准好氧填埋在旱寒地区工程化试验_蒲红霞.pdf

准好氧填埋在旱寒地区工程化试验*蒲红霞1，邵立明2，张根升1，贺实月1，张旭晨1，何品晶2（1.天津建昌环保股份有限公司，天津300202；2.同济大学 固体废物处理与资源化研究所，上海200092）【摘要】为探索旱寒地区生活垃圾填埋场渗滤液和填埋气等二次污染物原位削减的可行技术，在西北某填埋场建设了准好氧填埋工程示范，配合渗滤液回灌、填埋气主动负压收集和生物覆盖层过滤处理的工程措施，同时建设传统的厌氧填埋场作为对照组。示范填埋设计规模为 20 t/d，共计运行 188 d，总填埋量 3 849.84 t。运行过程中 18个填埋堆体气体采样器测试结果表明，氧气浓度平均为 6.7%；填埋初期和作业期终止时，本工程渗滤液 CODCr的浓度与对照组厌氧填埋场渗滤液 CODCr浓度的比值分别为 1.79 和 0.41，总氮浓度比值分别为 2.61 和 0.93；作业期各导气井填埋气 CH4浓度均值为 20.11%，填埋结束后 21 周为 31.96%，主动收集气体的 CH4浓度均值为 18.25%，生物过滤后可降至 3.43%。以上表明，本工程示范的导气井-导排管-导气井填埋堆体通风通道设计，可形成堆体准好氧环境，在旱寒地区生活垃圾填埋场应用，具有原位削减渗滤液和填埋气环境负荷的作用。【关键词】准好氧填埋；旱寒地区；工程化试验；原位削减中图分类号：X799.3文献标识码：A文章编号：1005-8206（2023）02-0008-07DOI：10.19841/ki.hjwsgc.2023.02.002Practical Application Research of Semi-aerobic Landfill in Arid and Cold RegionsPU Hongxia1，SHAO Liming2，ZHANG Gensheng1，HE Shiyue1，ZHANG Xuchen1，HE Pinjing2（1.Tianjin JC Environmental Services Co.Ltd.，Tianjin300202；Institute of Waste Treatment and Reclamation，TongjiUniversity，Shanghai200092）【Abstract】In order to explore feasible technology for in situ reduction of secondary pollutants such as leachate andlandfill gas from domestic waste landfills in arid and cold regions.The semi-aerobic landfill project demonstration was built ina landfill in the northwest region，with engineering measures of leachate recharge，as well as active negative pressurecollection of landfill gas and biological cover filtration treatment.At the same time，traditional anaerobic landfill wasconstructed as the control group.The design scale of the demonstration landfill was 20 t/d，with a total of 188 days ofoperation and a total landfill volume of 3 849.84 tons.The results of the 18 samplers indicated that the average oxygenconcentration was 6.7%.In this project and in anaerobic landfill in control group，the ratios of CODCrconcentration ofleachate were 1.79 and 0.41，the ratios of TN were 2.61 and 0.93，respectively，at the initial stage of landfill and the end ofthe operation period.The average methane concentration was 20.11%in each gas guide well during landfill operations，whileit was 31.96%after 21 weeks when landfill was over，18.25%with the blower collected gas，and decreased to 3.43%afterbiofiltration.The above showed that semi-aerobic environment had been formed with the design of the ventilation channel ofthe landfill body of the gas guide well，drainage pipe and gas guide well，which could be used in the domestic waste landfill inarid and cold regions，and it had the effect of reducing the environmental load of leachate and landfill gas in situ.【Key words】semi-aerobic landfill；arid and cold regions；practical application research；in situ reduction1引言准好氧填埋技术的发展源自日本，1975 年建立了第 1 座准好氧填埋场，主要原理是利用填埋体内外温差1，使氧气通过末端敞开于大气的渗滤液收集管道进入垃圾层内部2，根据有关研究成果1，此温差会加快导气井内的气体流动，从而促进气体交换。由于导气井、渗滤液导排管和大气相连通，堆体内消耗氧气后，堆体内的氧气浓度显著低于堆体外，因此大气中的空气可对其有效补充，实现强化自然通风，使填埋体处于厌氧-缺氧-好氧的混合代谢环境，既能加速填埋垃圾的稳定化，也能通过渗滤液循环回灌去除渗滤*基金项目：国家重点研发计划项目（2018YFD1100600）收稿日期：2022-09-21；录用日期：2023-02-06第 31 卷第 2 期2023年4月环境卫生工程Environmental Sanitation EngineeringVol.31 No.2Apr.2023液中 COD、总氮污染物3-4。但是准好氧填埋气的CH4含量不符合利用要求，需要通过 CH4处理达到减排的目的，比较适合填埋气利用价值低的小规模填埋场5-6。准好氧填埋技术在日本、韩国、马来西亚、巴西等国家得到应用7。在我国旱寒地区（指全年降雨量低于 400 mm、蒸发量大于1 200 mm，12 月至次年 2 月平均气温低于 0 的地区），生活垃圾含水率相对较低8，填埋场渗滤液产生量低9，具有实施准好氧填埋的有利技术条件10。国内外学者对于准好氧填埋场技术作了研究。有学者通过构建准好氧填埋试验装置，评估认为当氧气浓度0.5%时，视为好氧反应区11-12。与厌氧填埋场相比，准好氧填埋体不同阶段填埋气中的 CH4含量均较低5，准好氧填埋场中的有机物大部分会以 CO2和 N2的形式转入气相，而厌氧填埋场中的有机物则会大部分转入渗滤液中13。相比于传统的厌氧生活垃圾填埋场，准好氧填埋场渗滤液污染物负荷更低、有机物降解更快，COD、氨氮、总氮等污染物浓度下降速率高于厌氧填埋场10，14-15。渗滤液循环回灌又可提高好氧微生物的数量和活性，同时补充碳源，更易促进硝化和反硝化过程，实现渗滤液脱氮16-17。但是，我国既有研究大多为实验室规模，仅在九江、长沙、广州、廊坊等填埋场进行了中试研究5，进展局限于技术机理方面的探索，而对于工程化的准好氧填埋场的建设和运行却鲜有报道。本研究开展现场工程化试验，研究旱寒地区准好氧生活垃圾填埋场的运行效果，及其对于渗滤液和填埋气等二次污染衍生物的原位削减和控制作用，结果对于工程界具有借鉴意义。2材料与方法2.1工程设计与运行工程示范在西北地区某生活垃圾卫生填埋场实施，该地多年平均年降雨量 245.9 mm、蒸发量1 880 mm18，月平均气温最高 28.3、最低-15（数据来源于国家气象科学数据中心 http：/ 1 300 m2；运行时间为2021 年 8 月 16 日至 2022 年 4 月 8 日，累计填埋量 3 849.84 t，垃圾填埋堆体的平均厚度为 3.5 m，达到设计高度后，在堆体顶部利用厚度为 0.5 m 的黄土压实后作为覆盖层。同时设置同等占地面积、设计日处理规模、运行时间、填埋高度和覆盖层均相同的传统厌氧填埋场作为对照。工程示范库区的防渗和渗滤液导排设计符合GB 168892008 生活垃圾填埋场污染控制标准的规定。强化堆体通风设计为：设置 7 座导气井（图1），分布密度达到 185 m2/座，其中，3 座（#5#7）导气石笼直径 1 000 mm，其余为 600 mm；5 座导气井（#1#5）底部与渗滤液收集管道直接连通，渗滤液收集主/支管道管径均为 400 mm，为堆体自然通风提供通道。填埋气控制措施为：在覆盖后对#6 导气井负压集气（风量 660 m3/h，分压-30 kPa），气体经生活垃圾焚烧炉渣、发酵牛粪和锯末构成的生物滤层过滤排放；对照组设置 2座导气井，直径 1 000 mm，未与渗滤液收集管道连通，渗滤液收集主/支管道管径为 400/250 mm。渗滤液控制措施为：在垃圾堆体和土质覆盖层间设置水平回灌管，将调节池中的渗滤液回灌至填埋堆体，渗滤液回灌量设置为 20 m3/d；对照组设置同等的渗滤液回灌设施和回灌量。填埋运行和现场监测进度安排见表 1（以首日填埋时间为第 1天计）。图 1填埋库区和调节池平面布置（AF：氧气浓度采样点）Figure 1Layout plan of landfill reservoir area and adjustmenttank（AF：Samplers position of oxygen concentration）分区坝#5 导气井#1 导气井#2 导气井填埋区#6 导气井#3 导气井#7 导气井#4 导气井调节池FDBACE蒲红霞，等.准好氧填埋在旱寒地区工程化试验 9环境卫生工程2023 年 4 月第 31 卷第 2 期2.2采样与测试方法2.2.1温度测试1）导气井内温度测试方法：在导气井内 2.5 m深度处预埋温度传感器（型号：FM-TW），读取传感器数据。2）环境温度：在填埋场空旷位置安装气象站（型号：HQZDZ-8），测试当地环境温度。2.2.2气体采样与测试方法1）氧气浓度测试：氧气浓度采用采样器取样测试方法，采样点位（AF）见图 1，另在厌氧填埋库区设置采样点作为对照（S0）；各点位采样器插入堆体的深度分别为 1.3、1.7、2.1 m，采样器导管与检测设备连接便携式填埋气检测仪（Biogas5000），测定氧气浓度。各采样点与最近 2 个导气井之间的间距见表 2，间距代表从导气井向采样点（堆体）传递氧气的阻力，最近和次近井构成并联通道，总阻力可参照并联电路电阻公式，以调和平均值计量。表 2采样器与导气井间距Table 2Distanc