申請(qǐng)日2013.08.28
公開(kāi)(公告)日2015.11.18
IPC分類號(hào)B09B1/00
摘要
一種用于垃圾填埋場(chǎng)的復(fù)合覆蓋材料，其由生物炭、礦化垃圾和焚燒灰渣均勻混合而成，該生物炭︰礦化垃圾︰焚燒灰渣的質(zhì)量比為3-4︰3-5︰1-4;該復(fù)合覆蓋材料的填充密度為0.6-1.1g/cm3，粒徑范圍為5-20mm，比表面積為150-280m2/g。本發(fā)明利用生物炭的載體作用、礦化垃圾的除臭微生物接種作用和焚燒灰渣的部分水化膠凝作用，大幅度降低了垃圾惡臭的釋放量及溫室氣體的排放量，并為植被提供了良好的營(yíng)養(yǎng)，具有成本低廉、制備簡(jiǎn)單、處置便利的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)充分利用了填埋場(chǎng)中的礦化垃圾和污泥，實(shí)現(xiàn)了就地取材，達(dá)到了垃圾再生利用、以廢治廢、降低填埋場(chǎng)垃圾容積占有率和提高環(huán)保的效果，從而極大地提高了社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，本發(fā)明適用于對(duì)垃圾的填埋覆蓋處理。
權(quán)利要求書(shū)
1.一種用于垃圾填埋場(chǎng)的復(fù)合覆蓋材料，其特征在于：所述復(fù)合覆蓋材料由生物炭、礦 化垃圾和焚燒灰渣均勻混合而成，該生物炭︰礦化垃圾︰焚燒灰渣的質(zhì)量比為3-4︰3-5︰1-4; 所述的生物炭是由污泥處在550-750℃的無(wú)氧或缺氧狀態(tài)下，通過(guò)厭氧/缺氧熱解過(guò)程獲得， 其BET為100-500m2/g，顆粒尺寸為5-50mm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于垃圾填埋場(chǎng)的復(fù)合覆蓋材料，其特征在于：所述的混合形 成的復(fù)合覆蓋材料的填充密度為0.6-1.1g/cm3，粒徑范圍為5-20mm，比表面積為150-280 m2/g。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于垃圾填埋場(chǎng)的復(fù)合覆蓋材料，其特征在于：所述的污泥是 市政污水廠的剩余污泥，或者是湖泊、河道、排水管道或泵站中的清淤污泥，含水率為60-90%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于垃圾填埋場(chǎng)的復(fù)合覆蓋材料，其特征在于：所述的礦 化垃圾為生活垃圾填埋6-15年后獲得的穩(wěn)定或半穩(wěn)定化的垃圾篩分細(xì)料，其有機(jī)質(zhì)含量在 9-15%范圍，離子交換容量達(dá)到1.2-1.4mmol/g，細(xì)菌數(shù)達(dá)到1×106-9×107個(gè)/g，pH值中性， 飽和水力滲透系數(shù)Ks為1.0-1.3cm/min，粒徑<60mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于垃圾填埋場(chǎng)的復(fù)合覆蓋材料，其特征在于：所述的焚 燒灰渣為顆粒狀，粒徑為4-20mm，其質(zhì)量組分包括有硅42.5%、鐵24.32%、鋁18.67%和鈣 7.39%，該焚燒灰渣的酸中和容量為1.8-2.0mol/kg，密度為1.17-1.54g/cm3，壓實(shí)后滲透率為 3.3×10-5m/s。
6.一種用于垃圾填埋場(chǎng)的復(fù)合覆蓋材料的應(yīng)用方法，其特征在于：包括下列步驟：
步驟一，采用生物炭、礦化垃圾和焚燒灰渣以3-4︰3-5︰1-4的質(zhì)量比均勻混合成復(fù)合覆 蓋材料，該復(fù)合覆蓋材料的填充密度為0.6-1.1g/cm3，粒徑范圍為5-20mm，比表面積為 150-280m2/g;
步驟二，將步驟一制成的復(fù)合覆蓋材料置入填埋在垃圾堆體之上的垃圾填埋場(chǎng)覆蓋系統(tǒng) 中，以作為其中的營(yíng)養(yǎng)層或者基礎(chǔ)層，并采用壓實(shí)機(jī)進(jìn)行壓實(shí)，完成構(gòu)建由下向上依次為基 礎(chǔ)層、阻隔層、排水層和營(yíng)養(yǎng)層的垃圾填埋場(chǎng)覆蓋系統(tǒng)。
說(shuō)明書(shū)
一種用于垃圾填埋場(chǎng)的復(fù)合覆蓋材料及其應(yīng)用方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種用于固體廢棄物處理處置的材料，具體涉及一種用于垃圾填埋場(chǎng)的復(fù)合 覆蓋材料及其應(yīng)用方法，屬于環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)
經(jīng)過(guò)近三十年的發(fā)展，垃圾填埋技術(shù)雖然得到了較大的發(fā)展，但由其引發(fā)的環(huán)境二次污 染問(wèn)題仍然十分突出，特別是氣相污染物(既包括具有強(qiáng)刺激的惡臭物質(zhì)，也包括易燃、易 爆的溫室氣體)的無(wú)序排放已嚴(yán)重影響了當(dāng)?shù)鼐用竦纳�，公眾反映十分�?qiáng)烈。對(duì)全國(guó)329 個(gè)城市的調(diào)查統(tǒng)計(jì)顯示：我國(guó)絕大部分填埋場(chǎng)惡臭普遍未達(dá)到《惡臭污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn) GBl4554-93》所規(guī)定的廠界排放要求，如H2S、NH3等典型惡臭氣體大都超標(biāo)10-20倍以上; 同時(shí)對(duì)產(chǎn)生的溫室氣體，如甲烷等，也大都未得到良好的控制。
生活垃圾填埋場(chǎng)在按照衛(wèi)生填埋工藝標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行作業(yè)時(shí)，需要大量覆蓋材料對(duì)垃圾表面進(jìn) 行及時(shí)覆蓋，以避免垃圾與環(huán)境的直接接觸。垃圾填埋場(chǎng)覆蓋系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)可參閱圖1，在垃 圾堆體6的上面依次向上覆蓋有基礎(chǔ)層4、阻隔層3、排水層2和營(yíng)養(yǎng)層1，該營(yíng)養(yǎng)層1的表 面種有植被5。覆蓋系統(tǒng)的作用表現(xiàn)在減少地表水的滲入，避免填埋氣體無(wú)控制地向外擴(kuò)散， 減輕感觀上的厭惡感，避免為小動(dòng)物或細(xì)菌提供孳生的場(chǎng)所，便于填埋場(chǎng)作業(yè)設(shè)備和車輛的 行駛，同時(shí)為植被的生長(zhǎng)提供土壤。具體來(lái)說(shuō)，垃圾填埋場(chǎng)進(jìn)行日覆蓋的主要目的是控制疾 病傳播、垃圾飛揚(yáng)和臭味，改善道路交通，改進(jìn)景觀。填埋場(chǎng)覆蓋層中存在反梯度氣體移動(dòng) 和不同的氧化還原區(qū)，通過(guò)填埋場(chǎng)自然降解過(guò)程的長(zhǎng)期自然馴化，形成一個(gè)復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)。 但目前對(duì)填埋場(chǎng)覆蓋層的要求主要集中于覆蓋材料的厚度及滲透系數(shù)等工程強(qiáng)度，而對(duì)其微 生態(tài)作用的認(rèn)識(shí)尚不足。雖然常規(guī)的填埋覆土對(duì)惡臭氣體、甲烷等具有一定的吸附、吸收和 生物降解作用，但受覆土肥力和技術(shù)的限制，普遍存在氣相污染物生物轉(zhuǎn)化活性低、控制效 果差等問(wèn)題。
填埋場(chǎng)覆蓋層材料的用量與垃圾填埋量的關(guān)系一般為1:4或1:3(其中日覆蓋量一般按填 埋垃圾總體積的12-15%計(jì)算)，按照這個(gè)比例以及全國(guó)每年生活垃圾的產(chǎn)生量來(lái)計(jì)算，則填 埋場(chǎng)覆蓋材料的需求量將非常巨大。因此，包括上海老港廢物處置場(chǎng)在內(nèi)的國(guó)內(nèi)眾多垃圾填 埋場(chǎng)的現(xiàn)實(shí)運(yùn)行情況都是受地理環(huán)境等條件的限制，周邊難以找到可以滿足覆蓋層要求的大 量土壤表土，甚至有些填埋場(chǎng)所在當(dāng)?shù)馗静辉试S開(kāi)采珍貴的泥土資源。
改性覆蓋材料的研究就是在覆蓋土壤資源日益缺乏且不能達(dá)到較好的氧化效果的情況下 應(yīng)運(yùn)而生的。最初的改性覆蓋材料只是采用諸如農(nóng)業(yè)土壤、花園土壤等一般土壤和其他土壤 的混合土壤。隨著研究的深入，越來(lái)越多的研究者試圖利用廢棄物制備改性材料進(jìn)行垃圾覆 蓋從而達(dá)到“以廢治廢”的目的。目前研究最多的改性覆蓋材料是沙子、木屑、活性炭、泥 煤等各種材料以及各種物質(zhì)的新鮮或成熟堆肥產(chǎn)物與土壤的復(fù)配材料。
王羅春、趙由才等人對(duì)粘土與礦化垃圾分別用作垃圾填埋場(chǎng)覆蓋材料進(jìn)行了對(duì)比研究。 實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，礦化垃圾(粒徑<5mm)的滲透系數(shù)為3.09×10-4cm/s，與粘土的滲透系數(shù)有很 大差別，兩者相差5個(gè)數(shù)量級(jí)。同時(shí)，礦化垃圾的排水性能遠(yuǎn)比粘土差，礦化垃圾構(gòu)成的覆 蓋層的徑流水僅占總降雨量的17.80%，而滲濾水所占比例則高達(dá)74.25%;同樣坡度(5.0%) 的粘土覆蓋層，徑流水占總降雨量的96.91%，而滲濾水所占比例則為0.00%。顯然，單獨(dú)的 礦化垃圾不適宜用作垃圾填埋場(chǎng)的覆蓋材料。
微生物在惡臭氣體以及部分溫室氣體覆蓋層中遷移和生物轉(zhuǎn)化與去除過(guò)程中起著決定性 的作用，填埋覆土微生物的種類和活性是惡臭污染控制效果的關(guān)鍵影響因素。采用合適的覆 蓋材料是提高填埋覆層中微生物量和活性，顯著提升垃圾填埋場(chǎng)氣相污染原位控制效果，解 決垃圾填埋過(guò)程中氣相污染的有效途徑。在填埋覆土替代材料研究方面，已有部分研究針對(duì) 轉(zhuǎn)爐爐渣固化污泥、蚯蚓糞、粉末活性炭、垃圾土、砂石、飛灰、木材、泡沫和堆肥等作為 覆蓋材料進(jìn)行了初步工作，提高了惡臭氣體的去除率。但對(duì)于我國(guó)現(xiàn)行的填埋場(chǎng)來(lái)說(shuō)，這些 物質(zhì)仍存在不易獲得、惡臭去除效果不能滿足排放要求、受周邊環(huán)境因素影響較大等問(wèn)題， 目前仍然缺乏一種能不受環(huán)境變化因素影響，對(duì)氣相污染物具有較好去除能力的垃圾填埋場(chǎng) 覆蓋材料。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有垃圾填埋場(chǎng)覆蓋層需土量較高、惡臭去除率低、營(yíng)養(yǎng)元素缺 乏等問(wèn)題，提供一種用于垃圾填埋場(chǎng)的復(fù)合覆蓋材料及其應(yīng)用方法，利用生物炭的載體作用、 礦化垃圾的除臭微生物接種作用和焚燒灰渣的部分水化膠凝作用，滿足提供營(yíng)養(yǎng)層、降低惡 臭以至發(fā)生甲烷氧化的要求，達(dá)到價(jià)廉物美、構(gòu)造簡(jiǎn)單、壽命長(zhǎng)的效果，從而極大地提高社 會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
一種用于垃圾填埋場(chǎng)的復(fù)合覆蓋材料，其由生物炭、礦化垃圾和焚燒灰渣均勻混合而成， 該生物炭︰礦化垃圾︰焚燒灰渣的質(zhì)量比為3-4︰3-5︰1-4。
所述的混合形成的復(fù)合覆蓋材料的填充密度為0.6-1.1g/cm3，粒徑范圍為5-20mm，比表 面積為150-280m2/g。
所述的生物炭是由污泥處在550-750℃的無(wú)氧或缺氧狀態(tài)下，通過(guò)厭氧/缺氧熱解過(guò)程獲 得，其BET為100-500m2/g，顆粒尺寸為5-50mm。
所述的污泥是市政污水廠的剩余污泥，或者是湖泊、河道、排水管道或泵站中的清淤污 泥，含水率為60-90%。
所述的礦化垃圾為生活垃圾填埋6-15年后獲得的穩(wěn)定或半穩(wěn)定化的垃圾篩分細(xì)料，其有 機(jī)質(zhì)含量在9-15%范圍，離子交換容量達(dá)到1.2-1.4mmol/g，細(xì)菌數(shù)達(dá)到1×106-9×107個(gè)/g， pH值中性，飽和水力滲透系數(shù)Ks為1.0-1.3cm/min，粒徑<60mm。
所述的焚燒灰渣為顆粒狀，粒徑為4-20mm，其質(zhì)量組分包括有硅42.5%、鐵24.32%、 鋁18.67%和鈣7.39%，該焚燒灰渣的酸中和容量為1.8-2.0mol/kg，密度為1.17-1.54g/cm3， 壓實(shí)后滲透率為3.3×10-5m/s。
本發(fā)明另一技術(shù)方案為：
一種用于垃圾填埋場(chǎng)的復(fù)合覆蓋材料的應(yīng)用方法，其包括下列步驟：
步驟一，采用生物炭、礦化垃圾和焚燒灰渣以3-4︰3-5︰1-4的質(zhì)量比均勻混合成復(fù)合覆 蓋材料，該復(fù)合覆蓋材料的填充密度為0.6-1.1g/cm3，粒徑范圍為5-20mm，比表面積為 150-280m2/g;
步驟二，將步驟一制成的復(fù)合覆蓋材料置入填埋在垃圾堆體之上的垃圾填埋場(chǎng)覆蓋系統(tǒng) 中，以作為其中的營(yíng)養(yǎng)層或者基礎(chǔ)層，并采用壓實(shí)機(jī)進(jìn)行壓實(shí)，完成構(gòu)建由下向上依次為基 礎(chǔ)層、阻隔層、排水層和營(yíng)養(yǎng)層的垃圾填埋場(chǎng)覆蓋系統(tǒng)。
所述的營(yíng)養(yǎng)層的厚度為50-80cm，所述的基礎(chǔ)層的厚度為20-30cm。
經(jīng)壓實(shí)后的復(fù)合覆蓋材料的密度為0.8-1.4g/cm3,滲透系數(shù)為1.75×10-3-2cm/min。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明利用了組分中生物炭的載體作用、礦化垃圾的除臭微生物接種 作用和焚燒灰渣的部分水化膠凝作用。多孔疏松的礦化垃圾吸附了污泥中的發(fā)臭氣體并提高 了污泥與氧氣接觸的程度，礦化垃圾中的鈣、鎂、鐵等金屬離子也與惡臭物質(zhì)進(jìn)行反應(yīng)，從 而降低污泥的臭度。隨著GB16889-2008的頒布實(shí)施，允許脫水<60%的污泥進(jìn)入填埋場(chǎng)，從 而填埋場(chǎng)污泥的處理處置成為一個(gè)非常迫切的問(wèn)題。本發(fā)明中的生物炭是由污泥在完全或部 分缺氧條件下經(jīng)熱解炭化產(chǎn)生的一類固態(tài)物質(zhì)，其孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)、比表面積巨大，包含有大 量表面負(fù)電荷以及高電荷密度;生物炭對(duì)無(wú)機(jī)物(如NH3、H2S等)和極性/非極性有機(jī)化合 物(如VOCs等)都具有較強(qiáng)的吸附和生物降解能力，特別是，生物炭具有改善微生物細(xì)胞附 著性能、促進(jìn)特殊類群微生物的棲息生長(zhǎng)和團(tuán)聚體形成、強(qiáng)化固氮、硝化與硫氧化還原微生 物菌群活性的作用，因此，是一種具有良好潛質(zhì)的覆蓋材料。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
(1)充分利用了填埋場(chǎng)中的兩大待處理物質(zhì)：礦化垃圾和污泥。污泥經(jīng)過(guò)熱解制得生物 炭，該生物炭相對(duì)于污泥本身，減量率達(dá)到50%以上，且實(shí)現(xiàn)了污泥中碳的固化作用，降低 其溫室氣體排放量;而礦化垃圾的再生利用，則使得填埋場(chǎng)中約50-70%的容量得到重復(fù)利用， 大幅度降低了填埋場(chǎng)生活垃圾的容積占有率。
(2)用于構(gòu)建營(yíng)養(yǎng)層的復(fù)合覆蓋材料，充分利用了生物炭和礦化垃圾本身對(duì)于惡臭氣體 的天然親和力，有效地降低了惡臭的釋放量，而且還具有對(duì)溫室氣體，如甲烷等的氧化功效， 大幅度降低了其排放量。
(3)充分利用了生活垃圾焚燒灰渣的作用，其高含Si、Ca等物質(zhì)，具有一定的水化膠 凝作用，從而彌補(bǔ)了礦化垃圾和生物炭本身的大孔隙，克服了其滲透率太高等問(wèn)題。
(4)營(yíng)養(yǎng)層的復(fù)合覆蓋材料為其上的植被層提供了良好的營(yíng)養(yǎng)元素，提高了植物的生長(zhǎng) 速度。
(5)制備所述復(fù)合覆蓋材料所采用的原料均為生活垃圾及污泥處理的副產(chǎn)物，實(shí)現(xiàn)了在 垃圾填埋場(chǎng)中就地取材。取得了成本低、處置便利的效果，達(dá)到了以廢治廢的目的。
