本發(fā)明涉及固廢資源化利用及填埋氣體處理技術(shù)領(lǐng)域，特指一種填埋場好氧修復(fù)填埋氣原位處理的新型覆蓋系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在過去的幾十年中，中國由于受經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的制約，眾多城市的非正規(guī)垃圾填埋場未采取有效的防護(hù)措施，生活垃圾在非控制的自然降解過程中，產(chǎn)生的廢氣、廢水和廢渣污染了周圍的空氣、地上/地下水和土壤。由于垃圾在地下自然分解需要50~100年時間，這些寶貴 的土地資源閑置浪費(fèi)和不能開發(fā)利用，對中國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、城市化進(jìn)程和人民生活健康形成了巨大的威脅，成為中國實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展和城市化進(jìn)程的突出制約因素。如何合理處置城市生活垃圾填埋場、保護(hù)生態(tài)環(huán)境是我國和世界各城市所共同面臨的重大環(huán)境問題。20世紀(jì)70年代起，美國、英國、加拿大、澳大利亞、丹麥、意大利、瑞典和日本等國相繼開始了垃圾生物反應(yīng)器填埋技術(shù)的研究。近10年來，反應(yīng)器填埋技術(shù)逐漸開始在我國進(jìn)行研究與應(yīng)用，其基本原理是，將垃圾填埋場看作一個大的生物反應(yīng)器，通過強(qiáng)制通風(fēng)、滲透液回灌等手段，改變了填埋場中物理和化學(xué)條件，建立符合微生物生長的環(huán)境，利用好氧微生物的作用替代原有的厭氧微生物生態(tài)系統(tǒng)，使填埋場內(nèi)的有機(jī)垃圾在適宜的含氧量、溫度、含水量等條件下進(jìn)行好氧降解，生成穩(wěn)定的腐殖質(zhì)、無機(jī)物、CO₂、水等，大大減少危害最大的溫室氣體—甲烷的產(chǎn)生與排放，同時降低滲瀝液污染強(qiáng)度，縮短填埋場的穩(wěn)定時間。該技術(shù)需要布設(shè)大量的注氣井、抽氣井，形成注氣抽氣系統(tǒng)，運(yùn)行過程中必須使用風(fēng)機(jī)注入大量空氣，并將反應(yīng)后的氣體再強(qiáng)制抽出。一方面，此系統(tǒng)中的抽氣過程能耗較大，管理難度較大，另一方面在好氧修復(fù)的實(shí)際應(yīng)用過程無法避免少量厭氧死角的存在，氣體產(chǎn)物中總有少量甲烷（通常低于5%），所以需要進(jìn)行增加復(fù)雜、昂貴的尾氣處理系統(tǒng)。綜上所述這種方法有以下弊端：1.在填埋場中鉆井工藝復(fù)雜、造價昂貴，且存在爆炸等安全隱患。2.抽氣過程通耗較高，管理難度大。3.尾氣處理系統(tǒng)管理復(fù)雜、造價高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對以上問題，本發(fā)明提供了一種填埋場好氧修復(fù)填埋氣原位處理的新型覆蓋系統(tǒng)，采用礦化垃圾、堆肥物質(zhì)、成熟污污混合物作生物處理層，輔以常規(guī)材料組成的排氣層、防滲層、排水層、營養(yǎng)土層等作表面覆蓋層，形成的新型覆蓋系統(tǒng)，該結(jié)構(gòu)適用于中小型、填埋齡較長、埋深較淺的填埋場的好氧修復(fù)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種填埋場好氧修復(fù)填埋氣原位處理的新型覆蓋系統(tǒng)，包括表面覆蓋層、排氣層、生物處理層、氣體分布層與導(dǎo)氣管道，表面覆蓋層、排氣層、生物處理層與氣體分布層自上而下依次覆蓋于垃圾填埋場的垃圾層上，導(dǎo)氣管道一端設(shè)于垃圾填埋場的垃圾層內(nèi)，導(dǎo)氣管道另一端穿于氣體分布層與生物處理層連通于排氣層。

進(jìn)一步而言，所述表面覆蓋層由防滲層、排水層、營養(yǎng)土層等組成。

進(jìn)一步而言，所述排氣層采用導(dǎo)排性能好、抗腐蝕的粗?；蚨嗫撞牧希蠌綖?5~50mm，滲透系數(shù)大于1X10^_2cm/s，排氣層鋪設(shè)有氣體收集和滲濾液回流管，氣體收集和滲濾液回流管厚度大于30cm。

進(jìn)一步而言，所述生物處理層由60~70%的礦化垃圾、20~30%的成熟污污泥與10~20%的堆肥物質(zhì)混合設(shè)置而成，生物處理層設(shè)有含水率監(jiān)測探頭、溫度監(jiān)測探頭與甲烷濃度監(jiān)測傳感器，且采用250~1000m²/只。

進(jìn)一步而言，所述生物處理層厚度為50~60cm、粒徑為45~50mm、孔隙度大于14%、含水率為30~50%、溫度為20~35℃、有機(jī)質(zhì)含量為10~15%、PH值為接近中性。

進(jìn)一步而言，所述氣體分布層由粒徑較大的碎石、碎燈管等廢棄物組成，氣體分布層的厚度采用15~30 cm。

本發(fā)明有益效果：

本發(fā)明利用生物處理層對好氧修復(fù)過程中產(chǎn)生的少量甲烷氧化，甲烷氧化率可達(dá)80%以上，能夠進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)填埋場的溫室氣體減排，代替尾氣處理系統(tǒng)和部分抽氣系統(tǒng)功能;

2.利用原材料為廢棄物，礦化垃圾屬于填埋廢物，污泥和堆肥物質(zhì)也都屬于市政固廢，成本較低，其工藝簡單，可大幅度減小好氧修復(fù)投資，對于該技術(shù)的推廣具有重大意義。

附圖說明

圖1是本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖;

圖2是本發(fā)明導(dǎo)氣管道示意圖;

圖3是本發(fā)明工作原理圖。

1.表面覆蓋層;2.排氣層;3.生物處理層;4.氣體分布層;5.氣體收集和滲濾液回流管;6.垃圾層;7.導(dǎo)氣管道;8.含水率監(jiān)測探頭;9.溫度監(jiān)測探頭。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行說明。

如圖1圖2所示，本發(fā)明所述一種填埋場好氧修復(fù)填埋氣原位處理的新型覆蓋系統(tǒng)，包括表面覆蓋層1、排氣層2、生物處理層3、氣體分布層4與導(dǎo)氣管道7，表面覆蓋層1、排氣層2、生物處理層3與氣體分布層4自上而下依次覆蓋于垃圾填埋場的垃圾層6上，導(dǎo)氣管道7一端設(shè)于垃圾填埋場的垃圾層6內(nèi)，導(dǎo)氣管道7另一端穿于氣體分布層4與生物處理層3連通于排氣層2。本發(fā)明采用礦化垃圾、堆肥物質(zhì)、成熟污泥混合物作為生物處理層3，鋪設(shè)于氣體分布層4上部，并鋪以表面覆蓋層1。利用生物處理層3對好氧修復(fù)過程中產(chǎn)生的少量甲烷氧化，甲烷氧化率可達(dá)80%以上，能夠進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)填埋場的溫室氣體減排，代替尾氣處理系統(tǒng)和部分抽氣系統(tǒng)功能;利用原材料為廢棄物，礦化垃圾屬于填埋廢物，污泥和堆肥物質(zhì)也都屬于市政固廢，成本較低，其工藝簡單，可大幅度減小好氧修復(fù)投資，對于該技術(shù)的推廣具有重大意義。其中，導(dǎo)氣管道7的作用在于通過排氣層2排除填埋場的垃圾層6產(chǎn)生的甲烷。

更具體而言，所述表面覆蓋層1由防滲層、排水層、營養(yǎng)土層等組成。表面覆蓋層1作為新型覆蓋系統(tǒng)的常規(guī)材料。

更具體而言，所述排氣層2采用導(dǎo)排性能好、抗腐蝕的粗?；蚨嗫撞牧?，料徑為25~50mm，滲透系數(shù)大于1X10^_2cm/s，排氣層2鋪設(shè)有氣體收集和滲濾液回流管5，氣體收集和滲濾液回流管5厚度大于30cm。氣體收集和滲濾液回流管5的作用在于氣體收集和滲濾液回灌。

更具體而言，所述生物處理層3由60~70%的礦化垃圾、20~30%的成熟污污泥與10~20%的堆肥物質(zhì)混合設(shè)置而成，生物處理層3設(shè)有含水率監(jiān)測探頭8、溫度監(jiān)測探頭9與甲烷濃度監(jiān)測傳感器，且采用250~1000m²/只。本發(fā)明所述礦化垃圾需取自填埋年限較長（大于10年），已基本礦化（有機(jī)質(zhì)含量小于15）的老填埋場，經(jīng)過破碎、機(jī)械篩選、人工揀選等工序，除去金屬、塑料、陶瓷、玻璃等物質(zhì)，保證料徑均勻;成熟污泥為污泥厭氧消化之后并經(jīng)過脫水后的成熟污泥;堆肥物質(zhì)可以是一般的堆肥廠產(chǎn)生生物質(zhì)垃圾的堆肥產(chǎn)物，也可以是餐廚垃圾廠中好氧消化后的垃圾殘?jiān)?，其堆肥物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)滿足國家堆肥要求。其中，在本發(fā)明材料中，礦化垃圾經(jīng)由填埋氣體中甲烷的長期馴化而施導(dǎo)富含甲烷氧化菌，且甲烷氧化能力較高，好氧污泥和堆肥物質(zhì)還可以為甲烷氧化菌提供有機(jī)質(zhì)及氮，磷，微量元素等營養(yǎng)物質(zhì)，在該生物處理層3中甲烷氧化菌是在減輕CH4排放至關(guān)重要的作用。該生物處理層3富含甲烷氧化菌，且適于甲烷氧化菌生長繁殖，且甲烷氧化菌就專性好氧菌，好氧修復(fù)時向垃圾堆體通入空氣，能進(jìn)一步提高甲烷單加氧酶的活性高，因此可使填埋場中產(chǎn)生的甲烷，在途經(jīng)生物處理層3時被棲息于其間的甲烷氧化菌所氧化，即使甲烷本底濃度很低，仍可以獲得理想效果。

更具體而言，所述生物處理層3厚度為50~60cm，生物處理層3厚度過低，甲烷氧化菌過少，且甲烷停留時間短，無法保證理想的甲烷氧化率，厚度過高會浪費(fèi)原材料且增加空氣注入量。當(dāng)厚度為50~60cm時通常能夠保證低氣體傳輸速率及甲烷停留時間互相平衡，在實(shí)際應(yīng)用中，生物處理層3具體厚度根據(jù)混合材料的甲烷氧化能力測試結(jié)果和填埋場前期勘探結(jié)果共同確定，主要取決因素包括生物處理層3材料自身性質(zhì)，垃圾土層厚度、密度、有機(jī)物含量、甲烷含量等;

更具體而言，所述生物處理層3粒徑為45~50mm，顆粒粒徑與生物處理層的孔隙度和壓實(shí)度密切相關(guān)，相對來說，粗粒徑的混合物質(zhì)甲烷氧化潛力普遍高于細(xì)粒徑（比表面積大，便于附著），且氣體轉(zhuǎn)輸主要受大孔徑（直徑約50mm）控制，該尺寸范圍能有效提高氣體傳輸效率。

更具體而言，所述生物處理層3孔隙度大于14%，盡量避免生物處理層3不必要的壓力，壓實(shí)度和粒徑?jīng)Q定生物處理層3的孔徑分布，孔隙分布直接影響著氧氣的擴(kuò)散，進(jìn)而影響甲烷的氧化。

更具體而言，所述生物處理層3含水率為30~50%，微生物的生長繁殖必須以水為基礎(chǔ)，但在水中，甲烷和氧氣的擴(kuò)散速率比在空氣中低四個數(shù)量級，因此需要保持合適的含水率以保證甲烷和氧氣的擴(kuò)散遷移不受水分抑制。

更具體而言，所述生物處理層3溫度為20~35℃，適當(dāng)提高溫度有利于提高生物處理層的氧化甲烷能力。當(dāng)溫度低于這個范圍（尤其是<15℃），甲烷單加氧酶的活性受到抑制，甲烷氧化能力迅速降，甲烷氧化菌是對其他不利因素，如營養(yǎng)因素的限制，也會更加敏感。

更具體而言，所述生物處理層3有機(jī)質(zhì)含量為10~15%，土壤有機(jī)質(zhì)含量與甲烷氧化菌的活性呈正相關(guān)關(guān)系，富含有機(jī)質(zhì)的覆蓋層微生物的數(shù)量和活性顯著增加,可使覆蓋層的甲烷氧化能力提高2～3倍，但另一方面堆肥等富含有機(jī)質(zhì)物質(zhì)的支撐作用較弱，易于被壓實(shí)，從而影響氧氣在覆蓋層中的擴(kuò)散，不利于覆蓋層的甲烷氧化。

另外，生物處理層3的堆肥物質(zhì)中本身含有營養(yǎng)物質(zhì)，過量添加，生物處理層3中離子濃度過高，反而會抑制甲烷氧化。隨著時間推移營養(yǎng)物質(zhì)會漸漸減少，對甲烷氧化產(chǎn)生抑制，因此需要補(bǔ)充少量的氮源(NO3-)、磷源及微量元素。另外好氧修復(fù)排出的氣體中甲烷本底濃度很低，無機(jī)氮含量對甲烷氧化的影響相對復(fù)雜，可能存在正面或負(fù)面的影響，若氮源過量會促進(jìn)硝化作用，與生物處理層甲烷的氧化存在一定的競爭關(guān)系。

更具體而言，所述氣體分布層4由粒徑較大的碎石、碎燈管等廢棄物組成，氣體分布層4的厚度采用15~30 cm。直接鋪設(shè)垃圾層之上，起緩沖作用，使從垃圾堆體中排出的氣體分布均勻，從而有利于甲烷在生物處理層的氧化。

如圖3所示，

場地平整：必須對垃圾堆體進(jìn)行整形改造，以使堆體達(dá)到穩(wěn)定和排水要求。此外，若堆體上有粘土等臨時覆蓋，其滲透系數(shù)通常約為10^-7，將會抑制氣體的傳輸，因此必須將粘土整體挖出或挖設(shè)寬溝槽（約1.5米），使垃圾層裸露。

依次覆蓋：按照順序由下而上依次鋪設(shè)氣體分布層、生物處理層、排氣層、相關(guān)管道、防滲層及排水層。在生物處理層中安置傳感器，進(jìn)行含水率、溫度、甲烷濃度的監(jiān)測，其布設(shè)原則為250-1000m²/只。生物處理層具體厚度根據(jù)混合材料的甲烷氧化能力測試結(jié)果和填埋場前期勘探結(jié)果共同確定。并需保證初始時生物處理層的孔隙度和含水率等參數(shù)在最佳范圍，以縮短生物處理層中甲烷氧化菌的適應(yīng)期。必要時可添加甲烷氧化菌劑來增加甲烷氧化菌密度，或添加蔗糖、葡萄糖等糖類化合物對生物處理層中的甲烷氧化菌進(jìn)一步激活馴化，提高其甲烷氧化效果。

運(yùn)行過程中參數(shù)控制: 依托好氧修復(fù)過程中的監(jiān)測系統(tǒng)，在線監(jiān)測生物處理層的含水率、溫度、甲烷濃度，并定期監(jiān)測生物處理層的營養(yǎng)物質(zhì)和孔隙度等因素。根據(jù)以上數(shù)據(jù)及時反饋調(diào)節(jié)，保證甲烷的氧化率大于80%。當(dāng)含水率過低時可通過滲濾液回流添加水分，可為生物處理層添加營養(yǎng)物質(zhì)，并進(jìn)一步減少好氧修復(fù)過程中滲濾液產(chǎn)生量，削減投資。溫度是通風(fēng)和回灌的共同作用結(jié)果，通常堆肥層的自加熱及好氧過程中垃圾層散發(fā)熱量提供足夠的熱量維持一定甲烷氧化速率。

在好氧修復(fù)過程中，空氣經(jīng)過注氣管強(qiáng)制注入垃圾堆體內(nèi)，使垃圾中的有機(jī)質(zhì)發(fā)生好氧降解反應(yīng)，反應(yīng)后的尾氣遷移至堆體表層，在經(jīng)過本專利發(fā)明的生物質(zhì)覆蓋層之后，尾氣中的部分甲烷及其他有害氣體被氧化降解或稀釋，在生物質(zhì)覆蓋層之上的導(dǎo)氣層富集后，經(jīng)導(dǎo)氣層中布置的穿孔導(dǎo)氣管道收集并統(tǒng)一排放。

上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方式，上述的具體實(shí)施方式僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可做出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)之內(nèi)。