準好氧填埋場

準好氧填埋技術是在厭氧填埋的基礎上，把滲濾液收集管末端直接敞開，在填埋場內外溫度差的作用下，外界空氣可以進入垃圾層，使垃圾降解速度加快，達到垃圾快速降解的作用。

準好氧填埋可有效降低滲瀝液的污染物濃度，消除厭氧型生物反應器填埋場具有的氨積累問題，顯著加速垃圾體的降解，簡化了滲瀝液的處理工藝，提高了土地的利用率。

基本介紹

• 中文名：準好氧填埋場
• 外文名：semi-aerobic landfill
• 特點：好氧、厭氧相結合
• 優點：安全性較好、較衛生、費用較低等
• 機理：好氧有機物分解，厭氧重金屬截留
• 套用：生活垃圾填埋場等

概述

定義

準好氧填埋場的構造（見右圖）是在改良型厭氧衛生填埋的基礎上，不需鼓風設備，只需增大排氣、排水管徑，擴大排水和導氣空間，使排氣管與滲濾液收集管相通，使得排氣、進氣形成循環，在填埋地表層、集水管附近、立渠和排氣設施附近形成好氧狀態，從而擴大填埋層的好氧區域，促進有機物分解。而在空氣接近不了的填埋層中央部分等仍處於厭氧狀態，在厭氧狀態區域，部分有機物被分解，還原成硫化氫，垃圾中含有的鉻、汞、鉛等重金屬離子與硫化氫反應，生成不溶於水的硫化物，存留在填埋層中。這種好氧、厭氧相結合的填埋方式稱為準好氧填埋。

圖1準好氧填埋場構造示意

特性

準好氧性填埋與厭氧填埋結構相比，滲濾液收集管管徑較大，末端與大氣相通，在費用上與厭氧性填埋沒有大的差別；與好氧填埋結構相比，花管的孔眼並不是強制通風，而在有機物分解方面又不比好氧性填埋遜色。

與一般的填埋場相比，準好氧填埋場具有以下優點：①由於導氣系統比一般衛生填埋所用排氣管徑大，間距小，因此垃圾分解產生的氣體易於排出，填埋場安全性較好；②準好氧填埋為垃圾的降解提供了有利條件，因此垃圾分解較快，堆體穩定速度加快，便於填埋場地的穩定與修復；③準好氧填埋很好地控制了硫化氫等臭氣的產生，因此填埋場相對較衛生；④準好氧填埋垃圾所產生的滲濾液其COD_Cr、BOD、氨氮濃度比一般衛生填埋場低1.5～2倍，縮減了垃圾滲濾液處理費用；⑤其總的建沒投資費用、運營費用以及維護保養費用較低。

原理

穩定機理

圖2廢棄物模型

一般來說填埋場的穩定是指填埋場裡廢棄物的穩定，這種穩定對填埋構造能起到很大作用，而生物化學上的穩定是指生物分解作用基本完成後達到的穩定。被填埋的廢棄物含有大量的可被生物降解的有機物，在微生物的作用下，填埋場日趨穩定，廢棄物本身的性質，像強度等也逐漸減弱，在生物分解過程中，廢棄物的溫度(內溫)、水分、耗氧量等各種因素對分解速度與產物都有很大的影響。

這些因素中究竟哪個是關鍵因素，這就需要定量地討論各種因素在填埋場中的需要量問題。在填埋場中的廢棄物為各種雜亂物質無序的堆積，其形態複雜，大致模型如右圖。

準好氧填埋場的大致運行模式如下。在填埋廢棄物的空隙間，有大量的空氣和水分流通，這是準好氧填埋場的最大特徵，即在不藉助機械動力作用下，氧可以自然供給。廢棄物內層含有存在於氣體中的游離氧和存在於水中的溶解氧，水中溶解氧在降雨時得到部分補充，空氣中游離氧因空氣流入而得到供給。它與純好氧填埋不同，不是強制通風，而是靠構造自身的供氧能力，利用氣壓變化、水位變動、風量等自然現象以及廢棄物層內部氣體與外部氣體的密度差來供氧，即利用填埋層內部的各種生物反應以及其他反應產生的發酵熱，使內部氣體升溫，與外界氣體產生溫度差，由於這種溫度差而產生了密度差，使得空氣經滲濾液收集管進入填埋層，有利於好氧微生物繁殖生長，加快填埋層中有機物的分解，並降低滲濾液中污染物濃度。但離滲濾液收集管較遠的填埋層仍然處於厭氧狀態，部分有機物被分解，還原生成的硫離子與填埋層中的重金屬反應生成不溶於水的沉澱而存留在填埋層中。隨著時間的推移，好氫區域逐漸擴大。

根據以上模式，在氧的收支平衡上，需探討氣體和水的流動，由此引起的氧和熱的交換，以及由生物反應引起氧的消耗和產熱問題。由圖3可知，氣、液、固各相之間應考慮到氧熱交換，同時也需考慮到氣體和水在空隙的流動。

圖3廢棄物內熱物質移動

降解機理

右圖為準好氧填埋場中廢物降解過程。當廢物剛填入填埋場時，在廢物空隙中存在大量的好氧菌和兼氧菌，發生好氧發應，即A、B區，其主要存在於填埋場的底部和頂部，底部區域主要與氧氣的滲透能力、填埋場中的溫度、空隙等有關，而頂部區域則與覆土性質、空隙等有關。在填埋場的中部B、C區，兼氧菌和厭氧菌比較活躍。這些區域也很難嚴格定義，隨時間經常發生變化。

圖4準好氧填埋場中廢物降解過程

B、C區中的廢棄物在兼性厭氧菌的作用下，降解為有機酸和乙醇，部分溶解於滲濾液中被帶出，而留在廢棄物中的這部分在專性厭氧菌的作用下降解為甲烷氣和二氧化碳。A、B區在經過兼性好氧菌的作用後，在專性好氧菌的作用下，直接降解為二氧化碳和水。好氧菌的降解率比兼性菌和厭氧菌都快，所以在填埋場對廢棄物的自淨作用中，A、B區的貢獻更大。當然，廢棄物中不是所有物質都能有效地降解，這些物質一般認為與一些中間產物發生無機化學反應形成腐殖質，在填埋層中緩慢的降解，一些降解產物如腐質酸、富里酸等進入滲濾液，隨之排出。

套用實例

湖南省某縣生活垃圾衛生填埋場

該垃圾填埋場的設計規模為 200 t/d，占地面積約 13. 82 hm²，總庫容約為 328. 7 萬 m³，總服務年限為 32 a，填埋庫區分 2 期建設，其中一期 填埋庫容為 100. 35 萬 m³，服務年限為 12 a；二期填埋庫容為 228. 35 萬 m³，服務年限為 20 a。

湖南省某生活垃圾衛生填埋場場區基本結構

填埋場包括垃圾庫、垃圾壩、截洪溝、防滲設施、滲瀝液處理設施、填埋氣體導出設施、封場設施及輔助設施。其基本結構如圖所示。

準好氧填埋場結構

根據準好氧填埋原理，該填埋場與厭氧型填埋場在工程設計上的區別主要體現於填埋場庫底導排管溝和填埋氣體導流管管徑和數量方面。

庫底導排管溝

庫底導排管溝

庫底用導排管

庫底分別設定 2 條縱嚮導滲主盲溝及若干橫向支盲溝。主盲溝沿東北-西南方向設定，總長約 640 m，2 條主盲溝間距 40 m， 由中間坡向兩側，坡度為 2. 0%；支盲溝每間隔 40 m 距離布設，與縱溝交錯相連，總長 660 m， 坡度為 2. 0%；穿壩處導出管總長為 100 m，坡度 為 2. 0%。主盲溝中鋪設 DN450 mmHDPE 多孔管作導流主管，支盲溝中設定 DN355 mmHDPE 多孔管作導流支管，與導流主管相接，垃圾壩內設定 DN500 mm HDPE 管作為滲瀝液導出管，與主導流管相接，形成排滲導流管網，並將場內滲瀝液引入調節池中。

多功能排氣導排設施

為保證垃圾填埋體的安全與穩定，必須及時、 可靠和有效地排除垃圾填埋體內不斷產生的填埋氣體（LFG）。LFG 的集排方式大致有豎井和水平井 2 種。豎井結構簡單，集氣率高，材料耗量少， 投資低，密封性能好，被大多垃圾填埋場所採用。水平井容易受垃圾體的不均勻沉降而破壞，一般不單獨使用。根據本填埋場的具體情況，設計採用豎嚮導氣石籠集排方式。 導氣石籠按 40～50 m 間距、呈正等邊三角形均勻布置，每個集氣井的收集面積約 3 700 m²， 整個填埋場共布設 63 個集氣井，其中：一期設定 35 個，二期設定 28 個。石籠中置入 DN160 mm HDPE 多孔管作排滲導氣管，並儘可能與場底滲瀝液導流管相連線，以便將空氣引入填埋體中， 同時將填埋體中的滲瀝液引入場底。多功能排滲 導氣管總長約 2 900 m，其中一期工程排滲導氣 管長度為 1 500 m，二期長度 1 400 m。 導氣石籠由多孔收集管、土工格柵和礫石組成。多孔收集管垂直安裝在 Φ1 000 mm 的豎井中，豎井外圍設定土工格柵，土工格柵與收集管之間填充有不同級配的礫石，以提高透氣性能和增加吸收面積。