申請日2013.08.28
公開(公告)日2015.11.18
IPC分類號B09B1/00
摘要
一種用于垃圾填埋場的復(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養(yǎng)，具有成本低廉、制備簡單、處置便利的優(yōu)點，同時充分利用了填埋場中的礦化垃圾和污泥，實現(xiàn)了就地取材，達到了垃圾再生利用、以廢治廢、降低填埋場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效益和經(jīng)濟效益，本發(fā)明適用于對垃圾的填埋覆蓋處理。
權(quán)利要求書
1.一種用于垃圾填埋場的復(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℃的無氧或缺氧狀態(tài)下，通過厭氧/缺氧熱解過程獲得， 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)定化的垃圾篩分細料，其有機質(zhì)含量在 9-15%范圍，離子交換容量達到1.2-1.4mmol/g，細菌數(shù)達到1×106-9×107個/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，壓實后滲透率為 3.3×10-5m/s。
6.一種用于垃圾填埋場的復(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覆蓋系統(tǒng) 中，以作為其中的營養(yǎng)層或者基礎(chǔ)層，并采用壓實機進行壓實，完成構(gòu)建由下向上依次為基 礎(chǔ)層、阻隔層、排水層和營養(yǎng)層的垃圾填埋場覆蓋系統(tǒng)。
說明書
一種用于垃圾填埋場的復(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 染問題仍然十分突出，特別是氣相污染物(既包括具有強刺激的惡臭物質(zhì)，也包括易燃、易 爆的溫室氣體)的無序排放已嚴重影響了當?shù)鼐用竦纳睿姺从呈謴娏摇θ珖?29 個城市的調(diào)查統(tǒng)計顯示：我國絕大部分填埋場惡臭普遍未達到《惡臭污染物綜合排放標準 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10-20倍以上; 同時對產(chǎn)生的溫室氣體，如甲烷等，也大都未得到良好的控制。
生活垃圾填埋場在按照衛(wèi)生填埋工藝標準進行作業(yè)時，需要大量覆蓋材料對垃圾表面進 行及時覆蓋，以避免垃圾與環(huán)境的直接接觸。垃圾填埋場覆蓋系統(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和營養(yǎng)層1，該營養(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，避免填埋氣體無控制地向外擴散， 減輕感觀上的厭惡感，避免為小動物或細菌提供孳生的場所，便于填埋場作業(yè)設(shè)備和車輛的 行駛，同時為植被的生長提供土壤。具體來說，垃圾填埋場進行日覆蓋的主要目的是控制疾 病傳播、垃圾飛揚和臭味，改善道路交通，改進景觀。填埋場覆蓋層中存在反梯度氣體移動 和不同的氧化還原區(qū)，通過填埋場自然降解過程的長期自然馴化，形成一個復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)。 但目前對填埋場覆蓋層的要求主要集中于覆蓋材料的厚度及滲透系數(shù)等工程強度，而對其微 生態(tài)作用的認識尚不足。雖然常規(guī)的填埋覆土對惡臭氣體、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 果差等問題。
填埋場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%計算)，按照這個比例以及全國每年生活垃圾的產(chǎn)生量來計算，則填 埋場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在內(nèi)的國內(nèi)眾多垃圾填 埋場的現(xiàn)實運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，甚至有些填埋場所在當?shù)馗静辉试S開采珍貴的泥土資源。
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到較好的氧化效果的情況下 應(yīng)運而生的。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，越來越多的研究者試圖利用廢棄物制備改性材料進行垃圾覆 蓋從而達到“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、趙由才等人對粘土與礦化垃圾分別用作垃圾填埋場覆蓋材料進行了對比研究。 實驗中發(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個數(shù)量級。同時，礦化垃圾的排水性能遠比粘土差，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，單獨的 礦化垃圾不適宜用作垃圾填埋場的覆蓋材料。
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氣相污染原位控制效果，解 決垃圾填埋過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 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 覆蓋材料進行了初步工作，提高了惡臭氣體的去除率。但對于我國現(xiàn)行的填埋場來說，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題， 目前仍然缺乏一種能不受環(huán)境變化因素影響，對氣相污染物具有較好去除能力的垃圾填埋場 覆蓋材料。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有垃圾填埋場覆蓋層需土量較高、惡臭去除率低、營養(yǎng)元素缺 乏等問題，提供一種用于垃圾填埋場的復(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，滿足提供營養(yǎng)層、降低惡 臭以至發(fā)生甲烷氧化的要求，達到價廉物美、構(gòu)造簡單、壽命長的效果，從而極大地提高社 會效益和經(jīng)濟效益。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
一種用于垃圾填埋場的復(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℃的無氧或缺氧狀態(tài)下，通過厭氧/缺氧熱解過程獲 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)定化的垃圾篩分細料，其有 機質(zhì)含量在9-15%范圍，離子交換容量達到1.2-1.4mmol/g，細菌數(shù)達到1×106-9×107個/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覆蓋系統(tǒng) 中，以作為其中的營養(yǎng)層或者基礎(chǔ)層，并采用壓實機進行壓實，完成構(gòu)建由下向上依次為基 礎(chǔ)層、阻隔層、排水層和營養(yǎng)層的垃圾填埋場覆蓋系統(tǒng)。
所述的營養(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)進行反應(yīng)，從 而降低污泥的臭度。隨著GB16889-2008的頒布實施，允許脫水<60%的污泥進入填埋場，從 而填埋場污泥的處理處置成為一個非常迫切的問題。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、比表面積巨大，包含有大 量表面負電荷以及高電荷密度;生物炭對無機物(如NH3、H2S等)和極性/非極性有機化合 物(如VOCs等)都具有較強的吸附和生物降解能力，特別是，生物炭具有改善微生物細胞附 著性能、促進特殊類群微生物的棲息生長和團聚體形成、強化固氮、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)點主要體現(xiàn)在以下幾個方面：
(1)充分利用了填埋場中的兩大待處理物質(zhì)：礦化垃圾和污泥。污泥經(jīng)過熱解制得生物 炭，該生物炭相對于污泥本身，減量率達到50%以上，且實現(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，則使得填埋場中約50-70%的容量得到重復(fù)利用， 大幅度降低了填埋場生活垃圾的容積占有率。
(2)用于構(gòu)建營養(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題。
(4)營養(yǎng)層的復(fù)合覆蓋材料為其上的植被層提供了良好的營養(yǎng)元素，提高了植物的生長 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，實現(xiàn)了在 垃圾填埋場中就地取材。取得了成本低、處置便利的效果，達到了以廢治廢的目的。
