垃圾填埋场好氧治理系统和方法

专利名称：垃圾填埋场好氧治理系统和方法
技术领域：
本发明属于环保领域，特别涉及一种垃圾填埋场好处理方法和处理系统。
背景技术：
城市生活垃圾的处理处置主要以焚烧、堆肥和填埋技术为主。作为城市生活垃圾最终的处置手段，填埋法具有不可替代的作用。据统计，2004年，我国城市生活垃圾填埋处理量占总处理量的87. 7%。由于填埋场的稳定过程非常长，通常需要几十年的时间，而任何收集和处理的措施都难以维持几十年有效，因此即便是卫生填埋场，依然存在着长期的潜在威胁。由于历史的原因，在全国各城市形成的非正规填埋场的数量巨大。目前仅在北京地区的非正规垃圾填埋场有1011座，垃圾积存量8000万吨，占地2万亩。这些非正规垃圾填埋场没有防渗措施和覆盖导气系统，存在大气环境，水环境、土壤环境污染隐患，亟待治理。CN101804417A公开质疑城市生活垃圾活性填埋的方法，它包括以下步骤垃圾填埋采用分区作业、对填埋垃圾进行厌氧处理、对厌氧过后的填埋垃圾进行好氧处理、对好氧处理后的垃圾进行分选、分选出的不可利用的残留物填埋处理。这种方法虽然可以部分实现了城市生活垃圾的无害化，但是其好氧处理期较短，还不能完全实现垃圾无害化处理，因此被填埋的垃圾实际上还需要相当长乃至数十年的稳定期。因此，如何加快填埋场内有机物的降解，加速稳定化过程，从而减少其对环境的危害，已经成为填埋场治理技术的一个重要问题。

发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种填埋场好氧治理工艺。通过以好氧为主的生物反应，使垃圾中的可降解有机物快速降解，从而使垃圾达到稳定状态。本发明工艺的基本原理是将垃圾填埋场视为一个巨大的容器，使用高压风机，通过管道和注气井，向垃圾填埋场中注入空气，空气中的氧气参与垃圾中有机质的降解反应， 在氧气和水的参与下，通过以好氧为主的生物反应，使垃圾中的可降解有机物快速降解，从而使垃圾达到稳定状态。本发明的系统包括注气系统、抽气系统、过滤排放系统及监控系统。在本发明中，通过注气系统向垃圾填埋场中注入空气，该注气系统包括多个注气井，布设于垃圾堆体中；多个注气管道，连通至注气井，以及注气风机，连接至注气管道。抽气系统用于抽取反应产生后的二氧化碳等气体，再通过过滤排放系统将废气过滤后达标排放。该抽气系统包括多个抽气井，布设于垃圾堆体中；多个抽气管道，连通至抽气井；以及抽气风机，连接至抽气管道。该抽气系统可以进一步包括气水分离器，其设置在颗粒过滤器的上游，用于分出抽出气中的水分，从而保护抽气风机。过滤排放系统设于抽气系统下游，用于去除排放气体中的颗粒物和有害气体。
监控系统用于监控垃圾堆体的温度、气体成分浓度和/或湿度，在本发明的一般方面，该监控系统包括温度监控系统和气体成分检测系统，其中温度监控系统包括温度传感器，其分别安装于抽气井、注气井、和另外设置的温度检测井内；温度控制器，其接受来自温度传感器的数据，并与注气风机电通信，用于调节注气风机的速率。在一种典型实施方式中，温度传感器的数据先分别集中于温度记录器，再由温度记录器通过远程传输装置传输给温度控制器。该温度监控系统可以将垃圾堆体的温度保持在30 60°C。气体成分检测系统用于检测所述垃圾填埋场中的气体的成分，并与所述过滤排放系统电通信。在本发明的一种具体实施方式
中，气体成分检测系统包括气体检测井；连通至气体检测井的气体采样点；气体检测器，设置于所述现场采样点中；气体成分记录器，记录所述气体检测器得到的数据；气体成分控制器，接受来自气体成记录器的数据，并与所述过滤排放系统电通信。在本发明的一种具体实施方式
中，过滤排放装置包括引风机，安装在抽气风机的下游；颗粒过滤器，安装在抽气风机的上游，用于过滤抽出气中夹带的颗粒物；以及有害气体过滤器，设置在抽气风机与引风机之间，其接收来自气体成分控制器的信号，执行相应的操作。填埋场好氧生物反应后，抽出的反应气体主要为二氧化碳和水蒸气，但仍有少量可挥发性有机物、硫化氢等气体，有害气体过滤器可以除去这些气体，使排气达到安全排放要求。在气候较为湿润的地区，例如中国长江以南地区，垃圾堆体的湿度一般在35%以上。在这种情况下，无需控制垃圾堆体的湿度。在气候较为干燥的地区，例如中国长江以北地区，本发明的好养治理系统可以包括注水系统，该注水系统包括渗滤液循环泵和喷水装置。渗滤液循环泵设于抽气井中，连通至喷水装置，其为无电驱动的气动泵。在这种实施方式中，通过注水系统实现渗滤液的循环利用，从而省去了为渗滤液排放而进行的无害化处理过程。当本发明的好养治理系统用于气候干燥地区时，注水系统进一步包括注水井、注水管道和注水泵。注水井布设于垃圾堆体中，其中也设有渗滤液循环泵；注水管道连通至注水井中；注水泵通过注水管道向注水井供水。当渗滤液不足以维持垃圾堆体在适宜的湿度时，注水泵可以从集水池中将额外的水通过注水管道和注水井输送到垃圾堆体中。在注水系统包含注水井时，优选将注水井和抽气井合并使用。在这种情况下，本文将合并的注水井和抽气井称为抽气注水井。作为替换，也可以将注水井和注气井合并使用， 在这种情况下，本文将合并的注水井和注气井称为注气注水井。在本发明的一种优选实施方式中，当好养治理系统包含注水系统时，上述监控系统进一步包括湿度监控系统，该湿度监控系统包括多个湿度传感器，分别安装于湿度检测井内，通常将湿度检测井和上述温度检测井合并使用，在这种情况下，本文也将该检测井称为温湿度检测井；湿度控制器，用于接受来自湿度传感器的数据，并与注水泵和渗滤液循环泵电通信，根据湿度传感器的反馈，控制注水泵和渗滤液循环泵的转速，调节向垃圾堆体的供水量；当渗滤液循环泵抽出的渗滤液大于维持湿度所需的液体量时，多余的渗滤液受湿度控制器的调节而被弓I入集水池。在本发明的优选实施方式中，注气井分为若干组，每组由1 3个管井并列组成。 每组管井的个数由垃圾表面至原土层的深度确定。当原土层埋深小于15m时，设置一个管井；当深度为15 20m时，并列设置2个管井，当深度大于20m时，并列设置3个管井。注气井的布设密度为400 1600m2/座，布设密度可根据填埋场垃圾堆体的深度调整。注气井内每3 7m安装一个温度传感器，井盖上安装压力表。(典型地，管井为直径约50mm的花管，壁上分布着孔径约IOmm的孔。在一种具体实施方式
中，管井外包一层土工布，在土工布与管井安装孔(垃圾堆中用于安装管井的深孔)壁之间填有鹅卵石，以防止花管的孔被周围的垃圾堵塞。作为替换，也可以将管井设置为双层结构，内管为花管，外管为网状结构，外管抵接管井安装孔。内管与外管之间留有10-70mm，优选20_40mm的间隙。本发明中的抽气井、注水井或抽气注水井也可以采用这种设置。在本发明的另一种优选方式中，注水井和/或抽气注水井分为深井和浅井两种， 浅井布设在垃圾堆场原土层地势较高处，并安装有温度传感器，深井布设在垃圾堆场原土层地势较低处，并安装有温度传感器和渗浙液循环泵。由于深井的下部常常集有渗浙液，该渗浙液可以由渗浙液循环泵抽出井外，暂存在集水池中，在需要的时候再喷洒到垃圾堆场， 或者抽出后直接喷洒到垃圾堆场。用于本发明的监控系统可以进一步包括地下水检测系统，后者进一步包括地下水检测井、设于地下水检测井内的水位传感器、以及与水位传感器和渗滤液循环泵电通信的水位控制器。当检测到检测井内的水位达到预定值时，水位控制器启动渗滤液循环泵抽出相应量的渗滤液。在另一种实施方式中，地下水检测井与注水井或者抽泣注水井合用。优选地，温度传感器在上述各种井内每3 7m安装一个。优选地，用于本发明的温度控制器、气体成分控制器、湿度控制器和/或水位控制器可以集成于中央控制室。本发明还提供一种一种好氧治理垃圾填埋场的方法，包括以下步骤用一个注水系统向垃圾堆体补水，注水系统中包括注水井；用一个注气系统向垃圾堆体补充空气，注气系统中包括注气井；用抽气系统抽出垃圾堆体中的反应气(垃圾气体)，抽气系统中包括抽气井；以及用过滤排放系统去除抽出气中的颗粒物和有害气体；用监控系统将垃圾堆体的温度控制在30 60°C之间，湿度应控制在35% 55%之间，含氧量应控制在6% 15%之间。该方法的一种优选方式是将注水井和注气井合用为抽气注水井。进一步地，抽气注水井分为深水井和浅水井，在深水井中设置渗滤液循环泵，通过该渗浙液循环泵将渗滤液抽出并喷至垃圾堆体表面，当渗滤液不足时，通过浅水井和/或深水井补充额外的水。本发明的系统和方法通过检测治理区域堆体内的温度、湿度、气体成分的变化，调节和控制进气、排气、水分的含量，使堆体内的可降解有机物在适宜的含氧量、温度、湿度条件下始终保持在一个最佳的好氧生物反应状态，快速降解。运行期间垃圾堆体温度应控制在30 60°C之间，湿度应控制在35% 55%之间，含氧量应控制在6% 15%之间。本发明可用于对非正规填埋场的治理工程，也可用于新建和在建的卫生填埋场， 通过循环利用和处理大大延长填埋场的使用年限。好氧生物治理工艺的主要优点是1、由于好氧生物处理填埋场需大量回灌消耗渗滤液，不需处理，因此可大幅度节省渗滤液处理设施投资费用；2、由于好氧生物处理填埋场垃圾降解稳定速度快，其维护期仅需2 3年，能大幅节省封场维护费用，等于减少整个使用寿命期的总费用。3、由于好氧生物处理后填埋场有机物已基本降解完成，因此渗滤液产生量和浓度亦大幅减少，显著降低运行及封场期间对地下水潜在的二次污染风险、及由于甲烷的气体逸出导致的臭味和环境空气污染，也避免了目前全国各填埋场普遍面临的填埋场周边臭味防治投入高、效果差的难题，同时大幅节省了治理臭味投资费用。


图1为本发明垃圾填埋场好氧治理系统的一个典型实施例的工艺流程图，其中FI 表示气体流量计，Pic表示远程压力表，PG表示压力表。
具体实施例方式下面结合图1说明本发明的好养治理系统的一个具体实例。为了使附图更简明可读，附图中的标号或者标注在相应部件之内，或者紧靠相应部件标注。如图1所示，该垃圾填埋场好氧治理系统包括注气系统、注水系统、抽气系统、过滤排放系统、和监控系统。注气系统包括设置在垃圾堆场1中的注气井11、注气管道12、和注气风机13，注气风机13与控制箱47实现电连接，使空气经过换热器14热交换后通过管道12流入注气井11。图1中示出的一组注气井包括两个注气井，一个深井和一个浅井。在同一个垃圾场中，注气井组中的井数可以不唯一，可以根据垃圾堆积的厚度进行调整。在有的地方可以是一个，在有的地方可以是深浅不一的三个。抽气系统包括多个抽气注水井54、多个抽气管道22、气水分离器25以及抽气风机 23。气水分离器25用于分离出抽出气中的水分，以保护后面的抽气风机23。在气水分离器25和抽气风机23之间还设有过滤器43，该过滤器滤除气流中的固体颗粒。在抽气风机 23的下游依次连接远程压力表PIC、温度控制器TIC、有害气体过滤器44和引风机41。这里的抽气风机23、引风机41和有害气体过滤器44也电连接至控制箱47。注水系统包括抽气注水井M、注水管道52、注水泵53、设于抽气注水井M中的渗滤液循环泵51、以及设于地表的喷水装置。在本实施例中，该喷水装置是埋设在地表的供水横管56，其将来自集水池55的水分散至垃圾堆场的浅层。本实施例中使用了两种抽气注水井54，即深井541和浅井M2。在深井541中安装了渗浙液循环泵51，该渗浙液循环泵51 是气动泵，在工作时用移动式空压机57驱动。在深井Ml中的水位达到预定高度时，可以开动移动式空压泵57，将渗浙液抽至集水池55中，或者直接通过横管56分散至堆场浅层。 这样，可以实现渗浙液的循环利用，不必将其排入环境，省去无害化处理的环节。在雨水较少的环境，当凭借渗浙液不足以维持所需湿度时，可以将额外的水用注水泵53输送到横管 56和注水井54中。监控系统包括温度监控系统、气体成分检测系统、湿度监控系统和地下水检测井， 其中，温度监控系统包括温度传感器31和温度控制器33。温度传感器31安装于抽气注水井M、注气井31、和另外设置的温湿度检测井32内；设于井外的温度记录器(未示出)记录下温度传感器31传来的温度数据，该数据传输到中央控制室39，中央控制室电连接至温度控制器33，后者控制注气风机13和/或抽气风机23，调节注气风机13和/或抽气风机 23的速率。湿度检测系统包括湿度传感器37。设于井外的湿度温度记录器(未示出)记录下湿度传感器37传来的湿度数据，该数据传输到中央控制室39，中央控制室电连接至注水泵53和/或移动空压泵57，后者控制注水泵53和/或移动空压泵57的速率，达到调节湿度的目的，可以控制垃圾堆体湿度在35% 55%。气体成分检测系统包括有害气体气体检测井35、连通至气体检测井35的现场采样点34、设于现场采样点的气体检测器、气体成分记录器记下气体检测器得到的信息、该信息传输至中央控制室39，中央控制室39控制有害气体过滤器43操作，以控制排出气体的有害气体浓度。图中示出深度不同的有害气体气体检测井35。气体检测器也可以放置在有害气体检测井35内。本实施例的系统用于一个占地6. 4675公顷的垃圾填埋场，填埋垃圾超过85万吨， 最大填埋深度20多米，最小填埋深度4 5米。采用好氧生物反应治理该填埋场，在该填埋场均勻布设抽气注水井46座，其中深井共9座，内安装气动式渗浙液循环泵，当井内水位达到高水位时，自动开启渗浙液循环泵，将井内渗浙液抽出，喷洒于填埋场堆体表面。设浅井共37座。抽气/注水井埋设深度为垃圾堆体表面至原土层，平均埋深为10m。抽气注水井内沿深度方向每5m埋设温度传感器一支，井盖上安装压力表。在填埋场表面布设抽气管路，连结抽气/注水井和抽气风机，抽气风机的排出的气体通过排气过滤器排出。从集水池引出补水管路，通过供水泵向抽气/注水井补水。在填埋场均勻布设注气井40座，注气井为2个管井并列组成。注气井的平均深度为10米。填埋场表面布设注气管路，连接注气井和注气风机。内每5m埋设温度传感器一支，井盖上安装压力表。在填埋场布设垃圾气体温湿度检测井11座，每口井内设置2个温度传感器和1个湿度传感器。在填埋场布设垃圾气体检测井6座，井内放置气体检测器一个。依据国家标准GB16889-2008《生活垃圾填埋污染控制标准》要求，设置地下水观测井6座。填埋场好氧治理期间，控制垃圾堆体内含氧量在6% 15%之间，控制垃圾堆体湿度在35% 55%之间，控制垃圾堆体温度在30 60°C。经21个月的处理后，该填埋场垃圾基本达到稳定状态。有机物含量由93%降低至 4%。应当理解，本领域技术人员可以在不背离本发明的范围和精神的情况下，对上述具体实施方式
进行的任何改变或修改仍然在本发明保护范围之内。
权利要求
1.一种垃圾填埋场好氧治理系统，其特征在于，包括 注气系统，包括多个注气井(11)，布设于垃圾堆体(1)中， 多个注气管道12，连通至所述注气(11)井，以及注气风机(13)，连接至所述注气管道(12)，以向所述注气井(11)供风； 抽气系统，包括多个抽气井(M)，布设于垃圾堆体(1)中， 多个抽气管道(22)，连通至所述抽气井(M)，以及抽气风机(23)，连接至所述抽气管道0 ，以从垃圾堆体内抽出反应后的气体； 过滤排放系统，设于所述抽气系统下游，用于去除排放气体中的颗粒物和有害气体； 监控系统，包括温度监控系统，包括多个温度传感器(31)，分别安装于所述抽气井64)、注气井 (31)、和另外设置的温度检测井(3 内；温度控制器(33)，其接受来自所述温度传感器 (31)的数据，并与所述注气风机(1 电通信，用于调节所述注气风机的速率；气体成分检测系统，用于检测所述垃圾填埋场中的气体的成分，并与所述过滤排放系统电通信。
2.根据权利要求1所述的垃圾填埋场好氧治理系统，所述气体成分检测系统包括 气体检测井(35)，布设于垃圾堆体(1)中；气体采样点(34)，与所述气体检测井相连通，气体检测器，设置于所述现场采样点 (34)中；气体成分记录器，记录所述气体检测器得到的数据；以及气体成分控制器，接受来自气体成记录器的数据，并与所述过滤排放系统电通信。
3.根据权利要求1所述的垃圾填埋场好氧治理系统，进一步包括注水系统，所述注水系统包括注水井，布设于垃圾堆体(1)中；注水管道(52)，连通至所述注水井中，注水泵(53)，通过所述注水管道向所述注水井供水。
4.根据权利要求3所述的垃圾填埋场好氧治理系统，其中，所述注水井和所述抽气井合并为抽气注水井(54)。
5.根据权利要求4所述的垃圾填埋场好氧治理系统，所述注水系统进一步包括 渗滤液循环泵(51)，设于所述抽气注水井(54)中；以及喷水装置(56)，连通至所述渗滤液循环泵(51)。
6.根据权利要求1至5任一项所述的垃圾填埋场好氧治理系统，所述监控系统进一步包括湿度监控系统，所述湿度监控系统包括多个湿度传感器(37)，分别安装于垃圾气体湿度检测井内；湿度控制器(39)，其接受来自所述湿度传感器(37)的数据，并与所述注水泵和/或所述渗滤液循环泵(51)电通信。
7.根据权利要求6所述的垃圾填埋场好氧治理系统，所述湿度检测井和温度检测井合并为温湿度检测井(32)。
8.根据权利要求1所述的垃圾填埋场好氧治理系统，其中，所述注气井11为1 3个管井设为一组，每组个数由原土层的深度确定，当原土层埋深小于15m时，每组设一个管井； 当深度为15 20m时，每组设置2个管井，当深度大于20m时，每组设置3个管井，注气井组的布设密度为400 1600m2/组，注气井内每3 7m安装一个所述温度传感器31。
9.根据权利要求4所述的垃圾填埋场好氧治理系统，其中，所述抽气注水井(54)分为深井(Ml)和浅井642)两种，浅井642)布设在垃圾堆场原土层地势较高处，并安装有所述温度传感器(31)，深井(Ml)布设在垃圾堆场原土层地势较低处，并安装有所述温度传感器(31)和渗浙液循环泵。
10.根据权利要求1或6所述的垃圾填埋场好氧治理系统，其中，所述监控系统进一步包括地下水检测系统，后者进一步包括地下水检测井、设于地下水检测井内的水位传感器、 以及与所述水位传感器和所述渗滤液循环泵电通信的水位控制器。
11.根据权利要求6所述的垃圾填埋场好氧治理系统，其中，所述抽气/注水井内每 3 7m安装一个温度传感器。
12.根据权利要求9所述的垃圾填埋场好氧治理系统，其中，所述温度控制器、气体成分控制器、湿度控制器和/或水位控制器集成于中央控制室(39)。
13.根据权利要求1所述的垃圾填埋场好氧治理系统，其中，所述过滤排放系统包括引风机(41)，安装在所述抽气风机03)的下游，颗粒过滤器(43)，安装在所述抽气风机的上游，用于过滤抽出气中夹带的颗粒物，以及有害气体过滤器(44)，设置在所述抽气风机与所述引风机Gl)之间。
14.根据权利要求13所述的垃圾填埋场好氧治理系统，进一步包括气水分离器(25)， 设置在所述颗粒过滤器^幻的上游。
15.根据权利要求13所述的垃圾填埋场好氧治理系统，还包括集水池或集水井(55)。
16.一种好氧治理垃圾填埋场的方法，其特征在于包括以下步骤用一个注水系统向垃圾堆体补水，注水系统中包括注水井；用于注气系统向垃圾堆体补充空气，注气系统中包括注气井；用抽气系统抽出垃圾堆体中的反应气，抽气系统中包括抽气井；以及用过滤排放系统去除抽出气中的颗粒物和有害气体；用监控系统将垃圾堆体的温度应控制在30 60°C之间，湿度应控制在35% 55%之间，含氧量应控制在6% 15%之间。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，将所述注水井和所述注气井合用为抽气注水井。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述抽气注水井分为深水井和浅水井，在深水井中设置渗滤液循环泵，通过该渗浙液循环泵将渗滤液抽出并喷至垃圾堆体表面，当渗滤液不足时，通过所述浅水井和/或深水井补充额外的水。
全文摘要
本发明公开了属于环保领域的一种垃圾填埋场好氧治理工艺。本发明工艺为一种利用好氧生物法治理填埋场的工艺，包括注气系统、抽气系统、注水系统、过滤排放系统及监控系统。通过以好氧为主的生物反应，使垃圾中的可降解有机物快速降解，从而使垃圾达到稳定状态。在治理过程中垃圾好氧生物反应产生的气体主要是二氧化碳。垃圾渗沥液不外排，通过回灌直接消耗在垃圾填埋场中，对环境不产生危害。治理结束后，无污染环境的气体和渗沥液产生，使治理后的填埋场达到稳定化。
文档编号B09B3/00GK102380498SQ20111022040
公开日2012年3月21日 申请日期2011年8月3日 优先权日2011年8月3日
发明者徐文龙, 李黎杰, 赵树青, 黄文雄 申请人:城市建设研究院