CN104281124B - 一种垃圾填埋场垃圾好氧降解监测控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种垃圾填埋场垃圾好氧降解监测控制系统及控制方法，它具有注气系统、抽气系统、注水系统、计算机传感器监测控制系统；注气井和抽气井相间距离为10‑50米，相互交替地均布在垃圾填埋场上，注气井底部密布连接成多孔注气管网，抽气井底部密布连接成多孔管网，还布置3‑10个的注水井或渗沥液井；在注气井和抽气井周围2‑5米设置一个监测井，每个监测井的探测器、传感器与计算机连接成完整的监测网，记录好氧降解过程的实测数据。根据数据，调节注气、抽气、注水等工序，使好氧降解过程保持在最佳状态。本发明布局合理，实时有效准确监测好氧降解过程，将抽气与注气操作有机结合，有效地提高垃圾处理效率，缩短处理时间。

Description

一种垃圾填埋场垃圾好氧降解监测控制系统及控制方法

技术领域：

本发明属于环境保护设施及垃圾处理技术, 特别涉及一种大型垃圾填埋场垃圾好氧降解监测控制系统及控制方法。

背景技术：

随着我国城市化进程的加快和人民生活水平的提高，城市垃圾量的不断增加，对城市的生态环境和居民健康构成了严重的威胁，对其进行生态修复及景观绿化，不但能降低污染，还可实现可持续利用土地资源。

好氧降解技术是近年来发展起来的垃圾填埋场垃圾治理技术，已得到美国国家环境保护局(EPA)的认可，并已大规模实施。也是国内主要城市常用的垃圾处理方法。好氧降解是一种生物反应器技术, 通过一定的设备或设施，向垃圾填埋场中注入空气和特定的生物细菌，使生活垃圾中的可降解有机物发生分解。其分解过程分为三步：好氧、兼氧和厌氧。初期在有氧条件下发生降解。降解的产物主要是二氧化碳、沼气、渗沥液和少量可挥发有机物。注入高温高湿空气可提供氧气和适宜的分解条件，排出废气并加速分解。中期含有较多氮铵的渗沥液可利用一定的设施将其聚集，通过渗沥液泵排出。后期在厌氧条件下以固体垃圾的降解为主，主要操作手段是减少含高氨氮浓度的渗沥液以消除对厌氧菌的毒害作用，同时加大投加碳源和加热以促进厌氧菌的分解作用。整个垃圾分解过程中，温度和湿度是最重要的影响因素。好氧降解时，需要垃圾的湿度在40％～60％, 温度在40^oC --60^oC。

采用好氧降解技术垃圾填埋场需要配备好下述系统：

（１）气体系统：垃圾气体控制器连接注气风机和抽气风机。注气风机连接多孔的注气井及底部密布的多孔注气管网；抽气风机连接多孔的抽气井及底部密布的多孔管网。另外，气体换热器、汽水分离器、冷凝水收集器、气体过滤器、配套阀门作为辅助。

（ 2 ）水系统：蓄水池、水泵、水管道、渗水沟渠、渗沥液井、渗沥液泵、空气压缩机。水泵将水从蓄水池中抽出，送入注水井或渗水沟槽，以增加垃圾堆体的湿度。垃圾渗沥液由渗沥液泵从渗沥液井中抽出。

（ 3 ）监测控制系统：计算机、传感器、信号处理装置及软件等对系统进行监测控制管理。

好氧降解技术的操作依据是垃圾填埋场中深埋层垃圾的环境，垃圾降解程度及其对应的温度、湿度、酸碱度和氧含量是不同的。注气的气量、气压和温度对距离注气井不同距离垃圾的作用效果和抽气作用的影响也是不同的。另外，当垃圾降解处于厌氧期时应当避免注气操作。因此，长期而有效地获取深埋层垃圾的真实环境参数是实施好氧降解操作控制的必要条件。因深埋层垃圾成份的复杂化，高温高湿环境对探测器的精度产生影响及其化学不均匀性会对传感器的探测元件造成损害。挑选适用于狭窄空间管路、高温高湿和污染等苛刻环境，并能准确测量温湿度的工业变送器也是重要的内容之一。

中国专利ZL200510011155-快速降解固体垃圾的方法，该专利虽然提出了在垃圾填埋场大面积如何布局注气管和抽气管及如何管理，但注气管与注气管和抽气管与抽气管均未连接成管网；透气方式仅仅靠填埋垃圾的间隙，效果并不理想，用于测量的传感器均设置在注气管和抽气管内，传感器反应的参数并不是好氧降解的真实数据。

中国专利ZL 201220719804-一种使垃圾填埋场快速修复回用的装置，该专利仅仅是原理上展示了垃圾填埋场快速修复（即好氧降解）的连接方式，未给出垃圾填埋场大面积如何布局，如何监测和控制。

快速有效地实施好氧降解技术，最大限度地分解垃圾，已经成为了各大城市垃圾处理工作中刻不容缓的工作。科学有效地监测垃圾填埋场内垃圾降解过程的温湿度和其它环境参量，才能全面详尽地了解并操控好氧降解过程，使好氧降解技术充分发挥作用。

发明内容：

本发明的目的是提供一种垃圾填埋场垃圾好氧降解监测控制系统及控制方法。它能够实时提供垃圾降解过程中温湿度实测数据，经济有效长时间监控调整垃圾降解过程，达到全部和高效降解的目的。

本发明是这样实现的。它具有由注气风机多个注气井组成的注气系统、由抽气风机多个抽气井组成的抽气系统、由水池水泵水管道注水井组成的注水系统，由计算机信号处理装置传感器组成的监测控制系统。注气风机连接多孔的注气井，注气井底部密布连接成多孔注气管网，抽气风机连接多孔的抽气井，抽气井底部密布连接成多孔管网，水泵连接无孔的注水井或渗沥液井；注气井和抽气井相互交替地均布在垃圾填埋场上，将垃圾填埋场分割成若干方形小区，注气井和抽气井相间距离为10-50米；在其周围2-5米设置1至4个监测井，小区中心设置一个监测井，监测井内的探测器、传感器连接成监测网；根据现场情况布置3-10个的注水井或渗沥液井。

依据抽样原理和注气井与抽气井在整个垃圾场均匀的分布，可以选取部分有代表性的注气井和抽气井，在其周围2-5米设置1至4个监测井，再在井周围增设1至3圈监测井，对代表井进行高密度监测。

所述每个监测井的不同深度上设置2-5个气体温湿度探测器。在每个监测井的底部设置土壤温湿度传感器。每个监测井的探测器、传感器与计算机连接成完整的监测网，记录实时数据，真实地反映好氧降解过程的实时效果。

所述的监测井深度应达到堆放垃圾的底层，井壁多孔。为较好地保护探头避免受到分解液不必要的腐蚀和垃圾硬物的伤害，在垃圾堆底部先钻出一定的空间，深度约为10--15厘米，先用沙子或锯末屑做外围少量填充，再用园林土壤填充在中间，探头直接插入园林土壤中。

由于垃圾填埋场垃圾面积大，探测器、传感器与计算机室相距几百米，信号传输损失大，使监测数据误差大，本发明在探测器、传感器与计算机之间设置了模拟数字转换、然后以数字信号传输。

本发明的控制方法为：

1）检测所有设备完好，网络畅通，显示正常；

2）记录显示数据；

3）按下列参数控制好氧降解过程，当注气井注入高温空气，最近距离的监测井内

温度达到50℃时，适当降低注气压力和气体温度，当所有监测井温度达到35℃--40℃，维持注气一段时间，保证好氧分解无死角；最高温度不得超过60 ^oC，一旦超过就要起动通风设备进行降温。

4）监测与调控湿度：渗沥液回灌是好氧和厌氧分解期间最重要的技术手段，同时也能够保证一定的湿度条件。由于湿度不是瞬间响应。根据渗沥液回灌及其一段时间后测量得到的湿度值适当调整，并利用注水井注水增加湿度，达到40%-60%为合适；

5）在好氧降解初期，将注气井和抽气井都改成注气，加大注气量；

在好氧降解中期，调节好注气和抽气比例，维持最佳降解环境；

在好氧降解晚期，将注气井和抽气井都改成抽气，加大抽气量，压缩垃圾，强迫废气排出，促进整体沉降。

本发明的有益效果：

（ 1 ）对不同距离及不同深度垃圾的环境变化进行高密度的有效监控，维持最佳降解环境；

（ 2 ）监测井底部改进，有效保护探测器、传感器，显示的数据真实可靠；

（ 3 ）本发明的实现将抽气与注气操作有机结合，利用了垃圾分解在各个阶段的特点，其有效实施将会极大地提高垃圾处理效率，缩短处理时间。

（ 4 ）本发明的实施可科学有效地指导垃圾降解操作：在分解初期以大量曝气和注水为主，同时要及时排出分解的气体和液体；中期以少操作为主；后期以抽气为主，同时避免气体的注入。

附图说明

图1为本发明垃圾填埋场注气井、抽气井、监测井平面布局示意图，

图2为本发明垃圾填埋场一个小区注气井、抽气井、监测井平面布局示意图，

图3为本发明垃圾填埋场注气井、抽气井立面连接布局示意图，

图4为本发明的监测井结构示意图，

图5为本发明进行高密度监测的代表井周围监测井的平面布局示意图，

图6垃圾填埋场底层管网布局施工图片，

图7为垃圾填埋场地面井口施工图片，

图8为本发明垃圾填埋场计算机监测处理单元（局部），

图9为本发明垃圾填埋场气体与温湿度数据采集单元。

其中，1----注气井，2----监测井，3----抽气井，4----土壤温湿度传感器，5----气体温湿度探测器，6----园林土壤，7----沙子或锯木屑。

具体实施方式

下面结合附图对本发明具体实施的方式做详细描述。

实施例1：

根据附图，本发明在大型垃圾填埋场内每隔30米安装一个注气井，两个注气井中间为抽气井(如图1所示)。垃圾高约10米。每50万立方米垃圾安装一台50 m³/min,75kPa的多级离心鼓风机，一台50 m³/min，33kPa的多级离心引风机和一台气体换热器；少量安装气体过滤器。

注气井与抽气井将垃圾场平面分割成30*30米的小区，在每个小区的中心设置一个监测井，在注气井与中心离注气井2-5米设置一个监测井，抽气井与中心离抽气井2-5米设置一个监测井。整个垃圾场是均匀的，可以选择部分有代表性的注气井与抽气井进行高密度监测。

即在注气井与抽气井周围再增设1至2圈监测井，其余监测井可以暂缓布置，简化网络，节约成本，布置图见图5。

所述每个监测井的不同深度上设置2-5个气体温湿度探测器。在每个监测井的底部设置土壤温湿度传感器。每个监测井的探测器、传感器与计算机连接成完整的监测网，记录实时数据，随时监控垃圾分解的进程。当注气井注气及抽气井抽气时，将测量数据反馈给中央控制系统，反映注气和抽气的效果。真实地反映好氧降解过程。

对垃圾填埋场所使用的温湿度传感器有严格要求。普通传感器的温度在40^oC以下，而本发明要求温湿度传感器的标称工作温度为80^oC，适用于狭窄空间管路和高温高湿环境，密封防护等级IP65(NEMA 4 level)。所有的传感器输出经模数转换后以数字信号传输。

实施例2：

垃圾填埋场的操作可以充分利用注气管网的布局和注气井与抽气井的综合作用。在垃圾分解初期，由于主要是好氧对垃圾的分解起主要作用，注气的作用远远大于抽气。这时可以利用注气管网进行大量注气(如图6所示)，抽气井也改为注气井向垃圾内注气，这样在垃圾场内形成大的压力，使垃圾变得膨胀和蓬松，更有利于垃圾的分解和渗沥液的流出。同时，由于注气井与抽气井在垃圾场表面是均匀分布，其注气效果将远远大于单纯的注气和抽气。当所有注气操作完成时，大量的被压缩气体会迅速排出，达到好的排出废气的作用。另外，在垃圾分解的后期，由于主要是厌氧对垃圾的分解起主要作用，以抽气为主。将注气井和注气管网改用为抽气，使垃圾压缩和压实，也更有利于垃圾场的沉降，达到密封效果，进一步促进垃圾分解。

使用对注气井和抽气井的抽样监测方法(即针对有代表性的一个或两个)，而不是对所有注气井均进行监测，两者具有相同的效果。由于在垃圾填埋场的表面要安装气体和温湿度数据采集装置(如图7所示)，如果该装置刚好位于所监测的注气井和抽气井附近，在工程上将更有利于操作和管理，并获得更有效的数据。

本发明的实现将抽气与注气操作有机结合，利用了垃圾分解在各个阶段的特点，其有效实施将会极大地提高垃圾处理效率，缩短处理时间。

Claims (3)

1.一种垃圾填埋场垃圾好氧降解监测控制系统，它具有由注气风机多个注气井组成的注气系统、由抽气风机多个抽气井组成的抽气系统、由水池水泵水管道注水井组成的注水系统，由计算机信号处理装置传感器组成的监测控制系统；其特征在于注气风机连接多孔的注气井，注气井底部密布连接成多孔注气管网，抽气风机连接多孔的抽气井，抽气井底部密布连接成多孔管网，水泵连接无孔的注水井或渗沥液井；注气井和抽气井相互交替地均布在垃圾填埋场上，将垃圾填埋场分割成若干方形小区，注气井和抽气井相间距离为10-50米，在其周围2-5米设置1至4个监测井，小区中心设置一个监测井，监测井内的探测器、传感器连接成监测网，根据现场情况布置3-10个的注水井或渗沥液井；在所述每个监测井的不同深度上设置2-5个气体温湿度探测器；在每个监测井的底部设置土壤温湿度传感器，每个监测井的探测器、传感器与计算机连接成完整的监测网，记录实时数据，真实地反映好氧降解过程的实时效果。

2.根据权利要求1所述的一种垃圾填埋场垃圾好氧降解监测控制系统，其特征在于所述的监测井，是选取少量有代表性的注气井和抽气井周围2-5米设置1至4个监测井，再在井周围增设1至3圈监测井，监测井内的探测器、传感器连接成监测网，对代表井进行高密度监测。

3.根据权利要求1所述的一种垃圾填埋场垃圾好氧降解监测控制系统，其特征在于所述的监测井深度须达到堆放垃圾的底层，井壁多孔，在垃圾堆底部先钻出一定的空间，深度约为10--15厘米，先用沙子或锯末做外围少量填充，再用园林土壤填充在中间，探头直接插入园林土壤中。