域的覆盖材料——粘土和实验室制备的垃圾生物覆盖土材料，设置土柱实验，每种土样各设3个土柱。土柱体内土壤高度为30cm，进气甲烷流量为14.8～16.0mol/(m²·d)。

试验土样的甲烷氧化潜能分析表明，垃圾生物覆盖土的甲烷氧化潜能为2.16±0.13μmol/(g·h)，是粘土甲烷氧化潜能的6.5倍(表1)。土柱试验分析表明，暴露于甲烷气流后，垃圾生物覆盖土柱对甲烷氧化去除率一直处于增长趋势，到第30d达到32.13％；而粘土柱虽然在实验期间也有稍许增长，但整体其甲烷活性不高，去除率保持在4.71～9.64％(表2)。

表1 试验土样的甲烷氧化潜能(μmol/(g·h))

项目	垃圾生物覆盖土	粘土
项目	垃圾生物覆盖土	粘土	甲烷氧化潜能	2.16±0.13	0.33±0.04

表2 不同试验土柱甲烷氧化去除率(％)

Claims

1.一种填埋场甲烷减排的垃圾生物覆盖土材料制备方法，其特征在于：该方法为：将生物反应器或简易垃圾填埋场等生物处理后的垃圾进行筛分预处理，去除大颗粒物后，将垃圾转入到阶梯式间歇曝气反应器中，对反应器进行间歇曝气，并将产生的渗滤液通过布水器用于调节垃圾湿度至30～60％，使垃圾中有机物在厌氧、好氧微生物的作用下进一步降解，有机质含量降至10～20％，同时利用反应器中垃圾厌氧降解产生的甲烷，驯化垃圾中甲烷氧化微生物，提高其甲烷氧化性能，最后将经阶梯式间歇曝气反应器处理后的垃圾进行二次筛分，去除无/低甲烷氧化活性的杂物。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述筛分预处理采用4～6cm筛子，二次筛分采用4～10mm筛子。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：阶梯式间歇曝气反应器中垃圾堆体每隔8～10h曝气2～4h，曝气量为0.03～0.10m³/(min·m³)。

4.用于权利要求1所述的填埋场甲烷减排的垃圾生物覆盖土材料的制备方法的系统，其特征在于：它主要由预处理滚筒筛(1)、传输带(2)、进料斗(3)、进料闸(4)、鼓风机(5)、净气盖顶(6)、布水器(7)、阶梯式间歇曝气反应器(8)、出料闸(9)、可动阶梯板(10)、曝气管(11)、集水池(12)、水泵及管路(13)、二次滚筒筛(14)和出料口(15)组成；其中，所述预处理滚筒筛(1)下设置传输带(2)，传输带(2)另一端与进料斗(3)相连，进料斗(3)与阶梯式间歇曝气反应器(8)之间设置进料闸(4)，阶梯式间歇曝气阶反应器(8)设置可动阶梯板(10)和净气盖顶(6)，可动阶梯板(10)下布设曝气管(11)，曝气管(11)一端与鼓风机(5)连接，集水池(12)通过水泵及管路(13)与布水器(7)连接，阶梯式间歇曝气阶反应器(8)与二次滚筒筛(14)之间设置出料闸(9)，二次滚筒筛(14)下端设有出料口(15)。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于：所述的可动阶梯板(10)开有直径为3～10cm小圆孔，内设可动蘑菇塞，每块阶梯板倾斜坡度为1～5％。

6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于：所述的净气盖顶(6)的底部盖板开有直径为1～5cm小圆孔，盖板上铺设一层竹篾，其上再铺设10～30cm制备的垃圾生物覆盖土材料。