原位微生物穩定化技術治理非正規垃圾場的通風系統關鍵點設計

呂秀芬

摘要：采用原位微生物穩定化技術治理非正規垃圾填埋場其通風系統用于供氧的通風量取決于堆體內可生物降解的有機質含量、微生物降解效率以及降解目標和期限等，根據實際項目經驗結合理論推導，提出了一種通風量的計算方法。管路布設需結合場地垃圾污染程度特征，應通過管路系統的布設實現分區域運行以降低運行成本，根據項目實踐經驗，給出了兩種管路布置形式：分區域布設管路，區域控制及統一布設管路，集中控制。

關鍵詞：非正規垃圾填埋場;微生物穩定化治理技術;通風系統設計

中圖分類號：X705

文獻標識碼：A

文章編號：1674-9944（2018）14-0160-05

1 引言

非正規垃圾填埋場治理作為存量垃圾治理工作的一部分，被列入我國《“十三五”全國城鎮生活垃圾無害化處理沒施建沒規劃》的重點任務。目前，國內非正規垃圾填埋場采用原位微生物穩定化技術進行修復治理的技術類文件編制還沒有技術規范可參考，尤其是通風量等關鍵數據的確定普遍采用經驗數據，并未與待治理場地垃圾生物降解特性進行關聯計算。本文對非正規垃圾填埋場原位微生物穩定化技術中的通風系統關鍵點設計提出計算方法及管路布置形式，便于工藝設計人員參考和借鑒。

原位微生物穩定化治理工藝涉及到的主要工段包括通風系統設計、滲瀝液導排及回灌系統設計、檢測系統設計、控制系統設計、清污分流系統設計、垂直防滲及封場覆蓋系統設計等。本文僅針對通風系統設計進行論述。

2非正規垃圾填埋場

2.1 非正規垃圾填埋場概述

非正規垃圾填埋場就是達不到國家標準和規范要求的垃圾填埋場，非正規垃圾填埋場沒有防滲措施和覆蓋導氣系統，存在大氣、水、土壤等污染隱患。由于填埋垃圾的發酵和自然降水的淋濾或地下水浸泡，產生出高濃度有機滲瀝液，會對地下水產生長期的影響。

2.2治理非正規填埋場的意義

2.2.1 實現土地資源再利用

存量生活垃圾占用大量可開發的上地，浪費上地資源，一定程度上制約了城市今后的發展。

2.2.2消除存量垃圾對環境和人體的危害

任意堆放或簡易填埋的垃圾，其所含的水分和滲入垃圾中的大氣降水產生的滲瀝液流入周圍地表水體和滲入土壤，會造成地表水和地下水的嚴重污染;生活垃圾露天堆放，產生CH₄、H₂S等有毒有害、刺激性氣體，污染大氣環境;露天隨意堆放的垃圾臭氣熏天、蚊蠅滋生、鼠患不斷，易傳染疾病，給人民的健康帶來極大威脅。

2.2.3保障關閉后填埋場安全的需要

填埋氣體的主要成份為CH₄和CO₂，屬于典型的易燃易爆氣體，如果不采取妥善措施任其無組織排放，勢必會產生火災、填埋場爆炸等安全隱患。同時，非正規垃圾填埋場無雨污分流系統，下雨后雨水無法及時排出，直接下滲形成滲瀝液，增加了場區滲瀝液產生量，大量滲瀝液積存在填埋堆體中對垃圾填埋場的穩定造成了極大的隱患。

3 微生物穩定化治理技術原理及優點

3.1技術原理

微生物穩定化修復技術是根據填埋垃圾被微生物降解的機理和過程，利用填埋場這一天然的微生物活動場所，通過一系列手段優化填埋場內部環境使其成為一個可控的生物穩定化過程，為微生物大量繁殖提供一個最優的生存空間。微生物穩定化技術不僅可對滲濾液實現很大程度的場內就地凈化，還為填埋場的提前穩定化創造良好條件，同時明顯提高垃圾的生物降解速度和效率，從而提高垃圾資源化、無害化水平。

微生物穩定化處置修復技術可分為兩種。

（1）好氧生物穩定化修復技術。將滲濾液、其他液體及空氣等根據場內垃圾生物降解的需要，通過一種可控的方式加入至填埋場。這樣不僅大大地加快填埋垃圾生物降解和穩定速率，減少危害最大的溫室氣體——甲烷的排放，同時可降低滲濾液污染強度和處理費用。研究表明，采用好氧生物穩定化修復技術的非正規垃圾填埋場達到穩定化的時間在1～2年左右，溫室氣體減少50%～90%。由于本技術需要同時對堆體進行強制抽氣和注氣供氧，另外輔助滲濾液同灌及其他控制形式，故相對準好氧穩定化修復技術來說單位時間內運行費用較高，該技術較適合垃圾平均腐熟度較低，產氣量較大的垃圾場地。

（2）準好氧生物穩定化修復技術。該技術主要原理與好氧技術類似，但本技術僅對堆體進行強制抽氣，氧氣通過強制抽氣形成的負壓自動進入堆體內。另外輔助滲濾液回灌及其他控制形式，故相對好氧穩定化修復技術來說單位時間內運行費用較低，該技術較適合垃圾平均腐熟度已進入中后期，但場地仍未達到場地利用標準的垃圾場地。采用準好氧生物穩定化修復技術的生活垃圾達到穩定的時間在2～3年左右。

3.2優缺點比較

3.2.1 好氧生物穩定化修復技術

采用“強制抽氣十強制注氣”形式，優勢在于通風量大，管路系統（進氣系統）不容易堵塞，堆體好氧反應徹底。劣勢在于同時需要抽氣及注氣風機，工程投資及運行費用較高，且大風量的空氣注入堆體內部如果控制不當會導致堆體內溫度降低，不只是浪費能源更不利丁堆體內生物反應。

3.2.2 準好氧生物穩定化修復技術

采用“強制抽氣十自動補氣”形式，優勢在于不需要注氣風機.建設投資和運行成本低，維護管理簡單;且適量的空氣進入堆體內可使堆體內形成厭氧一缺氧一好氧的生物環境，利于硝化反硝化。劣勢在于無動力自動補氣，一旦管路堵塞將影響運行效果。

兩種技術各有優劣勢，但無論采用好氧還是準好氧技術，其通風系統設計的關鍵點在都于通風量的確定、井間距的選擇、井結構設計、以及管路系統的布設。實際工程中應根據非正規垃圾場垃圾腐熟度、工程投資、治理時限要求等確定工藝形式。

4通風系統關鍵點設計

針對于非正規垃圾填埋場，形成微生物反應的環境，需要設置抽氣井及進氣井，兩種井的結構形式差別不大，但作用不同。對于好氧治理工藝來說，具體設計為利用抽氣風機將堆體內氣體抽出，利用注氣風機將新鮮空氣注入堆體內;對于準好氧治理工藝來說，具體設計為利用抽氣風機使抽氣井內形成負壓，使堆體內產生氣體自行流向抽氣井，將堆體內生物反應過程中生成的垃圾填埋氣和未參與反應或過量的空氣抽出;同時在堆體內形成微負壓，使堆體外空氣能通過氣壓差自補氣井流入堆體中，形成氣體循環（圖1）。

通風系統設計的關鍵點在于通風量的確定、井間距的選擇、井結構設計、以及管路系統的布設。

4.1通風量

目前利用微生物穩定化技術治理非正規垃圾場項目普遍采用的風量計算公式為：

其中：Q為填埋場總摘氣量，m³/min;Q_p：孔隙量，有6座進氣井。此兩種布置形式都可實現：當某個抽氣井需要維修時，只要關閉其周圍4個或6個進氣井的進氣口，其影響半徑范圍內填埋氣可由其周圍任意抽氣井抽走，既保證了布氣的均勻性又不會在堆體內形成死區。井字形布置比較適合采用“強制抽氣十強制注氣”的好氧工藝，梅花形布置比較適合采用“強制抽氣十自動補氣”的準好氧工藝。同樣的影響半徑下井字形布置的井位總數量少于梅花形布置，實際工程中可根據項目情況選擇（圖2、圖3）。

4.3井結構設置

4.3.1 抽氣并

抽氣井直徑一般為800 mm，井深為自場底向上1m或場底滲瀝液液位以上1m至堆體頂部以上1 m。抽氣井內置直徑100 mm的HDPE管，自井底向上1m每間隔2m設置1段穿孔管.共沒置2～3段。管外至井筒之間下部填充級配碎石，避免管道堵塞，上部由膨潤土壓實，避免漏氣（圖4）。

抽氣井內同時設置溫濕度傳感器，傳感器及導線設置于保護套管內。為保證井位沉降時管道不破裂，井口處外接抽氣管采用一段軟管連接。且為了避免主管道內吸入懸浮物堵塞風機，在抽氣井出口處設置過濾裝置，以在起始段保護管路及風機。

4.3.2注氣井

注氣井與抽氣井結構類似，直徑一般為800 mm，井深為自場底向上1m或場底滲瀝液液位以上1m至堆體頂部以上1m（圖5）。注氣井內置直徑100 mm的HDPE管，自井底向上1 m每間隔2 m設置1段穿孔管，共設置2～3段。管外至井筒之間下部填充級配碎石，避免管道堵塞，上部由膨潤土壓實，避免漏氣。

4.3.3補氣井

補氣井結構較抽氣井結構簡單，直徑一般為500mm，平井深為自場底向上1m或場底滲瀝液液位以上1m至堆體頂部以上1m（圖6）。井中心設置DN100的HDPE穿孔花管。花管一般距場頂2～3 m開始穿孔，管外至井邊緣填充粒徑級配碎石。井頭設置開閉裝置，可根據堆體內含氧量的要求控制補氣強度。

另外，某些平原型填埋場滲瀝液導排難度較大，可由部分補氣井兼做抽水井。

4.4管路系統布設

管路布設是否合理對非正規垃圾場治理采用生物穩定化技術起著非常重要的作用，只有合理的管路布設才能保證抽氣/布氣的均勻性，不至于造成管路短路或某些區域管路損失過大。目前一般的布置形式為每根支管連接10～20座井，然后各支管匯至主管，最終接入風機。該布置方式將堆體內所有井位同時工作，由于支管較多，分區域控制難度較大。我認為管路布設需結合場地垃圾污染程度特征，盡量通過管路系統的布設實現分區域運行，經過3個項目的實踐，我總結出兩種管路布置形式。

4.4.1 分區域布設管路，區域控制

某些非正規垃圾填埋場填埋年限較長，區域填埋特征明顯，垃圾的降解程度有所差別的場地，劃分成幾個區域，并將各區域編號。當然大多數非正規垃圾場沒有詳實的資料顯示哪個區域是哪一年進行填埋的，但場地調查及地勘工作基本可對場地做出較準確的判斷。可通過分析化驗不同區域的BDM值判斷是較為新鮮的垃圾還是陳腐時間較長的垃圾。

圖7為已實施項目案例，該項目根據填埋時間將整個垃圾場劃分為5個區域，每個區域內設置一座工作站，由設備區分別接出5根平行的主管接各工作站。該布置優點：①可對某個降解效果差的區域增大抽氣（注氣）量，或對某個降解效果較好的區域降低風量，以降低運行成本。②可將井內溫濕度、氣體濃度等監測數據全部傳至本區域內設置的工作站中，現場運行人員只需在各站進行調節即可，無需像以往其他項目需要對堆體上上百口井逐一進行調節，本設置可節省人力，為后期的運營維護降低了成本。③該布置形式對于好氧及準好氧技術均適用。

4.4.2統一布設管路，集中控制

有些非正規垃圾場填埋年代久遠，且無分區域填埋.全部混填，全場垃圾特征基本相同。圖8為采用準好氧技術治理的項目案例，沿堆體頂部設置2條主管，6條支管，每條主管各負責間隔設置的3條支管，其中1條主管接大風量風機，另一條主管接小風量風機。大風量風機的主要作用是保證堆體內有足夠的氧氣以實現生物反應效果，小風量風機的主要作用是保證堆體內微負壓，盡量使堆體內呈現好氧、厭氧、兼氧三種狀態，以期微牛物降解效率最優。

該設置優點：既可保證生物反應對需氧量要求，又避免造成堆體內氧氣過剩或不足，可使垃圾處于好氧、厭氧、兼氧三種狀態.有機質降解的同時實現同步硝化一反硝化脫氮。

圖9為采用好氧技術治理的項目案例，沿堆體頂部分別設置抽氣主管及注氣主管，每條主管負責8 -15座抽氣（注氣）井，通過強制通風使堆體內處于好氧狀態，以進行生物反應。

該設置優點：通過在風機系統前段設置切換裝置，可將堆體內的抽氣系統和注氣系統進行互換。

為了實現對堆體內兩套管路系統實時切換的目的，在風機進口設置閥門轉換器一臺，可根據堆體內微生物反應情況對兩套系統進行切換。對于好氧形式來說管路切換的目的為抽氣井和注汽井功能的互換，對于準好氧形式來說管路切換的目的為大風量抽氣和微負壓實時切換。

準好氧形式的控制原理見圖10。

控制說明：①C（堆體管路系統1）需要大風量抽氣、D（堆體管路系統2）需要實現微負壓功能時：控制節點l、4關閉，填埋場內氣體經A口的3臺抽氣風機可經節點3由C口抽出，B口的1臺抽氣風機可經節點2由D口抽出。②C（堆體管路系統1）需要實現微負壓功能、D（堆體管路系統2）需要大風量抽氣時：控制節點2、3關閉，填埋場內氣體經A口的3臺抽氣風機可經節點4由D口抽出，B口的1臺抽氣風機可經節點1由C口抽出。

5結論

通過對非正規垃圾填埋場微生物穩定化治理技術中通風量的確定、井間距的選擇、井結構設計、以及管路系統的布設分析，對每個工段的計算或設置方式提出建議，為設計工作提供依據。