專利名稱：生活垃圾厭氧—好氧反應(yīng)器循環(huán)操作填埋方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于城市生活垃圾資源化與處理技術(shù)，具體涉及一種生活垃圾厭氧-好氧反應(yīng)器循環(huán)操作填埋方法。
背景技術(shù)：
衛(wèi)生填埋法是國內(nèi)外最常用的生活垃圾處理處置方法。我國2005年衛(wèi)生填埋處置量占生活垃圾無害化處理量的90％以上。但我國城市生活垃圾衛(wèi)生填埋場尚存在諸多問題，技術(shù)方面的不足主要是沼氣產(chǎn)量少、垃圾滲濾液難處理、穩(wěn)定期長等。
生物反應(yīng)器填埋場是衛(wèi)生填埋技術(shù)的新發(fā)展，通過有目的的控制生物降解過程來加速垃圾中易降解物的轉(zhuǎn)化和穩(wěn)定。這些控制手段包括液體添加、pH調(diào)節(jié)、營養(yǎng)添加及平衡、溫度調(diào)節(jié)、備選覆蓋層設(shè)計等。與傳統(tǒng)衛(wèi)生填埋場相比，生物反應(yīng)器填埋技術(shù)具有加快垃圾生物降解速度、提高氣體產(chǎn)量和產(chǎn)率、加速填埋場穩(wěn)定化、增加填埋場有效容積、降低填埋場處理和運行成本等優(yōu)勢。生物反應(yīng)器型填埋技術(shù)有如下幾種類型(1)厭氧滲濾液回灌型填埋技術(shù)。該技術(shù)的研究起始于20世紀70年代，20世紀90年代國內(nèi)外學者對該技術(shù)的應(yīng)用又進行了更為深入的研究。研究表明與傳統(tǒng)無控制的衛(wèi)生填埋方法相比，厭氧回灌型生物反應(yīng)器填埋具有較好的動力學特性，包括可獲得較高的填埋氣產(chǎn)量和甲烷含量，消納能力和使用壽命增加，對高濃度滲濾液COD(化學需氧量)有很好的降解效果等。
(2)好氧及準好氧衛(wèi)生填埋技術(shù)。準好氧型填埋是在傳統(tǒng)厭氧衛(wèi)生填埋的基礎(chǔ)上，不需鼓風設(shè)備，只需增大排氣、排水管徑，擴大排水和導氣空間，使排氣管與滲濾液收集管路相通，排氣、進氣形成循環(huán)，從而擴大填埋層的好氧區(qū)域。好氧型填埋是采用強制通風方式，擴大填埋層的好氧區(qū)域，衛(wèi)生條件好，垃圾腐熟快，在干旱地區(qū)使用，可省去滲濾液處理系統(tǒng)。準好氧及好氧填埋場滲濾液有機物濃度低于傳統(tǒng)厭氧衛(wèi)生填埋場，垃圾腐熟速度快，可加速填埋場的穩(wěn)定。但由于其工藝要求較復雜，費用較高，故在我國尚未大量推廣使用。
(3)厭氧-準好氧或厭氧-好氧聯(lián)合運行型填埋技術(shù)。Pohland等人提出了通過填埋單元底層強制通風的方法將其分成缺氧帶、厭氧帶和好氧帶運行的新思路，實驗研究結(jié)果表明滲濾液氨氮去除率為95％，同時滲濾液中的硫化物也得到有效去除。李啟彬等人提出了厭氧-準好氧聯(lián)合運行的生物反應(yīng)器模式。但他們進行的厭氧-準好氧聯(lián)合運行研究重點仍集中在垃圾滲濾液問題上，沒有全局考慮聯(lián)合運行模式下的填埋產(chǎn)氣、垃圾穩(wěn)定及填埋場地循環(huán)利用等問題，也沒有深入研究厭氧-好氧轉(zhuǎn)換工藝參數(shù)，與本發(fā)明內(nèi)容有本質(zhì)的不同。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供生活垃圾厭氧-好氧反應(yīng)器循環(huán)操作填埋方法，該方法基于填埋場地循環(huán)操作，旨在顯著改善滲濾液水質(zhì)、提高產(chǎn)氣速率和產(chǎn)氣量、降低垃圾處理成本、開發(fā)利用生物質(zhì)能資源。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的生活垃圾厭氧-好氧反應(yīng)器循環(huán)操作填埋方法，包括以下步驟(1)生活垃圾厭氧反應(yīng)器填埋，產(chǎn)生的滲濾液回灌至填埋層頂部布水裝置；(2)厭氧填埋達到下述技術(shù)指標后停止回灌，所述指標為①回灌滲濾液的化學需氧量濃度的降解率低于2％/周；②滲濾液的生化需氧量與化學需氧量的比值低于0.1；③CH4產(chǎn)量增長幅度持續(xù)低于1％/周；④垃圾體積沉降比為30％以上；(3)強制通風使填埋垃圾處于好氧環(huán)境，或自然通風使填埋垃圾處于準好氧環(huán)境，去除垃圾層的高水分和惡臭氣體；當采取強制通風方式時，通風尾氣導入滲濾液中，吹脫其中的氨氮；(4)好氧填埋達到下述技術(shù)指標后停止通風，所述技術(shù)指標為①垃圾產(chǎn)生的惡臭濃度＜20，氨氣濃度＜1.5mg/m3；②垃圾的水分含量低于35％；③垃圾浸出液pH值為8.0～8.5，垃圾浸出液生化需氧量為100～200mg/L，化學需氧量為600～800mg/L，NH3-N為30～40mg/L。
上述步驟(1)中采用頂部噴灑式或井注式回灌方式，當采用頂部噴灑回灌滲濾液時，控制回灌流速為440L/h·t的流速回灌15～20min，控制回灌量為110～140L/t。步驟(3)中，當填埋高度≤2m時，選用風機進行強制通風，其通風量可選擇6～8×10-3m3/min，額定壓強為2kg(f)·cm-2，每日通風時間≥10h。
本發(fā)明突破了傳統(tǒng)的垃圾填埋的“選址建場-垃圾填埋-滲濾液處理-填埋氣防控-填埋場封場-重新選址建場”的線性、不可控、不可循環(huán)、非生態(tài)的系統(tǒng)模式，是一種以填埋場地循環(huán)利用為根本目的的生物反應(yīng)器填埋技術(shù)，既可提高垃圾及填埋氣資源化利用水平，也可以大幅降低滲濾液處理難度。我國大多數(shù)城市面臨垃圾填埋場選址困難，運行成本高等問題。采用本發(fā)明，一方面可以從根本上解決垃圾填埋場耗費土地資源的問題，另一方面也可以扭轉(zhuǎn)填埋垃圾、填埋氣防控負效益為正效益，大大節(jié)省滲濾液處理成本，全面降低填埋運行成本。所述的填埋方法還可以運用于現(xiàn)有填埋單元的改建。


圖1為本發(fā)明生活垃圾厭氧-好氧反應(yīng)器循環(huán)操作填埋方法的流程圖；圖2為實例1的作業(yè)示意圖；圖3為實例2的作業(yè)示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實例對本發(fā)明方法作進一步詳細的說明。
如圖1所示，本發(fā)明方法包括以下步驟(1)生活垃圾厭氧反應(yīng)器填埋，產(chǎn)生的滲濾液回灌至填埋層頂部布水裝置，該過程通過回灌調(diào)節(jié)垃圾層的水分至60～75％。通過該過程削減滲濾液污染物濃度85％～95％，并回收相當于理論產(chǎn)氣量40～60％的填埋氣體。該過程回收的填埋氣體另行資源化利用。
所述厭氧填埋過程的回灌方式可采用頂部噴灑式或井注式，當采用頂部噴灑回灌滲濾液時，控制回灌流速為440L/h·t的流速回灌15～20min，控制回灌量為110～140L/t。
對于一般生活垃圾(揮發(fā)性有機物比例(干重)＜40％)產(chǎn)生的滲濾液，一般通過回灌pH即可逐步向中性方向變化，不需進行外加石灰石調(diào)節(jié)；若pH不向中性方向變化或變化速度太慢，則需外加石灰石調(diào)節(jié)回灌滲濾液的pH值。
當填埋垃圾為一般生活垃圾，采用上述回灌量、回灌頻率進行回灌，且回灌過程中未進行pH值調(diào)節(jié)，滲濾液回灌110～120天后，垃圾滲濾液中的主要有機污染物的濃度COD、BOD5降解率均達到出水峰值的90％以上，滲濾液pH值達到7.0～8.0；同時回收厭氧填埋過程中產(chǎn)生的填埋氣。填埋氣回收率大于理論產(chǎn)氣率的50％，其中的甲烷比例可達到50％以上。
(2)厭氧填埋達到下述技術(shù)指標后停止回灌，所述指標為①回灌滲濾液的有機污染物濃度(以COD表征)的降解率低于2％/周；②滲濾液可生物降解性指標(BOD5/COD，即生化需氧量/化學需氧量)低于0.1，滲濾液中的有機污染物不適宜繼續(xù)通過回灌降解；③垃圾產(chǎn)氣速度滯緩，即CH4產(chǎn)量增長幅度持續(xù)低于1％/周；④垃圾體積沉降比為30％以上。
(3)步驟(2)結(jié)束后，強制通風使填埋垃圾處于好氧環(huán)境，或自然通風使填埋垃圾處于準好氧環(huán)境，去除垃圾層的高水分和惡臭氣體。當采取強制通風方式時，通風尾氣導入滲濾液中，吹脫其中的氨氮。
所述的強制通風好氧填埋方式根據(jù)填埋深度所需的風壓可選擇鼓風機或空氣壓縮機。所述的自然通風準好氧填埋方式，可通過導氣管與滲濾液收集管相通、滲濾液排放管高于調(diào)節(jié)池液面、擴大排水和導氣空間等方式進行。
選用風機進行強制通風，當填埋高度≤3m時，其通風量可選擇6～8×10-3m3/min，額定壓強為2kg(f)·cm-2，每日通風時間≥10h?？蛇x擇滲濾液收集管道或?qū)夤艿肋M行強制通風。基于強制通風的好氧反應(yīng)器填埋時間為20～30d。
所述通風量、額定壓強及通風時間(10h/d)的強制通風好氧填埋方式可遏制臭氣的產(chǎn)生、減少臭味并去除垃圾中的水分。
即通風14d(140h)和19d(190h)，垃圾產(chǎn)生的氨氣的濃度可分別降至5mg/m3和1.5mg/m3以下，分別達到惡臭污染物廠界的排放三級和二級標準(GB14554-93)；通風21d(210h)和23d(230h)，垃圾產(chǎn)生的臭氣濃度可分別降至70和20以下，分別達到惡臭污染物廠界的排放三級和二級標準(GB14554-93)。
通風9d(90h)后含水率低于35％，達到好氧堆肥的產(chǎn)品含水率要求。14d(140h)后含水率進一步降低到26％，除水率高達63％。
將強制通風的尾氣回至滲濾液調(diào)節(jié)池中，形成簡易氨氮吹脫池，20h后氨氮濃度可降低到32mg/L，吹脫率可達80％。滲濾液經(jīng)厭氧回灌原位處理-好氧氨氮吹脫兩階段反應(yīng)后，COD、BOD、NH3-N濃度均大幅削減，pH值中性偏堿(表1)。
表1 滲濾液水質(zhì)變化

*pH為酸性最大時的值步驟(1)～(3)過程中微生物相的變化特征為厭氧填埋開始時，微生物的種類相對較少；隨著厭氧發(fā)酵的進行，微生物的種類增多；到產(chǎn)甲烷最多時，微生物的種類最多。由厭氧轉(zhuǎn)變?yōu)楹醚踔?，厭氧環(huán)境遭到破壞，嚴格厭氧菌逐步失去活性。分子生物學研究表明，兼性菌類群在環(huán)境氧含量強烈改變的時候在填埋體中起著重要的承前啟后的作用。
(4)好氧填埋達到下述技術(shù)指標后停止通風，所述技術(shù)指標為①垃圾產(chǎn)生的惡臭濃度＜20(無量綱)，氨氣濃度＜1.5mg/m3，達到惡臭污染物排放二級標準；②垃圾的水分含量低于35％；③垃圾浸出液pH值為8.0～8.5，垃圾浸出液BOD5為100～200mg/L，COD為600～800mg/L，NH3-N為30～40mg/L。
通風后礦化垃圾明顯呈黑褐色，無惡臭氣味。垃圾浸出液水質(zhì)(表2)表明垃圾中含有一定比例的水溶性有機質(zhì)和氮元素，且pH值中性偏堿，符合植物生長條件。
表2 垃圾浸出液水質(zhì)

上述步驟(1)(3)產(chǎn)生滲濾液另行后續(xù)處理或排入設(shè)置城市生活污水處理廠的城市管網(wǎng)或?qū)９芘湃氤鞘猩钗鬯幚韽S。
垃圾達到穩(wěn)定化水平并具備資源化利用價值，腐熟垃圾開采，經(jīng)過分選后可用作觀賞植物培育土、填埋覆土、礦坑填料、土壤改良劑等。垃圾經(jīng)分選后資源化利用，填埋場地循環(huán)使用。
實例1工藝條件(1)填埋單元的日處理需求為100t；(2)填埋垃圾的水分為50～60％，揮發(fā)性有機固體含量為35～45％(干重)，壓實密度為1t/m3(根據(jù)某市垃圾成分調(diào)查)；(3)平均月降水量為150mm，最大月降水量為234mm(根據(jù)某市多年氣象資料)；(4)填埋單元(生物反應(yīng)器)高度為3m。
建立2個單元庫容為100m×50m×3m(15000m3)的填埋單元以滿足厭氧-好氧循環(huán)填埋操作。厭氧填埋階段采用滲濾液回灌，各填埋單元每日回灌1次，每次2000m3；好氧填埋階段每日強制通風8h。
每單元填滿時間為150d；厭氧階段完成時間為110d；好氧階段完成時間為30d；垃圾挖掘時間10d；單元工藝周期為300d。實例1的作業(yè)示意圖如圖2所示。
實例2工藝條件與實例1相同。
建立3個單元庫容為50m×50m×3m(7500m3)的填埋單元以滿足厭氧-好氧循環(huán)填埋操作。厭氧填埋階段采用滲濾液回灌，各填埋單元每日回灌1次，每次850m3；好氧填埋階段每日強制通風12h。
每單元填滿時間為75d；厭氧階段完成時間為120d；好氧階段完成時間為20d；垃圾挖掘時間10d；單元工藝周期為225d。
實例2的作業(yè)圖如圖3所示填埋單元庫容小有利于減少填埋周期，提高填埋場循環(huán)速度，同時節(jié)省土地資源。如實例2填埋用地面積7500m3，比方案1節(jié)省土地資源25％。但是填埋單元若過小一方面用于修筑攔壩、管網(wǎng)的成本過高，另一方面也不方便車輛作業(yè)。
實例1及實例2所述的填埋單元可分別在300d及225d后完成垃圾開采。開采垃圾具備資源化利用價值，經(jīng)過分選后可用作觀賞植物培育土、填埋覆土、礦坑填料、土壤改良劑等。垃圾經(jīng)分選后資源化利用，填埋場地循環(huán)使用。
權(quán)利要求
1.一種生活垃圾厭氧-好氧反應(yīng)器循環(huán)操作填埋方法，包括以下步驟(1)生活垃圾厭氧反應(yīng)器填埋，產(chǎn)生的滲濾液回灌至填埋層頂部布水裝置；(2)厭氧填埋達到下述技術(shù)指標后停止回灌，所述指標為①回灌滲濾液的化學需氧量濃度的降解率低于2％/周；②滲濾液的生化需氧量與化學需氧量的比值低于0.1；③CH4產(chǎn)量增長幅度持續(xù)低于1％/周；④垃圾體積沉降比為30％以上；(3)強制通風使填埋垃圾處于好氧環(huán)境，或自然通風使填埋垃圾處于準好氧環(huán)境，去除垃圾層的高水分和惡臭氣體；當采取強制通風方式時，通風尾氣導入滲濾液中，吹脫其中的氨氮；(4)好氧填埋達到下述技術(shù)指標后停止通風，所述技術(shù)指標為①垃圾產(chǎn)生的惡臭濃度＜20，氨氣濃度＜1.5mg/m3；②垃圾的水分含量低于35％；③垃圾浸出液pH值為8.0～8.5，垃圾浸出液生化需氧量為100～200mg/L，化學需氧量為600～800mg/L，NH3-N為30～40mg/L。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟(1)中采用頂部噴灑式或井注式回灌方式，當采用頂部噴灑回灌滲濾液時，控制回灌流速為440L/h·t的流速回灌15～20min，控制回灌量為110～140L/t。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于步驟(3)中，選用風機進行強制通風，當填埋高度≤3m時，其通風量可選擇6～8×10-3m3/min，額定壓強為2kg(f)·cm-2，每日通風時間≥10h。
全文摘要
本發(fā)明屬于城市生活垃圾資源化與處理技術(shù)，公開了一種生活垃圾厭氧—好氧反應(yīng)器循環(huán)操作填埋方法。步驟為①生活垃圾厭氧填埋，產(chǎn)生的滲濾液回灌至填埋層頂部布水；回收產(chǎn)生的填埋氣；②通過回灌，厭氧填埋達到一定技術(shù)指標，停止?jié)B濾液回灌，對填埋層強制通風或自然通風；③通風使填埋垃圾處于好氧或準好氧環(huán)境，去除垃圾層的高水分和惡臭氣體，通風尾氣導入滲濾液吹脫其中的氨氮；④停止好氧或準好氧階段。滲濾液另行處理，腐熟垃圾開采，經(jīng)分選后資源化利用，填埋場地循環(huán)使用。本發(fā)明基于填埋場地循環(huán)操作，旨在顯著改善滲濾液水質(zhì)、提高產(chǎn)氣速率和產(chǎn)氣量、降低垃圾處理成本、開發(fā)利用生物質(zhì)能資源。
文檔編號B09B3/00GK1923382SQ20061001957
公開日2007年3月7日 申請日期2006年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月7日
發(fā)明者陳朱蕾, 周傳斌, 江娟, 劉婷, 李希堃, 呂志中, 黎小保, 張文靜 申請人:華中科技大學