CN101879516B - 改进的城市生活垃圾填埋结构体和填埋处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种改进的城市生活垃圾填埋结构体以及使用该垃圾填埋结构体的填埋处理方法，所述垃圾填埋结构体包括如下构造：铺设在地基土上的粘土衬垫；铺设在粘土衬垫上的聚合物膜；铺设在聚合物膜上的土工布和铺设在土工布上的渗滤液导排层，在渗滤液导排层中埋设有渗滤液导排管；其特征在于：渗滤液导排管的末端与大气连通，渗滤液导排管还分别与开孔的水平和垂直导气管相连接，并且水平和垂直的导气管以及用于保护所述水平和垂直的导气管的石笼均伸出垃圾填埋体外，与大气连通。本发明在城市生活垃圾的快速稳定化，同时在实现温室气体CH4减排功能方面特别有用。

Description

改进的城市生活垃圾填埋结构体和填埋处理方法

技术领域

本发明涉及垃圾填埋处理，具体涉及一种实现城市生活垃圾快速稳定化和甲烷减排的填埋结构体和填埋处理方法。

技术背景

我国城市生活垃圾的产生量巨大，其清运量由1981年的2606万吨逐年增加至2006年的14841万吨，年均增长率约为7.4％(中国城市建设统计年鉴，2007)。我国城市生活垃圾组分的水分含量和厨余物含量高、热值较低等特点。城市生活垃圾的无害化处理的主要方式包括填埋、焚烧和堆肥等，结合我国国情和城市生活垃圾的特点，卫生填埋技术在今后很长一段时间内仍将是中国城市生活垃圾无害化处理的主要方式。

卫生填埋法是从传统的堆放和土地处置方法发展起来的一种最终处置技术，具有处理成本低和易于操作等特点，是国内外最常用的生活垃圾处理处置方法。目前，我国的垃圾填埋场几乎都是厌氧型，普遍存在垃圾渗滤液难处理、填埋垃圾的稳定期长、填埋气产量不稳定以及CH₄和CO₂等温室气体排放等问题。其中，厌氧型填埋场内的生物代谢速度较慢，填埋垃圾长时间得不到稳定，其稳定期一般超过40年，对于周边环境存在长期的污染风险。此外，我国大多数中小型填埋场不具备填埋气回收利用装置，或者填埋气回收利用的经济效益差，导致大量温室气体直接释放。

上述问题已经严重制约了我国卫生填埋技术的进一步发展。目前，为解决上述卫生填埋技术所面临问题，一般采用生物反应器填埋技术。生物反应器填埋主要包括两方面的功能：1)通过强制通风鼓入空气，强化填埋层中的生物代谢作用；2)将渗滤水回灌至填埋层内，以改善水分含量对于填埋垃圾代谢的限制。生物反应器填埋技术具有生物降解速度快，稳定化时间短(5～10年)，填埋气产量高，加快渗滤液中污染物浓度下降等特点。但是，生物反应器填埋技术工艺设备复杂，技术和操作难度大，特别是强制通风系统增加了投资处理成本和设计施工难度。此外，生物反应器填埋技术存在渗滤液NH₃-N积累、高浓度NH₃-N对填埋层微生物的毒害、填埋层的酸化和填埋气产气速率加快引发的安全问题等问题。

目前，生物反应器填埋场在我国应用相对较少，且在填埋场设计过程中没有充分考虑温室气体甲烷的减排，而主要目的则是为了填埋场的快速稳定化。

垃圾填埋场是仅次于湿地和稻田的第三大CH₄排放源。政府间气候变化专门委员会(Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC)估计，全球每年CH₄排放对温室效应的贡献率约占15％～20％，其中5％～10％来自垃圾填埋场。随着垃圾量和填埋率的增加，填埋场CH₄产生量的增长率明显高于其他排放源，其释放比例也呈增加的趋势。因此，探索减少填埋场CH₄排放的对策是国内外研究者关注的热点问题之一。由于我国城市生活垃圾产生量的持续增长，我国填埋场CH₄产生量将会大幅升高。因此，我国垃圾填埋场CH₄减排的压力将会不断加大。

我国2008年7月1日起实施的《生活垃圾填埋场污染控制标准(GB16889-2008)》对生活垃圾填埋场中甲烷排放提出了更高的要求，既填埋工作面上2m以下高度范围内甲烷的体积百分比应不大于0.1％；通过导气管道直接排放的填埋气体中，导气管排放口的甲烷的体积百分比应不大于5％。但是，对目前我国大部分厌氧型填埋场，尤其是大量的中小型城镇生活垃圾填埋场而言，由于缺乏甲烷回收利用设施，在执行新标准中将会面临巨大的困难，急需有效实现垃圾填埋甲烷减排的技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种实现城市生活垃圾处理快速稳定化和CH₄减排的填埋结构体和填埋处理方法，结合中国城市生活垃圾的特点，通过对现有技术的垃圾填埋结构体进行相应改变，达到城市生活垃圾的快速稳定化，同时实现温室气体CH₄减排功能。

为实现上述目的，本发明的一方面提供一种改进的城市生活垃圾填埋结构体，其包括如下构造：铺设在地基土上的粘土衬垫；铺设在所述粘土衬垫上的聚合物膜；铺设在聚合物膜上的土工布和铺设在土工布上的渗滤液导排层，在所述渗滤液导排层中埋设有渗滤液导排管；其特征在于，所述渗滤液导排管的末端与大气连通，所述渗滤液导排管还分别与开孔的水平和垂直开孔的导气管相连接，并且所述水平和垂直的导气管及以及用于保护所述水平和垂直的导气管的石笼均伸出垃圾填埋体外，与大气连通。

另外，本发明的另一方面提供一种城市生活垃圾的填埋处理方法，所述填埋处理方法使用根据本发明第一方面所述的改进的城市生活垃圾填埋结构，所述处理方法包括如下步骤：通过使填埋场渗滤液导排管末端、所述水平和垂直的导气管分别与大气连通，填埋垃圾体发酵导致填埋体内外产生温差，外界大气在“烟囱效应”的驱动下通过渗滤液收集系统和竖直井进入垃圾层，进而使填埋场表层、集水管附近、竖直井和导排管周围处于好氧状态，而远离上述区域则处于厌氧状态，在好氧与厌氧区域之间则形成相应的缺氧区域；以及，填埋场垃圾填埋体内的微生物可以通过好氧和厌氧分解方式降解垃圾中的有机组分。

本发明在城市生活垃圾的快速稳定化，同时在实现温室气体CH₄减排功能方面特别有用。

附图说明

图1是城市生活垃圾准好氧填埋结构体示意图；

图2是准好氧填埋结构体渗滤液导排管不满流设计示意图；

图3是准好氧填埋结构体渗滤液导排管、导气管及石笼的剖面图；

图4是准好氧填埋结构体无动力导气管网示意图；

图5是准好氧填埋结构体无动力导气管网剖面图；

图6是根据本发明的一个实施方案的准好氧和厌氧填埋体产生渗滤液COD_Cr的动态变化；

图7是根据本发明的一个实施方案的准好氧和厌氧填埋体产生渗滤液BOD₅的动态变化；

图8是根据本发明的一个实施方案的准好氧和厌氧填埋体产生CH₄气体的动态变化；

图9是根据本发明的另一个实施方案的准好氧和厌氧填埋体产生渗滤液COD_Cr的动态变化；

图10是根据本发明的另一个实施方案的准好氧和厌氧填埋体产生渗滤液BOD₅的动态变化；以及

图11是根据本发明的另一个实施方案的准好氧和厌氧填埋体产生CH₄气体的动态变化。

具体实施方式

下面对本发明作详细说明，其目的是使本领域技术人员能够实施本发明，而不是用来限定本发明的范围。

为了实现城市生活垃圾处理快速稳定化和甲烷减排，本发明采用了图1所示的填埋结构体，以下简称作准好氧填埋工艺。图1示意性地描述了本发明所提供的一种改进的城市生活垃圾填埋结构体的构造。

如图1所示，在平整压实的地基土上铺设厚度为20～30cm的压实粘土衬垫，其上铺设高密度聚乙烯(HDPE)膜。HDPE膜上分别铺设土工布，并且在土工布上铺设厚度为50～60cm的渗滤液导排层，其中埋设渗滤液导排管，所述渗滤液导排管的直径与填埋场的集水量、导排量和填埋垃圾层所需空气流量等参数有关。渗滤液导排管的末端与大气连通，使产生渗滤液可以及时外排，而外界空气可以自由进入垃圾填埋体。渗滤液导排管采用石笼保护，石笼的直径控制在60～120cm左右。为了保证准好氧填埋层的渗滤液的快速导排和垃圾填埋层的空气需求量，即，保证垃圾填埋体内形成充足的好氧(O₂含量＞5％，体积比)和缺氧区域(0％＜O₂含量≤5％)，渗滤液导排管的孔径为12～16mm，孔距为6～10cm。渗滤液导排管还分别与开孔的水平和垂直导气管相连接，水平和垂直导气管的开孔孔径分别为12～16mm，孔距分别为6～10cm，水平和垂直导气管及用于保护所述导气管的石笼分别伸出垃圾填埋体外40～60cm，与大气连通。其中，水平和垂直导气管的直径控制在10～30cm，并采用石笼保护，石笼的直径在50～100cm，其大小与填埋垃圾的特性和导气管之间的间距等填埋工艺参数相关。垃圾填埋单元的基底相对于水平面保持1％～3％的坡度，同时渗滤液导排管、水平导气管和石笼铺设时均相对于水平面控制1％～3％的坡度，由此保证填埋场渗滤液的及时导排和垃圾填埋体对于外界空气的拔风效果。

值得说明的是，在本发明的具体实施方式中，涉及填埋结构体的所述数值范围均是相对于一个垃圾模拟填埋单元计算的。所述模拟填埋单元是根据填埋作业的需要来划分的操作单元，其厚度一般为3～4m，包括导气管(或渗滤液导排管)、垃圾填埋层和填埋层覆土等附属设施。

在本文中提及的术语“渗滤液导排层”是本领域中的一般意义上的术语，其把上层渗透到该层的渗滤液排到渗滤液导排管组成的管网中，进而排出填埋场。

在本文中提及的术语“粘土衬垫”是本领域中的一般意义上的术语，其是一定厚度的压实粘土层，用于填埋场衬垫和废弃物的拦蓄，其水力渗透系数极低(生活垃圾填埋场污染控制标准(GB16889-2008)要求粘土衬垫的水力渗透系数＜1.0×10^-7cm/s)，在填埋场中起阻隔作用。

在本文中提及的术语“聚合物膜”是一种相对较薄的柔性的热塑或热固聚合材料，具有不透水性，例如高密度聚乙烯膜。

在本文中提及的术语“土工布”是本领域中的一般意义上的术语，其是指用于岩土工程的有纺织物、无纺织物及其复合材料，用于阻挡微小颗粒物的通过。具有质地轻、强度高、弹性好、耐磨、耐酸碱、不易腐烂、吸湿性小等特点。

此外，需要提及的是，图1所示的垃圾填埋结构体中，水平导气管和垂直导气管对于填埋结构体的导气作用是相同，都是为了使填埋结构体保持一定范围的好氧区域。

为了保证垃圾填埋体内形成充足的好氧(O₂含量＞5％，体积比)和缺氧区域(0％＜O₂含量≤5％)，同时控制垃圾填埋体内的温度分布和CH₄气体的产生，结合中国城市垃圾的特点，垃圾填埋体的水平导气管之间和垂直导气管之间的间距分别控制在10～15m，其大小与填埋垃圾的性质和导气管及石笼的尺寸等参数有关，由此可以保证垃圾填埋体内好氧、缺氧和厌氧区域之间的平衡，以满足填埋垃圾的快速稳定化和填埋气CH₄原位减排的要求。

垃圾填埋过程中，根据填埋垃圾的高度逐步升高石笼，通过调整压实机的配置和压实次数将填埋垃圾的压实密度控制在500～750kg/m³，孔隙率控制在25％～40％。垃圾填埋单元层的厚度控制在3.0～4.0m，垃圾填埋场的设计高度控制在15～20m。

当填埋垃圾达到设计高度，采用毛细防渗格栅防渗工艺对填埋垃圾体进行终场覆盖，该覆盖工艺具有防渗透气的作用，保证了准好氧垃圾填埋体表层的透气性。毛细防渗格栅从上至下包括：植被层和15～30cm的甲烷氧化层，50～100cm的细砂层，15～30cm的粗砂层，20～30cm的砾石层。

在本发明的准好氧垃圾填埋结构体中，所使用的渗滤液导排管采用图2所示的不满流设计。从图2看出，在渗滤液导排管的末端与大气连通的情况下，使产生渗滤液在水头作用下及时外排，渗滤液在渗滤液导排管中形成不满流，这为外界空气向垃圾填埋层的扩散提供了通道。此外，在水平和垂直导气管末端也分别与大气连通的情况下，由于填埋垃圾的分解产热导致填埋结构体内部与外界环境温度形成温差，填埋结构体内部的热空气上升，外界空气在“烟囱效应”的驱动下沿不满流设计的渗滤液导排管进入垃圾填埋层，实现填埋结构体填埋气和外界环境空气的无动力交换(参见图4)。在渗滤液导排管的周围形成好氧区域和缺氧区域，而远离渗滤液导排管则形成厌氧区域。由于产甲烷菌是严格的厌氧菌，故好氧区域和缺氧区域的CH₄产生受到抑制；而填埋结构体厌氧区域产生的CH₄气体在经过好氧和缺氧区域时存在被甲烷氧化菌氧化而消除的可能，所以当好氧、缺氧和厌氧区域平衡时填埋结构体所排放的CH₄气体显著降低。

在传统的厌氧填埋结构体中，在渗滤液导排管末端设置控制阀门以控制渗滤液流出，同时阻断空气进入垃圾体，以保持填埋结构体内处于厌氧状态，隔绝了该填埋结构体与外界环境进行交换的可能。而在本发明所使用的垃圾填埋结构体中，存在好氧区域、厌氧区域以及在好氧区域与厌氧区域之间形成的缺氧区域。由于垃圾好氧降解的产物主要是CO₂、H₂O、NO₃ ^-和N₂，而垃圾厌氧降解的产物主要为CO₂、CH₄和NH₃，且有机质的好氧反应速率显著高于厌氧反应速率，故采用本发明的改进的填埋结构体可以较快填埋垃圾的稳定化进程，降低CH₄气体的排放。

图3是准好氧填埋结构体渗滤液导排管、导气管及石笼的剖面图。渗滤液导排管和导气管的保护石笼通过向一定直径的石笼网中填充直径在3～6cm的碎石来实现，除保护作用之外，其作用还主要有：1)实现渗滤液的有效收集和快速导排；2)提高流动空气与垃圾填埋层的接触面积，促进填埋结构体与环境之间的空气交换和扩散作用。

图4是准好氧填埋结构体无动力导气管网示意图。如图4所示，垃圾填埋单元基地相对于水平面保持1％～3％的坡度，以保证渗滤液在水头作用下及时外流排空。渗滤液导排管的末端与大气相连，中间部分分别与水平和垂直导气管相连，而水平和垂直导气管及石笼分别通过填埋场边坡和覆盖层伸出垃圾填埋体外40～60cm，与外界环境相连，这为环境空气的流通提供通道。图4中箭头所指方向为准好氧填埋结构体无动力导气管网中空气的流动方向。

准好氧填埋结构体无动力导气管网的作用主要是：1)实现渗滤液的有效收集和快速导排；2)提高流动空气与垃圾填埋层的接触面积，促进填埋结构体与环境之间的空气交换和扩散作用。

图5是准好氧填埋结构体的无动力导气管网的剖面图。从图5中可以看出，在使用本发明的准好氧垃圾填埋结构体的情况下，在每一个垃圾填埋单元层中均形成了好氧区域、厌氧区域以及在好氧区域与厌氧区域之间形成的缺氧区域。为了保证垃圾填埋体内形成充足的好氧和缺氧区域，即使得在所述好氧区域中，O₂含量＞5体积％，而在缺氧区域中，0％＜O₂含量≤5％，同时控制垃圾填埋体内的温度分布和CH₄气体的产生，结合中国城市垃圾的特点，垃圾填埋体的水平导气管之间和垂直导气管之间的间距分别被控制在10～15m，其大小与填埋垃圾的性质和导气管及石笼的尺寸等参数有关，由此还可以保证垃圾填埋体内好氧、缺氧和厌氧区域之间的平衡，满足填埋垃圾的快速稳定化和填埋气CH₄原位减排的要求。

垃圾填埋过程中，根据填埋垃圾的高度逐步升高石笼，通过调整压实机的配置和压实次数将填埋垃圾的压实密度控制在500～750kg/m³，孔隙率控制在25％～40％。垃圾填埋单元层的厚度控制在3.0～4.0m，垃圾填埋场的设计高度控制在15～20m。

本发明的另一方面，还提供一种城市生活垃圾的填埋处理方法，所述填埋处理方法使用本发明第一方面的改进的城市生活垃圾填埋结构体。该填埋结构体的特征在于：渗滤液导排管、水平和垂直导气管的末端以及石笼分别与大气连通，填埋垃圾发酵产热导致填埋体内外空气存在一定的温差，填埋体内的热空气上升，外界大气在“烟囱效应”的驱动下通过渗滤液导排管、水平和垂直导气管进入垃圾填埋层，进而使填埋场表层、集水管附近、竖直井和导排管周围均处于好氧状态，这些区域被称作好氧区域。而远离上述区域则处于厌氧状态，这种区域则被为厌氧区域。在好氧与厌氧区域之间则形成相应的缺氧区域。因此，准好氧填埋场垃圾填埋体内的微生物可以通过好氧和厌氧分解方式降解垃圾中的有机组分。在本发明中，所述微生物是在城市生活垃圾中的常规微生物。厌氧条件下，填埋垃圾中的含碳有机物主要被分解为CO₂和CH₄，含氮有机物则被分解为CO₂和NH₃；而在好氧条件下，填埋垃圾中的含碳有机物主要被分解为CO₂和H₂O，含氮有机物则主要被分解为NO₃ ^-和N₂。这种准好氧填埋场充分利用填埋体内的好氧、厌氧和缺氧区域，充分降解填埋垃圾中的有机物，从而有效降低渗滤液中的有机污染物浓度。同时，由于产甲烷菌是严格的厌氧菌，填埋场好氧区域的CH₄产生受到抑制；而厌氧区域产生的CH₄气体在通过缺氧和好氧区时被甲烷氧化菌部分氧化。因此，甲烷得到了减排。而且，由于垃圾中的有机质的好氧反应速率显著高于厌氧反应速率，故采用改进的填埋结构体可以使填埋垃圾的稳定化进程变得更快。

该城市生活垃圾填埋结构体和填埋方法的主要优点包括：1)在较短时间内显著降低渗滤液中的有机污染物浓度，同时渗滤液的产生量也相应的减少，从而节省了渗滤液后续处理费用，避免了厌氧填埋场渗滤液污染物浓度，处理难度大、费用高等问题；2)与传统厌氧填埋相比，该垃圾填埋结构体和填埋方法可以减少70％～90％以上的温室气体CH₄排放，从而达到《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB16889-2008)中关于CH₄气体排放的要求，并降低了填埋场爆炸燃烧事故的风险；3)使填埋垃圾的稳定化时间缩短至2～3年，减少了监管维护费用和土地复用时间；4)该填埋结构体和填埋方法的建设投资及运行成本相对较低，对机械和设备的要求相对较低，便于填埋实际操作；5)与该垃圾填埋技术配套的毛细格栅覆盖层具有防渗透气的作用，利于填埋垃圾稳定化和CH₄气体减排。

实施例

实施例1：

城市生活垃圾填埋试验于2006年4月至2007年6月在室内模拟填埋装置中进行，模拟填埋装置以PVC材料制成并用钢架结构固定。填埋试验分别设置准好氧填埋和厌氧填埋两个处理，垃圾填埋结构体的尺寸为1.0m×1.5m×1.8m。供试垃圾来源于北京市阿苏卫填埋场的城市生活垃圾，其水分、有机质和灰分含量分别为52.9％、48.3％和51.7％。填埋试验的垃圾用量约为1600kg，填埋垃圾的压实密度约为0.73t·m^-3，孔隙率约为27.0％。

准好氧填埋结构体底部分别铺设HDPE膜，膜上铺设渗滤液导排层(碎石，厚度为50cm)，其间铺设渗滤液导排管(直径为5cm)。渗滤液导排管上安装内径为5cm的垂直开孔导气管(相当于模拟填埋单元垂直导气管的直径为30cm)，导气管的孔径和孔间距分别为13mm和6cm，并用直径为10cm的石笼保护(相当于模拟填埋单元石笼的直径为60cm)。垂直导气管高度为2.2m，伸出垃圾填埋装置40cm，其顶部和底部与外界空气相通。外界的空气在填埋垃圾体内外温差作用下，通过导气管进入垃圾体内，使准好氧填埋体内形成好氧区域、厌氧区域以及缺氧区域。最后，采用厚度为20cm的毛细格栅覆盖层对垃圾填埋结构体进行覆盖。

厌氧填埋结构体底部分别铺设HDPE膜，膜上铺设渗滤液导排层(碎石，厚度为5cm)，其间铺设渗滤液导排管(直径为5cm)用于对厌氧填埋产生渗滤液的收集。渗滤液导排管用石笼保护，石笼的直径为10cm，渗滤液导排管设有控制阀以控制渗滤液流出，同时阻断空气进入垃圾体，以保持填埋装置内处于厌氧状态。最后，采用厚度为20cm的粘土层对垃圾填埋结构体进行覆盖。

准好氧和厌氧填埋结构体上分别安装模拟降雨装置，并在装填后一个月开始模拟降雨(降雨量为20L/次)。分别测定准好氧和厌氧填埋结构体产生渗滤液的化学需要量(COD_Cr)、生化需氧量(BOD₅)以及填埋气中CH₄气体的浓度，其结果如图6、7和8所示。准好氧填埋结构体产生渗滤液的COD_Cr和BOD₅始终低于厌氧填埋结构体，并且在短时间内下降到较低水平。由于渗滤液的COD_Cr和BOD₅的高低是填埋垃圾稳定化程度的表征之一，故认为准好氧填埋结构体显著加快了填埋垃圾的稳定化进程。由图8可知，随着填埋试验的进行，准好氧填埋结构体产生的CH₄浓度显著低于厌氧填埋结构体，即准好氧填埋结构体可以显著降低的温室气体CH₄的排放量。

实施例2：

城市生活垃圾填埋试验于2003年11月至2004年10月在江西省九江市生活垃圾填埋场进行，填埋结构体的规模为21m×3.8m×6.0m。试验材料为九江市城市生活垃圾，分别设置准好氧填埋和厌氧填埋两个处理，填埋垃圾量均为250吨，填埋垃圾的压实密度约为0.52吨/m³，孔隙率约为37.9％。

准好氧填埋结构体底部分别铺设HDPE膜，膜上铺设渗滤液导排层(碎石，厚度为50cm)，在填埋结构体底部水平铺设直径为0.2m波纹管作为渗滤液收集主管道，渗滤液导排管长约22m。渗滤液导排管道周围铺设砾石石笼保护，石笼直径约为0.6m。渗滤液导排管的三个等分节点处铺设直径为0.15m的垂直开孔导气管，导气管的孔直径和孔距分别为13mm和6cm，并用砾石石笼(直径约为0.5m)保护。垂直导气管及石笼高度为6.0m，伸出垃圾填埋结构体40cm，其顶部和底部分别与外界空气相通。外界的空气在填埋垃圾体内外温差作用下，通过导气管进入垃圾体内，使准好氧填埋体内形成好氧区域、厌氧区域以及缺氧区域。最后，采用厚度为30cm的毛细格栅覆盖层对垃圾填埋结构体进行覆盖。

厌氧填埋结构体底部分别铺设HDPE膜，膜上铺设渗滤液导排层(碎石，厚度为50cm)，在填埋结构体底部水平铺设直径为0.2m波纹管作为渗滤液收集主管道，渗滤液导排管长约22m。渗滤液导排管的三个等分节点处铺设直径为0.15m的垂直渗滤液导排管，但不设垂直导气管，并在渗滤液收集主管出口设球阀以控制渗滤液，保持垃圾层处于厌氧状态。最后，采用厚度为30cm的粘土层对垃圾填埋结构体进行覆盖。

试验中没有设置水平导气管，其主要原因是试验填埋结构体的宽度相对较窄，同时，水平导气管和垂直导气管对于填埋结构体的导气作用是相同的，其目的都是为了使填埋结构体保持一定范围的好氧区域，即通过研究垂直导气管及石笼的设计参数(如直径和间距等)可以推算出水平导气管的设计参数。由于在这两个实施例的试验规模远比实际的垃圾填埋的规模小，因此只采用垂直导气管也可以满足形成好氧和缺氧区域。考虑到试验的简便程度和节约试验成本，这两个实施例均只使用了开孔的垂直导气管。

准好氧和厌氧填埋结构体上分别安装模拟降雨设施，采用人工控制降雨来调节垃圾层内的水分，每2周模拟降雨为1m³。采用便携式气体红外分析仪定期监测准好氧和厌氧填埋结构体产生CH₄气体的动态变化，同时采样分析渗滤液中的COD_Cr和BOD₅，其结果如图9、10和11所示。由图9和图10可知，准好氧填埋结构体产生渗滤液的COD_Cr和BOD₅始终低于厌氧填埋结构体，并且COD_Cr和BOD₅降低到较低水平所需时间较短，所以准好氧填埋结构体可以显著加快填埋垃圾的稳定化进程。由图11可知，在填埋试验期间，准好氧填埋结构体产生的CH₄浓度显著低于厌氧填埋结构体，由此表明准好氧填埋结构体可以有效减少CH₄气体的释放量。

本发明适用于城市生活垃圾的填埋处置，具有建设投资及运行成本相对较低，对机械和设备要求相对较低，便于填埋操作等优点，在实现填埋城市生活垃圾快速稳定化的同时，能够有效降低温室气体CH₄的排放量，满足《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB16889-2008)中关于CH₄气体排放的要求。

工业适用性

本发明在城市生活垃圾的快速稳定化，同时在实现温室气体CH₄减排功能方面特别有用。

Claims (8)

1.一种改进的适用于中国城市生活垃圾的填埋结构体，其包括如下构造：

铺设在地基土上的粘土衬垫；

铺设在所述粘土衬垫上的聚合物膜；

铺设在聚合物膜上的土工布，和

铺设在土工布上的渗滤液导排层，在所述渗滤液导排层中埋设有渗滤液导排管；

其特征在于：所述渗滤液导排管的末端与大气连通，所述渗滤液导排管还分别与开孔的水平和垂直导气管相连接，并且所述水平和垂直的导气管以及用于保护所述水平和垂直的导气管的石笼均伸出垃圾填埋体外，与大气连通，

其中对于一个垃圾填埋单元，所述开孔的水平和垂直导气管的直径控制在10～30cm，所述石笼的直径在50～100cm，所述水平导气管之间以及垂直导气管之间的间距分别为10～15m。

2.根据权利要求1所述的垃圾填埋结构体，其中在所述开孔的水平和垂直导气管中，所述开孔的孔径为12～16mm，开孔的间距为6～10cm。

3.根据权利要求1所述的垃圾填埋结构体，其中所述渗滤液导排管也开有孔，并且所述孔的孔径为12～16mm，孔的间距为6～10cm。

4.根据权利要求1所述的垃圾填埋结构体，其中填埋单元基底保持1％～3％的坡度，同时渗滤液导排管、水平导气管和石笼铺设时均控制1％～3％的坡度。

5.根据权利要求1所述的垃圾填埋结构体，其中垃圾填埋的压实密度为500～750kg/m³，孔隙率为25～40％。

6.根据权利要求1所述的垃圾填埋结构体，其中填埋单元层厚度在3～4m的范围内，垃圾填埋场的设计高度为15～20m。

7.根据权利要求1所述的垃圾填埋结构体，其中还包括对填埋垃圾体进行终场覆盖的毛细防渗格栅。

8.一种城市生活垃圾的填埋处理方法，所述填埋处理方法使用根据权利要求1至7中任一项所述的改进的适用于中国城市生活垃圾填埋结构体，所述处理方法包括如下步骤：

通过使填埋场的渗滤液导排管末端、水平和垂直的导气管的末端以及石笼分别与大气连通，填埋垃圾体发酵导致填埋体内外产生温差，外界大气在“烟囱效应”的驱动下通过渗滤液收集系统和竖直井进入垃圾层，进而使填埋场表层、集水管附近、竖直井和导排管周围处于好氧状态，而远离上述区域则处于厌氧状态，在好氧与厌氧区域之间则形成相应的缺氧区域；以及

填埋场垃圾填埋体内的微生物可以通过好氧和厌氧分解方式降解垃圾中的有机组分。

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