專利名稱：物流調(diào)控與監(jiān)測型生活垃圾生態(tài)填埋單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種垃圾填埋系統(tǒng)，尤其是物流調(diào)控與監(jiān)測型生活垃圾生態(tài)填埋單元。
背景技術(shù)：
隨著工業(yè)的發(fā)展和城市化進(jìn)程的推進(jìn)，城市人口不斷增多，城市垃圾也隨之增加。目前，我國城市生活垃圾人均年產(chǎn)生量高達(dá)440千克，而且垃圾總量以每年8％～10％的速度增長，由于城市垃圾產(chǎn)生惡臭、孽生蚊蠅、傳染疾病，嚴(yán)重影響城市環(huán)境衛(wèi)生質(zhì)量和威脅人民群眾身體健康，因此垃圾問題已成為當(dāng)今世界最嚴(yán)重的城市公害之一，及時清理和處理處置日益增長的城市垃圾是建設(shè)優(yōu)美、整潔、文明的現(xiàn)代化城市不可缺少的一部分。據(jù)近年統(tǒng)計，我國664個城市建有各類垃圾處理場740座，年處理垃圾7835萬噸，垃圾處理率已由80年代初的2％提高到58.2％。在傳統(tǒng)的城市垃圾處理方式中，堆肥法因缺乏有效的垃圾源頭分類收集而受到一定限制；焚燒技術(shù)受到垃圾組分和經(jīng)濟(jì)條件的制約，在我國城市垃圾處理中應(yīng)用較少；相比之下，填埋法因操作簡單、運(yùn)行費(fèi)用低而被國內(nèi)外廣泛采用，我國幾乎90％以上的城市垃圾采用填埋法處理?！笆濉庇媱澨岢?，改善城市環(huán)境質(zhì)量，強(qiáng)化城市垃圾污染的綜合治理，垃圾無害化處理率要達(dá)到65％。在這一目標(biāo)實現(xiàn)過程中以及現(xiàn)階段相當(dāng)長時間內(nèi)，填埋法將仍然是城市垃圾處理處置的主要方式。
垃圾填埋不僅侵占大量土地，而且對生態(tài)環(huán)境造成許多負(fù)面影響。目前我國城市垃圾累積堆存量已多達(dá)70多億噸，土地侵占面積約6萬公頃，堆放場周圍大氣、土壤和水體環(huán)境污染嚴(yán)重。隨著人民群眾環(huán)境意識的提高，填埋場選址問題日益嚴(yán)峻，選址過程中人力物力消耗巨大。由垃圾填埋產(chǎn)生的滲濾液是一種成分復(fù)雜、變化范圍大、有毒有害的高濃度難降解有機(jī)廢水，其COD濃度為1000～100000mg/L，BOD5濃度為200～40000mg/L，NH4+-N濃度為100～5000mg/L，色度一般要大于800倍；已有93種有機(jī)污染物被檢出，主要有烴類及其衍生物、酸酯類、醇酚類、醛酮類和酰胺類等，其中許多污染物是我國環(huán)境優(yōu)先控制污染物。因此，垃圾滲濾液處理不當(dāng)，將會引起地面水、地下水及土壤的嚴(yán)重污染。例如，澳門與珠海市交界處的茂盛圍因垃圾滲濾液污染，造成當(dāng)?shù)睾恿黥~蝦絕跡、農(nóng)田失收。瑞典人Noaksson認(rèn)為垃圾滲濾液干擾了Molnbyggen湖中魚類的繁殖。
填埋垃圾的礦化是一個漫長而復(fù)雜的物理、化學(xué)、生物過程，要經(jīng)歷若干階段，其中微生物對有機(jī)質(zhì)的降解起著主要作用。以滲濾液回灌為特征的生物反應(yīng)器垃圾填埋技術(shù)，為填埋堆體提供必要的水分，顯著加速堆體有機(jī)質(zhì)的生物降解作用，提高滲濾液水質(zhì)，減少滲濾液產(chǎn)生量，促進(jìn)產(chǎn)氣與堆體沉降，將堆體穩(wěn)定化需要的時間從幾十年縮短至二到三年，因而倍受人們關(guān)注。然而，只是簡單的滲濾液回灌并不能滿足生物反應(yīng)器的工作需要，過度回灌會發(fā)生堆體局部積水、水分過飽和、以及“酸積累”現(xiàn)象，高濃度滲濾液會對敏感的甲烷菌產(chǎn)生毒性作用，而甲烷菌通過參與有機(jī)物終端降解對垃圾厭氧處理起著關(guān)鍵性作用；隨著填埋年限的增加，有機(jī)氮不斷向無機(jī)氮轉(zhuǎn)化，而厭氧環(huán)境不利于NH4+-N進(jìn)一步氧化，使得滲濾液氨氮濃度越來越高，從而對生化系統(tǒng)形成一定的抑制作用。Delia TeresaSponza等人通過模擬實驗研究了滲濾液回灌量對垃圾堆體穩(wěn)定化速率的影響，結(jié)果表明每天回灌9升(反應(yīng)器體積的13％)滲濾液加速了垃圾堆體的穩(wěn)定化，而回灌2l升(反應(yīng)器體積的30％)滲濾液導(dǎo)致甲烷產(chǎn)量減少；Irem 等人的相關(guān)研究表明，“2升/次、4次/周”滲濾液回灌方式是加速垃圾穩(wěn)定化的最佳回灌策略。因此，滲濾液回灌應(yīng)該在受控條件下進(jìn)行，尤其是垃圾填埋初期更應(yīng)如此。
垃圾滲濾液回灌填埋堆體研究引起了環(huán)境技術(shù)領(lǐng)域諸多學(xué)者的關(guān)注。絕大部分研究工作是在實驗室條件下，通過自制的模擬實驗裝置，研究不同滲濾液回罐方式對垃圾堆體穩(wěn)定化進(jìn)程、滲濾液水質(zhì)、填埋氣體等所產(chǎn)生的影響，以確定滲濾液回灌最佳工藝參數(shù)。這些模擬裝置的主要部件由三部分組成反應(yīng)器、滲濾液收集系統(tǒng)、氣體收集系統(tǒng)。1)反應(yīng)器是垃圾生物降解的場所，也是整套模擬實驗裝置的主體，一般由耐腐蝕的材料制作而成。反應(yīng)器形狀大多呈圓柱形，直徑約25～80cm、高度約50～120cm；反應(yīng)器底部有一個出水管，用于收集垃圾滲濾液；頂部有兩個管，一個是滲濾液回灌進(jìn)水口，位于反應(yīng)器內(nèi)部與其相連的是十字形布水支管，另一個是填埋氣體導(dǎo)出口，位于反應(yīng)器內(nèi)部與其相連的是氣體收集管；有的設(shè)計者為研究堆體通入空氣對垃圾生物降解效果的影響，便在反應(yīng)器底部加一個空氣導(dǎo)入管，直接與空氣泵相連接。2)滲濾液回灌系統(tǒng)由調(diào)節(jié)水箱(通過導(dǎo)管直接與反應(yīng)器相連，可在此調(diào)節(jié)回灌水量及水質(zhì)，但有的設(shè)計者省略該部件)、蠕動泵及若干導(dǎo)水軟管組成，使整個模擬實驗裝置形成回路，以實現(xiàn)滲濾液回灌填埋堆體。3)氣體收集系統(tǒng)由集水槽、倒置的帶刻度容器及若干軟管組成；應(yīng)用氣體排水法原理，即同體積氣體置換同體積水，可以根據(jù)容器內(nèi)水面下降量直接推算出填埋氣體的產(chǎn)生量，再取樣分析氣體成分；也有學(xué)者直接采用氣體流量計測定氣體產(chǎn)量。然而，在實驗室條件下許多因素都是可控的，基于實驗室模擬裝置的科研成果并不能如實反映垃圾填埋現(xiàn)場的實際情況。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種能夠基本如實反映垃圾填埋現(xiàn)場實際情況的物流調(diào)控與監(jiān)測型生活垃圾生態(tài)填埋單元。
本發(fā)明包括支撐底座，底座四周邊沿設(shè)置垂直側(cè)壁，形成長方體型的支撐體，沿支撐體側(cè)壁填有上窄下寬的邊坡，形成斗狀垃圾填埋坑體；垃圾填埋坑體的底部和四周側(cè)壁覆有雙層防滲膜，底部防滲膜位于支撐底座和河卵石層之間，側(cè)壁防滲膜位于邊坡和土袋防護(hù)層之間。
垃圾填埋坑體頂部為黏土層，黏土層內(nèi)設(shè)置七排石子防護(hù)槽，滲濾液回灌管置于石子防護(hù)槽內(nèi)；石子防護(hù)槽上面覆有防滲膜，防滲膜上為表層覆土；垃圾填埋坑體底部的河卵石層內(nèi)設(shè)置有滲濾液導(dǎo)排管，垃圾填埋坑體通過滲濾液導(dǎo)排管和控制閥門連接到滲濾液收集池，滲濾液收集池通過提液水泵連接到滲濾液調(diào)節(jié)池；雨水池與滲濾液調(diào)節(jié)池并排設(shè)置，各自通過控制閥門與回灌水泵連接，回灌水泵通過控制閥門與滲濾液回灌管相連。
滲濾液回灌管為蛇形管，分兩段以平面方式布置，管體開有滲濾液滲出小孔；四根導(dǎo)氣井插入垃圾填埋坑體，呈平面對角線分布，導(dǎo)氣井周圍由碎石籠圍裹，管體開有進(jìn)氣小孔；四根導(dǎo)氣井頂部出口由管道連接匯至氣體導(dǎo)排總管，氣體導(dǎo)排總管與檢測裝置連接；所述的檢測裝置包括氣體流量計、氣體采樣閥和氣壓表，氣體采樣閥和氣壓表設(shè)置在氣體導(dǎo)排總管上，干燥器的一端通過控制閥門與氣體導(dǎo)排總管連接，另一端與氣體流量計連接。
在垃圾填埋坑體內(nèi)不同高度設(shè)置有三個測溫探頭，通過導(dǎo)線順石籠而上伸出地面與測溫器相連；水位觀測井插入垃圾填埋坑體的下部并伸出地面，下部開有滲濾液入滲小孔，上端出口蓋有密封蓋。
本發(fā)明作為科研載體已達(dá)到中試規(guī)模，并在垃圾填埋現(xiàn)場進(jìn)行作業(yè)與控制，超越了實驗室水平上的模擬反應(yīng)裝置，其科研數(shù)據(jù)可基本反映現(xiàn)實垃圾填埋場的真實狀況，為生活垃圾生態(tài)填埋科研工作建立了一個野外試驗平臺；該設(shè)計從填埋單元的防滲系統(tǒng)、滲濾液導(dǎo)排與回灌系統(tǒng)、氣體導(dǎo)排和檢測系統(tǒng)、覆土表面植被系統(tǒng)，以及垃圾層水位、溫度、氣壓等角度進(jìn)行了全面考慮，可實現(xiàn)對填埋堆體物流特征和能量變化的實時監(jiān)測和人為調(diào)控；以原始混合生活垃圾和源頭分類生活垃圾為填埋對象，研究比較二者生態(tài)填埋后的物流特征，對評價生活垃圾分類收集對生態(tài)環(huán)境的綜合效益具有重要意義。


圖1為本發(fā)明實施例的頂層設(shè)備布置示意圖；圖2為圖1中剖面示意圖；圖3為圖1中氣體檢測裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
如圖1、圖2和圖3所示，物流調(diào)控與監(jiān)測型生活垃圾生態(tài)填埋單元主要包括由支撐底座22和四周側(cè)壁9構(gòu)成的支撐體、斗型垃圾填埋坑體10、雙層防滲系統(tǒng)(包括底部防滲膜24、邊坡防滲膜19和頂部防滲膜14)、滲濾液導(dǎo)排與回灌系統(tǒng)、氣體導(dǎo)排與檢測系統(tǒng)6、溫度探測器13、水位觀測井8、氣壓測量表28。填埋單元設(shè)計大小為10.0m×7.0m×4.3m，從下到上依次為鋼筋混凝土22(0.4m)、高密度聚乙烯防滲膜和土工布防滲膜24、河卵石層21(0.6m，滲濾液導(dǎo)排管23位于該層，管徑200mm)、垃圾填埋坑體10(2.5m，壓實厚度)、膜下覆土17(0.3m，壓實厚度，滲濾液回灌布水管5位于該層，管徑75mm)、土工布和高密度聚乙烯防滲膜14、膜上覆土16(0.5m)。
防滲系統(tǒng)包括底部、邊坡20以及上部防滲三部分，防滲材料主要是土工布和高密度聚乙烯膜，其中底部防滲有鋼筋混凝土作為支撐，邊坡防滲有土袋子18作為防護(hù)避免防滲膜被垃圾中堅硬物扎破，而頂部防滲膜14直接與覆土16相接。
滲濾液導(dǎo)排和回灌系統(tǒng)包括滲濾液導(dǎo)排管23、收集池11(容積為2m3)、輸送管(管徑為50mm)、提液水泵12、調(diào)節(jié)池1(容積為1m3)、雨水池2(容積為1m3)、回灌水泵3、滲濾液布水管5(管徑為50mm)、管路控制閥門等，其中滲濾液導(dǎo)排管位于河卵石層間21，以防被泥沙堵塞。滲濾液回灌布水管采用蛇形多孔管5，水平放置，包括兩段蛇形布水管，總共七排，可單獨操作(由控制閥門控制水的流向)，有利于均勻布水。蛇形管(管體開有三排小孔，分別位于底部和兩個測面，孔與孔相互交錯)位于石子防護(hù)槽15(厚度0.3m)以防被泥土堵塞。填埋堆體與滲濾液收集池之間有控制閥門，收集池、雨水池和調(diào)節(jié)池的進(jìn)水口與出水口均放在池子的上部，雨水池和調(diào)節(jié)池并聯(lián)后連接到滲濾液回灌水泵，實行加壓回灌。
氣體導(dǎo)排與檢測系統(tǒng)由四根導(dǎo)氣井7(管徑75mm)、氣井連接管(管徑50mm)、不銹鋼膜盒壓力表28(量程為2500mm水柱)、氣體采樣控制閥29、氣體流量計26(額定流量為6m3/h)、吸濕和汽水分離裝置27。四根導(dǎo)氣井在填埋單元內(nèi)呈對角線分布，均豎直插入垃圾堆體，從垃圾層底部貫穿到地面以上，氣井上開有四排小孔，作為填埋氣體擴(kuò)散入口；導(dǎo)氣井7由石籠25圍裹，石籠分長度(1.25m)相同的兩段，下段直徑為0.7m，上段直徑為0.5m，貫穿整個垃圾堆體，防止氣井被泥沙堵塞；地面以上四根導(dǎo)氣井由連接管匯至氣體導(dǎo)排總管30，通過管道控制閥連接到吸濕和汽水分離裝置27，再連接氣體流量計26；在四根氣井匯合處安裝氣壓表28和氣體采樣控制閥29。
溫度探測器由溫度探頭13、導(dǎo)線和讀數(shù)器4三部分組成，每個填埋單元安裝有三套，分別探測垃圾層不同高度(0.4m、1.25m、2.1m)處的溫度，其導(dǎo)線分別順著三根氣井而上，地面以上安裝讀數(shù)器4。水位觀測井8管徑為75mm，豎直貫穿垃圾層和覆土層至地面以上，頂部配有密封蓋，其下部1m范圍內(nèi)開有若干排小孔便于滲濾液滲入，并由石籠圍裹，防止泥沙堵塞。
工程建設(shè)流程如下挖坑→筑基→砌墻→做邊坡→覆膜→鋪石→安裝滲濾液導(dǎo)排管→墻體外護(hù)→樹導(dǎo)氣井→做石籠→樹水位觀測井→安裝測溫探頭→土袋護(hù)膜→垃圾裝填→壓實→覆土→壓實→挖槽→布設(shè)形管→填碎石→覆膜→焊接膜→覆土→置滲濾液收集桶、調(diào)節(jié)桶和雨水桶→滲濾液管路連接→導(dǎo)氣管路連接與測量儀表安裝→配電室建設(shè)→植被種植等。
滲濾液回灌是日常運(yùn)行的主要內(nèi)容，采用加壓回灌方式。定期將滲濾液從堆體排出入滲濾液收集池，一部分通過水泵送至調(diào)節(jié)池，再進(jìn)行定量回灌堆體；按照當(dāng)?shù)亟涤炅颗c入滲狀況確定雨水回灌量，定期進(jìn)行回灌堆體。滲濾液回灌量和排放量可根據(jù)垃圾層水位以及氣液檢測指標(biāo)等進(jìn)行確定。日常維護(hù)主要包括三部分內(nèi)容維護(hù)氣、液管路和供電線路的暢通；維護(hù)測量儀表正常工作(包括干燥劑的更換與集水排放)。
確定氣相、液相和固相檢測指標(biāo)共34項，其中固相指標(biāo)(垃圾組分、含水率、有機(jī)質(zhì)、容重、總氮)在垃圾裝填過程中進(jìn)行取樣分析；液相指標(biāo)則根據(jù)實際運(yùn)行狀況確定檢測頻率，分別從滲濾液導(dǎo)排總管出口和調(diào)節(jié)池內(nèi)采集樣品進(jìn)行分析；氣相指標(biāo)包括產(chǎn)氣量、氣體組分、氣壓等內(nèi)容，可定期從氣體采樣控制閥采集樣品進(jìn)行分析。另外，可通過水位觀測井測量垃圾層水位；通過溫度探測器測量垃圾層不同高度處的溫度。對于堆體沉降量，可通過測量覆土表面與固定標(biāo)桿之間的距離進(jìn)行確定。
權(quán)利要求
1.物流調(diào)控與監(jiān)測型生活垃圾生態(tài)填埋單元，包括支撐底座，底座四周邊沿設(shè)置垂直側(cè)壁，形成長方體型的支撐體，沿支撐體側(cè)壁填有上窄下寬的邊坡，形成斗狀垃圾填埋坑體；垃圾填埋坑體的底部和四周側(cè)壁覆有雙層防滲膜，底部防滲膜位于支撐底座和河卵石層之間，側(cè)壁防滲膜位于邊坡和土袋防護(hù)層之間；垃圾填埋坑體頂部為黏土層，黏土層內(nèi)設(shè)置有石子防護(hù)槽，滲濾液回灌管置于石子防護(hù)槽內(nèi)；石子防護(hù)槽上面覆有防滲膜，防滲膜上為表層覆土；垃圾填埋坑體底部的河卵石層內(nèi)設(shè)置有滲濾液導(dǎo)排管，垃圾填埋坑體通過滲濾液導(dǎo)排管和控制閥門連接到滲濾液收集池，滲濾液收集池通過提液水泵連接到滲濾液調(diào)節(jié)池；雨水池與滲濾液調(diào)節(jié)池并排設(shè)置，各自通過控制閥門與回灌水泵連接，回灌水泵通過控制閥門與滲濾液回灌管相連；滲濾液回灌管為蛇形管，分兩段以平面方式布置，管體開有滲濾液滲出小孔；四根導(dǎo)氣井插入垃圾填埋坑體，呈平面對角線分布，導(dǎo)氣井周圍由碎石籠圍裹，管體開有進(jìn)氣小孔；四根導(dǎo)氣井頂部出口由管道連接匯至氣體導(dǎo)排總管，氣體導(dǎo)排總管與檢測裝置連接；所述的檢測裝置包括氣體流量計、氣體采樣閥和氣壓表，氣體采樣閥和氣壓表設(shè)置在氣體導(dǎo)排總管上，干燥器的一端通過控制閥門與氣體導(dǎo)排總管連接，另一端與氣體流量計連接；在垃圾填埋坑體內(nèi)不同高度設(shè)置有三個測溫探頭，通過導(dǎo)線順石籠而上伸出地面與測溫器相連；水位觀測井插入垃圾填埋坑體的下部并伸出地面，下部開有滲濾液入滲小孔，上端出口蓋有密封蓋。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種生活垃圾生態(tài)填埋單元。現(xiàn)有技術(shù)是以實驗室規(guī)模的模擬實驗裝置為基礎(chǔ)，不能如實反映垃圾填埋現(xiàn)場的實際情況。本發(fā)明包括斗狀垃圾填埋坑體、防滲系統(tǒng)、回灌系統(tǒng)、氣體導(dǎo)排和檢測系統(tǒng)。坑體內(nèi)設(shè)有溫度探測器和水位觀測井?？芋w通過滲濾液導(dǎo)排管與滲濾液收集池相連，滲濾液收集池通過提液水泵連接到滲濾液調(diào)節(jié)池。導(dǎo)氣井插入坑體內(nèi)，頂部為檢測系統(tǒng)。本發(fā)明已達(dá)到中試示范工程水平，可實現(xiàn)對填埋堆體物流特征和能量變化的實時監(jiān)測和人為調(diào)控，對評價生活垃圾分類收集對生態(tài)環(huán)境的綜合效益具有重要意義。
文檔編號B09B5/00GK1857806SQ20061005186
公開日2006年11月8日 申請日期2006年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月9日
發(fā)明者郝永俊, 吳偉祥, 王云龍, 陳英旭, 俞覬覦 申請人:浙江大學(xué)