CN106140779A - 一种简易填埋场好氧生物反应器处理系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种简易填埋场好氧生物反应器处理系统，由好氧生物反应器、循环风机、除尘器、抽风机、除臭装置、排气筒、火炬、加热器组成，其中好氧生物反应器由锚固沟、覆盖膜、注气井、抽气井、降水集水井、回灌装置、简易填埋场工程边界、简易填埋场平整表面、在线检测仪17构成。简易填埋场经过平整、修坡后，在简易填埋场平整表面上打井、覆膜、在填埋场边界周围打降水集水井，抽完填埋场内部的填埋气后，对垃圾堆体强制循环通风，加速填埋场的稳定。本发明通过优化系统配置、单元结构以及操作方法，使好氧生物反应器处理系统适合治理和修复简易填埋场，并降低运行成本。

Description

一种简易填埋场好氧生物反应器处理系统及方法

技术领域

本本发明属于环境保护生活垃圾处理技术领域，一种简易填埋场好氧生物反应器处理系统及方法。

背景技术

对于简易堆放场的资源化利用，国外大多是将老垃圾直接利用或筛分后进行利用，主要利用途径是：作为种植土的补充、作为覆盖材料、做建筑材料、作为脱臭的过滤材料。国外文献记载最早填埋场开采是 1953 年以色列特拉维夫市填埋场开采工程，开采主要目的是从填埋场中取土作为柑橘种植用土的补充。

我国各大城市（几乎所有县级以上城市）或城市周围普遍存在大量的垃圾集中堆放场或简易填埋场，达不到卫生填埋标准，甚至没有任何污染防控设施，已造成较严重的地下水污染，其中大部分目前尚未达到稳定化、仍在不断地对环境造成污染。随着我国城市化进程加快，城市的迅速扩展往往导致城市工业、商业、居民区越来越逼近甚至包围这些原本位于郊区的老垃圾堆场和简易填埋场，使其成为制约该地区发展的瓶颈和难点，长期环境和健康风险很大，必须进行修复治理。

但是，我国在老垃圾堆场治理方面的研究主要集中在渗沥液处理技术、堆体的稳定性和沉降特性、填埋气的产生预测及利用、防渗材料研究等方面，而在终场生态恢复和筛分资源利用领域，起步较晚，基础较为薄弱，缺乏适用技术和规范。国内对简易堆放场的治理一般采用两种方案：一是把原来的陈垃圾倒运到经过规范设计的垃圾处理场；二是对简易堆放场就地治理（包括封场、垂直和水平防渗措施、渗滤液收集和处理、稳定化、筛分资源利用以及填埋气体的导排、燃烧或利用）。前者通常是垃圾堆放数量少，时间短，所处地理位置比较敏感。后者是垃圾堆放时间很久，数量很大。

生物反应器填埋技术，即通过采取特定的调控方式，来加强填埋场内生物化学反应过程，最终达到加速垃圾填埋场中有机物生化降解目的的一种填埋场运行方式，实现垃圾堆体的稳定化。其中调控方式主要包括：空气注入、水分注入、微生物接种和渗滤液回灌等等。与其他填埋技术相比，生物反应器填埋技术具有的优势在于，生物反应器填埋场大大缩短了垃圾体的沉降时间和稳定化进程，加速填埋场的沉降，增加填埋场有效容积。

好氧生物反应器填埋技术主要是针对垃圾中的有机物，通过向填埋区内增加空气含量使填埋层中部分处于好氧状态。垃圾中的易降解成分可以在好氧状态下加速降解，而分解速率慢的木质素等则与死亡微生物中的蛋白质等物质聚合为比较稳定的腐殖质，从而可以大大的缩短稳定时间。

大部分好氧生物反应器填埋场都是由传统填埋场或厌氧生物反应器填埋场改造而成的，其实质都是通过注气风机和气体导排管路将新鲜空气输送到垃圾体内，并通过抽气风机将CO₂等气体从填埋垃圾堆体中排出，同时对改造好氧生物反应器填埋场内温度和好氧填埋气组分进行监控，为填埋垃圾好氧生化降解提供有利条件，从而加速垃圾生化降解，消除有害物质，提高填埋场循环速度，使填埋场再开发成为可能。

但是常规的好氧反应器技术不能直接照搬到简易填埋场，因为简易填埋场完全不同于生活垃圾卫生填埋场：1. 底部和侧面没有事先铺设防渗层；2. 没有预埋气体和液体倒排措施和管道；3. 填埋场污染物扩散，导致填埋场边界模糊；4. 简易填埋场长期缺乏检测，内部特性和参数不明。

因此需要针对简易填埋场的特点，对简易填埋场好氧生物反应器进行系统设计，并通过方法优化以指导工程实践。

发明内容

本发明的目的是提供一种简易填埋场好氧生物反应器处理系统及方法，解决简易填埋场好氧快速稳定过程中的系统配置、单元结构以及操作方法问题，使好氧生物反应器处理系统适合治理和修复简易填埋场。

一种简易填埋场好氧生物反应器处理系统，其特征在于，该系统由好氧生物反应器1、循环风机8、除尘器9、抽风机10、除臭装置11、排气筒12、火炬13、加热器18组成，循环风机8通过注气管道6和抽气管道7与好氧生物反应器连接，加热器18位于循环风机8的出口除尘器9的出口分别通过阀门v2和阀门v3与循环风机8和抽气风机10连接，抽气风机10的出口分别通过阀门v4和阀门v5与与除臭装置11和火炬13连接，除臭装置11与排气筒12连接。

所述好氧生物反应器1由锚固沟2、覆盖膜3、注气井4、抽气井5、降水集水井13、回灌装置14、简易填埋场工程边界15、简易填埋场平整表面16、在线检测仪17构成。

所述的覆盖膜为HDPE（高密度聚乙烯）膜与土工布的复合膜，下层为土工布上层为HDPE膜，也可以是上下层为土工布，中间层为HDPE膜组成的复合膜。覆盖膜的厚度为0.5mm~2mm。覆盖膜焊接成整体，大小为5000~20000平方。

所述注气井和抽气井为垂直钻掘的竖井，竖井分布密度为20~30m，竖井直径300mm~1000mm，深度3m~10m，底端高于简易填埋场工程边界0.5m，注气井和抽气井内的注气管道和抽气管道直径200mm~500mm，管道壁上均布直径10mm~20mm的孔，孔中心间距100mm~300mm，管壁上包裹一层1~2mm厚的土工布，土工布与竖井之间直接靠填埋垃圾填充。

所述降水集水井布置在填埋场场的四周，深度根据地下水位的位置决定，当地下水位低于简易填埋场工程边界时，降水集水井的底端低于注气井和抽气井底端1m；但地下水位高于时，降水集水井的底端低于简易填埋场工程边界底端1m，其中简易填埋场工程边界根据地勘确定的垃圾底板以及土壤和地下水污染检测数据共同确定。

所述的简易填埋场平整表面是指在好氧生物反应器实施过程中，首先对简易填埋的垃圾进行平整压实后形成的表面。

所述循环风机的压力为20kPa~100kPa，循环风机进口端安装有阀门v1、v2，每个注气井顶端管道上安装有阀门v6，每个抽气井顶端管道上安装有阀门v7。

一种简易填埋场好氧生物反应器处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）首先，将简易填埋场进行勘探、检测，通过地质、生活垃圾、土壤、地下水等数据确定简易填埋场工程边界；表面经过平整、修坡后，在简易填埋场平整表面上打井、覆膜；在填埋场边界周围打降水集水井；按照所述一种简易填埋场好氧生物反应器处理系统安装好其它设备和装置。

（2）其次，打开阀门v1、v3、v5、v6、v7，关闭阀门v2、v4、开启除尘器9、抽风机10、火炬13、在线监测仪17，抽取简易填埋场内部的填埋气，经过火炬13焚烧排放，此状态定义为“状态一”；当由在线监测仪17反馈的填埋气中甲烷浓度低于2%时，打开阀门v4（保持v1、v3、v6、v7开启），关闭阀门v5（保持阀门v2关闭），开启循环风机8、除臭装置11（保持除尘器9、抽风机10、在线检测仪17开启），关闭火炬13，好氧反应产生的废气经除尘和除臭后，由排气筒12有序排放，此状态定义为“状态二”；当气体中甲烷浓度低于1000ppm时，关闭抽气风机10、除臭装置11（保持火炬13关闭，保持循环风机8、除尘器9、在线检测仪17开启），打开阀门v2（保持阀门v1、v6、v7开启），关闭阀门v3、v4（保持阀门v5关闭），好氧反应产生的废气经除尘后被循环注入垃圾内部，此状态定义为“状态三” ；当废气中甲烷浓度上升到2%，进入“状态二”，使系统在“状态二”和“状态三”之间转换。

（3）在“状态二”和“状态三”的运行过程中，通过调节回灌装置14实时调控垃圾的湿度，通过调节加热器18实时调控注入的空气的温度，好氧反应器运行3~6个月后，简易填埋场趋于稳定。好氧反应器达到下述指标后停止通风，所述技术指标为：a.好氧生物反应器废气中的H2S浓度低于100 ppm；垃圾中有机生物质含量低于8%。

本发明的有益效果：

1. 本发明好氧生物反应器表面用HDPE膜整体覆盖密封，注气井和抽气井间隔布置，填埋场事项均匀沉降；

2、本发明通过循环风机间歇性地将从好氧生物反应器中抽出的废气循环注入好氧生物反应器内，减少了废气处理的运行时间，节约了运行成本；

3. 本发明结合简易填埋场工程作业的实际情况，在简易填埋场四周布置多个降水集水井，起到三个有益效果；其一是隔离作用，因为简易堆放场都没有做底部和边坡防渗，在好氧生物反应器实施过程中，通过多个降水集水井的联合作用，可以起到将简易填埋场和周围土壤以及地下水隔离的目的；其二是收集渗滤液；其三是降低地下水位，为后续的简易填埋场挖掘修复工作做准备；

4. 通过调节空气注入量、温度和湿度，为好氧生物反应器中的微生物创造最佳活性条件；

5. 本发明通过在线检测设备的反馈型号，自动调节好氧生物反应器处于不同的运行状态，能适用不同的简易垃圾填埋场以及同一个简易填埋场的不同阶段。

附图说明

图1 一种简易填埋场好氧生物反应器处理系统图；其中，1-好氧生物反应器；2-锚固沟；3-覆盖膜；4-注气井；5-抽气井；6-抽气井；7-抽气管道；8-循环风机；9-除尘器；10-抽风机；11-除臭装置；12-排气筒；13-火炬；14-回灌装置；15-建议填埋场工程边界；16-抽气管道；17-在线检测仪；18-加热器；v1~v7：阀门1~7。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的具体实施方式做进一步详述：

实施例1

本发明所述一种简易填埋场好氧生物反应器处理系统，由好氧生物反应器1、循环风机8、除尘器9、抽风机10、除臭装置11、排气筒12、火炬13、加热器18组成，循环风机8通过注气管道6和抽气管道7与好氧生物反应器连接，加热器18位于循环风机8的出口除尘器9的出口分别通过阀门v2和阀门v3与循环风机8和抽气风机10连接，抽气风机10的出口分别通过阀门v4和阀门v5与与除臭装置11和火炬13连接，除臭装置11与排气筒12连接。所述好氧生物反应器1由锚固沟2、覆盖膜3、注气井4、抽气井5、降水集水井13、回灌装置14、简易填埋场工程边界15、简易填埋场平整表面16、在线检测仪17构成。

对于一个占地面积2万平方，垃圾填埋深度平均10米的简易填埋场，实施时的具体步骤如下：

（1）首先，将简易填埋场进行勘探、对垃圾、地下水、填埋气等热性进行检测，通过地质、生活垃圾、土壤、地下水等数据确定简易填埋场工程边界；对填埋场的表面用推土机进行平整、对较陡的边坡进行修整；在填埋场场表面以间距25m，设计菱形的钻井点，然后打井，布管，等布好管道后，在表面焊接HDPE膜，HDPE膜在垃圾场的四周通过锚固沟固定，在内部通过与注汽井和抽气井固定；根据地下水位以及地质情况，在四周布置4~6个降水集水井；安装好其它设备和装置；

（2）等设备安装好后，打开阀门v1、v3、v5、v6、v7，关闭阀门v2、v4、开启除尘器9、抽风机10、火炬13、在线监测仪17，抽取简易填埋场内部的填埋气，经过火炬13焚烧排放，当火炬熄灭后，继续抽气，这个过程大约持续3~5天，每天24小时连续抽；

当由在线监测仪17反馈的填埋气中甲烷浓度低于2%时，打开阀门v4（保持v1、v3、v6、v7开启），关闭阀门v5（保持阀门v2关闭），开启循环风机8、除臭装置11（保持除尘器9、抽风机10、在线检测仪17开启），关闭火炬13，好氧反应产生的废气经除尘和除臭后，由排气筒12有序排放，除臭装置选用生物除臭，系统调试到正常运转后，控制排放气体的臭气浓度低于20；

当气体中甲烷浓度低于1000ppm时，关闭抽气风机10、除臭装置11（保持火炬13关闭，保持循环风机8、除尘器9、在线检测仪17开启），打开阀门v2（保持阀门v1、v6、v7开启），关闭阀门v3、v4（保持阀门v5关闭），好氧反应产生的废气经除尘后被循环注入垃圾内部，调节循环风机出口空气温度在40~60℃，调节回灌装置，将由降水集水井抽出的污水回喷到HDPE膜以下。随着空气循环次数的增加，空气中的氧浓度下降、臭气浓度增加，不利于好氧生物菌的繁衍，及时切换到“状态二”，根据经验，大约运行“状态三”12小时，然后运行“状态二”3小时；

（3）持续以上过程3个月后，根据实际情况，取垃圾填埋场内部三个以上垃圾样品，对其进行检测，若有机质含量低于8%，可视此垃圾填埋场基本趋于稳定。

Claims (5)

1. 一种简易填埋场好氧生物反应器处理系统，其特征在于，该系统由好氧生物反应器1、循环风机8、除尘器9、抽风机10、除臭装置11、排气筒12、火炬13、加热器18组成，循环风机8通过注气管道6和抽气管道7与好氧生物反应器连接，加热器18位于循环风机8的出口除尘器9的出口分别通过阀门v2和阀门v3与循环风机8和抽气风机10连接，抽气风机10的出口分别通过阀门v4和阀门v5与与除臭装置11和火炬13连接，除臭装置11与排气筒12连接，所述好氧生物反应器1由锚固沟2、覆盖膜3、注气井4、抽气井5、降水集水井13、回灌装置14、简易填埋场工程边界15、简易填埋场平整表面16、在线检测仪17构成，所述降水集水井布置在填埋场场的四周，深度根据地下水位的位置决定。

2. 根据权利要求1所述一种简易填埋场好氧生物反应器处理系统，其特征在于所述的覆盖膜为HDPE（高密度聚乙烯）膜与土工布的复合膜，下层为土工布上层为HDPE膜，也可以是上下层为土工布，中间层为HDPE膜组成的复合膜，覆盖膜的厚度为0.5mm~2mm，覆盖膜焊接成整体，大小为5000~20000平方。

3. 根据权利要求1所述一种简易填埋场好氧生物反应器处理系统，其特征在于所述注气井和抽气井为垂直钻掘的竖井，竖井分布密度为20~30m，竖井直径300mm~1000mm，深度3m~10m，底端高于简易填埋场工程边界0.5m，注气井和抽气井内的注气管道和抽气管道直径200mm~500mm，管道壁上均布直径10mm~20mm的孔，孔中心间距100mm~300mm，管壁上包裹一层1~2mm厚的土工布，土工布与竖井之间直接靠填埋垃圾填充。

4. 根据权利要求1所述一种简易填埋场好氧生物反应器处理系统，其特征在于所述降水集水井深度根据地下水位的位置决定，当地下水位低于简易填埋场工程边界时，降水集水井的底端低于注气井和抽气井底端1m；但地下水位高于简易填埋场工程边界时，降水集水井的底端低于简易填埋场工程边界底端1m。

5. 一种简易填埋场好氧生物反应器处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）首先，将简易填埋场进行勘探、检测，通过地质、生活垃圾、土壤、地下水等数据确定简易填埋场工程边界；表面经过平整、修坡后，在简易填埋场平整表面上打井、覆膜；在填埋场边界周围打降水集水井；按照所述一种简易填埋场好氧生物反应器处理系统安装好其它设备和装置；

（2）其次，打开阀门v1、v3、v5、v6、v7，关闭阀门v2、v4、开启除尘器9、抽风机10、火炬13、在线监测仪17，抽取简易填埋场内部的填埋气，经过火炬13焚烧排放，此状态定义为“状态一”；当由在线监测仪17反馈的填埋气中甲烷浓度低于2%时，打开阀门v4（保持v1、v3、v6、v7开启），关闭阀门v5（保持阀门v2关闭），开启循环风机8、除臭装置11（保持除尘器9、抽风机10、在线检测仪17开启），关闭火炬13，好氧反应产生的废气经除尘和除臭后，由排气筒12有序排放，此状态定义为“状态二”；当气体中甲烷浓度低于1000ppm时，关闭抽气风机10、除臭装置11（保持火炬13关闭，保持循环风机8、除尘器9、在线检测仪17开启），打开阀门v2（保持阀门v1、v6、v7开启），关闭阀门v3、v4（保持阀门v5关闭），好氧反应产生的废气经除尘后被循环注入垃圾内部，此状态定义为“状态三” ；当废气中甲烷浓度上升到2%，进入“状态二”，使系统在“状态二”和“状态三”之间转换；

（3）在“状态二”和“状态三”的运行过程中，通过调节回灌装置14实时调控垃圾的湿度，通过调节加热器18实时调控注入的空气的温度，好氧反应器运行3~6个月后，简易填埋场趋于稳定；好氧反应器达到下述指标后停止通风，所述技术指标为：a.好氧生物反应器废气中的H2S浓度低于100 ppm；垃圾中有机生物质含量低于8%。