CN115351056A - 一种生活垃圾-炉渣-飞灰的共填埋方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于环保技术领域，涉及一种生活垃圾‑炉渣‑飞灰的共填埋方法。在填埋坑内依次填埋生活垃圾堆体、混合层、砾石层和飞灰层，收集填埋坑内的渗滤液，将收集的渗滤液从砾石层回灌至混合层和生活垃圾堆体；其中，混合层的物料由矿化垃圾与生活垃圾焚烧炉渣混合均匀获得；飞灰层的飞灰由生活垃圾焚烧获得。本发明不仅能够加速填埋垃圾稳定化进程，而且能够高效固化垃圾焚烧飞灰重金属及协同固碳。
Description
技术领域
本发明属于环保技术领域，涉及一种生活垃圾-炉渣-飞灰的共填埋方法。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
据发明人研究了解，目前城市生活垃圾处理方式主要为焚烧和填埋。焚烧处理能极大的减少垃圾的体积和重量，同时产生的热能可回收用于发电。然而，焚烧产生的飞灰含有大量的重金属，需要稳定化后进行填埋处置。然而稳定化药剂价格高昂，整体处理成本较高。降低飞灰的处理成本，同时高效固定飞灰重金属，是当前焚烧处理的重要难题。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明的目的是提供一种生活垃圾-炉渣-飞灰的共填埋方法，该共填埋方法不仅能够加速填埋垃圾稳定化进程，而且能够高效固化垃圾焚烧飞灰重金属及协同固碳。
为了实现上述目的，本发明的技术方案为：
一方面，一种生活垃圾-炉渣-飞灰的共填埋方法，在填埋坑内依次填埋生活垃圾堆体、混合层、砾石层和飞灰层，收集填埋坑内的渗滤液，将收集的渗滤液从砾石层回灌至混合层和生活垃圾堆体；
其中，混合层的物料由矿化垃圾与生活垃圾焚烧炉渣混合均匀获得；
飞灰层的飞灰由生活垃圾焚烧获得。
另一方面，一种生活垃圾-炉渣-飞灰的共填埋系统，包括：
填埋坑，填埋坑内由下至上依次设置生活垃圾堆体、混合层、砾石层和飞灰层，所述砾石层内设置喷淋装置；混合层的物料由矿化垃圾与生活垃圾焚烧炉渣混合均匀获得；飞灰层的飞灰由生活垃圾焚烧获得；
渗滤液储存池，用于收集填埋坑的渗滤液；
回灌泵，回灌泵的进口连接渗滤液储存池，回灌泵的出口连接喷淋装置。
本发明的共填埋方法和系统中，首先，进行渗滤液回灌喷淋过程时，矿化垃圾中的生物酶和待激活的微生物随回灌的渗滤液进入垃圾堆体，加快堆体内微生物的演替变化；矿化垃圾在回灌过程中能够促进垃圾堆体产生更多的二氧化碳；回灌渗滤液中的有机物得到充分利用，微生物和有机物在堆体内再分布，促进了微生物的生长代谢；炉渣中的碱性成分和微量重金属随回灌的渗滤液进入垃圾堆体，碱性成分能够调节pH，创造适宜微生物生长的环境，而微量的重金属促进微生物的生长繁殖，同时不会对环境造成影响。
其次，进行飞灰颗粒固碳过程时，垃圾堆体产生的二氧化碳被飞灰中碱性成分(主要为氧化钙)吸收，生成碳酸钙沉淀；垃圾堆体稳定过程中微生物呼吸作用产生的水蒸气将飞灰表面湿润，增加了飞灰对二氧化碳的捕集能力；飞灰中的重金属在碳酸化过程中被固定在碳酸盐产物中，同时大颗粒的碳酸盐产物能够吸附游离的重金属，高效固定了飞灰中的重金属。
通过渗滤液回灌喷淋过程与飞灰颗粒固碳过程的协同，不仅实现对垃圾堆体的快速处理，同时其促进产生的二氧化碳能够实现飞灰重金属的固化，既能够对焚烧产物的高效利用，也能够填埋场的低碳减排。
本发明的有益效果为：
(1)本发明通过渗滤液回灌，炉渣中碱性组分的释放调节了pH，少量重金属的释放促进了微生物生长，矿化垃圾中的生物酶和未激活微生物进入垃圾堆体，加快了微生物的演替过程，加速了填埋垃圾的稳定化进程，减少了垃圾稳定化所需时间。
(2)本发明的飞灰中氧化钙能充分吸收二氧化碳，同时形成的碳酸盐能有效固定重金属，在减少填埋场的碳排放同时，也对飞灰实现了安全处置。
(3)本发明工艺流程简单，所用原料均为焚烧废料，在充分利用焚烧废料的同时，也对危险废物飞灰进行了安全处置，实现了以废治废，处置成本低廉，处置过程中无污染物排放，安全环保。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明实施例1的共填埋系统结构示意图；
其中，1、防渗毯，2、飞灰层，3、回灌喷淋装置，4、柱塞泵，5、砾石层，6、矿化垃圾-炉渣混合层，7、生活垃圾堆体，8、渗滤液储存池。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
生活垃圾通过焚烧后，焚烧炉中排出的固体废渣即为生活垃圾炉渣，焚烧炉焚烧后产生的烟气经过除尘装置产生的微小灰粒即为飞灰。
生活垃圾焚烧后产生的飞灰中重金属含量较高，采用药剂处理存在成本较高的问题，本发明提出了一种生活垃圾-炉渣-飞灰的共填埋方法。
本发明的一种典型实施方式，提供了一种生活垃圾-炉渣-飞灰的共填埋方法，在填埋坑内依次填埋生活垃圾堆体、混合层、砾石层和飞灰层，收集填埋坑内的渗滤液，将收集的渗滤液从砾石层回灌至混合层和生活垃圾堆体；
其中，混合层的物料由矿化垃圾与生活垃圾焚烧炉渣混合均匀获得；
飞灰层的飞灰由生活垃圾焚烧获得。
本发明的方法不仅能够加速填埋垃圾稳定化进程，而且能够高效固化垃圾焚烧飞灰重金属及协同固碳。
在一些实施例中，矿化垃圾与生活垃圾焚烧炉渣的质量比为8～12:1。
在一些实施例中，生活垃圾焚烧炉渣的粒径为4～8mm。
在一些实施例中，砾石的粒径为50～80mm。
在一些实施例中，混合层的厚度与飞灰层的厚度比为100～200:400～600。
在一些实施例中，回灌的间隔时间为3～5天。
在一些实施例中，回灌的流速为1.3～2.0mL/s。
在一些实施例中，对飞灰中二氧化碳的捕集能力进行检测，当飞灰的二氧化碳的捕集能力下降时，对飞灰层内的飞灰进行置换。将置换后的飞灰进行安全填埋。此时，由于飞灰中的重金属已经被碳酸盐固定完全，因而可以直接进行安全填埋。检测的间隔时间为30～45天。为了更好地检测飞灰中二氧化碳的捕集能力，对飞灰层中不同位置进行取样检测。较为具体地，在多个(例如10个)不同点位均匀取各设定重量的飞灰样品进行飞灰捕集能力的检测。
对飞灰中二氧化碳的捕集能力进行检测的检测方法为：检测方法为取10g表层飞灰于250mL带塞锥形瓶中，5min的氮气吹扫后通入150mL体积1.0Mpa的纯二氧化碳，密封静置3h后通过U型管测定锥形瓶内体积变化。
在一些实施例中，飞灰层上方覆盖防渗毯。能够进一步防止雨水的渗入及二氧化碳等温室气体排出。所述防渗毯材质优选为膨润土复合防渗毯(GCL)。
本发明的另一种实施方式，提供了一种生活垃圾-炉渣-飞灰的共填埋系统，包括：
填埋坑，填埋坑内由下至上依次设置生活垃圾堆体、混合层、砾石层和飞灰层，所述砾石层内设置喷淋装置；混合层的物料由矿化垃圾与生活垃圾焚烧炉渣混合均匀获得；飞灰层的飞灰由生活垃圾焚烧获得；
渗滤液储存池，用于收集填埋坑的渗滤液；
回灌泵，回灌泵的进口连接渗滤液储存池，回灌泵的出口连接喷淋装置。
本发明通过渗滤液储存池回收渗滤液，通过回灌泵将回收的渗滤液输送至喷淋装置，通过喷淋装置，实现对渗滤液的回灌。
在一些实施例中，矿化垃圾与生活垃圾焚烧炉渣的质量比为8～12:1。
在一些实施例中，生活垃圾焚烧炉渣的粒径为4～8mm。
在一些实施例中，砾石的粒径为50～80mm。
在一些实施例中，混合层的厚度与飞灰层的厚度比为100～200:400～600。
在一些实施例中，飞灰层上方覆盖防渗毯。所述防渗毯材质优选为膨润土复合防渗毯(GCL)。
在一些实施例中，向渗滤液储存池中补充渗滤液体积5％～15％的清水，补充间隔时间为15天。
在一些实施例中，所述喷淋装置为若干喷淋管。喷淋管的喷淋孔间距为20～50mm。
为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本发明的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本发明的技术方案。
实施例1
如图1所示，将粒径为4～8mm的生活垃圾焚烧炉渣与矿化垃圾以质量比为1:10均匀混合转移到100kg生活垃圾填埋堆体7上部形成矿化垃圾-炉渣混合层6，矿化垃圾-炉渣混合层6高度为100mm；在矿化垃圾-炉渣混合层6上铺设粒径为50～80mm砾石，砾石层5高度为100mm，砾石间架设渗滤液回灌喷淋装置3，回灌喷淋装置3的喷淋孔间距为30mm；将生活垃圾焚烧飞灰转移到砾石层上，飞灰层2高度在400mm，在飞灰层2表面铺设防渗毯1，防渗毯1为膨润土复合防渗毯；定期通过柱塞泵4将渗滤液储存池8内渗滤液输送至回灌喷淋装置3内进行渗滤液回灌，回灌间隔时间3天，回灌流量在1.5mL/s，定期向渗滤液储存池中补充渗滤液体积10％的清水，补充间隔时间为15天；定期对生活垃圾焚烧飞灰层表面飞灰进行二氧化碳捕集能力测定，间隔为35天，根据现场填埋情况，在不同点位取10组样品各10g飞灰进行飞灰捕集能力的检测；当二氧化碳捕集能力下降后，采用新的生活垃圾焚烧飞灰代替二氧化碳捕集能力下降的飞灰。
经过284天处置，生活垃圾堆体达到稳定；根据单独生活垃圾填埋的二氧化碳产生量，该实施例中96％的二氧化碳被飞灰层吸收；分别取2g二氧化碳捕集能力下降的飞灰样品和原始飞灰，用《固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法》(HJ557-2010)来评判处理后飞灰的重金属固化效率，根据测试结果计算得到Cr、Pb、Cd、Ni等重金属的固化效率均大于85％；分别取7μg处理后的飞灰样品和原始飞灰进行热重分析，获得碳酸钙含量，根据测试结果计算得到碳酸化效率大于20％。
实施例2
将粒径为4～8mm的生活垃圾焚烧炉渣与矿化垃圾以质量比为1:10均匀混合转移到100kg生活垃圾填埋堆体7上部形成矿化垃圾-炉渣混合层6，矿化垃圾-炉渣混合层6高度为150mm；在矿化垃圾-炉渣混合层6上铺设粒径为6～10mm砾石，砾石层5高度为100mm，砾石间架设渗滤液回灌喷淋装置3，回灌喷淋装置3的喷淋孔间距为30mm；将生活垃圾焚烧飞灰转移到砾石上，飞灰层2高度在500mm，在飞灰层2表面铺设防渗毯1，防渗毯1为膨润土复合防渗毯；定期通过柱塞泵4将渗滤液储存池8内渗滤液输送至回灌喷淋装置3内进行渗滤液回灌，回灌间隔时间3天，回灌流量在1.5mL/s，定期向渗滤液储存池中补充渗滤液体积10％的清水，补充间隔时间为15天；定期对生活垃圾焚烧飞灰层表面飞灰进行二氧化碳捕集能力测定，间隔为35天，根据现场填埋情况，在不同点位取10组样品各10g飞灰进行飞灰捕集能力的检测；当二氧化碳捕集能力下降后，采用新的生活垃圾焚烧飞灰代替二氧化碳捕集能力下降的飞灰。
经过295天处置，生活垃圾堆体达到稳定；根据单独生活垃圾填埋的二氧化碳产生量，该实施例中98％的二氧化碳被飞灰层吸收；分别取2g二氧化碳捕集能力下降的飞灰样品和原始飞灰，用《固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法》(HJ557-2010)来评判处理后飞灰的重金属固化效率，根据测试结果计算得到Cr、Pb、Cd、Ni等重金属的固化效率均大于85％；分别取7μg处理后的飞灰样品和原始飞灰进行热重分析，获得碳酸钙含量，根据测试结果计算得到碳酸化效率大于20％。
实施例3
将粒径为4～8mm的生活垃圾焚烧炉渣与矿化垃圾以质量比为1:10均匀混合转移到100kg生活垃圾填埋堆体7上部形成矿化垃圾-炉渣混合层6，矿化垃圾-炉渣混合层6高度为200mm；在矿化垃圾-炉渣混合层6上铺设粒径为6～10mm砾石，砾石层5高度为150mm，砾石间架设渗滤液回灌喷淋装置3，回灌喷淋装置3的喷淋孔间距为30mm；将生活垃圾焚烧飞灰转移到砾石上，飞灰层2高度在600mm，在飞灰层表面铺设防渗毯1，防渗毯1为膨润土复合防渗毯；定期通过柱塞泵4将渗滤液储存池8内渗滤液输送至回灌喷淋装置3内进行渗滤液回灌，回灌间隔时间3天，回灌流量在1.5mL/s，定期向渗滤液储存池中补充渗滤液体积10％的清水，补充间隔时间为15天；定期对生活垃圾焚烧飞灰层表面飞灰进行二氧化碳捕集能力测定，间隔为35天，根据现场填埋情况，在不同点位取10组样品各10g飞灰进行飞灰捕集能力的检测；当二氧化碳捕集能力下降后，采用新的生活垃圾焚烧飞灰代替二氧化碳捕集能力下降的飞灰。
经过273天处置，生活垃圾堆体达到稳定；根据单独生活垃圾填埋的二氧化碳产生量，该实施例中95％的二氧化碳被飞灰层吸收；分别取2g二氧化碳捕集能力下降的飞灰样品和原始飞灰，用《固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法》(HJ557-2010)来评判处理后飞灰的重金属固化效率，根据测试结果计算得到Cr、Pb、Cd、Ni等重金属的固化效率均大于85％；分别取7μg处理后的飞灰样品和原始飞灰进行热重分析，获得碳酸钙含量，根据测试结果计算得到碳酸化效率大于20％。
实施例4
将粒径为4～8mm的生活垃圾焚烧炉渣与矿化垃圾以质量比为1:10均匀混合转移到100kg生活垃圾填埋堆体7上部形成矿化垃圾-炉渣混合层6，矿化垃圾-炉渣混合层6高度为200mm；在矿化垃圾-炉渣混合层6上铺设粒径为6～10mm砾石，砾石层5高度为100mm，砾石间架设渗滤液回灌喷淋装置3，回灌喷淋装置3的喷淋孔间距为30mm；将生活垃圾焚烧飞灰转移到砾石上，飞灰层2高度在600mm，在飞灰层2表面铺设防渗毯1，防渗毯1为膨润土复合防渗毯；定期通过柱塞泵4将渗滤液储存池8内渗滤液输送至回灌喷淋装置3内进行渗滤液回灌，回灌间隔时间5天，回灌流量在1.5mL/s，定期向渗滤液储存池中补充渗滤液体积10％的清水，补充间隔时间为15天；定期对生活垃圾焚烧飞灰层表面飞灰进行二氧化碳捕集能力测定，间隔为35天，根据现场填埋情况，在不同点位取10组样品各10g飞灰进行飞灰捕集能力的检测；当二氧化碳捕集能力下降后，采用新的生活垃圾焚烧飞灰代替二氧化碳捕集能力下降的飞灰。
经过260天处置，生活垃圾堆体达到稳定；根据单独生活垃圾填埋的二氧化碳产生量，该实施例中96％的二氧化碳被飞灰层吸收；分别取2g二氧化碳捕集能力下降的飞灰样品和原始飞灰，用《固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法》(HJ557-2010)来评判处理后飞灰的重金属固化效率，根据测试结果计算得到Cr、Pb、Cd、Ni等重金属的固化效率均大于85％；分别取7μg处理后的飞灰样品和原始飞灰进行热重分析，获得碳酸钙含量，根据测试结果计算得到碳酸化效率大于20％。
实施例5
将粒径为4～8mm的生活垃圾焚烧炉渣与矿化垃圾以质量比为1:10均匀混合转移到100kg生活垃圾填埋堆体7上部形成矿化垃圾-炉渣混合层6，矿化垃圾-炉渣混合层6高度为200mm；在矿化垃圾-炉渣混合层6上铺设粒径为6～10mm砾石，砾石层5高度为100mm，砾石间架设渗滤液回灌喷淋装置3，回灌喷淋装置3的喷淋孔间距为30mm；将生活垃圾焚烧飞灰转移到砾石上，飞灰层2高度在600mm，在飞灰层2表面铺设防渗毯1，防渗毯1为膨润土复合防渗毯；定期通过柱塞泵4将渗滤液储存池8内渗滤液输送至回灌喷淋装置3内进行渗滤液回灌，回灌间隔时间5天，回灌流量在1.5mL/s，定期向渗滤液储存池中补充渗滤液体积10％的清水，补充间隔时间为15天；定期对生活垃圾焚烧飞灰层表面飞灰进行二氧化碳捕集能力测定，间隔为35天，根据现场填埋情况，在不同点位取10组样品各10g飞灰进行飞灰捕集能力的检测；当二氧化碳捕集能力下降后，采用新的生活垃圾焚烧飞灰代替二氧化碳捕集能力下降的飞灰。
经过285天处置，生活垃圾堆体达到稳定；根据单独生活垃圾填埋的二氧化碳产生量，该实施例中98％的二氧化碳被飞灰层吸收；分别取2g二氧化碳捕集能力下降的飞灰样品和原始飞灰，用《固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法》(HJ557-2010)来评判处理后飞灰的重金属固化效率，根据测试结果计算得到Cr、Pb、Cd、Ni等重金属的固化效率均大于85％；分别取7μg处理后的飞灰样品和原始飞灰进行热重分析，获得碳酸钙含量，根据测试结果计算得到碳酸化效率大于20％。
通过以上本实施例证明，上述方法能够加速填埋垃圾稳定化进程，同时高效固化垃圾焚烧飞灰重金属及协同固碳，流程简单，成本低廉，安全环保，具有良好的商业应用前景的技术。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种生活垃圾-炉渣-飞灰的共填埋方法，其特征是，在填埋坑内依次填埋生活垃圾堆体、混合层、砾石层和飞灰层，收集填埋坑内的渗滤液，将收集的渗滤液从砾石层回灌至混合层和生活垃圾堆体；
其中，混合层的物料由矿化垃圾与生活垃圾焚烧炉渣混合均匀获得；
飞灰层的飞灰由生活垃圾焚烧获得。
2.如权利要求1所述的生活垃圾-炉渣-飞灰的共填埋方法，其特征是，矿化垃圾与生活垃圾焚烧炉渣的质量比为8～12:1；
或，混合层的厚度与飞灰层的厚度比为100～200:400～600。
3.如权利要求1所述的生活垃圾-炉渣-飞灰的共填埋方法，其特征是，生活垃圾焚烧炉渣的粒径为4～8mm；
或，砾石的粒径为50～80mm。
4.如权利要求1所述的生活垃圾-炉渣-飞灰的共填埋方法，其特征是，回灌的间隔时间为3～5天；
或，回灌的流速为1.3～2.0mL/s；
或，定期向渗滤液储存池中补充渗滤液体积5％～15％的清水，补充间隔时间为15天。
5.如权利要求1所述的生活垃圾-炉渣-飞灰的共填埋方法，其特征是，对飞灰中二氧化碳的捕集能力进行检测，当飞灰中二氧化碳的捕集能力下降时，对飞灰层内的飞灰进行置换。
6.如权利要求1所述的生活垃圾-炉渣-飞灰的共填埋方法，其特征是，飞灰层上方覆盖防渗毯；所述防渗毯材质优选为膨润土复合防渗毯。
7.一种生活垃圾-炉渣-飞灰的共填埋系统，其特征是，包括：
填埋坑，填埋坑内由下至上依次设置生活垃圾堆体、混合层、砾石层和飞灰层，所述砾石层内设置喷淋装置；混合层的物料由矿化垃圾与生活垃圾焚烧炉渣混合均匀获得；飞灰层的飞灰由生活垃圾焚烧获得；
渗滤液储存池，用于收集填埋坑的渗滤液；
回灌泵，回灌泵的进口连接渗滤液储存池，回灌泵的出口连接喷淋装置。
8.如权利要求7所述的生活垃圾-炉渣-飞灰的共填埋系统，其特征是，矿化垃圾与生活垃圾焚烧炉渣的质量比为8～12:1；
或，混合层的厚度与飞灰层的厚度比为100～200:400～600。
9.如权利要求7所述的生活垃圾-炉渣-飞灰的共填埋系统，其特征是，生活垃圾焚烧炉渣的粒径为4～8mm；
或，砾石的粒径为50～80mm。
10.如权利要求7所述的生活垃圾-炉渣-飞灰的共填埋系统，其特征是，飞灰层上方覆盖防渗毯；所述防渗毯材质优选为膨润土复合防渗毯；
或，所述喷淋装置为若干喷淋管；优选地，喷淋管的喷淋孔间距为20～50mm。
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