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原位微生物稳定化技术治理非正规垃圾场的通风系统关键点设计

2018-01-25吕秀芬

绿色科技 2018年14期

吕秀芬

摘要:采用原位微生物稳定化技术治理非正规垃圾填埋场其通风系统用于供氧的通风量取决于堆体内可生物降解的有机质含量、微生物降解效率以及降解目标和期限等,根据实际项目经验结合理论推导,提出了一种通风量的计算方法。管路布设需结合场地垃圾污染程度特征,应通过管路系统的布设实现分区域运行以降低运行成本,根据项目实践经验,给出了两种管路布置形式:分区域布设管路,区域控制及统一布设管路,集中控制。

关键词:非正规垃圾填埋场;微生物稳定化治理技术;通风系统设计

中图分类号:X705

文献标识码:A

文章编号:1674-9944(2018)14-0160-05

1 引言

非正规垃圾填埋场治理作为存量垃圾治理工作的一部分,被列入我国《“十三五”全国城镇生活垃圾无害化处理没施建没规划》的重点任务。目前,国内非正规垃圾填埋场采用原位微生物稳定化技术进行修复治理的技术类文件编制还没有技术规范可参考,尤其是通风量等关键数据的确定普遍采用经验数据,并未与待治理场地垃圾生物降解特性进行关联计算。本文对非正规垃圾填埋场原位微生物稳定化技术中的通风系统关键点设计提出计算方法及管路布置形式,便于工艺设计人员参考和借鉴。

原位微生物稳定化治理工艺涉及到的主要工段包括通风系统设计、渗沥液导排及回灌系统设计、检测系统设计、控制系统设计、清污分流系统设计、垂直防渗及封场覆盖系统设计等。本文仅针对通风系统设计进行论述。

2非正规垃圾填埋场

2.1 非正规垃圾填埋场概述

非正规垃圾填埋场就是达不到国家标准和规范要求的垃圾填埋场,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、水、土壤等污染隐患。由于填埋垃圾的发酵和自然降水的淋滤或地下水浸泡,产生出高浓度有机渗沥液,会对地下水产生长期的影响。

2.2治理非正规填埋场的意义

2.2.1 实现土地资源再利用

存量生活垃圾占用大量可开发的上地,浪费上地资源,一定程度上制约了城市今后的发展。

2.2.2消除存量垃圾对环境和人体的危害

任意堆放或简易填埋的垃圾,其所含的水分和渗入垃圾中的大气降水产生的渗沥液流入周围地表水体和渗入土壤,会造成地表水和地下水的严重污染;生活垃圾露天堆放,产生CH4、H2S等有毒有害、刺激性气体,污染大气环境;露天随意堆放的垃圾臭气熏天、蚊蝇滋生、鼠患不断,易传染疾病,给人民的健康带来极大威胁。

2.2.3保障关闭后填埋场安全的需要

填埋气体的主要成份为CH4和CO2,属于典型的易燃易爆气体,如果不采取妥善措施任其无组织排放,势必会产生火灾、填埋场爆炸等安全隱患。同时,非正规垃圾填埋场无雨污分流系统,下雨后雨水无法及时排出,直接下渗形成渗沥液,增加了场区渗沥液产生量,大量渗沥液积存在填埋堆体中对垃圾填埋场的稳定造成了极大的隐患。

3 微生物稳定化治理技术原理及优点

3.1技术原理

微生物稳定化修复技术是根据填埋垃圾被微生物降解的机理和过程,利用填埋场这一天然的微生物活动场所,通过一系列手段优化填埋场内部环境使其成为一个可控的生物稳定化过程,为微生物大量繁殖提供一个最优的生存空间。微生物稳定化技术不仅可对渗滤液实现很大程度的场内就地净化,还为填埋场的提前稳定化创造良好条件,同时明显提高垃圾的生物降解速度和效率,从而提高垃圾资源化、无害化水平。

微生物稳定化处置修复技术可分为两种。

(1)好氧生物稳定化修复技术。将渗滤液、其他液体及空气等根据场内垃圾生物降解的需要,通过一种可控的方式加入至填埋场。这样不仅大大地加快填埋垃圾生物降解和稳定速率,减少危害最大的温室气体——甲烷的排放,同时可降低渗滤液污染强度和处理费用。研究表明,采用好氧生物稳定化修复技术的非正规垃圾填埋场达到稳定化的时间在1~2年左右,温室气体减少50%~90%。由于本技术需要同时对堆体进行强制抽气和注气供氧,另外辅助渗滤液同灌及其他控制形式,故相对准好氧稳定化修复技术来说单位时间内运行费用较高,该技术较适合垃圾平均腐熟度较低,产气量较大的垃圾场地。

(2)准好氧生物稳定化修复技术。该技术主要原理与好氧技术类似,但本技术仅对堆体进行强制抽气,氧气通过强制抽气形成的负压自动进入堆体内。另外辅助渗滤液回灌及其他控制形式,故相对好氧稳定化修复技术来说单位时间内运行费用较低,该技术较适合垃圾平均腐熟度已进入中后期,但场地仍未达到场地利用标准的垃圾场地。采用准好氧生物稳定化修复技术的生活垃圾达到稳定的时间在2~3年左右。

3.2优缺点比较

3.2.1 好氧生物稳定化修复技术

采用“强制抽气十强制注气”形式,优势在于通风量大,管路系统(进气系统)不容易堵塞,堆体好氧反应彻底。劣势在于同时需要抽气及注气风机,工程投资及运行费用较高,且大风量的空气注入堆体内部如果控制不当会导致堆体内温度降低,不只是浪费能源更不利丁堆体内生物反应。

3.2.2 准好氧生物稳定化修复技术

采用“强制抽气十自动补气”形式,优势在于不需要注气风机.建设投资和运行成本低,维护管理简单;且适量的空气进入堆体内可使堆体内形成厌氧一缺氧一好氧的生物环境,利于硝化反硝化。劣势在于无动力自动补气,一旦管路堵塞将影响运行效果。

两种技术各有优劣势,但无论采用好氧还是准好氧技术,其通风系统设计的关键点在都于通风量的确定、井间距的选择、井结构设计、以及管路系统的布设。实际工程中应根据非正规垃圾场垃圾腐熟度、工程投资、治理时限要求等确定工艺形式。

4通风系统关键点设计

针对于非正规垃圾填埋场,形成微生物反应的环境,需要设置抽气井及进气井,两种井的结构形式差别不大,但作用不同。对于好氧治理工艺来说,具体设计为利用抽气风机将堆体内气体抽出,利用注气风机将新鲜空气注入堆体内;对于准好氧治理工艺来说,具体设计为利用抽气风机使抽气井内形成负压,使堆体内产生气体自行流向抽气井,将堆体内生物反应过程中生成的垃圾填埋气和未参与反应或过量的空气抽出;同时在堆体内形成微负压,使堆体外空气能通过气压差自补气井流入堆体中,形成气体循环(图1)。

通风系统设计的关键点在于通风量的确定、井间距的选择、井结构设计、以及管路系统的布设。

4.1通风量

目前利用微生物稳定化技术治理非正规垃圾场项目普遍采用的风量计算公式为:

其中:Q为填埋场总摘气量,m3/min;Qp:孔隙量,有6座进气井。此两种布置形式都可实现:当某个抽气井需要维修时,只要关闭其周围4个或6个进气井的进气口,其影响半径范围内填埋气可由其周围任意抽气井抽走,既保证了布气的均匀性又不会在堆体内形成死区。井字形布置比较适合采用“强制抽气十强制注气”的好氧工艺,梅花形布置比较适合采用“强制抽气十自动补气”的准好氧工艺。同样的影响半径下井字形布置的井位总数量少于梅花形布置,实际工程中可根据项目情况选择(图2、图3)。

4.3井结构设置

4.3.1 抽气并

抽气井直径一般为800 mm,井深为自场底向上1m或场底渗沥液液位以上1m至堆体顶部以上1 m。抽气井内置直径100 mm的HDPE管,自井底向上1m每间隔2m设置1段穿孔管.共没置2~3段。管外至井筒之间下部填充级配碎石,避免管道堵塞,上部由膨润土压实,避免漏气(图4)。

抽气井内同时设置温湿度传感器,传感器及导线设置于保护套管内。为保证井位沉降时管道不破裂,井口处外接抽气管采用一段软管连接。且为了避免主管道内吸入悬浮物堵塞风机,在抽气井出口处设置过滤装置,以在起始段保护管路及风机。

4.3.2注气井

注气井与抽气井结构类似,直径一般为800 mm,井深为自场底向上1m或场底渗沥液液位以上1m至堆体顶部以上1m(图5)。注气井内置直径100 mm的HDPE管,自井底向上1 m每间隔2 m设置1段穿孔管,共设置2~3段。管外至井筒之间下部填充级配碎石,避免管道堵塞,上部由膨润土压实,避免漏气。

4.3.3补气井

补气井结构较抽气井结构简单,直径一般为500mm,平井深为自场底向上1m或场底渗沥液液位以上1m至堆体顶部以上1m(图6)。井中心设置DN100的HDPE穿孔花管。花管一般距场顶2~3 m开始穿孔,管外至井边缘填充粒径级配碎石。井头设置开闭装置,可根据堆体内含氧量的要求控制补气强度。

另外,某些平原型填埋场渗沥液导排难度较大,可由部分补气井兼做抽水井。

4.4管路系统布设

管路布设是否合理对非正规垃圾场治理采用生物稳定化技术起着非常重要的作用,只有合理的管路布设才能保证抽气/布气的均匀性,不至于造成管路短路或某些区域管路损失过大。目前一般的布置形式为每根支管连接10~20座井,然后各支管汇至主管,最终接入风机。该布置方式将堆体内所有井位同时工作,由于支管较多,分区域控制难度较大。我认为管路布设需结合场地垃圾污染程度特征,尽量通过管路系统的布设实现分区域运行,经过3个项目的实践,我总结出两种管路布置形式。

4.4.1 分区域布设管路,区域控制

某些非正规垃圾填埋场填埋年限较长,区域填埋特征明显,垃圾的降解程度有所差别的场地,划分成几个区域,并将各区域编号。当然大多数非正规垃圾场没有详实的资料显示哪个区域是哪一年进行填埋的,但场地调查及地勘工作基本可对场地做出较准确的判断。可通过分析化验不同区域的BDM值判断是较为新鲜的垃圾还是陈腐时间较长的垃圾。

图7为已实施项目案例,该项目根据填埋时间将整个垃圾场划分为5个区域,每个区域内设置一座工作站,由设备区分别接出5根平行的主管接各工作站。该布置优点:①可对某个降解效果差的区域增大抽气(注气)量,或对某个降解效果较好的区域降低风量,以降低运行成本。②可将井内温湿度、气体浓度等监测数据全部传至本区域内设置的工作站中,现场运行人员只需在各站进行调节即可,無需像以往其他项目需要对堆体上上百口井逐一进行调节,本设置可节省人力,为后期的运营维护降低了成本。③该布置形式对于好氧及准好氧技术均适用。

4.4.2统一布设管路,集中控制

有些非正规垃圾场填埋年代久远,且无分区域填埋.全部混填,全场垃圾特征基本相同。图8为采用准好氧技术治理的项目案例,沿堆体顶部设置2条主管,6条支管,每条主管各负责间隔设置的3条支管,其中1条主管接大风量风机,另一条主管接小风量风机。大风量风机的主要作用是保证堆体内有足够的氧气以实现生物反应效果,小风量风机的主要作用是保证堆体内微负压,尽量使堆体内呈现好氧、厌氧、兼氧三种状态,以期微牛物降解效率最优。

该设置优点:既可保证生物反应对需氧量要求,又避免造成堆体内氧气过剩或不足,可使垃圾处于好氧、厌氧、兼氧三种状态.有机质降解的同时实现同步硝化一反硝化脱氮。

图9为采用好氧技术治理的项目案例,沿堆体顶部分别设置抽气主管及注气主管,每条主管负责8 -15座抽气(注气)井,通过强制通风使堆体内处于好氧状态,以进行生物反应。

该设置优点:通过在风机系统前段设置切换装置,可将堆体内的抽气系统和注气系统进行互换。

为了实现对堆体内两套管路系统实时切换的目的,在风机进口设置阀门转换器一台,可根据堆体内微生物反应情况对两套系统进行切换。对于好氧形式来说管路切换的目的为抽气井和注汽井功能的互换,对于准好氧形式来说管路切换的目的为大风量抽气和微负压实时切换。

准好氧形式的控制原理见图10。

控制说明:①C(堆体管路系统1)需要大风量抽气、D(堆体管路系统2)需要实现微负压功能时:控制节点l、4关闭,填埋场内气体经A口的3台抽气风机可经节点3由C口抽出,B口的1台抽气风机可经节点2由D口抽出。②C(堆体管路系统1)需要实现微负压功能、D(堆体管路系统2)需要大风量抽气时:控制节点2、3关闭,填埋场内气体经A口的3台抽气风机可经节点4由D口抽出,B口的1台抽气风机可经节点1由C口抽出。

5结论

通过对非正规垃圾填埋场微生物稳定化治理技术中通风量的确定、井间距的选择、井结构设计、以及管路系统的布设分析,对每个工段的计算或设置方式提出建议,为设计工作提供依据。