一種生活垃圾填埋場終場覆蓋系統的制作方法
【專利摘要】一種生活垃圾填埋場終場覆蓋系統，包括排氣層、防滲層、排水層和植被層，其特征在于：以垃圾焚燒爐渣替代天然骨料或人工材料，作為排氣層與排水層的主要組成部分；植被層加入MSW堆肥產品與生物炭，大幅提升甲烷氧化能力的同時改良了土壤的生態功能。本發明以填埋場終場覆蓋系統為出口，綜合利用生活垃圾生物與熱處理(副)產物，技術方法簡單、實用，普適性強，原材料來源廣泛、價格低廉、以廢治廢程度高，同時為有效解決限制MSW中易腐組分資源化利用的重金屬問題、實現城市生活垃圾的綜合治理提供了新的途徑，具有顯著的經濟、環境與社會效益。
【專利說明】一種生活垃圾填埋場終場覆蓋系統
【技術領域】
[0001] 一種生活垃圾填埋場終場覆蓋系統，屬于固體廢物管理與污染控制領域。
【背景技術】
[0002] 截止2012年，我國城市生活垃圾（MSW)清運量達到驚人的1. 71億噸，并正在以接 近10%的增速逐年遞增。受餐飲等多元文化的影響，我國MSW組成的重要特征是超高的易 腐組分含量（占總量的50-70% )。礙于公眾環保意識、區域分類收集設施及相關法律法規 等社會經濟技術條件，絕大部分的易腐垃圾并未做到單獨收集，而是與其它組分一起混入 MSW物流，使得原本高效的垃圾處理與資源化技術遭受到不同程度的考驗。MSW的堆肥處理 受制于物料分選環節，使得產品常因重金屬超標而沒有適合的出路。焚燒處理則因為高含 水率的特征帶來額外的能耗，同時也增加了氣相污染物控制的難度。目前，我國超過80%的 MSW仍然選擇進入填埋場進行處理處置。
[0003] 早在2006年，歐盟就頒布法令要求進入生活垃圾填埋場的廢物中有機物含量不 得超過5% (2007年正式實施），以削減最終處置端（即填埋）所需承載的污染負荷。而在 我國，大量的生物質廢物進入填埋場，使得填埋場從一個以物理隔離為主要功能的處置場 所轉變為消納與穩定有機負荷的處理處置場所。顯然，高有機負荷垃圾的穩定化過程意味 著更多滲濾液與填埋氣（LFG)的產生，這也對填埋技術提出了更高的要求。
[0004] 終場覆蓋是填埋場封場前的一個關鍵技術環節，作為填埋體與地上環境之間的屏 障，它肩負著削減與防止兩個環境系統之間發生物流傳輸的重任，以減少滲濾液的產生與 LFG的無組織排放。過去對于填埋場的終場覆蓋往往更關注于惡臭與滲濾液的污染控制， 近年來，對于削減填埋場溫室氣體的排放及其封場后的生態恢復也逐漸提上了日程。我國 2008年頒布的生活垃圾填埋場污染控制標準明確提出封場系統應與生態恢復相結合，并 細化了甲烷的排放要求，使得覆蓋系統在溫室氣體削減與生態恢復方面的功能逐步得到了 開發。如：申請號為201010157441. 4的專利公布了一種加強填埋場覆蓋層甲烷氧化的方 法，以礦化垃圾為覆蓋材料基質并加入糖類溶液以提升覆蓋層的甲烷氧化能力；申請號為 200810162517. 5的專利公布了一種填埋場甲烷減排的垃圾生物覆蓋土材料制備方法與系 統，通過對垃圾的生物馴化以提升其甲烷氧化能力；申請號為200610052078. 3的專利公布 了一種利用城市污泥改良覆土恢復垃圾填埋場植被的方法等。這些技術為特定場景下終 場覆蓋環節提供了重要的技術儲備，但仍無法滿足中國特色填埋場對終場覆蓋系統的多層 次、全方位需求。
【發明內容】
[0005]本發明針對我國MSW填埋場對終場覆蓋系統的多層次需求，包括：溫室氣體減排、 地表生態恢復、惡臭控制、削減地表徑流入滲以及適當的機械支撐等，構建了一種生活垃圾 填埋場終場覆蓋系統。提出以填埋場原土、MSW堆肥產品與生物炭作為植被層，通過MSW堆 肥產品為土壤提供養分，同時引入大量甲烷氧化功能微生物，通過加入生物炭改良土壤生 態功能，同時削減由MSW堆肥產品引入的重金屬的生物可利用性，以保障地表植被與作物 的正常生長；提出在排氣層（基礎層）與排水層加入不同粒徑（級配）的爐渣，確保各層原 有功能的前提下提升覆蓋系統整體機械性能的同時實現了爐渣的資源化利用。
[0006] 具體技術方案：
[0007] -種生活垃圾填埋場終場覆蓋系統，自下而上包括：排氣層、防滲層、排水層和植 被層。其特征在于：排氣層鋪設的材料為垃圾焚燒爐渣與礫石的混合物，混合比例為4? 5:1，其中爐漁的粒徑在1?10mm，碌石的粒徑在2?40mm，厚度為25?30cm;防滲層鋪設 的材料為粘土，壓實厚度為30?40cm;排水層鋪設的材料為垃圾焚燒爐渣與礫石的混合 物，混合比例為2?4:1，其中爐漁的粒徑在10?40mm之間，碌石的粒徑在40?60mm，厚 度為30?35cm;植被層鋪設的材料為填埋場原土、垃圾堆肥產品與生物炭的混合物，其混 合比例為75?100:5:1，厚度為20?30cm。
[0008] 所述的垃圾焚燒爐渣為城市生活垃圾經焚燒處理由爐床尾端排出的殘余物。
[0009] 所述的垃圾堆肥產品是以城市生活垃圾為原料，經好氧堆肥處理，包括二次發酵 與后處理的腐熟堆肥產品。
[0010] 所述的生物炭是以城市生活垃圾中的易腐組分為前驅物，于450?500°C的限氧 環境下熱解2?4h，冷卻后收集固態炭化產物并磨碎過篩制備而成。
[0011] 技術方案設計原理：1.通過對我國MSW堆肥處理過程及其衍生產物的特征分析發 現：重金屬含量超標是限制MSW堆肥產品農用的關鍵所在，而將其作為非食物鏈植被或者 作物的肥料，只要將重金屬的生物可利用性削減到不影響植物正常生長的范圍即可，其風 險基本處于可控水平。堆肥具有大孔徑且富含有機質，能在給甲烷氧化菌提供有機質的同 時使其處于較好的通氣狀況中。此外，其豐富的微生物含量（l〇n_12個/g，超過土壤2個數 量級及以上），特別是富含甲烷氧化功能微生物的特點，將有助于大幅提升覆蓋層的甲烷氧 化能力。相比于MSW經一次或者二次發酵的堆肥中間產物，經過穩定化與后處理的堆肥產 品無論從基質組成、微生物群落特征與肥料的安全性都更合適作為覆蓋系統中植被層的組 成部分。
[0012] 2.通過對我國MSW焚燒處理過程及其衍生產物的特征分析發現：爐渣的主要成分 是硅酸鹽和鐵（約占60-70 % )，其次是鋁酸鹽和鈣（約占25-30 % )，其理化與工程性質 與輕質天然骨料較為相似，容易進行粒徑分級，且具有很好的機械強度，作為基礎層對整個 覆蓋系統能夠起到支撐與穩定作用。作為一類堿性廢物，爐渣對PH環境變化的抵抗能力較 強，酸中和能力達到1.8-2.Omol/kg，盡管其含有一定量的重金屬，但溶出風險很小。爐渣密 度在1. 17-1. 54g/cm3,排水性能較為通暢，滲透系數k與沙粒在一個數量級（lO'm/s)，能 夠滿足排水層的需要（k彡KT3cm/S)。
[0013] 3.易腐垃圾粘性表面的特征使其成為MSW中細小顆粒富集的對象，基于粒徑分級 的研究結果表明：垃圾中細小顆粒重金屬的富集程度是最高的，而目前工程上應用最為廣 泛的機械分選尚無法實現粘連顆粒與易腐垃圾的分離。本發明以機械分選出的易腐垃圾為 原料制備生物炭，高溫的制備過程可以實現重金屬的穩定化，應用到填埋場植被層風險可 控。除了改善土壤結構、一定程度上抵御PH環境變化外，生物炭的加入還能降低由堆肥引 入重金屬的生物可利用性。此外，綜合考慮生物炭的重金屬富集能力與農業效用，篩選出最 佳制備溫度區間在450-500°C。
[0014] 有益效果：
[0015] 1.本發明以垃圾焚燒爐渣替代天然骨料或人工材料，將其由填埋場處置的對象 轉變為終場覆蓋系統的重要組成部分，在不增加成本的基礎上原位實現了爐渣的資源化利 用，節省填埋場庫容的同時也省去了部分原材料費用，具有可觀的經濟效益。
[0016] 2.本發明通過引入高溫制備的生物炭解決了MSW堆肥產品作為填埋覆蓋植被層 時重金屬超標的瓶頸問題，實現溫室氣體減排的同時，為表層的生態恢復提供了有利條件， 具備顯著的環境效益。
[0017] 3.本發明以填埋場終場覆蓋系統為出口，綜合利用生活垃圾堆肥與熱處理（副） 產物，技術方法簡單、實用，原材料來源廣泛、價格低廉、以廢治廢程度高，該技術方法普適 性強，為實現城市生活垃圾的綜合治理提供了有效途徑，利用規模化推廣。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018] 圖1為實施例1中植被層混合物料與填埋場原土的甲烷氧化能力曲線圖。
[0019] 圖2為實施例2中植被層混合物料與填埋場原土的甲烷氧化能力曲線圖。
【具體實施方式】
[0020] 下面結合具體實施例對本發明作進一步的闡述，這些實施例僅用于說明本發明而 不用于限制本發明的范圍。
[0021] 實施例1
[0022] -種生活垃圾填埋場終場覆蓋系統，由垃圾堆體自下而上包括：排氣層、防滲層、 排水層和植被層。其中，排氣層鋪設的材料為垃圾焚燒爐渣與礫石的混合物，混合比例為 5:1，其中爐漁的粒徑在1?10mm，碌石的粒徑在2?40mm，厚度為25cm;防滲層鋪設的材 料為粘土，壓實厚度為40cm;排水層鋪設的材料為垃圾焚燒爐渣與礫石的混合物，混合比 例為4:1，其中爐禮:的粒徑在10?40mm之間，碌石的粒徑在40?60mm,厚度為35cm;植被 層鋪設的材料為填埋場原土、垃圾堆肥產品與生物炭的混合物，其混合比例為100:5:1，厚 度為20cm。其中，爐渣取自上海市某城市生活垃圾焚燒廠，經篩分后，得到①粒徑在10? 40mm之間的粗渣、②粒徑在1?IOmm之間的細渣。MSW堆肥產品取自上海市某MSW堆肥廠， 物料是經二次發酵與后處理的MSW好氧堆肥腐熟產品。生物炭前驅物，即混合生活垃圾中 的易腐組分，同樣取自該生活垃圾堆肥廠，為機械分選后擬進入堆肥處理的物料；生物炭前 驅物經干燥破碎后，于500°C的氮氣環境下熱解2h，冷卻后收集固態炭化產物并磨碎過篩 得到生物炭。填埋場原土取自上海某MSW填埋場周邊表土（5-20cm)。爐渣、MSW堆肥、易腐 垃圾、生物炭與填埋場原土的理化性質見表1。
[0023] 表1材料基本理化性質
[0024]
【權利要求】
1. 一種生活垃圾填埋場終場覆蓋系統，自下而上包括：排氣層、防滲層、排水層和植被 層。其特征在于：排氣層鋪設的材料為垃圾焚燒爐渣與礫石的混合物，混合比例為4?5:1， 其中爐漁的粒徑在1?l〇mm，5樂石的粒徑在2?40mm，厚度為25?30cm ;防滲層鋪設的材 料為粘土，壓實厚度為30?40cm ;排水層鋪設的材料為垃圾焚燒爐渣與礫石的混合物，混 合比例為2?4:1，其中爐漁的粒徑在10?40mm之間，碌石的粒徑在40?60mm，厚度為 30?35cm ;植被層鋪設的材料為填埋場原土、垃圾堆肥產品與生物炭的混合物，其混合比 例為75?100:5:1，厚度為20?30cm。
2. 根據權利要求1所述的一種生活垃圾填埋場終場覆蓋系統，其特征在于，所述的垃 圾焚燒爐渣為城市生活垃圾經焚燒處理由爐床尾端排出的殘余物。
3. 根據權利要求1所述的一種生活垃圾填埋場終場覆蓋系統，其特征在于，所述的垃 圾堆肥產品是以城市生活垃圾為原料，經好氧堆肥處理，包括二次發酵與后處理的腐熟堆 肥產品。
4. 根據權利要求1所述的一種生活垃圾填埋場終場覆蓋系統，其特征在于，所述的生 物炭是以城市生活垃圾中的易腐組分為前驅物，于450?500°C的限氧環境下熱解2?4h， 冷卻后收集固態炭化產物并磨碎過篩制備而成。
【文檔編號】B09B1/00GK104324925SQ201410456697
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年9月9日 優先權日:2014年9月9日
【發明者】吳駿, 張后虎, 李春平, 夏偉霞, 晏井春, 陳夢舫 申請人:中國科學院南京土壤研究所, 環境保護部南京環境科學研究所