輸氧抽氣技術(shù)在非正規(guī)垃圾填埋場治理中的應(yīng)用

朱遠(yuǎn)超

（北京市環(huán)境衛(wèi)生設(shè)計(jì)科學(xué)研究所，北京100028）

輸氧抽氣技術(shù)在非正規(guī)垃圾填埋場治理中的應(yīng)用

朱遠(yuǎn)超

（北京市環(huán)境衛(wèi)生設(shè)計(jì)科學(xué)研究所，北京100028）

基于好氧反應(yīng)原理，分析輸氧抽氣技術(shù)的影響因素，界定其在非正規(guī)垃圾填埋場治理中的適用性條件。通過昌平區(qū)非正規(guī)垃圾填埋場治理的工程實(shí)例，探討該技術(shù)作為非正規(guī)垃圾填埋場治理工藝的優(yōu)點(diǎn)。

非正規(guī)垃圾填埋場；輸氧抽氣；影響因素；工程應(yīng)用

1 輸氧抽氣技術(shù)原理

輸氧抽氣治理技術(shù)是在好氧條件下通過生物降解治理生活垃圾的一種技術(shù)。其基本原理是將垃圾填埋場視同于一個(gè)大型生物反應(yīng)器，利用高壓風(fēng)機(jī)通過管道和注氣井，向垃圾填埋堆體注入空氣，使垃圾中氧氣的含量不低于空氣中氧氣含量的80%，將垃圾填埋場中原來的厭氧條件轉(zhuǎn)變?yōu)楹醚鯒l件。在好氧條件下，為了提高垃圾中有機(jī)物的反應(yīng)速度，通過人為控制包括含水率、營養(yǎng)物和溫度等影響因子，為垃圾分解提供一個(gè)良好的反應(yīng)環(huán)境。堆體中發(fā)生以好氧為主的生物、物理、化學(xué)反應(yīng)，使垃圾中的可降解有機(jī)物快速降解，從而使垃圾較快達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，原理概念如圖1。

圖1 輸氧抽氣原理

在治理過程中，垃圾滲瀝液通過回灌填埋堆體方式，為好氧微生物提供營養(yǎng)，反應(yīng)產(chǎn)生的氣體主要是二氧化碳。治理結(jié)束后，無污染環(huán)境的氣體和滲瀝液產(chǎn)生，對環(huán)境不產(chǎn)生危害。

2 輸氧抽氣技術(shù)影響因子分析

2.1 填埋垃圾堆體因素

1）垃圾堆體可降解有機(jī)物的含量。采用輸氧抽氣技術(shù)治理垃圾堆體，要求垃圾堆體可降解有機(jī)物的含量利于好氧降解的發(fā)生。當(dāng)垃圾填埋場可降解有機(jī)物的含量為20%～80%時(shí)，可以較好地實(shí)現(xiàn)好氧降解過程。當(dāng)垃圾堆體填埋封場年限時(shí)間較長，趨于穩(wěn)定化，可降解有機(jī)物的含量低于20%時(shí)，難以維持好氧降解反應(yīng)。

2）垃圾堆體組分。垃圾一般分為生活垃圾和建筑垃圾，按物理成分分類一般由灰土、磚瓦、紙類、廚余、塑料、織物、玻璃、金屬和木竹等組成。不同地區(qū)、不同季節(jié)垃圾填埋場的垃圾組分不同。農(nóng)村地區(qū)生活垃圾含有較高灰土量，因此其可生化性較城市地區(qū)生活垃圾低。生活垃圾由于廚余垃圾含量較高，較建筑垃圾可生化性高。

3）垃圾堆體含水率。對于輸氧抽氣技術(shù)治理的垃圾堆體，通過滲瀝液回灌方式控制垃圾堆體的含水率，水是好氧微生物新陳代謝必不可少的條件。含水率過低使得微生物活性較低，有機(jī)物降解效果差。含水率過高使得垃圾空隙中空氣流通變差，不利于好氧環(huán)境的形成。實(shí)踐表明，好氧降解的最佳含水率為40%～50%［1］。

4）氧氣濃度。好氧環(huán)境是好氧微生物降解有機(jī)物的必要條件。氧氣通過輸氣井管道進(jìn)入垃圾堆體，并由監(jiān)測井監(jiān)測其濃度。一般情況下，將垃圾填埋場中氧氣濃度控制在16%～21%。供氧濃度監(jiān)測值較高時(shí)，自控系統(tǒng)自動降低輸氧氣量；供氧濃度監(jiān)測值較低供氧不足時(shí)，好氧微生物生長受到抑制，自控系統(tǒng)將自動提升輸氧氣量，避免好氧反應(yīng)轉(zhuǎn)向兼氧反應(yīng)和厭氧反應(yīng)情況的發(fā)生。

5）垃圾堆體溫度及pH。垃圾填埋場好氧降解的最佳溫度為40～60℃，一般是通過空氣注入和氣體抽取方式對填埋垃圾體溫度進(jìn)行控制。垃圾填埋場好氧降解的最佳pH為6.5～7.5。隨著反應(yīng)的進(jìn)行，pH會逐步上升，最高可達(dá)8.5。

6）垃圾的空氣滲透率。應(yīng)用輸氧抽氣好氧降解技術(shù)加速垃圾填埋場穩(wěn)定化，一般是通過空氣注入系統(tǒng)對填埋垃圾體進(jìn)行供氧，通過氣體抽取和排放系統(tǒng)將反應(yīng)產(chǎn)生的氣體抽出垃圾填埋場并排放出去。因此，要求垃圾堆體有一定的孔隙率，即具有一定的空氣滲透率。

2.2 填埋場所處地質(zhì)條件

2.2.1 地形條件

輸氧抽氣治理技術(shù)在地形坡度變化較大（坡度＞15°）的填埋場因長時(shí)間回灌滲瀝液和有機(jī)物快速降解，可能導(dǎo)致垃圾堆體失穩(wěn)引發(fā)滑坡地質(zhì)災(zāi)害，因此輸氧抽氣治理技術(shù)適宜在地形比較平坦的填埋場進(jìn)行。

2.2.2 水文地質(zhì)條件

輸氧抽氣治理技術(shù)在實(shí)施過程中通過滲瀝液回灌和注水方式，使垃圾填埋場中垃圾的含水率達(dá)到好氧降解反應(yīng)的要求，因此對于垃圾底部土（巖）層為透水性較強(qiáng)的砂卵礫石層（或裂隙發(fā)育的巖層）的垃圾填埋場，如在填埋場周邊不采取相應(yīng)防滲措施，實(shí)施輸氧抽氣治理技術(shù)易造成回灌滲瀝液對地下水的污染。

輸氧抽氣治理技術(shù)在實(shí)施過程中通過高壓風(fēng)機(jī)向垃圾填埋場中注入空氣，使空氣中的氧與垃圾發(fā)生好氧反應(yīng)，因此對于地下水位埋藏較淺、滲瀝液水頭較高或垃圾體處于完全浸泡的填埋場，不宜采用輸氧抽氣治理技術(shù)。因?yàn)槔w大部空隙被水充滿，注入的空氣無法流通，不能提供好氧降解反應(yīng)的環(huán)境。

2.3 非正規(guī)垃圾填埋場輸氧抽氣技術(shù)適用性條件界定

根據(jù)輸氧抽氣技術(shù)影響因子分析，適合輸氧抽氣技術(shù)在非正規(guī)垃圾填埋場適用性的條件為：填埋垃圾可降解有機(jī)質(zhì)含量在20%～80%；垃圾含水率在40%～50%；填埋垃圾pH在6.5～7.5；填埋垃圾氧氣濃度在16%～21%；填埋垃圾氣體滲透系數(shù)為10-7～10-5m2·Pa-1·s-1、固有滲透系數(shù)為10-12～10-10m2［2］；平原型、地下水位埋藏較深，且垃圾體下伏土層為滲透性差、厚度大于1.5 m的黏性土層的非正規(guī)垃圾填埋場。

對于含水率低于40%、氧氣濃度低于16%的垃圾填埋場可通過輸氧抽氣技術(shù)注入空氣、回灌滲瀝液或液體使含水率、氧氣濃度達(dá)到好氧降解反應(yīng)的要求。

3 應(yīng)用工程實(shí)例

3.1 工程概況

昌平區(qū)南邵鎮(zhèn)營坊村西非正規(guī)垃圾填埋場位于北京城區(qū)北部、昌平區(qū)南邵鎮(zhèn)，地處十三陵水庫下游，京密引水渠北側(cè)。該非正規(guī)垃圾填埋場區(qū)域占地面積為1.58×105m2，垃圾總體量為1.2× 106m3。垃圾填埋風(fēng)險(xiǎn)等級為A級［3］，治理工程總投資10 731萬元。

3.2 治理工藝路線

該非正規(guī)垃圾填埋場依據(jù)垃圾填埋年限長短，分為2個(gè)區(qū)域。其中一區(qū)位于填埋場西側(cè)，主要填埋生活垃圾和建筑渣土，封場時(shí)間較長；二區(qū)位于填埋場東側(cè)，主要填埋生活垃圾，封場時(shí)間較短。

經(jīng)對堆體垃圾物理成分及有機(jī)質(zhì)含量（表1）的檢測和對垃圾堆體產(chǎn)氣組分的測量（表2）可知：一區(qū)堆體垃圾有機(jī)質(zhì)含量、沼氣產(chǎn)量較低，已基本實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定化，可直接對生活垃圾填埋區(qū)域進(jìn)行開挖并進(jìn)行機(jī)械篩分治理。二區(qū)堆體垃圾有機(jī)質(zhì)含量、沼氣產(chǎn)量較高，可采用輸氧抽氣工藝，加速堆體穩(wěn)定，再進(jìn)行開挖篩分治理。生活垃圾篩分后粒徑≥20 mm的碎石原位回填，篩上輕質(zhì)物進(jìn)行資源化處理，篩下腐殖土用作園林綠化用土。工藝流程如圖2所示。

表1 垃圾物理成分及有機(jī)質(zhì)含量%

表2 垃圾堆體產(chǎn)氣組分%

圖2 治理工藝流程

3.3 小結(jié)

單獨(dú)采用輸氧抽氣技術(shù)治理已經(jīng)封場的非正規(guī)垃圾填埋場，一般處理垃圾時(shí)間為2～4 a，填埋垃圾可達(dá)到穩(wěn)定化程度，處理后的垃圾中仍有少量的有機(jī)質(zhì)，治理工程費(fèi)用較高。

本工程采用輸氧抽氣與開挖篩分聯(lián)合治理技術(shù)治理非正規(guī)垃圾填埋場。對于采取開挖篩分治理技術(shù)的非正規(guī)垃圾填埋場，如果沼氣含量過高，滲瀝液含量過大，實(shí)施垃圾直接開挖會對施工和現(xiàn)場帶來安全隱患，且不利于篩分工程的順利開展。因此在進(jìn)行開挖篩分治理工程前需采取輸氧抽氣工程進(jìn)行預(yù)處理，以加快垃圾降解速度，顯著降低甲烷和惡臭氣體濃度，規(guī)避后續(xù)開挖施工的安全風(fēng)險(xiǎn)，減小臭氣對周邊環(huán)境的影響，降低滲瀝液水頭及垃圾體的含水率，在一定程度上實(shí)現(xiàn)垃圾的減量化。該工藝實(shí)施周期較短，通常為1 a左右。

4 結(jié)論

目前，輸氧抽氣技術(shù)在垃圾填埋場治理中的試驗(yàn)研究在穩(wěn)步開展［4］，但是采用該工藝應(yīng)用于非正規(guī)垃圾填埋場治理的研究相對較少。鑒于輸氧抽氣技術(shù)具有原位治理、治理周期短、無二次污染等特點(diǎn)［5］，同時(shí)也可作為非正規(guī)垃圾填埋場開挖篩分治理的預(yù)處理工藝，因此開展對輸氧抽氣技術(shù)應(yīng)用于非正規(guī)垃圾填埋場治理的研究具有現(xiàn)實(shí)意義。

本工程實(shí)例的成功實(shí)踐表明，對于類似的非正規(guī)填埋場進(jìn)行治理時(shí)，可以選用輸氧抽氣技術(shù)，使堆體垃圾有機(jī)質(zhì)快速降解，縮短治理周期。

［1］邵靖邦，唐嶸，闞霏，等.好氧降解加速垃圾填埋場穩(wěn)定化技術(shù)［C］.礦化垃圾資源化利用與填埋場綠化技術(shù)研討會論文集，2011.

［2］魏海云，詹良通，陳云敏.城市生活垃圾的氣體滲透性試驗(yàn)研究［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2007，26（7）：1408-1415.

［3］吳文偉，蘇昭輝，王峰，等.非正規(guī)垃圾填埋場危害風(fēng)險(xiǎn)評估與治理［J］.環(huán)境衛(wèi)生工程，2013，21（5）：11-14.

［4］周宏磊，王玉，王澎，等.輸氧抽氣技術(shù)在垃圾填埋場治理中的關(guān)鍵參數(shù)試驗(yàn)研究［J］.環(huán)境工程，2015，23（5）：126-130.

［5］屈志紅，邢軍，郭靜.城市非正規(guī)垃圾填埋場環(huán)保治理技術(shù)：抽氣輸氧曝氣法［J］.城市管理與科技，2009，11（1）：54-55.

Aerobic Bioreactor Technology Applying in Denormal Waste Landfill Sites

Zhu Yuanchao
（Beijing Environmental Sanitation Engineering Research Institute，Beijing100028）

Through analyzing the influencing factors of aerobic bioreactor technology，we defined the condition of the technology applying in denormal waste landfill sites，based on the aerobic reaction principle.With a project case of denormal waste landfill site in Changping District，itsadvantagesasa treatment processin denormal waste landfill siteswere discussed.

denormal waste landfill site；aerobic bioreactor technology；influencing factors；engineering application

X705

B

1005-8206（2017）04-0110-03

朱遠(yuǎn)超（1987—），工程師，主要從事環(huán)境衛(wèi)生技術(shù)研究與環(huán)境衛(wèi)生工程設(shè)計(jì)工作。

2016-09-28