CN110142276B - 一种利用深度矿化陈腐垃圾复合用于填埋场封场生态修复的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及垃圾处理技术领域，尤其涉及一种利用深度矿化陈腐垃圾复合用于填埋场封场生态修复的方法。本发明的封场生态修复填料层从上至下依次为植被层、排水层、防渗层和排气层；所述植被层为腐殖土和一般土壤复合层；所述排水层包括上层粒径20‑50mm的碎石层和下层的腐殖土层；所述防渗层包括上层的土工膜和下层的粘土与腐殖土复合层；所述排气层包括上层的粒径20‑50mm的砂砾石层和下层的腐殖土层。本发明将深度矿化陈腐垃圾腐殖土应用到填料层中，充分发挥腐殖土的微生物降解和吸附特性，通过腐殖土填料层富集的微生物群落提高对垃圾堆体表面有机污染物、垃圾渗滤液、臭气、生物代谢产生的甲烷等污染生物分解能力，强化对垃圾填埋场的生态修复功能。
Description
技术领域
本发明涉及垃圾处理和资源化综合利用技术领域，尤其涉及一种利用深度矿化陈腐垃圾复合用于填埋场封场生态修复的方法。
背景技术
目前，相关规范规定垃圾填埋场封场覆盖系统结构由垃圾堆体表面至顶表面顺序为：排气层、防渗层、排水层、植被层。目前，业内排气层一般用碎石，防渗层可由土工膜和压实黏性土或土工聚合黏土衬垫(GCL)组成复合防渗层，也可单独使用压实黏性土层，排水层一般采用碎石，植被层应由营养植被层和覆盖支持土层组成，一般采用就地取土壤。现有技术中，对垃圾填埋场的封场生态修复填料功能单一：排气层所用的填料仅具有多孔、助于气体倒排的功能，排水层仅具有导水性，植被层的功能主要为利用封场覆盖的植被生长提供基质。总体对填埋场的生态修复功能未得到强化。使用年代已久的填埋场，虽内部垃圾堆体已基本稳定，有机物以基本降解，但接近垃圾堆体表面仍然会有少量垃圾渗滤液、臭气、生物代谢产生的甲烷产生。由此，需强化对垃圾填埋场封场生物修复手段，以减小甚至基本消除接近垃圾堆体表面垃圾渗滤液、臭气、生物代谢产生的甲烷污染，强化对垃圾填埋场的生态修复功能。
另外，随着我国城镇化进程加快，老填埋场周边土地资源紧张和库容告急，需重新释放库容的要求，近些年出现了一些填埋场陈腐垃圾开挖+资源化综合利用的工程实例。陈腐垃圾，尤其是填埋龄大于10年的陈腐垃圾，易降解物质已几乎完全降解,垃圾自身几乎不再产生渗滤液、填埋气和异味,此陈腐垃圾达到稳定化和无害化状态,此时的陈腐垃圾已达到深度矿化。深度矿化的陈腐垃圾己经转变成了基本上无毒无害，将深度矿化的陈腐垃圾筛分后去除橡塑类和骨料类后，筛下细料为腐殖土。此深度矿化的陈腐垃圾腐殖土具有巨大的比表面积和多孔结构,同时具有优良的物理化学性质和水力性质,表面附着了数量庞大、种类繁多、代谢能力极强的微生物群落,是一种性能优良的生物介质, 对污染物有很好的去除能力。而且在老垃圾填埋场，由于陈腐垃圾数量巨大，此深度矿化的陈腐垃圾腐殖土量也巨大，待资源化利用的潜力和价值巨大。
因此，鉴于深度矿化陈腐垃圾腐殖土的特性，可以开发将深度矿化陈腐垃圾腐殖土应用到填埋场封场生态修复用填料中。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，一种利用深度矿化陈腐垃圾复合用于填埋场封场生态修复的方法，将深度矿化陈腐垃圾腐殖土应用到填埋场封场填料层中，充分发挥深度矿化陈腐垃圾腐殖土的特性，提高填埋场封场填料层对垃圾堆体表面有机污染物、垃圾渗滤液、臭气、生物代谢产生的甲烷等污染的消除能力，加速填埋场的稳定化进程，强化对垃圾填埋场的生态修复功能。
本发明采用的技术方案如下：
一种利用深度矿化陈腐垃圾复合用于填埋场封场生态修复的方法，将深度矿化的陈腐垃圾筛分后去除橡塑类和骨料类后，筛下细料为腐殖土，将深度矿化陈腐垃圾腐殖土添加到封场生态修复覆盖用填料中；封场生态修复覆盖用填料从上至下依次为植被层、排水层、防渗层和排气层；修复方法包括以下步骤：
1)排气层施工，下层为深度矿化陈腐垃圾腐殖土层，上层为粒径20-50mm 的砂砾石；
2)防渗层施工，下层为粘土与深度矿化陈腐垃圾腐殖土复合层，防渗层下层施工时压实处理，压实度不小于85％；上层铺设土工膜，渗透系数小于1*10-12cm/s；
3)排水层施工，下层为深度矿化陈腐垃圾腐殖土层，上层为粒径20-50mm 的碎石,渗透系数大于1*10-3m/s；
4)植被层施工，所述植被层为深度矿化陈腐垃圾腐殖土和一般土壤复合层，施工时分层压实，压实度不小于80％。
进一步地，深度矿化陈腐垃圾腐殖土与其它材料复合时，可选择人工按质量称取后，用铲斗进行混合。
进一步地，所述植被层的厚度范围为60-100cm，所述深度矿化陈腐垃圾腐殖土和一般土壤的质量复合比例为1：1。在植被层，区别的传统的只用一般土壤做填料，复合了深度矿化陈腐垃圾腐殖土由于深度矿化陈腐垃圾腐殖土中的有机质含量、总氮、总磷、阳离子交换量等都明显高于一般土壤，与常规土壤相比，深度矿化陈腐垃圾腐殖土在性能上具有与砂土相似的特征，而在化学性质和微生物特性上又表现出肥沃土壤独有的特点，是极为优良的土壤改良基质。深度矿化陈腐垃圾腐殖土中的有机质、总磷等就能很好的为植被提供充足的营养物质，促进植被的生长，进而使环境形成良性循环。因填埋场封场生态修复用的植被层需种植的植被为较能适应垃圾填埋场的恶劣生态环境、对有害物质吸附性强、垃圾填埋场生态修复的耐性植被种，这些植被种更需要有机质含量、总氮、总磷、阳离子交换量高的土壤才更有利于生长。
进一步地，所述排水层的上层和下层的厚度范围分别为20-25cm。所述防渗层的上层为HDPE膜或LLDPE膜，膜厚为1.0-1.5mm。所述防渗层的下层厚度范围为25-30cm，所述深度矿化陈腐垃圾腐殖土和粘土的质量复合比例为1：1。
在防渗层和排水层，区别的传统的只用粘土、HDPE膜、碎石的填料；复合了深度矿化陈腐垃圾腐殖土的填料可发挥以下优势：深度矿化的陈腐垃圾腐殖土因具有巨大的比表面积和多孔结构，同时具有优良的物理化学性质和水力性质，表面附着了数量庞大、种类繁多、代谢能力极强的微生物群落,是一种性能优良的生物介质,对污染物有很好的分解能力；可加速填埋场的微生物降解反应，具有生物吸附和脱臭作用，还能降解填埋场垃圾渗滤液中部分有机污染物。
进一步地，所述排气层上层和下层的厚度范围分别为20-25cm。在排气层，区别的传统的只用碎石的单一填料；由碎石+深度矿化陈腐垃圾腐殖土复合填料，可利用深度矿化的陈腐垃圾腐殖土由于富集了甲烷氧化菌的优势，具有对垃圾填埋场的甲烷氧化作用，能有利于垃圾填埋场甲烷减排。深度矿化的陈腐垃圾腐殖土因具有巨大的比表面积和多孔结构，表面附着了数量庞大、种类繁多、代谢能力极强的微生物群落,有利于在排气层对臭气的脱除。
进一步地，所述植被层上种植耐性植物。所述耐性植物包括草本植物及木体植物，其中草本植物包括苜蓿、三叶草和狗牙根等中的至少两种；木本植物包括女贞、刺槐、冬青、榆树、白蜡树、金银木、木槿和紫荆等中的至少两种。所述植被层上耐性植物的木本植物种植密度为5-10株/m2。
综上所述，本发明的有益效果是：将深度矿化的陈腐垃圾筛分后去除橡塑类和骨料类后，选用筛下腐殖土细料作为主料，分层复合了砂砾石、粘土 +HDPE膜、碎石、一般土壤为辅料，由此复合而成的用于垃圾填埋场封场生态修复的填料。具有以下优点：1)深度矿化陈腐垃圾腐殖土具有巨大的比表面积和多孔结构，同时具有优良的物理化学性质和水力性质，表面附着了数量庞大、种类繁多、代谢能力极强的微生物群落,是一种性能优良的生物介质,对污染物有很好的去除能力；可加速填埋场的微生物降解反应，具有生物吸附和脱臭作用，还能降解填埋场垃圾渗滤液中部分有机污染物；(2)由于富集了甲烷氧化菌，具有对垃圾填埋场的甲烷氧化作用，能利于垃圾填埋场甲烷减排；(3) 其渗透系数比砂土小,均衡回灌渗滤液流动的能力更强，经过适当的压实处理, 可以满足填埋场对封场覆盖材料的渗透性要求。深度矿化陈腐垃圾具有良好的吸附能力和pH调节能力，渗透系数比砂土小，具有较强的均衡回灌渗滤液流动能力；(4)以深度矿化的陈腐垃圾腐殖土用作为填埋场生态修复材料，这样深度矿化陈腐垃圾的微生物作用能优化填埋场接近垃圾堆体内生物降解环境，有利于接近垃圾堆体表面少量垃圾渗滤液、臭气污染物的生物分解；(5) 能在填埋场就地取材，具有成本低廉的优势。还能实现固体废弃物循环利用。深度矿化陈腐垃圾腐殖土与其它传统填埋场封场覆盖材料复合，除发挥传统填埋场封场覆盖材料的功能外，还可强化对垃圾填埋场的生态修复功能。
附图说明
图1为本发明的填埋场封场生态修复的填料层示意图。
图中标记：1-植被层、2-排水层上层、3-排水层下层、4-防渗层上层、5- 防渗层下层、6-排气层上层、7-排气层下层、8-垃圾层。
具体实施方式
本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
实施例1
一种利用深度矿化陈腐垃圾复合用于填埋场封场生态修复的方法，将深度矿化的陈腐垃圾筛分后去除橡塑类和骨料类后，筛下细料为腐殖土。如图1所示，在填埋场内的垃圾层8上，由上至下依次为植被层1、排水层、防渗层和排气层，施工时由下至上依次施工。所述排气层为两层，排气层上层6为粒径 20-50mm的砂砾石，厚度为22cm；排气层下层为深度矿化陈腐垃圾腐殖土层，厚度为22cm。所述防渗层为两层，防渗层上层4为HDPE膜，厚度为1mm，防渗层下层5为粘土与深度矿化陈腐垃圾腐殖土复合层,所述深度矿化陈腐垃圾腐殖土和粘土的质量复合比例为1：1，厚度为28cm。防渗层下层施工时压实处理，压实度不小于85％；所述排水层分为两层，排水层上层2为粒径为 20-50mm的碎石，厚度为22cm，保证渗透系数大于1*10-3m/s；排水层下层3 为深度矿化陈腐垃圾腐殖土层，厚度为22cm；所述植被层为深度矿化陈腐垃圾腐殖土和一般土壤复合层，厚度80cm，所述深度矿化陈腐垃圾腐殖土和一般土壤的质量复合比例为1：1；施工时分层压实，压实度不小于80％。
进一步地，所述植被层上种植耐性植物，包括以女贞、刺槐为主的木本植物，以三叶草、苜蓿为主的草本植物。所述木本植物种植密度为8株/m2。
将深度矿化陈腐垃圾腐殖土与其它传统填埋场封场覆盖材料复合，除发挥传统填埋场封场覆盖材料的功能外，还可强化对垃圾填埋场的生态修复功能，实现了垃圾填埋场固体废弃物资源的有效利用，加强节能减排。
采用本方案的利用深度矿化陈腐垃圾复合用于填埋场覆盖的方法，由于具有巨大的比表面积和多孔结构，同时具有优良的物理化学性质和水力性质，表面附着了数量庞大、种类繁多、代谢能力极强的微生物群落,是一种性能优良的生物介质,对污染物有很好的去除能力；可加速填埋场的微生物降解反应。微生物降解反应会消耗填埋场的水分，而深度矿化陈腐垃圾腐殖土相对于一般土壤、粘土、砾石等传统填料。深度矿化陈腐垃圾腐殖土的渗透性和储水能力适中，且能维持垃圾堆体里微生物降解消耗水分的平衡，保持填埋场垃圾堆体的适中的含水率。因填埋场垃圾堆体含水率是很重要的一个代表生物降解活性的指标。采用深度矿化陈腐垃圾腐殖土做填料，垃圾堆体的含水率55％左右，含水率适中，比采用一般土壤(含水率51％)、粘土(含水率46％)、砾石(含水率62％) 做填料能获得更佳的填埋场含水率效果。
垃圾堆体中的TOC，也是判断垃圾堆体有机物降解程度的主要参数。垃圾的TOC值可以反映垃圾中有机物的含量，能指示垃圾的降解和填埋场的稳定化程度。新鲜垃圾中TOC值含量较高，约25～28％。随着垃圾中糖类(淀粉)、半纤维素、纤维素和蛋白质等物质的降解，垃圾中TOC含量值会变低。填埋场达到稳定化时，深度垃圾矿化陈腐垃圾TOC含量较新鲜垃圾小很多，深度垃圾矿化陈腐垃圾TOC含量一般为4％～8％。
VS是垃圾挥发性固体含量。可以反映垃圾有有机物降解情况和填埋场的稳定化程度。新鲜垃圾的VS含量一般为65～85％，中度降解垃圾的VS含量为25～50％，而深度矿化陈腐垃圾中VS含量一般在10％以下。
生物可降解组分(BDM)是垃圾中生物可降解组分，是判断填埋场垃圾降解程度的重要指标。在垃圾降解初期，微生物量少，有机物降解缓慢，垃圾 BDM值较高，一般为45～60％；垃圾降解进入产酸或产气等快速阶段后，垃圾中有机物迅速被微生物分解利用，BDM值也迅速下降；当垃圾降解趋于完全，填埋场稳定化后，深度矿化陈腐垃圾中BDM含量很少，通常小于5％。
成都市某一垃圾场采用实施例1的封场生修复方法，对比例为原有的垃圾场中采用现有填埋方法进行比较，现有技术是以《生活垃圾卫生填埋场封场技术规范GB51220-2017》和《卫生填埋场封场技术规程CJJ112-2007》进行封场覆盖；两垃圾场封场覆盖一年后，对填埋场中的垃圾进行取样分析，分别测得各结果如下：
表1实施例与对比例的填埋场降解效果参数表
由表1可得，采用本发明的覆盖方法，可有效加速填埋场封场覆盖的稳定化，提高降解速度，从而提高封场效果。并且，实施例1与对比例的植被层均种植相同种植密度的相同植物，实施例1中的各植物平均生产速率更快，表明生态修复功能更好。
填埋场中的生活垃圾含有大量有机物，可被微生物细菌消化、降解，产生大量的垃圾填埋气体，其主要成分为甲烷、二氧化碳、微量的硫化氢。常规情况下，即使垃圾填埋场封场，封场后的垃圾填埋场接近垃圾堆体表面仍然进行着生物、化学、物理等错综复杂的反应，接近垃圾堆体表面仍然会有少量生物代谢产生的垃圾填埋气体，会对垃圾填埋场作为环境空气造成一定污染。由此，需强化对垃圾填埋场封场修复手段，以减小甚至基本消除接近垃圾堆体表面生物代谢产生的垃圾填埋气体的污染，强化对垃圾填埋场的生态修复功能。采用深度矿化陈腐垃圾作为垃圾填埋场封场生态修复填料和现有技术规范作为垃圾填埋场封场生态修复技术，对垃圾填埋场作为环境空气进行监测，监测因子为甲烷、二氧化碳、硫化氢。环境空气监测采样点位于垃圾填埋场堆体中心面垂直上方1米处。对比情况如下：
表2实施例与对比例的环境空气监测对比
由表2可知，深度矿化陈腐垃圾腐殖土对气体污染物有很好的分解能力，由于富集了甲烷氧化菌，具有对垃圾填埋场的甲烷氧化作用，能利于垃圾填埋场甲烷减排，同时由于生态修复作用，促进了垃圾降解，由此降低了填埋场附近的硫化氢及二氧化碳浓度。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
Claims (9)
1.一种利用深度矿化陈腐垃圾复合用于填埋场封场生态修复的方法，其特征在于，将深度矿化的陈腐垃圾筛分后去除橡塑类和骨料类后，筛下细料为腐殖土，将深度矿化陈腐垃圾腐殖土添加到封场生态修复覆盖用填料中；封场生态修复覆盖用填料从上至下依次为植被层、排水层、防渗层和排气层；修复方法包括以下步骤：
1)排气层施工，下层为深度矿化陈腐垃圾腐殖土层，上层为粒径20-50mm的砂砾石；
2)防渗层施工，下层为粘土与深度矿化陈腐垃圾腐殖土复合层，防渗层下层施工时压实处理，压实度不小于85％；上层铺设土工膜，渗透系数小于1*10-12cm/s；
3)排水层施工，下层为深度矿化陈腐垃圾腐殖土层，上层为粒径20-50mm的碎石,渗透系数大于1*10-3m/s；
4)植被层施工，所述植被层为深度矿化陈腐垃圾腐殖土和一般土壤复合层，施工时分层压实，压实度不小于80％。
2.根据权利要求1所述的利用深度矿化陈腐垃圾复合用于填埋场封场生态修复的方法，其特征在于：所述植被层的厚度范围为60-100cm，所述深度矿化陈腐垃圾腐殖土和一般土壤的质量复合比例为1：1。
3.根据权利要求1所述的利用深度矿化陈腐垃圾复合用于填埋场封场生态修复的方法，其特征在于：所述排水层的上层和下层的厚度范围分别为20-25cm。
4.根据权利要求1所述的利用深度矿化陈腐垃圾复合用于填埋场封场生态修复的方法，其特征在于：所述防渗层的上层为HDPE膜或LLDPE膜，膜厚为1.0-1.5mm。
5.根据权利要求1所述的利用深度矿化陈腐垃圾复合用于填埋场封场生态修复的方法，其特征在于：所述防渗层的下层厚度范围为25-30cm，所述深度矿化陈腐垃圾腐殖土和粘土的质量复合比例为1：1。
6.根据权利要求1所述的利用深度矿化陈腐垃圾复合用于填埋场封场生态修复的方法，其特征在于：所述排气层上层和下层的厚度范围分别为20-25cm。
7.根据权利要求1-6任一项所述的利用深度矿化陈腐垃圾复合用于填埋场封场生态修复的方法，其特征在于：所述植被层上种植耐性植物。
8.根据权利要求7所述的利用深度矿化陈腐垃圾复合用于填埋场封场生态修复的方法，其特征在于：所述耐性植物包括草本植物和木本植物；所述草本植物包括苜蓿、三叶草、狗牙根中的至少2种；所述木本植物包括女贞、刺槐、冬青、榆树、白蜡树、金银木、木槿或紫荆中的至少2种。
9.根据权利要求8所述的利用深度矿化陈腐垃圾复合用于填埋场封场生态修复的方法，其特征在于：所述植被层上耐性植物中的木本植物种植密度为5-10株/m2。
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