專利名稱：一種垃圾填埋場滲濾液氨氮處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型專利涉及一種垃圾填埋場滲濾液氨氮處理裝置。
技術(shù)背景城市垃圾滲濾液是污水治理領(lǐng)域的一個(gè)難題。產(chǎn)生量大、水質(zhì)復(fù)雜，且含 高濃度氨氮是垃圾滲濾液的主要特征，若處理不當(dāng)，便會(huì)對填埋場附近的地下 水及地表水污造成嚴(yán)重的污染，滲濾液散發(fā)出的臭氣和孳生的蚊蠅也對周邊產(chǎn) 生很大的危險(xiǎn)。目前垃圾滲濾液的場內(nèi)處理方法主要有物理化學(xué)法、生物法、 土地處理、回灌和濕地處理等。與城市污水相比，垃圾滲濾液的氨氮濃度高出數(shù)十至數(shù)百倍。而氨氮對生 物法處理過程中的微生物活性有抑制作用。有資料顯示在好氧情況下，溫度為15。C 、pH二8的條件下，當(dāng)總氮濃度超過200mg/L時(shí)，其中有6%的氨氮轉(zhuǎn)化 為NH3形式，會(huì)破壞微生物的氧化作用，氨氮濃度越高，抑制性越強(qiáng)。另外， 隨著填埋場填埋時(shí)間的延長，滲濾液的生化性逐漸降低，在填埋后期，BOD/COD 值小于0.1，此時(shí)的滲濾液很難經(jīng)過處理使其達(dá)標(biāo)。吹脫法可去除大部分氨氮，改善碳氮比，再進(jìn)行生物處理，但吹脫塔易堵 塞、調(diào)節(jié)pH，必須投加大量的堿，而且為了曝氣，還需要提供一定的風(fēng)量，造 成了處理費(fèi)用偏高。同時(shí)氨吹脫只是將廢水中的銨離子轉(zhuǎn)化為游離氨，最后將 之排放到大氣中，實(shí)質(zhì)上氨的污染問題并未得到解決。此外，溫度對氨吹脫影 響較大，在低溫時(shí)效率急劇下降。化學(xué)沉淀法不受溫度限制，生成的沉淀中含 有和土壤肥料相似的組分N， P， Mg和有機(jī)物質(zhì)，可作為復(fù)合肥加以利用，或用 作結(jié)構(gòu)制品的阻燃劑，但有毒物質(zhì)也可能混在沉淀中，所以對沉淀物的使用應(yīng) 慎重。電化學(xué)氧化法可使氨氮去除率達(dá)100%，處理過程短，但要求所處理溶液 中應(yīng)含有一定C1—，目前多限于實(shí)驗(yàn)室規(guī)模，且消耗電能，處理成本較高。滲濾 液由于滲透壓很高，反滲透膜的水通量太低，因此不適用。催化法去除氨氮效 率高，但由于在高溫高壓下進(jìn)行，設(shè)備成本較高。且多采用貴金屬作催化劑， 因此，處理成本較高。高濃度的滲濾液即使經(jīng)過一系列的生物處理后也很難達(dá) 到排放標(biāo)準(zhǔn)，況且滲濾液處理投資大、費(fèi)用高，很多填埋場由于資金短缺而無 法按要求對滲濾液進(jìn)行必要的處理。垃圾滲濾液回灌是目前國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)問題之一，主要是利用垃圾層內(nèi) 的微生物降解有機(jī)物，以提高水質(zhì)。但是，許多研究表明，滲濾液回灌對滲濾 液氨氮沒有明顯的去除效果，其原因是垃圾層處于厭氧狀態(tài)，氨氮無法得到硝 化，使得傳統(tǒng)的硝化-反硝化耦合脫氮過程無法實(shí)現(xiàn)。吸附法是利用多孔性的固體物質(zhì)，使?jié)B濾液中氨氮被吸附在固體表面而去 除的方法。沸石對銨離子有很強(qiáng)的選擇性， 一般作為離子交換樹脂去除氨氮。 沸石是一種骨架狀硅鋁酸鹽，其內(nèi)部硅鋁氧基組成的骨架中有很多空腔和連接 空腔的孔道，具有內(nèi)表面積大、多孔穴的特征，可吸附各種污染物，釋放出骨 架上的金屬陽離子，具有較強(qiáng)的吸附與離子交換能力。沸石吸附法在中性或偏酸性條件下進(jìn)行，水中氨氮主要以NH/的形式存在，有利于吸附和離子交換。吸附后的含銨沸石可作為復(fù)合肥的載體，在提高復(fù)合肥產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性及農(nóng)作物 的生長方面都具有明顯效果，還有助于提高土壤質(zhì)量。中國的天然沸石資源豐富，因此沸石吸附法處理氨氮有很大的發(fā)展空間， 而且沸石吸附法沒有二次污染，還可以回收氨，變廢為寶。由于沸石對氨氮的 吸附速度較低，當(dāng)沸石粒徑較大時(shí)吸附達(dá)到平衡，歷時(shí)較長，其他條件一定時(shí)， 進(jìn)水氨氮濃度越大，吸附速率越大。目前，利用沸石吸附去除氨氮多用于工業(yè) 廢水，用于滲濾液處理的研究還不太多，且多為實(shí)驗(yàn)室規(guī)模，因此還有待進(jìn)一 步研究。土地處理法，即在人工控制的條件下，通過土地-植物-微生物系統(tǒng)的物理、 生物和化學(xué)的綜合反應(yīng)，使?jié)B濾液得到凈化，設(shè)計(jì)上包括多種形式的土地處理系統(tǒng)。英國對土地一植物處理法應(yīng)用相對廣泛。CraigD. Martin采用曝氣和表 面慢流濕地系統(tǒng)處理垃圾滲濾液，能將COD從1182mg/L降至136mg/L，對氨氮、 TN、 TSS、 T0C、重金屬等去除率達(dá)64% 99%。陳玉成等采用土地滲濾與蘆葦 濕地兩級(jí)土地處理系統(tǒng)凈化垃圾滲濾液，靜態(tài)與動(dòng)態(tài)試驗(yàn)及小試結(jié)果表明，該 方法在技術(shù)上是可行的，經(jīng)處理后，C0D和氨氮的去除率均達(dá)到90%以上。土 地一植物處理法具有投資少，操作簡單，運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。但從長遠(yuǎn)來看， 存在著重金屬及鹽類在土壤中的積累和飽和問題，對土壤結(jié)構(gòu)、植物生長和周 圍地下水有潛在污染作用，且易受土地條件限制，僅適合于土地廣闊的地區(qū)。 發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種垃圾填埋場滲濾液氨氮處理裝置。 垃圾填埋場滲濾液氨氮處理裝置具有圍坑，在圍坑內(nèi)由多塊相互平行的豎直隔板均分為多個(gè)區(qū)，每個(gè)區(qū)從上至下依次為植被層、覆土層、沙礫排水層、 第二防滲膜、粘土壓實(shí)層、第一防滲膜、填料層，在每個(gè)區(qū)均勻插入多根豎直 插管，在每個(gè)區(qū)的高坡端的填料層前端設(shè)有礫石層，礫石層的上部設(shè)有水平多 孔布水管，多孔布水管由污水管經(jīng)第一污水泵與第一滲濾液桶相連，圍坑填料 層的高坡端壁設(shè)有多個(gè)第二反沖洗管，圍坑填料層的低坡端壁設(shè)有多個(gè)第二排 水管和多個(gè)第一排水管，每個(gè)排水管都設(shè)有閥門，圍坑底部外壁設(shè)有水位觀測 管，每個(gè)區(qū)的覆土層低坡端上部設(shè)有第四排水管，并設(shè)有閥門，在沙礫排水層 底部高坡端外側(cè)壁設(shè)有第一反沖洗管，在沙礫排水層底部低坡端外側(cè)壁設(shè)有第 三排水管，并設(shè)有閥門，在覆土層上方設(shè)有布水主管，布水主管上設(shè)有多孔布 水支管，布水主管經(jīng)第二污水泵與第二滲濾液桶相連。所述的圍坑呈長方體，長300 500cmX寬300 500cmX高80 120cm，坡 度為4 6%，圍坑壁以及圍坑底基均由高密度聚乙烯防滲膜、土工布以及粘土 層加固而成。豎直插管插入深度位于填料層底部5 10cm處，豎直插管內(nèi)徑4 6cm，處 于填料層的豎直插管管壁開有多個(gè)小孔，豎直插管管底封口并開有多個(gè)小孔， 豎直插管管頂設(shè)有閥門，并與覆土層上方的曝氣泵相連。每個(gè)區(qū)的坑底的填料層分別為爐渣層、煤矸石層、沸石層、活性炭層。 本實(shí)用新型涉及的垃圾滲濾液氨氮處理裝置，附屬于垃圾填埋場覆土層， 通過對覆土層結(jié)構(gòu)的改造而成，充分利用了這一原本閑置的土地資源；系統(tǒng)主 要利用填料吸附、微生物降解、植物吸收與轉(zhuǎn)化、土壤顆粒吸附與截留等過程 達(dá)到對滲濾液污染物，尤其是氨氮的高效脫除，形成了立體式多層次構(gòu)造型垃 圾滲濾液處理系統(tǒng)，各個(gè)處理單元(或分區(qū))之間既可串聯(lián)又可并聯(lián)；另外在 填料區(qū)設(shè)有豎直插入管，既可實(shí)現(xiàn)自然供氧或人工強(qiáng)制供氧，有利于硝化反應(yīng) 的進(jìn)行，還可以利用豎直插入管進(jìn)行填料反沖洗；整套系統(tǒng)具有適應(yīng)不同滲濾 液水質(zhì)以及操作靈活等特點(diǎn)。

圖1是垃圾填埋場滲濾液氨氮處理裝置的正視圖； 圖2是垃圾填埋場滲濾液氨氮處理裝置的側(cè)視圖； 圖3是垃圾填埋場滲濾液氨氮處理裝置的俯視圖； 圖4是垃圾填埋場滲濾液氨氮處理流程圖；圖中爐渣層l、煤矸石層2、沸石層3、活性炭層4、第一防滲膜5、壓實(shí)粘土層6、第二防滲膜7、植被層8、豎直插管9、垂直隔板IO、覆土層ll、沙 礫排水層12、圍坑13、圍坑底基14、第一污水泵15、污水管16、第一反沖洗 管17、水平多孔布水管18、第二反沖洗管19、礫石層20、第一滲濾液桶21、 第二滲濾液桶22、第一排水管23、第二排水管24、水位觀測管25、第三排水
管26、第四排水管27、第二污水泵28、布水主管29、多孔布水支管30、曝氣 泵31。
具體實(shí)施方式
如圖1、 2、 3所示，垃圾填埋場滲濾液氨氮處理裝置具有圍坑13，圍坑呈 長方體，長300 500cmX寬300 500cmX高80 120cm，坡度為4 6%，圍坑 壁以及圍坑底基14均由高密度聚乙烯防滲膜(HDPE)、 土工布以及粘土層加固而 成，在圍坑內(nèi)由多塊相互平行的豎直隔板10均分為多個(gè)區(qū)，每個(gè)區(qū)從上至下依 次為植被層8 (滲濾液耐性植物，如香根草、水花生、香蒲、水蔥、燈心草等)、 覆土層11 (厚度10cm;為增強(qiáng)透水性和肥力，進(jìn)行結(jié)構(gòu)和品質(zhì)改良)、沙礫排 水層12、第二防滲膜7、粘土壓實(shí)層6(厚度10 15cm)、第一防滲膜5、填料層 (厚度30 35cm)，在每個(gè)區(qū)均勻插入多根豎直插管9，豎直插管插入深度位于 填料層底部5 10cm處，豎直插管內(nèi)徑4 6cm，處于填料層的豎直插管管壁開 有多個(gè)小孔，豎直插管管底封口并開有多個(gè)小孔，豎直插管管頂設(shè)有閥門，并 與覆土層11上方的曝氣泵31相連，在每個(gè)區(qū)的高坡端的填料層前端設(shè)有礫石 層20，礫石層的上部設(shè)有水平多孔布水管18，多孔布水管由污水管16經(jīng)第一 污水泵15與第一滲濾液桶21相連，圍坑填料層的高坡端壁設(shè)有多個(gè)第二反沖 洗管19，圍坑填料層的低坡端壁設(shè)有多個(gè)第二排水管24和多個(gè)第一排水管23， 每個(gè)排水管都設(shè)有閥門，圍坑底部外壁設(shè)有水位觀測管25，每個(gè)區(qū)的覆土層ll 低坡端上部設(shè)有第四排水管27，并設(shè)有閥門，在沙礫排水層12底部高坡端外 側(cè)壁設(shè)有第一反沖洗管17，在沙礫排水層12底部低坡端外側(cè)壁設(shè)有第三排水 管26，并設(shè)有閥門，在覆土層11上方設(shè)有布水主管29 (內(nèi)徑4 6cm)，布水主 管29上設(shè)有多孔布水支管30(內(nèi)徑1. 5 2. 5cm)，布水主管29經(jīng)第二污水泵28 與第二滲濾液桶22相連。所述的每個(gè)區(qū)的坑底的填料層分別為爐渣層1、煤矸石層2、沸石層3、活 性炭層4。本實(shí)用新型的主要設(shè)計(jì)思想是"單元相接、循序漸進(jìn)、逐級(jí)去污"，其功能 單元包括填料區(qū)、植被區(qū)、土壤區(qū)，而微生物則分布于不同區(qū)內(nèi)。根據(jù)滲濾液 具體水質(zhì)特征，可以考慮設(shè)置預(yù)處理單元，即首先對滲濾液原液進(jìn)行曝氣處理， 到達(dá)降低污染負(fù)荷以及充氧的目的。然后進(jìn)入各個(gè)填料區(qū)，填料區(qū)之間可以串聯(lián)或并聯(lián)，利用填料本身多孔性結(jié)構(gòu)對污染物進(jìn)行吸附，不同填料對不同污染 物具有不同吸附功能和一定的選擇性；另外，由于各個(gè)填料區(qū)回灌液水質(zhì)以及 其特異性吸附物的差異，使得各個(gè)填料區(qū)形成不同的微生物種群。填料區(qū)出水
進(jìn)入植被層，各個(gè)分區(qū)可種植不同的植物，這些植物對污染物負(fù)荷具有不同的適應(yīng)性，同時(shí)對不同的污染物具有各自獨(dú)特的去除優(yōu)勢；灌溉水在土壤層下滲 過程中，通過土壤顆、土壤膠體以及土壤微生物的復(fù)合作用，得以截留、吸附、 沉淀與分解轉(zhuǎn)化。通過滲濾液在不同功能單元間的循環(huán)處理，達(dá)到有機(jī)污染物 和氨氮等污染物的去除。如圖4所示，本實(shí)用新型工藝路線可靈活選擇。將經(jīng)過曝氣預(yù)處理的滲濾 液存放于滲濾液桶，通過污水管經(jīng)污水泵回灌至填料層(可以直接進(jìn)入任何一 種填料層，也可以按照煤渣層、煤矸石層、沸石層、活性炭層依次串聯(lián))，在進(jìn) 入填料層之前，設(shè)有布水支管和礫石布水區(qū)。填料層回灌液水位可通過置于兩 端的水位觀測管觀測，以便人為控制進(jìn)水量。填料層處理尾水可通過排水管排 入滲濾液桶，再由污水泵輸送至位于植被層的灌溉主管，再經(jīng)各個(gè)布水支管管 壁上的小孔排出，進(jìn)入植被層， 一部分污水沿著土壤表面向位置較低的一頭漫 流，經(jīng)排水管排出； 一部分污水，則通過自然蒸發(fā)和植物蒸騰作用進(jìn)入大氣， 起到滲濾液減量的效果；另一部分污水則經(jīng)土壤層下滲至沙礫層，再在重力作 用下向地勢較低的一頭流動(dòng)，最后經(jīng)排水管排出。根據(jù)出水水質(zhì)，判定是否達(dá) 標(biāo)排放或繼續(xù)進(jìn)入系統(tǒng)進(jìn)行處理。將香根草、水花生、香蒲、水蔥、燈心草，這5種草本植物混合種植在各 個(gè)區(qū)，利用不同污染負(fù)荷的滲濾液處理水進(jìn)行灌溉。對滲濾液具有強(qiáng)耐性的植 物將會(huì)在高污染負(fù)荷區(qū)生長，同樣耐性較弱者僅能在低污染負(fù)荷區(qū)生長，這樣 便可篩選出對不同污染負(fù)荷具有適應(yīng)能力的植物。在此基礎(chǔ)上，重新散播該植 物種子或栽種幼苗，使得不同分區(qū)形成茂盛的植物生長態(tài)勢。填料層有氧對于污染物的凈化，尤其是氨氮的氧化具有重要意義。系統(tǒng)在設(shè) 計(jì)上充分考慮到這一點(diǎn)，可以通過豎直插管實(shí)現(xiàn)填料層自然通過或強(qiáng)制通風(fēng)。 當(dāng)系統(tǒng)采用間歇流運(yùn)行方式時(shí)，在填料層污水周期性排空過程中會(huì)形成短暫的 負(fù)壓，空氣便沿著豎直插管被抽吸進(jìn)入填料層，并向四周擴(kuò)散，實(shí)現(xiàn)了無動(dòng)力 自然通風(fēng)的目的，為好氧微生物提供了好氧環(huán)境，其活性會(huì)被激發(fā)，有利于吸 附在填料表面和空隙內(nèi)的有機(jī)物的降解以及氨氮的氧化；在污水停滯期間，水 中的溶解氧被消耗盡以后，便開始厭氧轉(zhuǎn)化，有利于反硝化脫氮的進(jìn)行。當(dāng)系 統(tǒng)釆用連續(xù)流運(yùn)行方式時(shí)，可以通過豎直插管進(jìn)行強(qiáng)制通風(fēng)，為填料層供氧。 當(dāng)填料已經(jīng)吸附飽和，污染物去除效果低下時(shí)，可以排空污水，暫且停止運(yùn)行， 進(jìn)行一段時(shí)間的活性恢復(fù)，并可以通過人工曝氣加速物質(zhì)的轉(zhuǎn)化與填料活性的 恢復(fù)進(jìn)程。
填料層堵塞是固定化填料系統(tǒng)常見的問題，本設(shè)計(jì)充分考慮到填料層反沖 洗，并在運(yùn)行過程中盡可能予以避免。 一方面，在正常運(yùn)行過程中，當(dāng)利用豎 直插管進(jìn)行強(qiáng)制曝氣時(shí)，在填料層會(huì)形成氣泡、水、固相三者的強(qiáng)烈混合與擾 動(dòng)，這有助于減少沉積在填料表面的懸浮物或固體小顆粒，并隨著污水一起排 出填料層。另一方面，可以定期通過設(shè)置在填料層外圍兩端的排水管，利用壓 力水對填料層進(jìn)行沖洗，沖洗方向可以從左向右，也可以從右向左；或者也可以利用豎直插管由上而下進(jìn)行沖洗，并通過人工調(diào)節(jié)各個(gè)排水管的開與關(guān)控制 水流方向，還可以通過選擇不同的豎直插管進(jìn)行分段沖洗。
權(quán)利要求1.一種垃圾填埋場滲濾液氨氮處理裝置，其特征在于具有圍坑(13)，在圍坑內(nèi)由多塊相互平行的豎直隔板(10)均分為多個(gè)區(qū)，每個(gè)區(qū)從上至下依次為植被層(8)、覆土層(11)、沙礫排水層(12)、第二防滲膜(7)、粘土壓實(shí)層(6)、第一防滲膜(5)、填料層，在每個(gè)區(qū)均勻插入多根豎直插管(9)，在每個(gè)區(qū)的高坡端的填料層前端設(shè)有礫石層(20)，礫石層的上部設(shè)有水平多孔布水管(18)，多孔布水管由污水管(16)經(jīng)第一污水泵(15)與第一滲濾液桶(21)相連，圍坑填料層的高坡端壁設(shè)有多個(gè)第二反沖洗管(19)，圍坑填料層的低坡端壁設(shè)有多個(gè)第二排水管(24)和多個(gè)第一排水管(23)，每個(gè)排水管都設(shè)有閥門，圍坑底部外壁設(shè)有水位觀測管(25)，每個(gè)區(qū)的覆土層(11)低坡端上部設(shè)有第四排水管(27)，并設(shè)有閥門，在沙礫排水層(12)底部高坡端外側(cè)壁設(shè)有第一反沖洗管(17)，在沙礫排水層(12)底部低坡端外側(cè)壁設(shè)有第三排水管(26)，并設(shè)有閥門，在覆土層(11)上方設(shè)有布水主管(29)，布水主管(29)上設(shè)有多孔布水支管(30)，布水主管(29)經(jīng)第二污水泵(28)與第二滲濾液桶(22)相連。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種垃圾填埋場滲濾液氨氮處理裝置，其特征在 于所述的圍坑呈長方體，長300 500cmX寬300 500cmX高80 120cm，坡度 為4 6%，圍坑壁以及圍坑底基(14)均由高密度聚乙烯防滲膜、土工布以及粘 土層加固而成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種垃圾填埋場滲濾液氨氮處理裝置，其特征在 于所述的豎直插管(9)插入深度位于填料層底部5 10cm處，豎直插管內(nèi)徑4 6cm，處于填料層的豎直插管管壁開有多個(gè)小孔，豎直插管管底封口并開有多個(gè) 小孔，豎直插管管頂設(shè)有閥門，并與覆土層(11)上方的曝氣泵(31)相連。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種垃圾填埋場滲濾液氨氮處理裝置，其特征在 于所述的每個(gè)區(qū)的坑底的填料層分別為爐渣層(l)、煤矸石層(2)、沸石層(3)、 活性炭層(4)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種垃圾填埋場滲濾液氨氮處理裝置。它具有圍坑，在圍坑內(nèi)由多塊相互平行的豎直隔板均分為多個(gè)區(qū)，每個(gè)區(qū)從上至下依次為植被層、覆土層、沙礫排水層、第二防滲膜、粘土壓實(shí)層、第一防滲膜、填料層，在每個(gè)區(qū)均勻插入多根豎直插管，在每個(gè)區(qū)的高坡端的填料層前端設(shè)有礫石層，礫石層的上部設(shè)有水平多孔布水管，多孔布水管由污水管經(jīng)第一污水泵與第一滲濾液桶相連，在覆土層上方設(shè)有布水管，布水主管經(jīng)第二污水泵與第二滲濾液桶相連。本實(shí)用新型利用填埋場覆土這一原本閑置的土地資源而建，通過填料吸附、微生物降解、植物吸收與轉(zhuǎn)化、土壤顆粒吸附與截留等過程去除污染物，尤其是氨氮，并可實(shí)現(xiàn)自然供氧或人工強(qiáng)制供氧。
文檔編號(hào)C02F3/10GK201027178SQ20072010747
公開日2008年2月27日 申請日期2007年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月26日
發(fā)明者吳偉祥, 吳松維, 華 孫, 郝永俊, 陳英旭 申請人:浙江大學(xué)