CN105127174B - 一种循环可持续的生活垃圾填埋场的处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种循环可持续的生活垃圾填埋场的处理方法，属于城市生活垃圾处理与处置技术领域。它包括四个处理单元，分别为1#单元、2#单元、3#单元和4#单元；1#单元从底部到顶层依次为防渗衬层、碎石层、垃圾层和腐殖层；在1#单元中每隔10～20m的网格交汇点设置竖直向上的中心管通气系统；在1#单元的顶层腐殖层上覆盖HDPE土工膜，HDPE土工膜具有优异的防渗、防腐性能、化学稳定性好。所述的2#单元、3#单元和4#单元同1#单元，各单元按照时间顺序，依次处于填埋、稳定、开采阶段，交替使用。它加速了生活垃圾的稳定化程度，实现填埋场的循环可持续应用。

Description

一种循环可持续的生活垃圾填埋场的处理方法

技术领域

本发明涉及城市生活垃圾处理与处置技术领域，尤其涉及一种循环可持续的生活垃圾填埋场的处理方法。

背景技术

填埋作为投资少、易管理、环境友好的生活垃圾处理技术形式以及固体废弃物唯一最终处置方式而广泛应用并不断发展。中国超过80％的城市生活垃圾采用填埋技术处理。填埋技术虽然普遍存在作业环境恶劣以及大气和水污染控制不理想的问题，但仍然是未来生活垃圾处理的主流方式。发达国家如欧盟、美国的城市生活垃圾处理已经向优先循环再生(recycling)、生物反应器填埋(bioreactor landfilling)加速稳定以及稳定后开采资源化利用(reuse)的方向发展。

生物反应器填埋技术是近几十年发展起来的一种新型生活垃圾填埋技术。生活垃圾填埋场通过渗滤液回灌、气体有组织输导等改善和强化微生物代谢和降解作用的方式，实现填埋场由单一堆填、与环境隔绝以及缓慢稳定化的传统运行模式和功能特点向人工强化调控的巨型生物反应器模式转变。北美固体废弃物组织对生物反应器填埋场的定义是有目的地控制和强化填埋场中的微生物反应，使垃圾中能降解的有机组分在封场后5～10年内完成稳定化过程的卫生填埋场。与其它填埋方式相比，生物反应器填埋能大大地加快垃圾降解与转化的速度和效率。

国内对于生物反应器填埋场技术的研究起步较晚。20世纪末，徐迪明、李国建、何品晶、何若等(同济大学和浙江大学)开始了渗滤液回灌以及类似模拟生物反应器填埋场的实验室研究，取得了大量有关渗滤液回灌型生物反应器填埋的研究成果。美国Florida大学的TimothyG.Townsend等人在2012年采集了两个填埋场分别于1990、1992、1994、2002和2007年填埋的垃圾样品并进行了产甲烷生化势的实验室研究，证明样品衰减速率常数分别为0.47/年和0.21/年，虽然超过了美国EPA公布的传统填埋场衰减速率常数0.05/年，但与国内研究人员得出的生物反应器填埋场(湿填埋场)0.1-0.3/年的结果比较接近，说明垃圾样品实验室测定产甲烷生化势的分析方法对生物反应器填埋场衰减速率常数的估算具有重要的参考价值。

美国是生物反应器填埋技术发展应用最早、最前沿的国家，根据上述最新研究成果不难发现，现有生物反应器填埋技术人工调控的力度有限，效果不理想：一方面渗滤液回灌量受填埋堆体渗透系数限制，通常只能达到一个较低的水平(0.1m/a左右)，所以有的生物反应器填埋场甲烷产量增幅不大；另一方面稳定化周期与传统厌氧填埋场相比虽然缩短2/3-3/4的时间(按照美国EPA对传统厌氧填埋场垃圾衰减常数0.05/年计算，半衰期需要13.8年，而现有生物反应器填埋场模式下衰减常数按0.3/年计算，半衰期需要2.3年，达到稳定仍需要5-10年)，但由于填埋设计使用寿命通常在10年左右，所以现有生物反应器填埋场还不能实现循环使用的模式。

中国发明专利，公开号：CN 1923382，公开日：2007年3月7日，公开了一种生活垃圾厌氧-好氧反应器循环操作填埋方法。步骤为：1)生活垃圾厌氧填埋，产生的渗滤液回灌至填埋层顶部布水；回收产生的填埋气；2)通过回灌，厌氧填埋达到一定技术指标，停止渗滤液回灌，对填埋层强制通风或自然通风；3)通风使填埋垃圾处于好氧或准好氧环境，去除垃圾层的高水分和恶臭气体，通风尾气导入渗滤液吹脱其中的氨氮；4)停止好氧或准好氧阶段。渗滤液另行处理，腐熟垃圾开采，经分选后资源化利用，填埋场地循环使用。其不足之处在于：填埋场的结构与传统填埋场没有区别，会出现回灌渗滤液分布不均导致局部稳定化过程缓慢，且当填埋场高度大于3m时强制通风时压降会很大，能耗增加；判断厌氧填埋转化为好氧填埋时机的技术指标过多，且不会同时出现；判定好氧稳定结束的技术指标未涉及生活垃圾固体样品本身的特性，而仅从渗滤液水质和填埋气成分两方面间接反映时不够直观和准确。

中国发明专利，授权公告号：CN 102441551 B，授权公告日：2014.07.30，公开了一种基于生物反应器原理的垃圾填埋方法，其步骤包括垃圾填埋、渗滤液回灌、微生物降解生成填埋气、渗滤液收集和处理；当开始所述垃圾填埋步骤后，所述垃圾中滤出的渗滤液经收集和处理后，用于对所述填埋垃圾进行回灌，所述微生物降解过程开始并产生填埋气，产生的渗滤液经处理达标后外排。该发明中的垃圾填埋方法具有较强的生物降解功能，垃圾生物降解速度快、稳定化时间短、填埋气产量高、收集完全，无需渗滤液处理设施，节约成本。其不足之处在于：生活垃圾需要破碎后再混合，实践应用中投资大，费用高；渗滤液的处理步骤包括预处理、生物处理和膜深度处理，其中膜深度处理费用昂贵，管理复杂，且与前述“无需渗滤液处理设施”自相矛盾；垃圾稳定化全过程为厌氧稳定，相较于好氧稳定其稳定化周期更长，且没有考虑稳定化垃圾的开采及资源化利用；填埋场内的营养物质失衡时，在回灌的渗滤液中加入缺少的营养物质，这并不合理因为无法判断填埋场内营养物质是否失衡；填埋场中填埋垃圾内部的温度需控制在45～60℃，在实际应用中，垃圾内部的温度难以稳定在这个范围内。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

针对现有技术的生物反应器填埋场稳定化时间长的问题，本发明提供了一种循环可持续的生活垃圾填埋场的处理方法。它有利于控制填埋作业过程中的大气环境污染，并明显缩短生活垃圾填埋稳定化周期，结合填埋场开采和资源化利用可以实现填埋场的循环使用，同时不影响厌氧填埋气体回收生物质能，垃圾渗滤液通过水量平衡技术可以实现零排放。

2.技术方案

为解决上述问题，本发明提供的技术方案为：

一种循环可持续的生活垃圾填埋场，包括四个处理单元，分别为1#单元、2#单元、3#单元和4#单元；1#单元从底部到顶层依次为高度为1～2m的防渗衬层，高度为0.15～0.20m的碎石层，高度为0.5～1.5m的垃圾层和高度为0.15～0.20m的腐殖层；在1#单元中每隔10～20m的网格交汇点设置竖直向上的中心管通气系统；在1#单元的顶层腐殖层上覆盖HDPE土工膜，HDPE土工膜具有优异的防渗、防腐性能、化学稳定性好。所述的2#单元、3#单元和4#单元同1#单元，各单元按照时间顺序，依次处于填埋、稳定、开采阶段，交替使用。

优选地，所述1#单元的腐殖层之上依次设置高度为0.15～0.20m的碎石层，高度为0.5～1.5m的垃圾层和高度为0.15～0.20m的腐殖层，依次顺序循环，1#单元总高度不超过10米。碎石层能够布水导气，利用碎石层的碱度，缓冲垃圾层降解初期有机物水解酸化反应产生的挥发性脂肪酸(VFA)，通过微负压抽吸的手段，碎石层结合通气系统的中心管的结构有利于厌氧稳定阶段产生的厌氧气体收集，通过热电联产回收生物质能，且生活垃圾不需要破碎。

优选地，在填埋单元底部的碎石层中设出水管，在填埋单元顶部的碎石层中设进水管，垃圾渗滤液通过所述的填埋单元出水管以重力或压力方式进入二相厌氧处理装置进水口，经过所述的二相厌氧处理装置厌氧预处理后通过回灌泵以压力方式进入所述填埋单元进水管，实现回灌。填埋单元底部的碎石层中的出水管将渗滤液排出进入调节池，经厌氧预处理后备用，可根据需要利用顶部碎石层中进水管回灌到具有导气布水作用的碎石层，促进微生物的降解过程。渗滤液通过二相厌氧处理装置处理后用于资源化加工过程的扬尘控制，可以达到蒸发减量并进一步削减污染物浓度的目的，再根据需要回灌到填埋单元保持适宜的含水率，最终可以实现渗滤液的零排放。

优选地，所述的中心管通气系统与碎石层接触部分装有套管，中心管在套管内，套管上部与中心管热熔连接，下部与中心管无连接，类似于保护罩，便于气体传输的同时防止渗滤液进入中心管，所述套管内的中心管部分开设直径为2.0～10.0mm的孔，作为通气的孔道。所述的通气系统的中心管通过导气布水层汇集填埋气体，填埋气体预处理后，可通过填埋气体制热或发电形式回收其生物质能。

优选地，在1#单元侧面边坡每隔10～20m水平距离设置通风侧管，所述通风侧管顶部连通大气，所述的通风侧管采用穿孔管方式与对应碎石层连通，为碎石层提供空气。进风口设置阀门，所述的通气系统的中心管通过碎石层与通风侧管相通，所述中心管顶端管道上设有离心风机和湿式流量计。开启通风侧管上的阀门以及所述中心管顶端管道上的离心风机，利用风机的抽吸作用使空气源源不断进入整个填埋单元，实现生活垃圾的好氧稳定。湿式流量计用于测定填埋气总产量并定期对气体进行采样分析。

优选地，所述的防渗衬层利用成熟的复合黏土防渗技术，即普通黏土添加20％粉煤灰和5％膨润土形成复合黏土材料，压实发挥防渗作用，压实后的复合黏土层饱和渗透系数应小于1.0×10^-7cm/s。可有效阻止渗滤液下渗进入地下水，当垃圾达到稳定化程度后开采的同时挖出被渗滤液浸透的部分黏土，回填新的复合黏土修复防渗衬层，所述复合黏土防渗技术具有防渗性能好、扰动后易修复的特点。

优选地，所述的腐殖层为自产的腐殖化产品或腐殖土。在相邻碎石层间形成多层“生活垃圾-腐殖土”的三明治式结构；采用批次覆盖，彻底改变填埋场现场恶劣的作业环境，即每一批次垃圾层填埋作业完成，随即用自产的腐殖化产品或腐殖土进行表层覆盖，从而隔断垃圾层腐败产生的臭气向周围大气环境中扩散且兼具布水导气的辅助功能。

优选地，在垃圾层中内置一个温度传感器和一个湿度传感器。用于垃圾稳定化进程中，观测垃圾层内的湿度和温度变化。

一种循环可持续的生活垃圾填埋场的处理方法，其步骤为：

第一步、构建所述的一种循环可持续的生活垃圾填埋场，并按上述构建1#单元，确保所有的阀门处于关闭状态；

第二步、调节池通过出水管回收1#单元底部的碎石层内收集的渗滤液，输送到二相厌氧处理装置处理；削减填埋单元的有机负荷，部分出水再喷洒到开采并筛选出的腐殖化产品堆体表层，通过好氧微生物的代谢作用进一步削减渗滤液的COD和TN，通过蒸发作用减小渗滤液的量，进一步地能够实现渗滤液的零排放；

第三步、通过湿度传感器监测垃圾层中含水率的变化，当含水率低于75％时，开启回灌泵，将经二相厌氧处理装置处理后的渗滤液，出水回灌到填埋单元顶部的碎石层内，水力负荷为0.1m³/(d·m²)；当含水率高于90％时停止回灌；这是厌氧稳定阶段；渗滤液只需要经过二相厌氧处理装置处理后，管理简单，费用低；与传统填埋场不同，不会出现回灌的渗滤液分布不均导致局部稳定化过程缓慢的现象，回灌的渗滤液由填埋单元顶部的碎石层均匀地布洒到填埋单元内，加快了垃圾层的稳定化进程；

厌氧稳定阶段通过监测填埋单元垃圾层中含水率的变化，以实时调节渗滤液回灌水力负荷，保持生物反应器维持在高效段的含水率，提高了生物质能回收的效率；

第四步、当湿式流量计测定的周产气量降到最高周产气量的10％时，将填埋单元由厌氧稳定阶段转换到好氧稳定阶段；

第五步、在好氧稳定阶段，调整渗滤液的回灌量，避免其阻碍氧气的扩散；利用填埋单元中设置的通气系统，开启通风侧管上的阀门以及所述中心管连接管道上的离心风机；风机的抽吸作用使空气源源不断进入整个填埋单元，好氧微生物占据主导进行新陈代谢反应，加速并提升垃圾层的稳定化程度；在好氧稳定阶段通过强制通风，利用好氧微生物的代谢作用加速了生活垃圾稳定化速率并提高了稳定化程度；垃圾稳定化全过程为先经过厌氧稳定，再进行好氧稳定，缩短了垃圾稳定化的周期。

第六步、当垃圾的AT4≤5mgO₂/g(干基)或GB21≤20NL/kg(干基)时，关闭通风侧管上的阀门以及所述中心管连接管道上的离心风机，好氧稳定阶段结束；AT4(干基)和GB21(干基)直接涉及生活垃圾固体样品本身的特性，这些技术指标能够准确地判定好氧稳定的结束；

第七步、对1#单元内达到第六步中稳定化指标的垃圾进行开采；

第八步、在所述填埋场构建的第一年里，按照第一步构建1#单元；

第九步、构建好1#单元后，在第二年里，1#单元执行第二至第六步，进入稳定化阶段，同时按照第一步的方法构建2#单元；

第十步、在第三年里，1#单元按照第七步进行开采，2#单元封场，执行第二至第六步，进入稳定化阶段，同时按照第一步的方法构建3#单元；

第十一步、在第四年里，1#单元继续开采并修复受污染的防渗衬层，为新一轮次的填埋作业做好准备，2#单元按照第七步进行开采，3#单元封场，执行第二至第六步，进入稳定化阶段，同时按照第一步的方法构建4#单元；

第十二步、在第五年里，2#单元继续开采并修复受污染的防渗衬层，为新一轮次的填埋作业做好准备，3#单元按照第七步进行开采，4#单元封场，执行第二至第六步，进入稳定化阶段，同时按照第一步的方法再次构建1#单元。填埋场按照第八步到第十二步的顺序，不断按照时间顺序，依次对1#单元、2#单元、3#单元和4#单元进行填埋、稳定、开采，实现填埋场循环可持续使用，填埋场遵循“以空间换时间，再以时间换空间”的循环作业模式。所谓“空间换时间”即牺牲部分填埋单元空间换来用2年时间实现生活垃圾的稳定化，再通过稳定化填埋单元的开采以及配套的资源化利用技术，实现“以时间换空间”即大幅度节省了稳定化的时间，通过开采和资源化利用实现填埋单元空间的恢复和循环利用，从根本上解决目前城市生活垃圾填埋场库容紧张、重新选址困难的问题；

优选地，其特征在于，将开采出来的垃圾利用组合分选技术和设备进行分选后，实现分类资源化利用。所述组合分选技术，包括鳞板布料、人工分选、滚筒筛分、风力分选等技术单元；填埋场从传统模式下垃圾永久存放地转变成为城市矿山，成为资源回收的再生加工地。3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

(1)本发明不断按照时间顺序，依次对1#单元、2#单元、3#单元和4#单元进行填埋、稳定、开采，实现填埋场循环可持续使用，填埋场遵循“以空间换时间，再以时间换空间”的循环作业模式。所谓“空间换时间”即牺牲部分填埋单元空间换来用2年时间实现生活垃圾的稳定化，再通过稳定化填埋单元的开采以及配套的资源化利用技术，实现“以时间换空间”即大幅度节省了稳定化的时间，通过开采和资源化利用实现填埋单元空间的恢复和循环利用，从根本上解决目前城市生活垃圾填埋场库容紧张、重新选址困难的问题；

(2)本发明将开采出来的垃圾利用组合分选技术和设备进行分选后，实现分类资源化利用；所述组合分选技术，包括鳞板布料、人工分选、滚筒筛分、风力分选等技术单元；填埋场从传统模式下垃圾永久存放地转变成为城市矿山，成为资源回收的再生加工地；

(3)本发明碎石层能够布水导气，利用碎石层的碱度，缓冲垃圾层降解初期有机物水解酸化反应产生的挥发性脂肪酸(VFA)，通过微负压抽吸的手段，碎石层结合通气系统的中心管的结构有利于厌氧稳定阶段产生的厌氧气体收集，通过热电联产回收生物质能；

(4)本发明所述的防渗衬层利用成熟的复合黏土防渗技术，即普通黏土添加20％粉煤灰和5％膨润土形成复合黏土材料，压实发挥防渗作用，压实后的复合黏土层饱和渗透系数应小于1.0×10^-7cm/s。可有效阻止渗滤液下渗进入地下水，当垃圾达到稳定化程度后开采的同时挖出被渗滤液浸透的部分黏土，回填新的复合黏土修复防渗衬层，所述复合黏土防渗技术具有防渗性能好、扰动后易修复的特点；

(5)本发明所述的腐殖层为自产的腐殖化产品或腐殖土；在相邻碎石层间形成多层“生活垃圾-腐殖土”的三明治式结构；采用批次覆盖，彻底改变填埋场现场恶劣的作业环境，即每一批次垃圾层填埋作业完成，随即用自产的腐殖化产品或腐殖土进行表层覆盖，从而隔断垃圾层腐败产生的臭气向周围大气环境中扩散且兼具布水导气的辅助功能；

(6)本发明在填埋单元底部的碎石层中设出水管，在填埋单元顶部的碎石层中设进水管，填埋单元底部的碎石层中的出水管将渗滤液排出进入调节池，经厌氧预处理后备用，可根据需要通过顶部碎石层进水管回灌到具有导气布水作用的碎石层，促进微生物的降解过程；渗滤液通过二相厌氧处理装置处理后用于资源化加工过程的扬尘控制，可以达到蒸发减量并进一步削减污染物浓度的目的，再根据需要回灌到填埋单元保持适宜的含水率，最终可以实现渗滤液的零排放；

(7)本发明通过湿度传感器监测垃圾层中含水率的变化，当含水率低于75％时，开启回灌泵，将经二相厌氧处理装置处理后的渗滤液，出水回灌到填埋单元顶部的碎石层内，水力负荷为0.1m³/(d·m²)；当含水率高于90％时停止回灌；这是厌氧稳定阶段；渗滤液只需要经过二相厌氧处理装置处理后，管理简单，费用低；与传统填埋场不同，不会出现回灌的渗滤液分布不均导致局部稳定化过程缓慢的现象，回灌的渗滤液由填埋单元顶部的碎石层均匀地布洒到填埋单元内，加快了垃圾层的稳定化进程；厌氧稳定阶段通过监测填埋单元垃圾层中含水率的变化，以实时调节渗滤液回灌水力负荷，保持生物反应器维持在高效段的含水率，提高了生物质能回收的效率；

(8)本发明在好氧稳定阶段，调整渗滤液的回灌量，避免其阻碍氧气的扩散；利用填埋单元中设置的通气系统，开启通风侧管上的阀门以及所述中心管连接管道上的离心风机；风机的抽吸作用使空气源源不断进入整个填埋单元，好氧微生物占据主导进行新陈代谢反应，加速并提升垃圾层的稳定化程度；在好氧稳定阶段通过强制通风，利用好氧微生物的代谢作用加速了生活垃圾稳定化速率并提高了稳定化程度；垃圾稳定化全过程为先经过厌氧稳定，再进行好氧稳定，总共花费了四年时间，缩短了垃圾稳定化的周期；

(9)本发明当垃圾的AT4≤5mgO₂/g(干基)或GB21≤20NL/kg(干基)时，关闭通风侧管上的阀门以及所述中心管连接管道上的离心风机，好氧稳定阶段结束；AT4(干基)和GB21(干基)直接涉及生活垃圾固体样品本身的特性，这些技术指标能够准确地判定好氧稳定的结束。

附图说明

图1为本发明新型生物反应器填埋技术流程图；

图2为本发明实验室模拟传统生物反应器填埋的结构示意图；

图3为本发明实验室模拟好氧生物反应器填埋的结构示意图；

图4为本发明实验室模拟新型生物反应器填埋的结构示意图；

图5为本发明实验室研究渗滤液COD随时间的变化曲线图；

图6为本发明实验室研究渗滤液pH值随时间的变化曲线图；

图7为本发明实验室研究渗滤液NH₃-N随时间的变化曲线图；

图8为本发明实验室研究渗滤液TN随时间的变化曲线图；

图9为本发明实验室研究渗滤液TP随时间的变化曲线图；

图10为本发明实验室研究垃圾层中温度随时间的变化曲线图；

图11为本发明实验室研究填埋气产量随时间的变化曲线图；

图12为本发明实验室研究传统生物反应器填埋气体成分随时间的变化曲线图；

图13为本发明实验室研究新型生物反应器填埋气体成分随时间的变化曲线图；

图14为本发明填埋场的示意图。

示意图中的标号说明：

1、碎石层；2、垃圾层；3、腐殖层；4、垃圾采样口；5、湿式流量计；6、湿度传感器；7、温度传感器；8、集水槽；9、蠕动泵；10、离心风机；11、二相厌氧处理装置；A、空气；G、填埋气；L、渗滤液；21、传统生物反应器填埋柱；22、好氧填埋柱；23、新型生物反应器填埋柱。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图及实施例对本发明作详细描述。

实施例1

结合图1-14，一种循环可持续的生活垃圾填埋场，包括四个处理单元，即填埋单元，分别为1#单元、2#单元、3#单元和4#单元；1#单元从底部到顶层依次为高度为1～2m的防渗衬层，高度为0.15～0.20m的碎石层1，高度为0.5～1.5m的垃圾层2和高度为0.15～0.20m的腐殖层3；在1#单元中每隔10～20m的网格交汇点设置竖直向上的中心管通气系统；在1#单元的顶层腐殖层3上覆盖HDPE土工膜，HDPE土工膜具有优异的防渗、防腐性能、化学稳定性好。填埋场为方形结构，分割成“田”字形，即所述的2#单元、3#单元和4#单元同1#单元，各单元按照时间顺序，依次处于填埋、稳定、开采阶段，交替使用。

1#单元的腐殖层3之上依次设置高度为0.15～0.20m的碎石层1，高度为0.5～1.5m的垃圾层2和高度为0.15～0.20m的腐殖层3，依次顺序循环，1#单元总高度不超过10米。碎石层1能够布水导气，利用碎石层1的碱度，缓冲垃圾层2降解初期有机物水解酸化反应产生的挥发性脂肪酸(VFA)，通过微负压抽吸的手段，碎石层1结合通气系统的中心管的结构有利于厌氧稳定阶段产生的厌氧气体收集，通过热电联产回收生物质能，垃圾层2中的生活垃圾不需要破碎，减少了处理步骤。在底层和顶层的垃圾层2中内置一个温度传感器7和一个湿度传感器6。用于垃圾稳定化进程中，观测垃圾层内的湿度和温度变化。

在填埋单元底部的碎石层1中设出水管，在填埋单元顶部的碎石层1中设进水管，垃圾渗滤液通过所述的填埋单元出水管以重力或压力方式进入二相厌氧处理装置11进水口，经过所述的二相厌氧处理装置11厌氧预处理后通过回灌泵9以压力方式进入所述填埋单元进水管，实现回灌。填埋单元底部的碎石层1中的出水管将渗滤液排出进入调节池，经厌氧预处理后备用，可根据需要回灌到具有导气布水作用的碎石层1，促进微生物的降解过程。渗滤液通过二相厌氧处理装置11处理后用于资源化加工过程的扬尘控制，可以达到蒸发减量并进一步削减污染物浓度的目的，再根据需要回灌到填埋单元保持适宜的含水率，最终可以实现渗滤液的零排放。

通气系统的中心管与碎石层1接触部分装有套管，中心管在套管内，套管上部与中心管热熔连接，下部与中心管无连接，类似于保护罩，便于气体传输的同时防止渗滤液进入中心管，所述套管内的中心管部分开设直径为2.0～10.0mm的小孔，作为通气的孔道。所述的通气系统的中心管通过碎石层1汇集填埋气体，填埋气体预处理后，可通过填埋气体发电形式回收其生物质能。

在1#单元侧面边坡每隔10～20m水平距离在对应碎石层1内设置通风侧管，所述通风侧管顶部连通大气，所述的通风侧管采用穿孔管方式与对应碎石层1连通，为碎石层1提供空气。进风口设置阀门，所述的通气系统的中心管通过碎石层1与通风侧管相通，所述中心管顶端管道上设离心风机10和湿式流量计5。开启通风侧管上的阀门以及所述中心管顶端管道上的离心风机10，利用风机的抽吸作用使空气源源不断进入整个填埋单元，实现生活垃圾的好氧稳定。湿式流量计5用于测定填埋气总产量并定期对气体进行采样分析。

所述的防渗衬层利用成熟的复合黏土防渗技术，即普通黏土添加20％粉煤灰和5％膨润土形成复合黏土材料，压实发挥防渗作用，压实后的复合黏土层饱和渗透系数应小于1.0×10^-7cm/s。可有效阻止渗滤液下渗进入地下水，当垃圾达到稳定化程度后开采的同时挖出被渗滤液浸透的部分黏土，回填新的复合黏土修复防渗衬层，所述复合黏土防渗技术具有防渗性能好、扰动后易修复的特点。

所述的腐殖层3为自产的腐殖化产品或腐殖土。在相邻碎石层1间形成多层“生活垃圾-腐殖土”的三明治式结构；采用批次覆盖，彻底改变填埋场现场恶劣的作业环境，即每一批次垃圾层2填埋作业完成，随即用自产的腐殖化产品或腐殖土进行表层覆盖，从而隔断垃圾层2腐败产生的臭气向周围大气环境中扩散且兼具布水导气的辅助功能。

一种循环可持续的生活垃圾填埋场的处理方法，其步骤为：

第一步、构建所述的一种循环可持续的生活垃圾填埋场，并按上述构建1#单元，确保所有的阀门处于关闭状态；

第二步、调节池通过出水管回收1#单元底部的碎石层1内收集的渗滤液，输送到二相厌氧处理装置11处理；削减填埋单元的有机负荷，部分出水再喷洒到开采并筛选出的腐殖化产品堆体表层，通过好氧微生物的代谢作用进一步削减渗滤液的COD和TN，通过蒸发作用减小渗滤液的量；

第三步、通过湿度传感器6监测垃圾层2中含水率的变化，当含水率低于75％时，开启回灌泵9，将经二相厌氧处理装置11处理后的渗滤液，出水回灌到填埋单元顶部的碎石层1内，水力负荷为0.1m³/(d·m²)；当含水率高于90％时停止回灌；这是厌氧稳定阶段；渗滤液只需要经过二相厌氧处理装置11处理后，管理简单，费用低；与传统填埋场不同，不会出现回灌的渗滤液分布不均导致局部稳定化过程缓慢的现象，回灌的渗滤液由填埋单元顶部的碎石层1均匀地布洒到填埋单元内，加快了垃圾层2的稳定化进程；

厌氧稳定阶段通过监测填埋单元垃圾层2中含水率的变化，以实时调节渗滤液回灌水力负荷，保持生物反应器维持在高效段的含水率，提高了生物质能回收的效率；

第四步、当湿式流量计5测定的周产气量达到最高周产气量的10％时，将填埋单元由厌氧稳定阶段转换到好氧稳定阶段；

第五步、在好氧稳定阶段，停止渗滤液的回灌，避免其阻碍氧气的扩散；利用填埋单元中设置的通气系统，开启通风侧管上的阀门以及所述中心管连接管道上的离心风机10；风机的抽吸作用使空气源源不断进入整个填埋单元，好氧微生物占据主导进行新陈代谢反应，加速并提升垃圾层2的稳定化程度；在好氧稳定阶段通过强制通风，利用好氧微生物的代谢作用加速了生活垃圾稳定化速率并提高了稳定化程度；垃圾稳定化全过程为先经过厌氧稳定，再进行好氧稳定，缩短了垃圾稳定化的周期。

第六步、当垃圾的AT4≤5mgO₂/g(干基)或GB21≤20NL/kg(干基)时，关闭通风侧管上的阀门以及所述中心管连接管道上的离心风机10，好氧稳定阶段结束；AT4(干基)和GB21(干基)直接涉及生活垃圾固体样品本身的特性，这些技术指标能够准确地判定好氧稳定的结束；

第七步、对1#单元内达到第六步中稳定化指标的垃圾进行开采；将开采出来的垃圾利用组合分选技术和设备进行分选后，实现分类资源化利用。所述组合分选技术，包括鳞板布料、人工分选、滚筒筛分、风力分选等技术单元；填埋场从传统模式下垃圾永久存放地转变成为城市矿山，成为资源回收的再生加工地；在稳定化的过程中，不需要判断填埋单元内的物质，以及温度等难以确定的条件，简化操作步骤和流程。

第八步、在所述填埋场构建的第一年里，按照第一步构建1#单元；

第九步、构建好1#单元后，在第二年里，1#单元执行第二至第六步，进入稳定化阶段，同时按照第一步的方法构建2#单元；

第十步、在第三年里，1#单元按照第七步进行开采，2#单元封场，执行第二至第六步，进入稳定化阶段，同时按照第一步的方法构建3#单元；

第十一步、在第四年里，1#单元继续开采并修复受污染的防渗衬层，为新一轮次的填埋作业做好准备，2#单元按照第七步进行开采，3#单元封场，执行第二至第六步，进入稳定化阶段，同时按照第一步的方法构建4#单元；

第十二步、在第五年里，2#单元继续开采并修复受污染的防渗衬层，为新一轮次的填埋作业做好准备，3#单元按照第七步进行开采，4#单元封场，执行第二至第六步，进入稳定化阶段，同时按照第一步的方法再次构建1#单元。填埋场按照第八步到第十二步的顺序，不断按照时间顺序，依次对1#单元、2#单元、3#单元和4#单元进行填埋、稳定、开采，实现填埋场循环可持续使用，填埋场遵循“以空间换时间，再以时间换空间”的循环作业模式。所谓“空间换时间”即牺牲部分填埋单元空间换来用2年时间实现生活垃圾的稳定化，再通过稳定化填埋单元的开采以及配套的资源化利用技术，实现“以时间换空间”即大幅度节省了稳定化的时间，通过开采和资源化利用实现填埋单元空间的恢复和循环利用，从根本上解决目前城市生活垃圾填埋场库容紧张、重新选址困难的问题；

实施例2

某市政工程对垃圾填埋场重新选址建设，提出了一种循环可持续的生活垃圾填埋场的处理方法，填埋场的结构和处理方法同实施例1，如图1所示，本发明的填埋场是一种新型填埋单元结构，将黏土复合防渗技术、人工强化及多元稳定技术、填埋场气体回收利用技术和渗滤液厌氧预处理技术相结合。

防渗衬层利用成熟的黏土复合防渗技术，即普通黏土添加20％粉煤灰和5％膨润土形成复合黏土材料，压实发挥防渗作用，形成较强抗渗能力并易于修复的防渗系统，压实后的复合黏土层饱和渗透系数应小于1.0×10^-7cm/s，其中粉煤灰为具有水硬化特征的热电厂飞灰，实现循环利用，满足2年稳定化周期内的防渗要求且安全开采过程中受损后易于修复的要求。可有效阻止渗滤液下渗进入地下水，当垃圾达到稳定化程度后开采的同时挖出被渗滤液浸透的部分黏土，回填新的复合黏土修复防渗衬层，所述复合黏土防渗技术具有防渗性能好、扰动后易修复的特点，便于稳定化生活垃圾安全开采。

人工强化及多元稳定技术，人工强化技术包括批次覆盖各层、布水导气的碎石层1构建VFA缓冲体系，即碎石层1能够布水导气，利用碎石层1的碱度，缓冲垃圾层2降解初期有机物水解酸化反应产生的挥发性脂肪酸(VFA)，配合含水率变化控制回灌水的水力负荷以及产生的渗滤液通过二相厌氧预处理和水量平衡技术削减各个单元内的有机负荷，渗滤液最终可实现零排放；多元稳定技术是将厌氧与好氧稳定技术相结合，厌氧稳定阶段回收填埋气体(填埋气体中含有60％CH₄、39％CO₂、1％的H₂和H₂S等)中的生物质能，当填埋气体中CH₄小于10％时，不具备回收利用价值，可利用填埋单元“三明治”式特殊的多层结构将厌氧稳定转化为好氧稳定，不仅提高垃圾稳定化速率和效果，还可以把填埋单元中的氨吹脱出来或将其氧化为硝酸盐，最终在2年内实现稳定化的技术要求。

填埋场气体回收利用技术，通过填埋气体热电联产，不仅回收生活垃圾蕴含的生物质能，同时减少甲烷等温室气体的排放。

渗滤液厌氧预处理技术，渗滤液厌氧预处理技术的目标是将绝大部分可降解的有机物通过二相厌氧处理技术实现稳定，产生的厌氧气体可以并入填埋气体回收利用系统。渗滤液通过厌氧预处理后已经基本消除黑臭特征，可以作为好氧稳定调节含水率用水以及填埋单元保持含水率的回灌用水。

将填埋场内的四个填埋单元，看作生物反应器，三套实验装置分别模拟传统生物反应器填埋柱21、好氧填埋柱22和新型生物反应器填埋柱23，如图2为传统生物反应器填埋柱21；如图3为好氧填埋柱22；如图4为新型生物反应器填埋柱23，使用填埋柱模拟生物反应器的填埋场，上述三个填埋柱，主体结构都采用圆形PVC管，直径150mm，高1.5m加工，内含中心管，直径20mm；中心管与碎石接触部分装有套管，直径30mm，可防止渗滤液进入中心管。新型生物反应器填埋柱23的套管周围装填高0.15m高的碎石层1，套管内的中心管部分开设直径为2.0mm的孔，垃圾层2的高度为0.5m，腐殖层3的高度为0.15m，在1#单元中每隔5m的网格交汇点设置竖直向上的通气系统，好氧填埋柱22侧面边坡每隔10m水平距离在对应碎石层1内设置通风侧管，在碎石层1的位置上设置阀门和进风口。

图2中，传统生物反应器填埋柱21中从下到上依次装填100mm碎石层1和1000mm生活垃圾层2；传统生物反应器填埋柱21的侧面，碎石层1的位置处设有管道，管道的一端与集水槽8连通，集水槽8内还设置了一根管道，该管道的另一端与蠕动泵9的入口连接，蠕动泵9的出口上连接的管道的另一端与传统生物反应器填埋柱21的侧面上部，即生活垃圾层2的侧面上部连通，且在该段管道上设有阀门；传统生物反应器填埋柱21的侧面，对应生活垃圾层2的侧面上设有两个垃圾采样口4，生活垃圾层2内设有两个温度传感器7，用于监测填埋柱21内生活垃圾温度的变化；传统生物反应器填埋柱21内设有中心管，中心管的顶端通过管道与湿式流量计5连接，并且该管道上设有阀门，测定填埋气总产量并定期对气体进行采样分析。

图3中，好氧填埋柱22中装填碎石层1、垃圾层2和腐殖层3，两碎石层1之间依次装填500mm厚的压实垃圾和100mm厚的腐殖层3。好氧填埋柱22的顶部由配套的盖子密封，管道接口处由玻璃胶、PVC胶粘接。与图2的不同之处在于：中心管的顶部通过管道与离心风机10连接，该管道上设有阀门；生活垃圾层2内设有湿度传感器6，用于监测生活垃圾的湿度变化，其他部分同图2。

图4中，与图2的不同之处在于：新型生物反应器填埋柱23的中心管通过导气软管连接湿式流量计5，测定填埋气总产量并定期对气体进行采样分析；新型生物反应器填埋柱23的侧面顶部的碎石层1的侧面和新型生物反应器填埋柱23的侧面底部的碎石层1的侧面均设有一根管道，管道的另一端与二相厌氧处理装置11连接，在该段管道上设有蠕动泵9；填埋柱侧面的3个通风管道上的阀门在好氧稳定阶段打开。

三个填埋柱的碎石层1内装相同的废弃砖石，垃圾层2内装相同干物质量的压实垃圾，密度约为1000kg/m³，垃圾总重及各组分含量见表1(其中厨余垃圾取自校园内学生食堂，塑料为薄膜、塑料瓶，破碎至粒径约10mm，纸类为旧报纸、旧书籍，破碎至粒径约10mm，织物为剪碎的旧衣服，玻璃由石英砂代替)；好氧和新型生物反应器填埋柱的腐殖层3内装相同的10mm筛下腐殖垃圾(取自稳定化填埋场)。填埋柱内置温度传感器7和湿度传感器6，以监控填埋垃圾内温度和湿度的变化。从垃圾采样口4内定期取出垃圾样品进行分析；装填时在每个垃圾采样口4内放置8～12个涤纶网袋包裹的垃圾小球，约含30g厨余垃圾，便于采样。

表1垃圾总重及各组分含量

模拟人工降雨，年降水量按1000mm计，每次100mm，10次达到年降水量。具体操作方式为每月用1800mL自来水模拟人工降雨分别对三个填埋柱进行回灌，传统生物反应器填埋柱21和好氧填埋柱22的出水渗滤液收集在集水槽8中，新型生物反应器填埋柱23出水渗滤液则收集在厌氧处理装置11内。

传统生物反应器填埋柱21每周定时回灌4h(蠕动泵9的速度为300mL/h)。好氧填埋柱22和新型生物反应器填埋柱23则每天定时回灌6h(蠕动泵9的速度为300mL/h)。好氧填埋柱22的离心风机10连续运行并受垃圾层2的温度控制，当温度传感器7测得的温度低于10℃时离心风机10自动停运，高于10℃时恢复运行。新型生物反应器填埋柱23转化为好氧稳定阶段后，离心风机10的运行方式同好氧填埋柱。

每周记下传统生物反应器填埋柱21和新型生物反应器填埋柱23上的湿式流量计5的读数，计算填埋气总产量并进行采样分析。每周对三个填埋柱出水渗滤液水质指标(pH、COD、TN、NH₃-N、TP)进行测定，测定方法参见《水和废水监测分析方法(第四版)》，COD、TN、NH₃-N和TP的分析分别采用重铬酸钾滴定法、过硫酸钾氧化-紫外分光光度法、水杨酸-次氯酸盐光度法和过硫酸钾消解-钼锑抗分光光度法。不定期采集垃圾样品，测定其AT4和GB21。

整个实验过程由计算机PLC自动控制系统辅以人工管理进行，共持续了50周(350天)，得到各类数据，详细分析如下：

1、渗滤液

1.1COD

如图5所示，前6周，厨余垃圾渐渐开始腐败，有机大分子水解酸化为小分子物质，不断进入渗滤液中，此时渗滤液COD偏低，在5000mg/L以下。但从第7周开始COD急剧升高，传统生物反应器填埋柱21和新型生物反应器填埋柱23分别于第9周和第13周达到最大值，近30000mg/L。传统生物反应器填埋柱1#维持数周后下降，于第26周降至5000mg/L以下；新型生物反应器填埋柱3#则迅速下降，在第21周降至5000mg/L以下，之后两柱渗滤液COD皆呈平缓下降趋势。造成两者差异的原因是新型生物反应器填埋柱23的渗滤液中的部分有机物被腐殖层3内的腐殖土和碎石层1内的废弃砖石吸收，水解产物挥发性脂肪酸(VFA)与废弃砖石中的碱度发生反应，腐殖土中丰富的微生物对简单有机物进行降解，从而削减了有机负荷。

在实验的过程中，由于好氧填埋柱22内的湿度传感器6发生故障，渗滤液回灌的频次降低，柱内垃圾含水率降低，进而没有足够的渗滤液产生，造成了第8-16周的数据缺失。由于湿度传感器6工作状态不稳定，好氧填埋柱22的回灌方式从由含水率控制改为每天回灌1800mL渗滤液，而新型生物反应器填埋柱23的回灌方式则改为每天回灌1800mL厌氧处理后的渗滤液，回灌表面负荷都为0.1m³/(d·m²)。第33周以后，三个填埋柱渗滤液的COD都降到了1000mg/L以下，传统的高于新型的，且好氧的最低，最终它们的COD分别为321mg/L、100mg/L、30mg/L。新型生物反应器填埋柱23虽然从第37周已切换为好氧稳定阶段，但截至第50周渗滤液COD仍偏高，尚需进一步稳定才可排放至常规污水处理设施。

1.2pH值

如图6所示，三个填埋柱渗滤液的pH值在第6周为6.3±0.2，第7周降至5.5后持续了四周。与传统生物反应器填埋柱21相比，新型生物反应器填埋柱23的渗滤液的pH值率先回升，传统生物反应器填埋柱21落后于新型生物反应器填埋柱23，在第18周pH达到中性。之后很长一段时间，虽有波动，两者基本都维持在7.0-8.5之间。好氧填埋柱22的渗滤液pH值从第18周一直在8.2上下波动，显然，是在填埋初期大分子有机物降解为小分子物质，包括各类挥发性脂肪酸，反应器出现了酸化现象，后来慢慢恢复。由于新型生物反应器填埋柱23中的碎石层1内的废弃砖石中存在的碱度，恢复时间大大缩短，其渗滤液pH值在第20-40周的大部分时间里小于传统生物反应器填埋柱21，而在第37周，切换为好氧稳定阶段后，pH值平均为8.0，与好氧填埋柱22类似。因好氧填埋柱22一直处于好氧状态，发生硝化反应，随着铵根离子的去除，渗滤液中氢氧根离子的浓度会不断上升，导致pH值居高不下。当渗滤液的pH值在6～9之间时，即可正常排放。与另外两种填埋方式相比，本发明所述的新型生物反应器模拟的填埋场的渗滤液出水偏碱性。

1.3氨氮

如图7所示，传统和新型生物反应器填埋柱渗滤液初始氨氮在500mg/L左右，随后波动较大，传统生物反应器填埋柱21从第16周开始呈急剧下降趋势，第26周达到100mg/L以下，而新型生物反应器填埋柱23从第10周开始平缓下降，在第30周达到20mg/L，之后两柱渗滤液的氨氮值均略有回升，两者变化趋势基本一致。在整个实验过程中，新型生物反应器填埋柱23渗滤液的氨氮值基本都小于传统生物反应器填埋柱21，垃圾渗滤液低C/N的特性、垃圾层2温度居于20-30℃之间的条件有利于厌氧氨氧化反应，不过新型生物反应器填埋柱23在第14周前渗滤液pH值低于7，不符合厌氧氨氧化需满足的微碱性环境。第19周后，好氧填埋柱22渗滤液的氨氮值一直处于较低水平，在30mg/L以下，这跟其处于好氧环境直接相关，硝化反应可以有效地降低氨氮浓度。第45周前后，传统和新型生物反应器填埋柱的氨氮值分别减至1mg/L。与另外两种填埋方式相比，本发明所述的新型生物反应器填埋渗滤液氨氮去除途径多样，去除效率高。

1.4总氮

如图8所示，实验初期，传统和新型生物反应器填埋柱渗滤液总氮为700-900mg/L，第16周前传统生物反应器填埋柱平缓下降，第16-25周迅速降低，往后一直保持在200mg/L上下；而新型生物反应器填埋柱23直接迅速降低，第22周达到50mg/L以下。第25-37周，好氧和新型生物反应器填埋柱总氮的回升是由于回灌渗滤液中投加了过量的硝酸盐，即投加外源性氮，引起总氮浓度升高。由于实验伊始好氧填埋柱22内湿度传感器6的故障，回灌量减小，有机物的水解反应速率缓慢，渗滤液中总氮浓度相较于传统和新型生物反应器填埋柱23低了很多。后半程三柱变化趋势相似，其总氮值和回灌渗滤液相近，最终分别达到44mg/L、39mg/L、40mg/L，表明垃圾降解释放的总氮在不断减小，从侧面反映了垃圾稳定化程度的提高。与另外两种填埋方式相比，本发明所述的新型生物反应器模拟填埋场的渗滤液总氮去除途径多样，去除效率高。

1.5总磷

如图9所示，传统生物反应器填埋柱21渗滤液总磷初始值为37.4mg/L，第17周锐减至8.0mg/L，以后一直在此值上下波动，第33周达到10mg/L以下。新型生物反应器填埋柱23渗滤液总磷初始值比传统生物反应器填埋柱21低，为18.8mg/L，是腐殖层3中的腐殖土吸附所致，第8周就已经位于10mg/L以下，第28周重新回升至10mg/L以上，系回灌渗滤液总磷浓度偏高所致。好氧填埋柱22渗滤液总磷基本位于10mg/L以下，是降解过程较缓慢以及腐殖化产品对于磷的吸附作用。第40周，三柱渗滤液的总磷浓度都已降至3mg/L，且呈现传统生物反应器填埋柱21高于好氧填埋柱22，好氧填埋柱22高于新型生物反应器填埋柱23的态势，最终分别达到1.9mg/L、1.4mg/L、1.0mg/L。与另外两种填埋方式相比，本发明所述的新型生物反应器填埋渗滤液总磷的去除方面并无显著优势。

2、环境变化

2.1温度

整个实验过程中的三个填埋柱的温度记录见图10，三个填埋柱垃圾层2内的温度变化趋势比较类似，与周围环境基本保持一致，在18℃上下波动几周后直线攀升，第15周达到最高值近30℃，然后平缓下降，保持在25℃左右，从第38周开始低于20℃，最低达到10℃。

实际填埋场中由于垃圾埋深很大，底部封闭环境有利于保温，从而促进微生物的新陈代谢活动，可以加快垃圾的稳定化进程。

3、填埋气

3.1产气量

如图11所示，截至第5周，传统生物反应器填埋柱21和新型生物反应器填埋柱23已分别产生少量气体，但随后产气量又迅速减小，第9周几乎降至零，这样保持了近7周。在此过程中，传统生物反应器填埋柱21仍会产生极少量气体，而新型生物反应器填埋柱23则完全不产气，这是因为传统生物反应器填埋柱21每周定时回灌，而新型生物反应器填埋柱23原先设定以含水率进行控制，而湿度传感器6故障，所显示的数值比实际含水率高，渗滤液长期没有回灌导致含水率降低阻碍了微生物的产气过程。自从改为每天定量回灌后，新型生物反应器填埋柱23周产气量经调整恢复后迅速飙升至38.6NL(气体体积已换算为标准状态)，略微回降后稳步提升，从第27周开始逐渐减小，在第36周为40NL。此时新型生物反应器填埋柱23产气量很小，故转换为好氧稳定阶段，开启填埋柱顶部的离心风机10。由于每天定量回灌，传统生物反应器填埋柱21在第14周率先从酸化现象中自我恢复，产气量逐日增大，在第30周达到周产气量最大值41.0NL，之后又逐步减小。在第31周前后，传统和新型生物反应器填埋柱总产气量基本持平，往后传统生物反应器填埋柱21反超新型生物反应器填埋柱23，第50周累积产气量达到656.7NL，而截至第36周新型生物反应器填埋柱23的累积产气量为505.4NL，表明传统生物反应器填埋柱21中更多的含碳物质从固相转移到了气相。与好氧填埋方式相比，传统和本发明所述的新型生物反应器填埋可以回收甲烷，减小温室效应。

3.2填埋气成分

填埋气成分的测定采用排碱液集气法，在湿式流量计5出气软管后连接倒置的盐水瓶，填埋气流经碱液时其中的二氧化碳会被吸收，所排出碱液的体积即为非二氧化碳(主要成分为CH₄，含少量H₂、H₂S等气体)的体积。如图12所示，传统生物反应器填埋柱21所产填埋气中甲烷比例先从69％降至43％，后又升至78％，共产出甲烷362.3NL，比产甲烷率为19.4NL/kg(湿基)。如图13所示，新型生物反应器填埋柱所产填埋气中甲烷比例从50％逐步升至89％，共产出甲烷304.3NL，比产甲烷率为16.3NL/kg(湿基)。值得注意的是，新型生物反应器填埋柱23在第37周切换成好氧稳定阶段，而实际上它仍然会产生少量填埋气，只不过在离心风机10抽吸的情况下无法有效收集并计量其体积。

4、垃圾稳定化程度

4.1GB21

第22周，从三个填埋柱上下两个取样口取出2个垃圾样品小球，分别用于测定含水率和GB21，测定结果见表2。传统和新型生物反应器填埋柱23下方的垃圾样品GB21值均高于上方，即单位干重的垃圾在厌氧环境下微生物代谢活动所产生的厌氧气体体积更大，表明填埋柱上方垃圾稳定化程度高于下方。而好氧填埋柱22在测定过程中产气读数一直为负值，是因为垃圾中好氧菌的活性大于厌氧菌，从而不断消耗集气管顶部的少量氧气，其稳定化程度不适合运用GB21这个指标进行表征。同期而言，新型生物反应器填埋柱23垃圾稳定化程度高于传统生物反应器填埋柱21。

表2第22周腐殖垃圾的含水率和GB21

4.2AT4

第40周，从好氧和新型生物反应器填埋柱上下两个取样口取出2个垃圾样品小球，分别用于测定含水率和AT4，测定结果见表3。好氧和新型生物反应器填埋柱下方的固体样品AT4值均高于上方，即单位干重的垃圾在好氧环境下微生物代谢活动所消耗的氧气体积更大，表明填埋柱上方垃圾稳定化程度高于下方，这跟GB21所得结果相同。同期而言，好氧填埋柱22垃圾稳定化程度高于新型生物反应器填埋柱23。

5、实验结果讨论

以第25周为界，在此之前新型生物反应器填埋柱23出水渗滤液的COD值高于回灌渗滤液，表明垃圾中不断有含碳有机物分解后进入液相，以渗滤液的形式离开反应器，在此之后的数周内却呈现了相反的现象，而且渗滤液的COD值稳定在900mg/L以下，垃圾的分解逐渐进入末期，除第34周开始渗滤液的COD值略超出回灌渗滤液。作为对照的传统生物反应器填埋柱21全程采取厌氧稳定模式，渗滤液未经预处理直接回灌，第33周达到900mg/L以下，比新型生物反应器填埋柱23推迟了8周。好氧填埋柱22在第22周就已稳定在700mg/L以下，而新型生物反应器填埋柱23则在第30周才完全达到这个值，推迟了8周。

表3第40周腐殖垃圾的含水率和AT4

从周产气量的角度来看，第25周新型生物反应器填埋柱23仍处于产气旺盛期，为39.4NL/wk(week)。直至第35周才达到最高周产气量的10％以下，为3.7NL/wk，折合成甲烷的量约为3.1NL/wk，此时沼气回收利用的经济意义不大，直接排放对于环境的危害程度相对较小，比较适合切换成好氧模式进行深度稳定化，因而一周后如是操作。但由于实验过程中湿度传感器6的故障，造成渗滤液回灌量严重不足，反应器内含水率较低，第9-15周产气量几乎为零。如果不存在该故障，产气周期应该会提前结束。相比而言，传统生物反应器填埋柱21在第9-13周仍然产生填埋气但是产气量非常小，系反应器出现酸化现象，产甲烷菌活性受到抑制。第14周开始，该现象逐步得到缓解，产气量稳步上升。第29周，周产气量达到最大值，为40.3NL/wk，之后开始逐步下降，到实验末期，产气量仍有5NL/wk，约为最高周产气量的12.5％。

新型生物反应器填埋柱23在第22周时测定的GB21值为23.6和43.3NL/kg(湿基)，已接近德国法规中的限定值，而周产气量却在这周出现了最高值，为46.7NL/wk。造成两者差异的原因可能是生物质所处的环境不一致，如含水率、pH值、温度、营养元素等，故判断垃圾稳定化程度时应结合这两个指标进行综合评价。对应的，传统生物反应器填埋柱21的GB21值为85.3和115.8NL/kg(湿基)，而周产气量为27.4NL/wk。两组数据所表征的垃圾稳定化程度似乎是非线性的，周产气量和GB21之间是否直接相关有待进一步研究。

新型生物反应器填埋柱23渗滤液在第22周氨氮值达到历史最低，10mg/L左右，并保持了3周，这是由于在该段时间内渗滤液厌氧预处理装置出现故障并停止运行，只得回灌生活污水。装置恢复运行后，即从第25周起氨氮有所回升，并于第37周再次达到50mg/L以下。第33周以后，出水渗滤液的氨氮值基本都低于回灌渗滤液，垃圾分解向环境释放的氨氮有所减少。第30周，作为对照的传统生物反应器填埋柱21渗滤液氨氮值达到20mg/L以下，下一周突增至近100mg/L后直至第36周仍维持在50mg/L左右。好氧填埋柱22渗滤液氨氮值在第21周就达到5mg/L以下，并在第30周以后一直未检出。

总氮的变化趋势跟氨氮类似，在第22周新型生物反应器填埋柱23渗滤液总氮值达到50mg/L以下，保持3周后迅速回升，一直居高不下，造成此现象的原因是厌氧预处理装置进水中投加大量硝酸盐氮而导致出水总氮也偏高，以及系统中无法进行反硝化反应而导致硝酸盐的积累，直至第37周才有所缓解。传统生物反应器填埋柱21渗滤液中的总氮在实验后期一直维持在50mg/L左右，好氧填埋柱22渗滤液总氮含量跟新型生物反应器填埋柱相似，受回灌渗滤液水质影响较大，且在渗滤液的下渗过程中垃圾仍在缓慢释放总氮。

新型生物反应器填埋柱23渗滤液总磷波动幅度较大，第35周基本达到5mg/L左右，且小于回灌渗滤液中的总磷，基本已趋于稳定，但未达到排放标准。传统和好氧填埋柱渗滤液分别于第33周和第31周达到5mg/L以下。

6、结论

1)综合考虑新型生物反应器填埋渗滤液的COD值变化、垃圾的产气能力以及实验过程中设备的故障，推荐其厌氧和好氧的切换节点在第30周前后。在这以后渗滤液的COD值很难通过厌氧稳定进一步降低，而且产气量也已大大下降，回收的沼气无太大经济利用价值。

2)仅就厌氧阶段而言，相较于传统生物反应器填埋，在渗滤液的水质(包括COD、氨氮等)、反应器酸化后的自我恢复、沼气中甲烷含量、垃圾稳定化程度等方面，新型生物反应器填埋23均优于前者。

3)好氧填埋虽然耗能较高，其出水渗滤液水质更好，垃圾稳定化程度更高，表明好氧稳定措施的高效性，可以加快垃圾的稳定化进程。

4)新型生物反应器填埋切换到好氧稳定阶段直至实验终结，渗滤液各污染物浓度都进一步降低，但尚未达到排放标准，仍需一段时间稳定。而此时垃圾的稳定化程度已达到较高水平，开采出来后经组合分选设备分类实现资源化利用。

实施例3

本发明的实施方式之一，其结构和方法同实施例1，其中，套管周围装填高0.2m高的碎石层1，防渗衬层高度为2m，垃圾层2的高度为1.0m，腐殖层3的高度为0.2m，在1#单元中每隔10m的网格交汇点设置竖直向上的通气系统，新型生物反应器填埋柱23侧面边坡每隔10m水平距离设置穿孔通风侧管，套管内的中心管部分开设直径为10mm的孔。

实施例4

本发明的另一种实施方式，其结构和方法同实施例1，其中，套管周围装填高0.17m高的碎石层1，防渗衬层高度为1.5m，垃圾层的高度为0.8m，腐殖层3的高度为0.16m，在1#单元中每隔20m的网格交汇点设置竖直向上的通气系统，新型生物反应器填埋柱23侧面边坡每隔20m水平距离设置穿孔通风侧管，套管内的中心管部分开设直径为6mm的孔。

Claims (7)

1.一种循环可持续的生活垃圾填埋场的处理方法，其步骤为：

第一步、构建一种循环可持续的生活垃圾填埋场，所述生活垃圾填埋场包括四个处理单元，分别为1#单元、2#单元、3#单元和4#单元；并构建1#单元，1#单元从底部到顶层依次为防渗衬层、碎石层（1）、垃圾层（2）和腐殖层（3）；所述1#单元的腐殖层（3）之上依次设置碎石层（1）、垃圾层（2）和腐殖层（3），依次顺序循环，1#单元总高度不超过10m；在1#单元中设置竖直向上的中心管通气系统；在1#单元的顶层腐殖层（3）上覆盖HDPE土工膜，所述的2#单元、3#单元和4#单元同1#单元，各单元按照时间顺序，依次处于填埋、稳定、开采阶段，交替使用；在1#单元侧面边坡每隔10~20m水平距离在对应碎石层（1）内设置通风侧管，所述通风侧管顶部连通大气，所述的通风侧管采用穿孔管方式与对应碎石层（1）连通，进风口设置阀门，所述的通气系统的中心管通过碎石层（1）与通风侧管相通，所述中心管顶端管道上设有离心风机（10）和湿式流量计（5）；确保通风侧管所有的阀门处于关闭状态；

第二步、调节池通过出水管回收1#单元底部的碎石层（1）内收集的渗滤液，输送到二相厌氧处理装置（11）处理；

第三步、通过在底层和顶层的垃圾层（2）中分别设置的湿度传感器（6）监测垃圾层（2）中含水率的变化，当含水率低于75%时，开启回灌泵（9），将经二相厌氧处理装置（11）处理后的渗滤液出水回灌到填埋单元顶部的碎石层（1）内，水力负荷为0.1 m³/(d‧m²) ；当含水率高于90%时停止回灌；

第四步、当湿式流量计（5）测定的周产气量降到最高周产气量的10%时，将填埋单元由厌氧稳定阶段转换到好氧稳定阶段；

第五步、在好氧稳定阶段，调整渗滤液的回灌量，避免其阻碍氧气的扩散；利用填埋单元中设置的通气系统，开启通风侧管上的阀门以及所述中心管上的离心风机（10）；

第六步、当垃圾的AT4≤5 mgO₂/g(干基)或GB21≤20 NL/kg（干基）时，关闭通风侧管上的阀门以及所述中心管上的离心风机（10），好氧稳定阶段结束；

第七步、对1#单元内达到第六步中稳定化指标的垃圾进行开采；

第八步、在所述填埋场构建的第一年里，按照第一步构建1#单元；

第九步、构建好1#单元后，在第二年里，1#单元执行第二至第六步，进入稳定化阶段，同时按照第一步的方法构建2#单元；

第十步、在第三年里，1#单元按照第七步进行开采，2#单元封场，执行第二至第六步，进入稳定化阶段，同时按照第一步的方法构建3#单元；

第十一步、在第四年里，1#单元继续开采并修复受污染的防渗衬层，为新一轮次的填埋作业做好准备，2#单元按照第七步进行开采，3#单元封场，执行第二至第六步，进入稳定化阶段，同时按照第一步的方法构建4#单元；

第十二步、在第五年里， 2#单元继续开采并修复受污染的防渗衬层，为新一轮次的填埋作业做好准备，3#单元按照第七步进行开采，4#单元封场，执行第二至第六步，进入稳定化阶段，同时按照第一步的方法再次构建1#单元。

2.根据权利要求1所述的一种循环可持续的生活垃圾填埋场的处理方法，其特征在于，将开采出来的垃圾利用组合分选技术和设备进行分选后，实现分类资源化利用。

3.根据权利要求1所述的一种循环可持续的生活垃圾填埋场的处理方法，其特征在于，在填埋单元底部的碎石层（1）中设出水管，在填埋单元顶部的碎石层（1）中设进水管，垃圾渗滤液通过所述的填埋单元出水管以重力或压力方式进入二相厌氧处理装置（11）进水口，经过所述的二相厌氧处理装置（11）厌氧预处理后通过回灌泵（9）以压力方式进入所述填埋单元进水管，实现回灌。

4.根据权利要求1所述的一种循环可持续的生活垃圾填埋场的处理方法，其特征在于，所述的中心管通气系统与碎石层（1）接触部分装有套管，中心管在套管内，套管上部与中心管热熔连接，下部与中心管无连接，类似于保护罩，便于气体传输的同时防止渗滤液进入中心管，所述套管内的中心管部分开设直径为2.0~10.0mm的孔，作为通气的孔道。

5.根据权利要求1所述的一种循环可持续的生活垃圾填埋场的处理方法，其特征在于，所述的防渗衬层利用成熟的复合黏土防渗技术，即普通黏土添加20%粉煤灰和5%膨润土形成复合黏土材料，压实发挥防渗作用，压实后的复合黏土层饱和渗透系数应小于1.0×10^{- 7}cm/s。

6.根据权利要求1所述的一种循环可持续的生活垃圾填埋场的处理方法，其特征在于，所述的腐殖层（3）为自产的腐殖化产品，即开采出来的稳定化垃圾经筛分处理所得产品。

7.根据权利要求1所述的一种循环可持续的生活垃圾填埋场的处理方法，其特征在于，在底层和顶层的垃圾层（2）中分别内置一个温度传感器（7）。