專利名稱：一種循環回灌與人工濕地聯用的滲濾液處理方法及其設施的制作方法
技術領域：
本發明屬于環境保護、污水處理技術領域，具體涉及一種生活垃圾填埋場滲濾液處理方法及其設施。
背景技術：
垃圾滲濾液是垃圾填埋過程產生的二次污染，是一種成分復雜的高濃度有機廢水，主要來源于降水和填埋廢物本身的內含水，其對環境的污染是填埋場最主要的環境問題之一。它可以污染水體、土壤、大氣等，使地面水體缺氧、水質惡化、富營養化，威脅飲用水和工農業用水水源，使地下水喪失利用價值，有機污染物進入食物鏈將直接威脅人類健康。
隨著人們對填埋場滲濾液問題的逐漸重視，各種滲濾液處理方法得到廣泛的發展。常用的滲濾液處理方法一般包括物化法、生化法和土地法。
物化法一般作為預處理或深度處理而為滲濾液的達標排放和生物處理系統有效運行創造良好的條件。物化處理一般不受滲濾液水質水量的影響，出水水質比較穩定，尤其是對BOD/COD比值較低(0.07～0.20)，難以生化處理的滲濾液，有較好的處理效果，當COD濃度為2000～4000mgL-1時，物化法的COD去除率一般可達到50％～80％。但物化處理技術針對性太強，處理效果單一，且成本高，不適于大量滲濾液的處理。
生化法包括好氧處理、厭氧處理及兩者結合處理的方法，它具有處理效果好、操作簡單、投資及運行成本低等優點，適合于處理生化性較好的滲濾液。但生化法很難去除那些已降解的較小相對分子質量的有機成分，其出水COD很難降低到國家標準以下。而其生化法在處理滲濾液的過程中最嚴重的缺陷在于，對于BOD/COD比值較小的“老”齡滲濾液幾乎沒有處理效果。
土地法主要通過土壤顆粒的過濾、離子交換、吸附和沉淀等作用去除濾液中懸浮固體，并將可溶解成分固定在顆粒上。同時通過土壤中的微生物使滲濾液中的有機物和氮進行轉化和穩定，通過蒸騰作用減少滲濾液的量。目前用于垃圾滲濾液處理的土地法主要有回灌法和人工濕地法。但土地法一般占地面積較大。
垃圾滲濾液水質水量變化大、營養元素比例失調、氨氮含量等特點造成其處理難度大，實現其經濟有效處理是仍然是垃圾填埋處理技術中一個研究的熱點和難點。
發明內容
本發明的目地在于克服上述現有技術的不足，提供一種成本投入低，處理效果好，操作簡單，運行維護費用低，適應于各種填埋齡的滲濾液，且具景觀修復功能的垃圾滲濾液處理方法及其設施。
為解決上述問題，本發明采用以下技術方案一種循環回灌與人工濕地聯用的滲濾液處理方法，包括以下步驟a.使垃圾滲濾液經格柵井去除部分粒徑較大的懸浮物和雜物；b.將上述經處理過的垃圾滲濾液集中于調節池第一格中去除一部分沙粒和懸浮物；c.使上述調節池第一格中一部分垃圾滲濾液通過滲濾液回灌系統回灌至垃圾填埋場，另一部分經過調節池第二格和調節池第三格的預處理后灌入人工濕地系統進行處理，出水達標后排放。污水在調節池中的總停留時間為15～30天。
所述垃圾滲濾液通過滲濾液回灌系統回灌至垃圾填埋場的具體步驟為1)用滲濾液回灌提升泵將調節池第一格中的垃圾滲濾液提升至布水泵房；2)通過高密度聚乙烯(HDPE)管將上述布水泵房中的垃圾滲濾液輸入回灌井中并由回灌井兩側的回灌溝將其回灌至垃圾填埋場中；3)通過填埋場底部的滲濾液收集管道將上述垃圾填埋場的垃圾滲濾液集中至調節池，回灌頻率為1～2次/d，回灌水力負荷為0.01～0.1m3/m2.d。
所述調節池第二格池底潛水型曝氣機進行不間斷曝氣，單臺作用范圍4～8m；第三格池底設置的污泥泵定期排泥，第三格池底提升泵將垃圾滲濾液輸送至人工濕地系統的配水井。所述人工濕地系統單元水力停留時間6～12小時；平均氣溫高于15℃時，水力負荷10～15L/m2.d；平均氣溫4～15℃時，水力負荷5～10L/m2.d；平均氣溫低于4℃時或當日降雨量為4～15mm時，水力負荷3～5L/m2.d；當日降雨量大于15mm時，停止進水。
一種實現上述滲濾液處理方法的滲濾液處理設施，包括格柵井、置于格柵井之后的調節池、循環回灌系統和人工濕地系統，調節池被功能優化成三格，形成缺氧—好氧—缺氧的功能模式。格柵井內設回轉式格柵一臺，格柵井出水口直接與調節池的第一格相連。
所述調節池第一格有效容積為調節池總有效容積的60％～80％，第二格和第三格有效容積相同，第一格內設置滲濾液回灌提升泵一臺，在第二格池底設置1～4臺潛水型曝氣機，在第三格池底設置污泥泵和提升泵一臺。所述循環回灌系統依次包括布水泵房、通過HDPE管與布水泵房相連的回灌井和回灌井兩側的回灌溝。每隔40～50m設置回灌井，回灌井左右各設計一條回灌溝，回灌溝結構為中間是穿孔配水管，四周填充級配碎石，上覆一層壓實粘土層。
所述人工濕地系統根據地形將其劃分為不同形狀和面積的人工濕地單元，單元與單元之間根據實際需要進行串聯和并聯，人工濕地單元長度為20～50m，長∶寬＝1～3∶1，配水井出水口與人工濕地單元的布水管相連，冬季當濕地植物枯萎后在人工濕地單元表面覆蓋0.1～0.5mm厚的聚乙烯薄膜，所述濕地植物為挺水植物。當人工濕地單元位于填埋場最終覆蓋層時，直接利用填埋場最終覆蓋層的場地構建人工濕地單元，在垃圾層以上自下而上分別布置粘土層、HDPE防滲膜密封層、合成材料導流層、填土層、植被層，在人工濕地單元前端設置穿孔布水管；當人工濕地單元位于填埋區域以外時，首先對地面進行平整，然后鋪設砂石導流層，該層內鋪設有穿孔導流管，砂石導流層上覆粘土層，平整后覆蓋HDPE防滲膜密封層，膜上依次為砂石層、填土層和植被層，在人工濕地單元前端設置穿孔布水管，布水管高出植被層。
所述人工濕地單元位于填埋場最終覆蓋層時，粘土層厚度為0.2～0.3m、HDPE防滲膜密封層厚≥1mm、合成材料導流層厚度為0.2～0.3m、填土層厚度≥0.3m、植被層厚度≥0.3m，穿孔布水管長3～5m，布水管高出植被層0.3～0.6m；所述人工濕地單元位于填埋區域以外時，地面平整坡度為1％～2％，砂石導流層厚度為0.2m，砂石直徑≤1cm，砂石導流層內間隔10m鋪設一條穿孔布水管，砂石導流層上粘土層厚0.2m，HDPE防滲膜密封層厚1mm，防滲膜上砂石層厚0.2m，填土層和植被層厚度均不小于0.3m，穿孔布水管長約3～5m，布水管高出植被層0.3～0.6m。
所述的人工濕地單元植被層所種植的植物主要為蘆葦、茭草、旱傘竹、香蒲、美人蕉、黃竹草、水蔥、水莎草及燈芯草等挺水植物。同一單元內栽種同種植物，但不同的單元內需根據景觀需要和污水特征栽種不同植物，并定期對植物進行收割。
本發明的優點是1.本發明將污水處理技術與景觀修復技術有機的結合，在將滲濾液處理達到國家一級排放標準(GB16889-1997)的同時，對垃圾填埋場進行了景觀修復。
2.本發明具有減少滲濾液排放量的作用，滲濾液回灌系統及人工濕地系統都能以截留和蒸發作用的方式較大幅度的減少滲濾液的總量。
3.本發明的調節池經過功能優化，在積蓄滲濾液的同時能夠對滲濾液進行初步處理，減輕了人工濕地系統的負荷壓力。
4.本發明適應于任何填埋齡的滲濾液處理，并且隨著填埋場使用年限的增長，所獲得的人工濕地的建設面積也就越大，滲濾液的處理能力也隨之逐漸提高。
5.本發明的實施成本低，尤其是填埋場進行分區填埋及分區最終覆蓋時，人工濕地的構建直接利用最終覆蓋層的結構，僅需對濕地單元進行分隔并增加相應的輸水和布水設施。
6.本發明能加速垃圾分解，加快垃圾穩定化過程，提高垃圾的產甲烷速率和產甲烷量。
7.本發明不但不需要外加物質和能源進行水質調節，而且使得滲濾液中的水分、氮素及有機物質為植物所利用，轉化為具有可再資源化的生物材料。
圖1為本發明的工藝流程圖；圖2為本發明的調節池示意圖；圖3為本發明的循環回灌系統示意圖；圖4為本發明的回灌溝剖面示意圖；圖5為本發明的位于填埋場最終覆蓋層的人工濕地單元剖面示意圖；圖6為本發明的位于填埋場區域以外的人工濕地單元剖面示意圖。
附圖中的標號說明如下1、調節池第一格2、調節池第二格 3、調節池第三格4、滲濾液回灌提升泵5、潛水型曝氣機 6、污泥泵7、提升泵 8、格柵井 9、滲濾液收集管道10、回灌井 11、固體垃圾12、布水泵房13、壓實粘土 14、級配碎石15、穿孔配水管16、穿孔布水管 17、植被層 18、填土層19、合成材料導流層 20、HDPE防滲膜密封層21、粘土層22、垃圾層 23、出水管 24、砂石層25、砂石導流層上粘土層 26、砂石導流層 27、穿孔導流管具體實施方式
本發明實施例工藝流程如圖1所示。
實施例1某新建填埋場，格柵井8(如圖3所示)設置于調節池北側西北角，尺寸為長×寬＝2000mm×700mm，有效水深1.95m。內設回轉式機械格柵1臺，有效柵寬0.7m，配電機功率1.2kW，格柵井南端開孔300mm×300mm與調節池相連。
如圖2所示，調節池有效容積3600m3，有效水深3m。調節池第一格1尺寸長×寬＝36m×25m，調節池第二格2與第三格3尺寸均為長×寬＝12m×25m，調節池總水力停留時間為20天。在第二格內設置潛水型曝氣機5兩臺進行不間斷曝氣，單臺作用范圍5m，配電機功率3.7kW。在第三格池底設置污泥泵6一臺(流量12.5m3/h，揚程9m，配電機功率0.75kW)，定期排泥，并設置提升泵7一臺(流量12.5m3/h，揚程20m，配電機功率2kW)，將滲濾液輸送至人工濕地系統的配水井，配水井出水口連接人工濕地單元的穿孔布水管16(如圖5所示)。
調節池第一格中的滲濾液經循環回灌系統回灌至垃圾填埋場，如圖3所示，循環回灌系統實現的具體途徑是首先滲濾液回灌提升泵4將調節池第一格中的滲濾液提升至布水泵房12，然后HDPE管將布水泵房中的垃圾滲濾液輸入回灌井10中，并由回灌井兩側的回灌溝將其回灌至垃圾填埋場中，通過填埋場底部的滲濾液收集管道9將上述垃圾填埋場的垃圾滲濾液集中至調節池。每隔50m設置回灌井，回灌井左右各設計一條50m×2m×0.5m回灌溝，其結構如圖4所示，中間是Ф100mm的穿孔配水管15，四周填充級配碎石14，上覆一層壓實粘土13。回灌頻率為2次/d，回灌水力負荷為0.5m3/m2.d。
經過多次循環回灌，填埋場內土壤的吸附作用和微生物的分解作用使得滲濾液內的總污染物質濃度降低，并且回灌過程中蒸發作用和固體垃圾11(如圖3所示)的截流作用使滲濾液的體積大幅度減少。而調節池第二、三格的曝氣和厭氧過程可以使滲濾液中的污染物濃度進一步降低。
本實施例的運行初期，沒有最終覆蓋場地可以使用，因此早期的人工濕地單元建于填埋場區域以外。如圖6所示，首先對地面進行平整(坡度為2％)，然后鋪設0.2m厚的砂石導流層26，砂石直徑≤1cm，該層內間隔10m鋪設一條穿孔導流管27以引出地下水徑流；砂石導流層26上覆0.2m厚的粘土層25，平整后覆蓋1mm厚的HDPE防滲膜密封層20。膜上依次為0.2m厚度的砂石層24及厚度均不小于0.3m填土層18和植被層17，砂石層24中設有出水管23。在人工濕地單元前端設置長約5m的穿孔布水管16，布水管高出植被層0.5m。
本實施例運行一定時間后，部分填埋區域逐漸進行最終覆蓋，直接利用填埋場最終覆蓋層的場地構建人工濕地單元，如圖5所示，在垃圾層22以上自下而上分別布置粘土層21(1m)、HDPE防滲膜密封層20(2mm)、合成材料導流層19(0.3m)、填土層18(厚度≥0.3m)和植被層17(厚度≥0.3m)，合成材料導流層19中設有出水管23。在人工濕地單元前端設置長約5m的穿孔布水管16，布水管高出植被層0.5m。
本實施例中的人工濕地單元尺寸長×寬＝30m×15m，人工濕地單元水力停留時間6小時，平均氣溫高于15℃時，水力負荷10L/m2.d，平均氣溫4～15℃時，水力負荷5L/m2.d，平均氣溫低于4℃時或當日降雨量為4～15mm時，水力負荷3L/m2.d，當日降雨量大于15mm時，停止進水。冬季當濕地植物枯萎后在人工濕地單元表面覆蓋0.2mm厚的聚乙烯薄膜。
本實施例中的工濕地單元植被層所種植的植物主要為蘆葦、茭草、美人蕉、黃竹草、水蔥及燈芯草等挺水植物。同一單元內栽種同種植物，但不同的單元內需根據景觀需要和污水特征栽種不同植物，并定期對植物進行收割。
本實施例人工濕地最終出水水質指標達到國家《生活垃圾填埋場污染控制標準》(GB16889-1997)一級排放標準。
實施例2某垃圾填埋場，調節池有效容積3600m3，其尺寸為長×寬＝60m×25m，有效水深3m。原建有4座序批式活性污泥反應器(SBR)，初步處理達到《生活垃圾填埋場污染控制標準》(GB16889-1997)三級排放標準后并入市政污水管網。現因污水管網改線，并入市政管網的代價過大，應用本發明在填埋場內單獨處理達標后排放。
本實施例首先對調節池進行功能優化改造，將其隔分成三格，并通過增加相應的曝氣設備而使其形成缺氧—好氧—缺氧的功能模式。第一格尺寸長×寬＝36m×25m，調節池第二、三格尺寸長×寬＝12m×25m。在第二格內設置潛水型曝氣機2臺進行不間斷曝氣，單臺作用范圍5m，配電機功率3.7kW。在第三格池底設置污泥泵1臺(流量12.5m3/h，揚程9m，配電機功率0.75kW)，定期排泥，并設置提升泵1臺(流量12.5m3/h，揚程20m，配電機功率2kW)，將滲濾液輸送至SBR反應器。
本實施例在新建填埋區增設滲濾液回灌系統，構建方式及回灌方式同實施例1。
本實施例已經進行最終覆蓋的填埋場面積大約為20000m2，直接利用填埋場最終覆蓋層的場地構建人工濕地，構建方式同實施例1。SBR反應器的出水作為人工濕地系統的進水。
本實施例人工濕地最終出水水質指標達到國家《生活垃圾填埋場污染控制標準》(GB16889-1997)一級排放標準。
權利要求
1.一種循環回灌與人工濕地聯用的滲濾液處理方法，其特征在于包括以下步驟a.使垃圾滲濾液經格柵井去除部分粒徑較大的懸浮物和雜物；b.將上述經處理過的垃圾滲濾液集中于調節池第一格中去除一部分沙粒和懸浮物；c.使上述調節池第一格中一部分垃圾滲濾液通過滲濾液回灌系統回灌至垃圾填埋場，另一部分經過調節池第二格和調節池第三格的預處理后灌入人工濕地系統進行處理，出水達標后排放，污水在調節池中的總停留時間為15～30天。
2.根據權利要求1所述一種循環回灌與人工濕地聯用的滲濾液處理方法，其特征在于所述垃圾滲濾液通過滲濾液回灌系統回灌至垃圾填埋場的具體步驟為1)用滲濾液回灌提升泵將調節池第一格中的垃圾滲濾液提升至布水泵房；2)通過高密度聚乙烯管將上述布水泵房中的垃圾滲濾液輸入回灌井中并由回灌井兩側的回灌溝將其回灌至垃圾填埋場中；3)通過填埋場底部的滲濾液收集管道將上述垃圾填埋場的垃圾滲濾液集中至調節池，回灌頻率為1～2次/d，回灌水力負荷為0.01～0.1m3/m2.d。
3.根據權利要求1或2所述一種循環回灌與人工濕地聯用的滲濾液處理方法，其特征在于所述調節池第二格池底潛水型曝氣機進行不間斷曝氣，單臺作用范圍4～8m；第三格池底設置的污泥泵定期排泥，第三格池底提升泵將垃圾滲濾液輸送至人工濕地系統的配水井。
4.根據權利要求1或2所述一種循環回灌與人工濕地聯用的滲濾液處理方法，其特征在于所述人工濕地系統單元水力停留時間6～12小時；平均氣溫高于15℃時，水力負荷10～15L/m2.d；平均氣溫4～15℃時，水力負荷5～10L/m2.d；平均氣溫低于4℃時或當日降雨量為4～15mm時，水力負荷3～5L/m2.d；當日降雨量大于15mm時，停止進水。
5.一種實現權利要求1所述方法的滲濾液處理設施，其特征在于包括格柵井、置于格柵井之后的調節池、循環回灌系統和人工濕地系統，調節池被功能優化成三格，形成缺氧—好氧—缺氧的功能模式，格柵井內設回轉式格柵一臺，格柵井出水口直接與調節池的第一格相連。
6.根據權利要求5所述的滲濾液處理設施，其特征在于，所述調節池第一格有效容積為調節池總有效容積的60％～80％，第二格和第三格有效容積相同，第一格內設置滲濾液回灌提升泵一臺，在第二格池底設置1～4臺潛水型曝氣機，在第三格池底設置污泥泵和提升泵一臺。
7.根據權利要求5或6所述的滲濾液處理設施，其特征在于，所述循環回灌系統依次包括布水泵房、通過高密度聚乙烯管與布水泵房相連的回灌井和回灌井兩側的回灌溝，每隔40～50m設置回灌井，回灌井左右各設一條回灌溝，其結構為中間是穿孔配水管，四周填充級配碎石，上覆一層壓實粘土。
8.根據權利要求5或6所述的滲濾液處理設施，其特征在于，所述人工濕地系統根據地形將其劃分為不同形狀和面積的人工濕地單元，單元與單元之間根據實際需要進行串聯和并聯，人工濕地單元長度為20～50m，長∶寬＝1～3∶1，配水井出水口與人工濕地單元的布水管相連，冬季當濕地植物枯萎后在人工濕地單元表面覆蓋0.1～0.5mm厚的聚乙烯薄膜，所述濕地植物為挺水植物。
9.根據權利要求8所述的滲濾液處理設施，其特征在于，當人工濕地單元位于填埋場最終覆蓋層時，直接利用填埋場最終覆蓋層的場地構建人工濕地單元，在垃圾層以上自下而上分別布置粘土層、高密度聚乙烯防滲膜密封層、合成材料導流層、填土層、植被層，在人工濕地單元前端設置穿孔布水管；當人工濕地單元位于填埋區域以外時，首先對地面進行平整，然后鋪設砂石導流層，該層內鋪設有穿孔導流管，砂石導流層上覆粘土層，平整后覆蓋高密度聚乙烯防滲膜密封層，膜上依次為砂石層、填土層和植被層，在人工濕地單元前端設置穿孔布水管，穿孔布水管高出植被層。
10.根據權利要求9所述的滲濾液處理設施，其特征在于所述人工濕地單元位于填埋場最終覆蓋層時，粘土層厚度為0.2～0.3m、高密度聚乙烯密封層厚度≥1mm、合成材料導流層厚度為0.2～0.3m、填土層厚度≥0.3m、植被層厚度≥0.3m，穿孔布水管長3～5m，穿孔布水管高出植被層0.3～0.6m；所述人工濕地單元位于填埋區域以外時，地面平整坡度為1％～2％，砂石導流層厚度為0.2m，砂石直徑≤1cm，砂石導流層內間隔10m鋪設一條穿孔布水管，砂石導流層上粘土層厚0.2m，高密度聚乙烯防滲膜密封層厚1mm，防滲膜上砂石層厚0.2m，填土層和植被層厚度均不小于0.3m，穿孔布水管長約3～5m，穿孔布水管高出植被層0.3～0.6m。
全文摘要
一種循環回灌與人工濕地聯用的滲濾液處理方法，包括以下步驟使垃圾滲濾液經格柵井去除部分粒徑較大的懸浮物和雜物；然后集中于調節池第一格中去除一部分沙粒和懸浮物；使上述調節池第一格中一部分垃圾滲濾液通過滲濾液回灌系統回灌至垃圾填埋場，另一部分經過調節池第二格和調節池第三格的預處理后灌入人工濕地系統進行處理，出水達標后排放，污水在調節池中的總停留時間為15～30天。一種實現上述方法的滲濾液處理設施，包括格柵井、調節池、循環回灌系統和人工濕地系統，調節池被功能優化成三格，格柵井內設回轉式格柵一臺，格柵井出水口直接與調節池的第一格相連。本發明成本投入低，適應于各種填埋齡的滲濾液，且具景觀修復功能。
文檔編號C02F1/00GK1994940SQ20061013677
公開日2007年7月11日 申請日期2006年11月30日 優先權日2006年11月30日
發明者徐崢勇, 楊朝暉, 曾光明, 王榮娟 申請人:湖南大學