CN103111451B

CN103111451B - 一种山谷型生物质填埋场

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Publication number: CN103111451B
Application number: CN201310065524.4A
Authority: CN
Inventors: 雷学军
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-03-01
Filing date: 2013-03-01
Publication date: 2019-07-26
Anticipated expiration: 2033-03-01
Also published as: CN103111451A

Abstract

本发明公开了一种山谷型生物质填埋场，包括在山谷、沟涧、坑洼、坡地，废弃、干涸的水库、河道及矿井修建的生物质填埋场；山谷型生物质填埋场由底部衬层系统、填埋单元、覆盖系统、渗滤液收集处理系统、填埋气体收集处理系统、填埋热量收集处理系统、地下水监测系统组成。生物质填埋场能容纳、填埋植物光合作用吸收CO₂形成的生物质，减少地球大气中CO₂的含量，还能利用有机物分解过程中产生的气体、液体和热量，将其应用到多个领域，降低生物质填埋对环境的污染和资源的浪费，卫生清洁、经济高效，应用前景广阔。

Description

一种山谷型生物质填埋场

技术领域

本发明属于生物质填埋技术领域，具体涉及一种山谷型生物质填埋场。

背景技术

工业革命以来，随着人类对能源需求的不断扩大，向大气中排放的CO₂等温室气体逐年增加，大气温室效应随之增强，引起地球上的病、虫、害和传染性疾病濒发；海平面上升；气候反常，海洋风暴增多；土地干旱，沙漠化面积迅速扩大等一系列严重问题。生物质填埋就是利用植物光合作用吸收的CO₂转变成有机化合物填埋到地下，减少地球大气中CO₂的含量，但目前国内外还没有利用植物通过光合作用吸收大气中CO₂，并将其填埋来扼制温室效应的方法和生物质填埋场设计方法。

生物质填埋场内大量的有机物分解后，形成腐殖质。腐殖质是土壤团聚体的主要胶结剂，土壤有机胶体是形成水稳性团粒结构不可缺少的胶结物质，有助于黏性土形成良好的结构，从而改变了土壤孔隙状况和水、气比例，创造适宜的土壤松紧度。土壤有机质的黏性远远小于黏粒的黏性，只是黏粒的几分之一。一方面，它能降低黏性土壤的黏性，减少耕作阻力，提高耕作质量；另一方面它可以提高砂土的团聚性，改善其过分松散的状态。土壤有机质中的有机胶体，带有大量负电荷，具有强大的吸附能力，能吸附大量的阳离子和水分，其阳离子交换量和吸水率比黏粒要大几倍、甚至几十倍，所以它能提高土壤保肥蓄水的能力，同时也能提高土壤对酸碱的缓冲性。有机质颜色较暗，一般是棕色到黑褐色，吸热能力强，可以提高地温；提供土壤微生物所需的能量和养分，有利于微生物活动。

有机质改善了填埋场周边土壤的结构，增强了土壤的蓄水保肥、通气性能，协调土体的水热气肥状况，增进了土壤微生物的活性，综合提高土壤肥力。生物质填埋场可以为戈壁滩、沙漠创造出绿洲。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的不足，提供一种山谷型生物质填埋场。

为了达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

所述山谷型生物质填埋场包括填埋单元，山谷的谷底及边坡上设有A压实粘土层，所述坑底及边坡的A压实粘土层中设有防渗衬垫，所述坑底A压实粘土层上设有砂砾层，所述砂砾层上设有土壤层；所述填埋单元填充山谷，所述填埋单元表层设有B压实粘土层，所述B粘土层上设有防水层，所述防水层上设有覆盖土层；覆盖土层边缘设有横向排水沟；所述填埋单元中设有渗滤液回灌管，若干个填埋气体收集井和填埋热量收集井；所述砂砾层中设有渗滤液抽取管，所述渗滤液抽取管与渗滤液处理利用设备连接，所述渗滤液处理利用设备与渗滤液回灌管连接，所述渗滤液抽取管上设有渗滤液抽取泵，所述渗滤液回灌管上设有渗滤液回灌泵；所述覆盖土层中设有插入填埋热量收集井内的地热井出水管和地热井回水管，所述地热井出水管与填埋热量利用设备连接，所述填埋热量利用设备与地热井回水管连接，所述地热井出水管上设有地源热泵，所地热井回水管上设有地热井回灌泵；所述覆盖土层中还设有与填埋气体收集井连接的集气管，所述集气管与贮气罐连接，所述集气管上设有气泵；所述填埋场还包括设在地坑旁的与地下水层连通的地下水监测井；所述地下水监测井旁设有纵向排水沟。

其中，所述防渗衬垫为HDPE土工膜，或HDPE土工膜与土工复合膨胀润土衬垫组成的复合衬垫。所述插入填埋热量收集井内的地热井出水管末端设有若干个小孔。所述填埋气体收集井由外套和内套组成，所述外套和内套之间的环隙中填充有砂砾，外套和内套上均设有若干个小孔，内套与集气管连接。所述渗滤液抽取管、渗滤液回灌管、集气管、地热井出水管、地热井回水管、外套和内套的管壁材料为PVC或HDPE；所述填埋热量收集井管壁材料为PVC、HDPE、玻璃、玻璃钢、陶瓷或水泥。所述填埋单元中的渗液回灌管上设有若干个小孔。所述若干个填埋热量收集井呈六边形排列，相邻两个填埋热量收集井距离200～500m,填埋热量收集井深度是填埋单元高度的1/2～2/3，填埋热量收集井井底距离填埋单元底部1～2 m。所述若干个填埋气体收集井呈六边形排列，相邻两个填埋气体收集井距离10～50m, 填埋气体收集井的深度是填埋单元高度的1/3～1/2，填埋气体收集井井底距填埋单元顶部2～5 m。

下面结合附图及涉及原理对本发明作进一步说明：

山谷型填埋场指建立在两山之间低凹处的填埋场，包括在山谷、沟涧、坑洼、坡地，废弃、干涸的水库、河道及矿井修建的生物质填埋场；是利用山谷形成的填埋空间,在山谷下游修筑堤坝建造而成，场地为独立的水文地质单元，地下水流至谷口向外排泄。在库区外设置环库截洪沟，拦截场外雨水，排入场区下游。渗沥液收集后汇入下游的调节池，作集中处理。

填埋场要避开自然保护区、风景旅游区、文物古迹区、居民集中区和水源保护区。距离最近的人畜居栖点应大于800m，对集中式生活用水取水点不能产生污染影响，填埋场位于地下水流向的下游，进场道路尽量避开居民集中区。

参见图1至图3，所述山谷型生物质填场包括在山谷、沟涧、坑洼、坡地，废弃、干涸的水库、河道及矿井修建的填埋场；由底部衬层系统、填埋单元、覆盖系统、渗滤液收集处理系统、填埋气体收集处理系统、填埋热量收集处理系统和地下水监测系统组成。

所述底部衬层系统包括压实粘土层5和防渗衬垫6，主要是将生物质分解产生的渗滤液与地下水隔离开来。在修建底部衬层系统前，沿山体开挖纵向排水沟32，沟内填充HDPE水管，将山顶降水导向地下水层或库区下流水系。

所述填埋单元26，就是生物质储存的地方，填埋单元26填充山体1形成的山谷。

所述覆盖系统包括压实粘土层5、防水层18、覆盖土层17、横向排水沟19，主要是收集落到填埋场内的雨水，防止雨水直接灌入填埋单元26内。

所述渗滤液收集处理系统包括砂砾层3、土壤层2、渗滤液抽取管7、渗滤液抽取泵8、渗滤液处理利用设备9、渗滤液回灌泵15、渗滤液回灌泵16，收集通过填埋单元26自身渗出的渗滤液并加以利用，处理后达到排放标准的渗滤液就地排放，未达到排放标准的渗滤液重新回灌到填埋单元26内。

所述填埋气体收集处理系统包括填埋气体收集井20、集气管22、气泵23、贮气罐24，收集利用生物质分解过程中产生的气体。

所述填埋热量收集处理系统包括填埋热量收集井21、地热井出水管13、地源热泵12、填埋热量利用设备10、地热井回灌泵11、地热井回水管14，收集利用生物质分解过程中产生的热量。

所述地下水监测系统，主要通过地下水监测井25采集地下水层4的不样，测量地下水的温度、PH值及化学性来确定渗滤液是否泄漏。

其中，所述防渗衬垫6为HDPE土工膜或HDPE土工膜与土工复合膨胀润土衬垫（GCL）组成的复合衬垫。所述渗滤液抽取管7、渗滤液回灌管16、集气管22、地热井出水管13、地热井回水管14、填埋气体收集井外套27、填埋气体收集井内套28管壁为PVC或HDPE材料。所述渗液回灌管16、填埋气体收集井20管壁上均匀分布着若干个小孔。所述填埋热量收集井21管壁为PVC、HDPE、玻璃、玻璃钢、陶瓷、水泥等具有防腐、防酸、导热性好的材料。

其中，连接渗滤液回灌泵15的渗滤液回灌管16有很多分支管道，根据回灌区域需要，通过开关控制相对应的渗滤液回灌管16分支管道。

其中，位于填埋热量收集井21内的地热井出水管13末端有若干个小孔，便于热水进入地热井出水管13内。

其中，填埋气体收集井20由填埋气体收集井外套27、砂砾29、填埋气体收集井内套28组成，填埋气体收集井外套27、填埋气体收集井内套28的管壁上有若干个小孔，便于填埋气体进入集气管22内。

其中，若干个填埋热量收集井21通过地热井出水管13、地热井出水管14，组成一个填埋热量收集井群，通过开关控制地热收集区域。填埋热量收集井21呈六边形排列，相邻两井距离200～500m, 井的深度是该井所处填埋单元高度的1/2～2/3，井底距该井所处填埋单元底部1～2 m。

其中，若干个填埋气体收集井20通过集气管22，组成一个填埋气体收集井群，通过开关控制地热收集区域。填埋气体收集井20呈六边形排列，相邻两井距离10～50m, 井的深度是该井所处填埋单元高度的1/3～1/2，井底距该井所处填埋单元顶部2～5 m。当填埋气体浓度达到设定值时，气泵23开始工作。由于覆盖土层17和防水层18具有一定的抗压能力，填埋单元26内可以是正、也可以是负压。

山谷型填埋场建设施工时，结合山谷下游修筑堤坝修建，将谷底及山坡进行平整，谷底粘地层厚度大于100cm，边坡上粘地层厚度大于75cm，分层压实。

防渗衬垫以HDPE土工膜或HDPE土工膜与土工复合膨胀润土衬垫（GCL）组成的复合衬垫为主，可采用双层HDPE土工膜防渗漏。在膜上要铺压实的粘土层，以防生物质填埋时轧穿防渗衬垫层。谷底粘地层厚度大于50cm，边坡上粘地层厚度大于15cm，分层压实。谷底粘地层在压实前要设置具有一定坡度的横向与纵向渗滤液导向沟，便于渗滤液导流与收集。再在该粘土层上铺一层厚度大于50 cm的砂砾，形成一个有利于渗滤液流动的砂砾层。砂砾层上铺一层厚度大于10 cm的土壤层，过滤生物质分解过程中产生的液体。

对于大于45°而小于75°的岩石边坡，首先在边坡上开凿纵向排水沟，沟内填充HDPE水管，纵向排水沟同库区底部的地下水导渗层连通或直接排向库区下流水系。地下水较丰富的填埋场，可以在纵向排水沟之间增加人字形支沟。

边坡坡度大于75°，难以开凿光滑平顺的排水沟，可采砖砌护壁的方法，设置纵向钢筋混凝土构造柱、横向钢筋混凝土圈梁以加固整体，构造柱与圈梁相交处植入锚杆，使砖壁与山体结合紧密。砖壁外表面用水泥砂浆找平抹光，其上铺设一层1000g/m²的土工布，其上的防渗膜、土工布的铺设同前。

对于高差5～10m的边坡上，铺设防渗衬垫时需在边坡上设置锚式固定点，固定点间距小于5m，同时选择带毛面的防渗衬垫，以加大防渗膜与边坡之间的摩擦；固定点之间设置垫条和压条固定防渗衬垫，垫条和压条均为HDPE材质，压条完整覆盖住螺栓露头，并同基膜焊接在一起，避免渗沥液腐蚀螺栓或泄漏。

山谷型生物质填埋场设计时，必须设置车辆出入填埋作业的临时道路和永久性盘山公路。在特别陡峭的山谷型生物质填埋场中，可用采滑道代替作业道路，减少修建作业道路而对山体、植被的破坏。滑道可以由钢筋混凝土或浆砌块石构造，滑槽深度大于1m，可以采用焊接钢板制作。要注意滑道底部的稳定，保护好防渗衬垫，作业道路按每20～30m标高设置一条。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明一种山谷型生物质填埋场由底部衬层系统、填埋单元、覆盖系统、渗滤液收集处理系统、填埋气体收集处理系统、填埋热量收集处理系统、地下水监测系统组成。生物质填埋场能容纳、填埋植物光合作用吸收CO₂形成的生物质，减少地球大气中CO₂的含量功能，还能利用有机物分解过程中产生的气体、液体和热量，将其应用到多个领域，降低生物质填埋对环境的污染和资源的浪费，卫生清洁、经济高效，应用前景广阔。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是填埋气体收集井示意图；

图3是填埋热量收集井示意图。

图中：

1、山体， 2、土壤层， 3、砂砾层，

4、地下水层， 5、压实粘土层， 6、防渗衬垫，

7、渗滤液抽取管， 8、渗滤液抽取泵， 9、渗滤液处理利用设备，

10、填埋热量利用设备， 11、地热井回灌泵，

12、地源热泵， 13、地热井出水管， 14、地热井回水管，

15、渗滤液回灌泵， 16、渗滤液回灌管， 17、覆盖土层，

18、防水层， 19、横向排水沟， 20、填埋气体收集井，

21、填埋热量收集井， 22、集气管， 23、气泵，

24，贮气罐， 25、地下水监测井， 26、填埋单元，

27、填埋场气体的收集井外套， 28、填埋场气体的收集井内套

29、砂砾， 30、外套透气孔， 31内套透气孔，

32、纵向排水沟， 33、B压实粘土层。

具体实施方式

下面详细说明本发明优选的技术方案，但本发明不限于所提供的实施例。

实施例1

参见图1至图3，所述一种山谷型生物质填埋场包括填埋单元26，山谷的谷底及边坡上设有A压实粘土层5，所述坑底及边坡的A压实粘土层5中设有防渗衬垫6，所述坑底A压实粘土层5上设有砂砾层3，所述砂砾层3上设有土壤层2；所述填埋单元26填充山谷，所述填埋单元26表层设有B压实粘土层33，所述B粘土层33上设有防水层18，所述防水层18上设有覆盖土层17；覆盖土层17边缘设有横向排水沟19；所述填埋单元26中设有渗滤液回灌管16，若干个填埋气体收集井20和填埋热量收集井21；所述砂砾层3中设有渗滤液抽取管7，所述渗滤液抽取管7与渗滤液处理利用设备9连接，所述渗滤液处理利用设备9与渗滤液回灌管16连接，所述渗滤液抽取管7上设有渗滤液抽取泵8，所述渗滤液回灌管16上设有渗滤液回灌泵15；所述覆盖土层17中设有插入填埋热量收集井21内的地热井出水管13和地热井回水管14，所述地热井出水管13与填埋热量利用设备10连接，所述填埋热量利用设备10与地热井回水管14连接，所述地热井出水管13上设有地源热泵12，所地热井回水管14上设有地热井回灌泵11；所述覆盖土层17中还设有与填埋气体收集井20连接的集气管22，所述集气管22与贮气罐24连接，所述集气管23上设有气泵23；所述填埋场还包括设在地坑旁的与地下水层4连通的地下水监测井25；所述地下水监测井25旁设有纵向排水沟32。

其中，所述防渗衬垫6为HDPE土工膜，或HDPE土工膜与土工复合膨胀润土衬垫组成的复合衬垫。所述插入填埋热量收集井21内的地热井出水管13末端设有若干个小孔。所述填埋气体收集井20由外套27和内套28组成，所述外套27和内套28之间的环隙中填充有砂砾29，外套27和内套28上均设有若干个小孔，内套28与集气管22连接。所述渗滤液抽取管7、渗滤液回灌管16、集气管22、地热井出水管13、地热井回水管14、外套27和内套28的管壁材料为PVC或HDPE；所述填埋热量收集井21管壁材料为PVC、HDPE、玻璃、玻璃钢、陶瓷或水泥。所述填埋单元26中的渗液回灌管16上设有若干个小孔。所述若干个填埋热量收集井21呈六边形排列，相邻两个填埋热量收集井21距离200～500m, 填埋热量收集井21深度是填埋单元26高度的1/2～2/3，填埋热量收集井21井底距离填埋单元26底部1～2 m。所述若干个填埋气体收集井20呈六边形排列，相邻两个填埋气体收集井20距离10～50m, 填埋气体收集井20的深度是填埋单元（26）高度的1/3～1/2，填埋气体收集井20井底距填埋单元26顶部2～5m。

Claims

1.一种山谷型生物质填埋场，包括山谷和填埋单元（26），其特征在于，所述山谷的谷底、边坡上设有A压实粘土层（5），所述A压实粘土层（5）中设有防渗衬垫（6），所述A压实粘土层（5）上设有砂砾层（3），所述砂砾层（3）上设有土壤层（2）；

所述填埋单元（26）填充山谷，所述填埋单元（26）表层设有B压实粘土层（33），所述B压实粘土层（33）上设有防水层（18），所述防水层（18）上设有覆盖土层（17）；覆盖土层（17）边缘设有横向排水沟（19）；

所述填埋单元（26）中设有渗滤液回灌管（16）、若干个填埋气体收集井（20）和填埋热量收集井（21）；

所述砂砾层（3）中设有渗滤液抽取管（7），所述渗滤液抽取管（7）与渗滤液处理利用设备（9）连接，所述渗滤液处理利用设备（9）与渗滤液回灌管（16）连接，所述渗滤液抽取管（7）上设有渗滤液抽取泵（8），所述渗滤液回灌管（16）上设有渗滤液回灌泵（15）；所述渗滤液回灌管（16）有若干分支管道；所述处理后未达到排放标准的渗滤液重新回灌到填埋单元（26）内；

所述覆盖土层（17）中设有插入填埋热量收集井（21）内的地热井出水管（13）和地热井回水管（14），所述地热井出水管（13）与填埋热量利用设备（10）连接，所述填埋热量利用设备（10）与地热井回水管（14）连接，所述地热井出水管（13）上设有地源热泵（12），所述地热井回水管（14）上设有地热井回灌泵（11）；

所述覆盖土层（17）中还设有与填埋气体收集井（20）连接的集气管（22），所述集气管（22）与贮气罐（24）连接，所述集气管（22）上设有气泵（23）。

2.如权利要求1所述的填埋场，其特征在于，所述插入填埋热量收集井（21）内的地热井出水管（13）末端设有若干个小孔。

3.如权利要求1所述的填埋场，其特征在于，所述若干个填埋热量收集井（21）呈六边形排列，相邻两个填埋热量收集井（21）距离200～500m, 填埋热量收集井（21）深度是填埋单元（26）高度的1/2～2/3，填埋热量收集井（21）井底距离填埋单元（26）底部1～2m。

4.如权利要求1所述的填埋场，其特征在于，所述若干个填埋气体收集井（20）呈六边形排列，相邻两个填埋气体收集井（20）距离10～50m, 填埋气体收集井（20）的深度是填埋单元（26）高度的1/3～1/2，填埋气体收集井（20）井底距填埋单元（26）顶部2～5m。