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一种臭气吸附型垃圾填埋场覆盖系统及制备方法与流程

2022-03-26 13:08:28 来源:中国专利 TAG:


1.本发明涉及垃圾填埋技术领域,特别是涉及一种臭气吸附型垃圾填埋场覆盖系统及制备方法。


背景技术:

2.近年来,随着我国国民经济的持续快速发展以及城镇化进程加速,城市垃圾急剧增加。截止2012年,中国城市生活垃圾清运量约为1.71亿t,除少量以焚烧、堆肥和回收利用方式处理外,60%以上以卫生填埋方式进行处理。生活垃圾中包含大量有机物,在填埋过程中会放出大量恶臭物质。各种恶臭物质中,尤以硫化氢(h2s)最为典型和普遍。
3.填埋场中h2s恶臭主要来自于含硫有机物的氧化及硫酸盐厌氧条件下的还原。在填埋初期,垃圾中的有机含硫成分(如含硫的维生素或蛋白质等)在微生物的作用下分解而产生h2s,并且积累大量的硫酸盐;中、后期,厌氧微生物(主要是硫酸盐还原菌)利用各种有机质或烃类来还原硫酸盐,在异化作用下形成h2s,该过程也是填埋场h2s的主要来源。
4.h2s具有刺激性和窒息性的臭鸡蛋气味,暴露在h2s环境中会引起各类眼部、呼吸道及神经性疾病,甚至休克死亡,对工人和周边居民的身体健康危害非常大。近年来,北京、上海、广州、深圳等城市生活垃圾填埋场频繁发生恶臭污染爆发事件,对周围居民的生活质量产生巨大影响,造成严重的社会问题。所以,有效处理垃圾填埋场的h2s恶臭污染,减少其对周边生态环境的破环,保护人民的身体健康,已经成了垃圾填埋场综合治理的重要内容。
5.垃圾填埋场h2s恶臭的污染控制可以通过源头抑制h2s的生成和末端减少h2s的排放两方面来实现。
6.一般来说,从源头抑制h2s的生成的常规做法:(1)抑制系统中微生物活性,主要通过添加氢氧化钠、氢氧化钙等碱性物质提高ph 值,或者添加杀菌剂来实现;(2)抑制硫酸盐还原菌活性,主要通过注射氧气、硝酸盐等物质提高氧化还原电位来实现。然而,实践中,这种做法效果并不佳。
7.h2s恶臭末端控制主要通过在填埋气中h2s的净化,以及覆盖层优化减少h2s的排放等末端控制手段上。
8.其中,填埋气的净化主要通过填埋场中的气体导排和收集系统,对垃圾降解过程中产生的填埋气进行收集和集中净化。然而,这些技术的前期投入和运行成本较高,中国许多填埋场也缺乏完善的填埋气倒排和搜集系统,因此,在大型填埋区域的实际应用过程中往往受到限制。
9.目前,垃圾填埋场h2s恶臭控制最常用的方法是使用填埋覆盖层实现恶臭的原位控制。
10.填埋覆土层的材料选择直接关系到恶臭原位控制的效果。虽然传统的粘土覆盖技术比较成熟,但具有除臭效果差、占用库容大、黏土资源宝贵且不易得、材料价格贵以及影响沼气和渗滤液的运移等缺点。理想的填埋覆土材料一般应具有以下物理特性:高比表面积、高保湿能力、高机械强度、较低的堆积密度、高孔隙率、高缓冲能力、易于获得、低成本、
运输成本低、使用寿命长等。然而,目前并未有人找到符合此特性的理想材料。因此,亟需寻求更合适的填埋覆土材料。
11.垃圾填埋场覆盖层分为中间覆盖层和封场覆盖层。
12.中间覆盖层是指在进行垃圾填埋作业过程中,由于摊铺、整平和压实以及作业面的迁移等工序而需要对裸露的垃圾进行的临时覆盖。中间覆盖层的作用主要包括:(1)避免因较长时间垃圾暴露进入大量雨水,产生大量渗沥液;(2)抑制臭气释放到大气中;(3)减少蚊蝇及改善不良视觉环境。
13.其中,封顶覆盖层主要作用为防渗和闭气。防渗即防止降雨、地面径流和地下水等入渗进入垃圾体,从而减小渗滤液的产量。闭气即降低填埋场气体外溢,包括减少臭气外溢,进而减少填埋场对周边环境及居民生活的影响。
14.目前国内主要采用土工复合材料(如hdpe膜)和黏土等防渗材料进行中间覆盖和封场覆盖。
15.作为覆盖层材料,土工复合材料的问题在于其主要问题在于施工质量要求高、工程造价昂贵、易被坚硬且尖锐的垃圾成分刺穿而失效等。此外,hdpe膜并不能吸收或者处理h2s,因此,膜下常常会聚集大量气体而导致鼓包现象,从而影响膜的服役期限。
16.土质中间覆盖层优点在于取材广泛、成本低廉、稳定性等,但是土质覆盖层也存在强度低会削弱垃圾体稳定性、占库容、消耗土壤资源、影响施工、经济性差等缺点。为解决上述问题,“cn201810659898-垃圾填埋场中间覆盖层及其制备方法和应用”提出使用回收骨料构筑中间覆盖层,以期通过回收骨料的加筋作用达到提高垃圾体力学特性的目的,并提供一定程度的防渗闭气功能。其闭气功能是通过低渗透性层降低臭气的通过量。
17.然而,土质覆盖层和回收骨料构筑的覆盖层都存在几个严重缺陷:(1)这些覆盖层不以吸收或者处理h2s为目的,只是提供一种隔离和阻止外溢的屏障;(2)由于h2s未被吸收或处理,h2s会积聚在低渗透性层下,气压会随着时间而增大,并最终突破低渗透性层的进气压力值,形成贯通通道,进而丧失闭气功能。


技术实现要素:

18.为解决上述问题,本发明提供一种臭气吸附型垃圾填埋场覆盖系统及制备方法,能够高效吸收h2s臭气,提高填埋场垃圾体力学稳定性,同时解决传统土质覆盖层无法通行中重型机械车辆的问题。
19.本发明的目的是以下述方式实现的:一种臭气吸附型垃圾填埋场覆盖系统,包括封场覆盖层和至少一个中间覆盖层组成;所述封场覆盖层,包括六个功能层,自上而下为:植被层、排水层、土工膜、膜下集气层、臭气吸附层ⅰ、集气层ⅰ;所述中间覆盖层包括三个功能层,自上而下依次是中间覆盖层上集气层、臭气吸附层ⅱ、下集气层。
20.臭气吸附层ⅰ与臭气吸附层ⅱ都为臭气吸附层;臭气吸附层即为具有臭气吸附功能的层。
21.臭气吸附层ⅰ的厚度为1.0-2.0m,臭气吸附层ⅱ的厚度为0.4-0.8m;臭气吸附层原料为再生细料,再生细料由回收建筑垃圾制备的再生细骨料和再生粉掺和而成,制备再生细骨料和再生粉的建筑垃圾中混凝土和砂浆占比≥95%,制备再生细料的废弃混凝土的强度不低于c30,压实再生细料的ph值不低于10;臭气吸附层的粒径分布曲线呈现马鞍形,具
体的,按照土力学标准,再生细料的粒径级配曲线特征需满足以下几个条件:(a)最大粒径≤2mm;(b)有效粒径d
10
≤0.005mm;(c)1.2mm≤d
90
≤1.8mm;(d)不均匀系数cu≥5;(e)曲率系数cc介于1和3之间,即3≥cc≥1,压实度≥95%,最大干密度下臭气吸附层的渗气系数在10-6
m/s—10-8
m/s,进气值1kpa—10kpa,吸水率≥10%,孔隙水饱和度60%—90%。
22.混凝土种类繁多,其中应用最广泛、最为常见的是水泥混凝土,本发明中所述的混凝土特指水泥混凝土,即由各类水泥作为胶凝材料制备的混凝土。要含有水泥,水泥一般原料都含有硅酸盐水泥熟料,硅酸盐水泥熟料中含有氧化钙,如硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥、中热硅酸盐水泥、低热矿渣硅酸盐水泥、快硬硅酸盐水泥、抗硫酸盐硅酸盐水泥、白色硅酸盐水泥、道路硅酸盐水泥、砌筑水泥、油井水泥、石膏矿渣水泥。
23.所述臭气吸附型垃圾填埋场覆盖系统的封场覆盖层,植被层包括能够培育植被的土壤,且植被层厚度满足所种植植被根系需求,植被层厚度≥0.5m,压实度≥80%。排水层原料为垃圾填埋场填埋的建筑垃圾回收利用制备而成的再生粗骨料,厚度0.2-0.4m,粒径为20-40mm,压实相对密度≥0.9。土工膜采用高密度聚乙烯土工膜或线性低密度聚乙烯土工膜,厚度≥1mm,膜上敷设非织造土工布,非织造土工布的规格≥300g/m2。膜下集气层的原料为再生粗骨料,厚度0.2-0.4m,粒径为2-10mm,压实相对密度≥0.9。膜下集气层为臭气吸附层ⅰ,臭气吸附层ⅰ之下为集气层ⅰ。集气层ⅰ的厚度为0.3-0.5m,集气层ⅰ的原料为再生粗骨料,粒径为20-40mm,压实相对密度≥0.9。
24.所述臭气吸附型垃圾填埋场覆盖系统的中间覆盖层,上集气层、下集气层分别采用再生粗骨料构筑,厚度分别为0.2-0.4m,粒径分别为20-40mm,压实相对密度分别≥0.9。
25.所述臭气吸附型垃圾填埋场覆盖系统,各功能层之间设有防止各层原料混合的透水透气的隔绝材料层进行间隔。
26.臭气吸附层ⅰ、臭气吸附层ⅱ的材料的原混凝土强度不低于c30,除植被层、土工膜外的其他功能层都由建筑垃圾回收的再生材料制备,其中制备再生材料的原混凝土强度不低于c10。
27.膜下集气层侧部设有膜下集气层抽气装置,集气层ⅰ侧部设有集气层ⅰ抽气装置,上集气层、下集气层侧部分别设有上集气层抽气装置、下集气层抽气装置。
28.最下方的垃圾体下方和侧部还设有底部防渗衬里,从而本发明所涉及的覆盖系统与垃圾体、及现有技术中的底部防渗衬里,构成“底部防渗衬里-垃圾体-中间覆盖层(下集气层-臭气吸附层
ⅱ‑
上集气层)-垃圾体-中间覆盖层(下集气层-臭气吸附层
ⅱ‑
上集气层)
‑……‑
垃圾体-封场覆盖层(集气层
ⅰ‑
臭气吸附层
ⅰ‑
膜下集气层-土工膜-排水层-植被层)”。这种由“垃圾-中间覆盖层”的复合结构交错叠加而形成的结构体中,中间覆盖层和垃圾体充分接触,即中间覆盖层的臭气吸附层ⅱ夹杂在在垃圾内,并实现多层次吸附。中间覆盖层一方面作为填埋作业过程中的临时臭气吸附,另一方面在封场之后作为垃圾体的中间夹层可以继续进行臭气吸附。
29.所述的臭气吸附型垃圾填埋场覆盖系统,作为垃圾填埋场覆盖系统,其防渗功能由土工膜实现,土工膜可以有效防止雨水大量入渗进入垃圾体形成渗滤液。其次,土工膜具有闭气功能,可以有效避免臭气外溢,减少垃圾填埋场对外界环境的影响以及扰民程度。
30.所述的臭气吸附型垃圾填埋场覆盖系统,其h2s臭气吸附功能主要由若干中间覆
盖层和封场覆盖层组成的联合吸附体系共同实现,分次填埋时构筑的中间覆盖层提供逐层吸附,封场覆盖层实现最终吸附;中间覆盖层中臭气吸附主要通过上集气层、下集气层集气和臭气吸附层吸附反应实现,上集气层、下集气层的颗粒粒径较大,可以收集上下垃圾体所产生的填埋气,并在上、下集气层中富集和维持较高的h2s分气压,以便加速中间覆盖层臭气吸附层ⅱ中的回收骨料与h2s气体的化学反应,加速h2s的吸附;封场覆盖层中的臭气吸附主要通过土工膜膜下集气、集气层ⅰ集气和臭气吸附层ⅰ吸附反应实现,土工膜的闭气功能有助于维持膜下较高气压和较高浓度的h2s气体,加速h2s的吸附;集气层ⅰ的颗粒粒径较大,可以富集大量气体;此外,膜下集气层和集气层ⅰ分别配置抽气排气装置,用于控制膜下集气层和集气层ⅰ的气压,尤其是h2s气体的分气压,进而控制臭气吸附层ⅰ中的h2s气体的分气压随着深度的分布,以便达到最佳的臭气吸附效果。
31.所述的臭气吸附型垃圾填埋场覆盖系统的制备方法,包括以下步骤:(1)按各功能层原料要求进行备料;再生骨料、再生粉制备前,应通过预处理将建筑垃圾中木材、钢筋、渣土等杂质去除,只保留废弃混凝土和砂浆石;(2)按照各层要求进行铺设各功能层。
32.所述的臭气吸附型垃圾填埋场覆盖系统的制备方法,包括以下步骤:(1)备料,土工膜需从外购置并运输至填埋场,植被层土料就近取材,在设立建筑垃圾粉碎站并制备再生粗骨料、再生细骨料及再生粉;(2)加水混合及养护,在分别构筑封场覆盖层和中间覆盖层之前,将各个功能层所需的材料分别加水混合,配至最优含水率,而后密闭养护以便水分均匀;(3)中间覆盖层铺设:一轮填埋作业完成后,进行清理、平整和碾压,而后依次铺设土工布、下集气层、土工布、臭气吸附层ⅱ、土工膜,在进行下一轮填埋作业之前,将土工膜揭开移除,而后在臭气吸附层ⅱ之上铺设上集气层,上集气层铺设完成之后开始下一轮填埋作业,下一轮填埋作业完成之后重新铺设中间覆盖层,铺设方法如上所述,如此重复直至填埋作业完成至预定填埋量,其中,上集气层,下集气层、臭气吸附层ⅱ、上集气层需分层铺设,单层铺设厚度不宜超过10cm;(4)封场覆盖层铺设:填埋作业全部完成后,进行清理、平整和碾压,而后依次铺设土工布、集气层ⅰ、土工布、臭气吸附层ⅰ、土工布、膜下集气层、土工膜、土工布、排水层、土工布、植被层,其中,集气层ⅰ、臭气吸附层ⅰ、膜下集气层、排水层、植被层需分层铺设,单层铺设厚度不宜超过10cm,而后对植被层进行绿化和养护,封场覆盖层铺设完成后需要对整个覆盖系统进行监测和养护。
33.有益效果:本发明提供一种臭气吸附型垃圾填埋场覆盖系统及制备方法,能够通过控制臭气吸附层的材料特性、粒径级配、吸附层厚度等控制理论吸附能力,并通过控制压实度、细粒比例等控制臭气与吸附材料的接触面积、臭气吸附层的含水率、臭气通过量、臭气通过速率、臭气通过时间(亦即臭气吸附反应时间)等,进而控制吸附效果。并通过土工膜闭气、防渗、保湿的作用,膜下集气层、集气层ⅰ集气,尤其是集气层ⅰ集气,维持臭气的高浓度,并维持适宜吸附的湿度,从而增大臭气吸附层ⅰ的吸附效果。另外植被层、排水层主要起到排水作用,防止水的大量渗透对下部各层的破坏。中间覆盖层一方面起到临时臭气吸附,另一方面在封场之后作为垃圾体的中间夹层可以继续进行臭气吸附。覆盖系统起到防渗闭气功能同时起到h2s臭气吸附功能,并实现建筑垃圾回收利用,用高强度的回收再生骨料代替低强度的土料构筑中间覆盖层,将土质中间覆盖层的“软弱夹层”效应改良为回收骨料所筑中间覆盖层的“加筋”作用,提高填埋场垃圾体力学稳定性,同时解决传统土质中间覆盖层无法通行中重型机械车辆的问题,施工简单高效。8m/s,进气值1kpa—10kpa,吸水率≥10%,孔隙水饱和度60%—90%。
49.使用建筑垃圾再生骨料作为臭气吸附层ⅰ6和臭气吸附层ⅱ11的作用机理在于建筑垃圾中残余有未反应的生石灰(cao)或者熟石灰(ca(oh)2)等碱性物质,与臭气中的酸性物质(主要为h2s)发生酸碱中和反应,化学反应方程式如下:s)发生酸碱中和反应,化学反应方程式如下:为了上述化学反应的发生和发展,需要具备一些环境条件,如较大比表面积以增大反应接触面积、湿润环境等。本发明中,通过控制臭气吸附层ⅰ材料特性、粒径级配、吸附层厚度等控制理论吸附能力,并通过控制压实度、细粒比例等控制臭气与吸附材料的接触面积、臭气吸附层ⅰ的含水率、臭气通过量、臭气通过速率、臭气通过时间(亦即臭气吸附反应时间)等,进而控制吸附效果。
50.所述臭气吸附型垃圾填埋场覆盖系统的封场覆盖层18,其特征在于:封场覆盖层18外表截面如图1为梯形的,包括平面和倾斜的坡面,如果外表截面为三角形的,则只包括倾斜的坡面。
51.其中,植被层2植被层土壤需满足垃圾填埋场植被层土壤的相关要求,本发明不做额外限制要求。如植被层2采用自然土壤加表层营养土制备而成,也可以为采用填埋场周边土壤。厚度应根据种植的植物根系深浅确定,厚度应不低于0.5m,植被层土应分层压实,压实度不宜小于80%。植被层优选种植根系较浅的草皮,并根据所种植的植物特性确定植被层土壤的施肥、灌溉、翻耕施工方法等。所述植被层的主要作用在于绿化美观、防止水土流失功能,以及在非降雨时间,通过表面蒸发、植物蒸腾作用将入渗并储存在植被层的水分释放到大气环境中,保持封场覆盖层的水量平衡。需要注意的是,植被层在本发明中主要功能如上所述,并不承担防渗闭气以及臭气吸附功能。因此,植被层的参数设计主要考虑因素为就近取材、土质营养足以支撑填埋场植被生长、材料成本较低等。
52.其中,排水层3、膜下集气层5、臭气吸附层ⅰ6和集气层ⅰ7四个功能层均采用垃圾填埋场所填埋的建筑垃圾回收利用制备而成再生材料构筑而成,优选使用废弃的高强度混凝土制备。要求排水层3、膜下集气层5和集气层ⅰ7的原混凝土的强度不低于c10,臭气吸附层ⅰ6材料的原混凝土强度不低于c30;且在建筑垃圾制备再生骨料之前对杂质(包括渣土、钢筋、木材、玻璃、塑料、砖、纸张、织物等)进行剔除,只保留混凝土和砂浆块,混凝土和砂浆的重量占比不低于95%。
53.其中,排水层3位于植被层2之下,由垃圾填埋场所填埋的建筑垃圾回收利用制备而成的再生粗骨料。排水层原料为垃圾填埋场填埋的建筑垃圾回收利用制备而成的再生粗骨料,厚度0.2-0.4m,粒径为20-40mm,压实相对密度≥0.9。所述排水层3的主要功能在于将入渗到排水层的水分导排走,并作为植被层2的支撑层,以及和植被层2共同构成土工膜4的上保护层。因此,对其参数性能的主要要求就是力学强度较好足以支撑植被层2,通透性好以便将入渗植被层2并进入排水层3的水分沿着土工膜4顺坡导排走,避免水分在土工膜上囤积,以及取材方便、材料成本低、耐久性好等。排水层的参数设计需要考虑当地最大降雨量、植被层最大入渗量、坡度、排水层渗透系数和排水层厚度等因素,以便满足最大排水需要。此外,由于建筑垃圾回收骨料的强度要远远超过天然土料的力学特性,可以满足支撑植被层2的力学强度要求。再一方面,排水层3和植被层2共同构成土工膜4的上保护层,避免土
工膜的损坏。
54.其中,土工膜4采用高密度聚乙烯(hdpe)土工膜或线性低密度聚乙烯(lldpe)土工膜,厚度不应小于1mm,膜上应敷设非织造土工布,非织造土工布的规格不宜小于300g/

。土工膜的性能指标应符合现行行业标准《垃圾填埋场用高密度聚乙烯土工膜》cj/t 234 和《垃圾填埋场用线性低密度聚乙烯土工膜》cj/t 276的规定要求。所述土工膜的作用主要包括防渗、闭气、集气和保湿四大方面。首先,作为覆盖层的防渗功能由土工膜实现,土工膜可以有效防止雨水大量入渗进入垃圾体8形成渗滤液。其次,土工膜具有闭气功能,可以有效避免臭气外溢,减少垃圾填埋场对外界环境的影响以及扰民程度。此外,土工膜有助于h2s的膜下集气。在不进行抽气的情况下,土工膜4的闭气功能有助于维持膜下较高气压和较高浓度的h2s气体,这样可以加速臭气吸附层中的回收骨料与h2s气体的化学反应,进而加速h2s的吸附;在进行抽气的情况下,也会有助于膜下h2s气体的富集,对于臭气吸附产生有利影响。最后,土工膜有助于臭气吸附层ⅰ6的保湿。土工膜的存在,可以防止臭气吸附层ⅰ6的蒸发和风干,有利于保持臭气吸附层ⅰ6长期维持在较高含水量。而压实回收细骨料在较高含水率的环境中与h2s的吸附反应会加速,可以更好的吸附臭气。
55.其中,膜下集气层5采用由垃圾填埋场所填埋的建筑垃圾回收利用制备而成的再生粗骨料。膜下集气层5采用再生粗骨料构筑,厚度0.2-0.4m,粒径为2-10mm ,压实相对密度不低于0.9。膜下集气层5设置于土工膜4和臭气吸附层ⅰ6之间,设置的主要目的在于支撑和保护土工膜4,在土工膜4下形成高通透性的集气层,便于收集突破臭气吸附层ⅰ6的气体,维持膜下较低的相对气压,避免土工膜出现局部聚集大量气体而鼓包甚至撕裂现象。此外,膜下集气层ⅰ6也需要充当土工膜4的保护层,作用包括:(1)支撑作用,土工膜是柔性材料,必须铺设在可靠的支持层上,以便让土工膜受力均匀;(2)铺设在土工膜的下面,排除膜下的积水、积气,确保土工膜4的稳定;(3)保护土工膜4,避免土工膜与臭气吸附层ⅰ6之间接触,使其不受下层的破环。
56.其中,臭气吸附层ⅰ6采用由建筑垃圾回收利用制备而成的再生细骨料和再生粉的掺和而成的再生细料,其参数如下:(1)材料要求:再生细料需要进行材料质量控制,优选废弃高强度混凝土制备的再生细料,要求原混凝土的强度不低于c30;且混凝土和砂浆的重量占比不低于95%,其中水泥石(及水泥浆硬化体)和砂浆含量不低于40%;压实再生细料层的ph不低于10。原混凝土的标号提高,相应的配比中水泥比例也随之增高,原混凝土中残存的生石灰(cao)或者熟石灰(ca(oh)2)等碱性物质也会越多,越有利于提升其臭气吸附能力。
57.(2)层厚:厚度为1.0m-2.0m。需要注意的是臭气吸附层ⅰ的厚度取决于填埋作业厚度以及所填埋垃圾类型,以及臭气吸附层ⅰ中吸附材料的吸附特性。当填埋作业厚度增加,且其中可以降解产生h2s的含硫有机物垃圾含量增加的时候,意味着填埋垃圾将产生的h2s也会增加,对应的臭气吸附层ⅰ的厚度也要增加。
58.(3)粒径分布曲线呈现马鞍形,即细粒径和粗粒径所占比例较大,中间颗粒相对较少。具体的,按照土力学标准,再生细料的粒径级配曲线特征需满足以下几个条件:(a)最大粒径不超过2mm;(b)有效粒径d
10
不超过0.005mm;(c)1.2mm≤d
90
≤1.8mm;(d)不均匀系数cu≥5;(e)曲率系数cc介于1和3之间,即3≥cc≥1。这种粒径分布的设计目的在于:压实后得到的臭气吸附层ⅰ6粒径分布曲线呈现马鞍形,其中,粗颗粒的抗剪强度较高,构成压实后得到
7和垃圾8之间便于臭气的收集,并通过集气层ⅰ抽气排气装置14控制集气层ⅰ中h2s气体分气压的强度,进而控制h2s气体在封场覆盖层中的分气压分布。当垃圾体8降解产生的臭气产生后进入封场覆盖层后,受到土工膜的阻隔都富集在封场覆盖层中。而集气层ⅰ的粒径较大,孔隙体积较高,可以富集大量气体;而且集气层ⅰ的渗气系数较大,在进行抽气的时候可以快速将臭气抽离排走,通过集气层ⅰ抽气排气装置14可以实现对覆盖层中臭气分气压垂直分布的控制。
66.所述中间覆盖层19包括三个功能层,自上而下依次是中间覆盖层上集气层10、臭气吸附层ⅱ11、下集气层12三个功能层。
67.其中,上集气层10、臭气吸附层ⅱ11、下集气层12三个功能层均采用垃圾填埋场所填埋的建筑垃圾回收利用制备而成再生材料构筑而成,优选使用废弃的高强度混凝土制备。要求上集气层和下集气层的原混凝土的强度不低于c10,中间覆盖层的臭气吸附层ⅱ材料的原混凝土强度不低于c30;且在建筑垃圾制备再生骨料之前对杂质(包括渣土、钢筋、木材、玻璃、塑料、砖、纸张、织物等)进行剔除,只保留混凝土和砂浆块,混凝土和砂浆的重量占比不低于95%。
68.其中,中间覆盖层上集气层采用再生粗骨料构筑,厚度0.2-0.4m,粒径为20-40mm,压实相对密度不低于0.9。中间覆盖层上集气层的作用在于将中间覆盖层的臭气吸附层ⅱ与其上的垃圾体8隔离开,避免二者直接接触;在中间覆盖层的臭气吸附层ⅱ与其上的垃圾体8之间形成具有高通透性的集气层,便于h2s气体从臭气吸附层ⅱ之上的垃圾体8向下溢出并富集在上集气层;在上集气层抽气装置15控制下,控制h2s气体在上集气层的分气压值,进而控制h2s气体在中间覆盖层的臭气吸附层ⅱ的分气压分布,从而影响臭气吸附反应的进行。
69.其中,中间覆盖层的臭气吸附层ⅱ采用再生细料,再生细料由建筑垃圾回收利用制备而成的再生细骨料和再生粉掺和而成,其厚度为0.4-0.8m,其余材料性能参数与封场覆盖层的臭气吸附层参数要求相同。中间覆盖层的臭气吸附层ⅱ一方面作为中间覆盖层时的临时臭气吸附,另一方面在封场之后作为垃圾体的中间夹层可以继续进行臭气吸附。
70.其中,中间覆盖层下集气层采用再生粗骨料构筑,厚度0.2-0.4m,粒径为20-40mm,压实相对密度不低于0.9。中间覆盖层下集气层的作用在于将中间覆盖层的臭气吸附层ⅱ与其下的垃圾体隔离开,避免二者直接接触;在中间覆盖层的臭气吸附层ⅱ与其下的垃圾体之间形成具有高通透性的集气层,便于h2s气体从臭气吸附层ⅱ之下的垃圾体向上溢出并富集在下集气层;在下集气层抽气装置16控制下,控制h2s气体在下集气层的分气压值,进而控制h2s气体在中间覆盖层的臭气吸附层ⅱ的分气压分布,从而影响臭气吸附反应的进行。
71.本发明中覆盖系统与垃圾体、现有技术中的底部防渗衬里构成“底部防渗衬里-垃圾体-中间覆盖层(臭气吸附层ⅱ)-垃圾体-中间覆盖层
‑……‑
垃圾体-封场覆盖层(臭气吸附层
ⅰ‑
土工膜)”,底部防渗衬里为防渗衬垫层17。这种由“垃圾-中间覆盖层”的复合结构交错叠加而形成的结构体中,中间覆盖层和垃圾体充分接触,即中间覆盖层的臭气吸附层ⅱ夹杂在在垃圾内,并实现多层次吸附。中间覆盖层一方面作为填埋作业过程中的临时臭气吸附,另一方面在封场之后作为垃圾体的中间夹层可以继续进行臭气吸附。
72.其中,封场覆盖层和中间覆盖层的臭气吸附层的蓄持水分能力主要通过大孔隙容
纳、毛管孔隙吸持及细骨料颗粒吸附作用实现。黏粒质量分数越大的土壤,毛管含量越多,贮存孔隙越多,比表面积越大,吸附能力越强,其水分蓄持能力也越强。表现到土壤土水特征曲线中,各水吸力段的土壤体积含水率均随着黏粒质量分数的增加而递减。在中低水吸力段,黏粒质量分数越大的土壤,毛管含量越多,毛管吸持能力越强,持水越多;在高水吸力段,黏粒巨大的表面积和表面电荷,使得其具有极强的吸附水分子的能力,形成较厚的吸附水层或水膜,黏粒间的孔隙极细微,形成较厚的吸附水层或水膜,黏粒间的孔隙极细微,而吸附水膜外也有可能在毛管力的作用下保持一定量的水分,而且黏粒质量分数越大的土壤,这种作用越强烈。
73.因臭气吸附层和集气层的颗粒粒径相差较大,为避免颗粒较小的材料掉入颗粒较大的材料中,预先铺设透水透气的隔绝材料层可以防止相互混掺情况产生。此外,集气层和垃圾体之间也许铺设土工布以防止相互混掺。本技术的集气层为膜下集气层、集气层ⅰ、上集气层或下集气层,臭气吸附层为臭气吸附层ⅰ或臭气吸附层ⅱ。植被层与排水层直接也可以设置透水透气的隔绝材料层,所述透水透气的隔绝材料层优选土工布。
74.所述所有相邻功能层之间均设有透水透气的隔绝材料层。
75.本专利中的臭气吸附层所用材料为建筑垃圾回收制备的再生细骨料和再生粉的掺合料,其优势包括以下几方面:(1)比表面积大。如前所述,增加比表面积可以增加臭气吸附层的压实回收骨料与h2s气体的接触面积,进而增加压实回收骨料与h2s气体的化学反应,增加臭气吸附。建筑垃圾回收的再生细料的颗粒较细,可以显著增加表面积。同时,回收的再生细料也是一种典型多孔物质,其孔隙主要包括原生孔隙和再生孔隙,其孔隙体积较同粒径级配的天然骨料及土壤大很多。其中原生孔隙主要为混凝土制备过程中因发泡等原因产生的砂浆表面原生孔隙,再生孔隙是指回收骨料破碎制备过程中产生的新的裂隙或孔隙。孔隙和裂隙的增加可以大幅度增加回收骨料的比表面积,增加臭气吸附层与h2s的接触面积并进一步提升臭气吸附能力。
76.(2)细粒较多,吸附能力较强。臭气吸附层中的回收骨料具有吸附能力的物质主要为水泥,原混凝土中的砂石料并无吸附能力。回收骨料中细颗粒中的水泥砂浆含量较高,因此增加细粒比例可以有效增加回收骨料的臭气吸附能力。
77.(3)渗气系数小,可以有效控制臭气在臭气吸附层中的通过量和通过时间。通过降低单位之间的通过量及延长通过时间,可以提升吸附效果。
78.(4)臭气吸附层提供的碱性环境可以有效抑制臭气的产生。根据文献报告,压实回收骨料的ph值一般高于9,超出垃圾降解的好氧/厌氧微生物的适宜酸碱度环境,可以有效抑制h2s的产生。
79.(5)吸水率高,持水能力好。研究证明:在较高含水率的环境中,建筑垃圾回收的再生细料与h2s的吸附反应会加速,可以更好的吸附臭气。一般来说,回收的再生骨料的含水率是天然骨料的15倍,吸水率是天然骨料的10.2倍,这主要是因为回收的再生骨料自身孔隙率大。回收的再生骨料中孔隙包括颗粒之间的孔隙以及骨料颗粒内部的孔隙两部分。因此,在压实回收的再生骨料层中,水分可以赋存在骨料颗粒之间的孔隙中,以及进入颗粒内部的孔隙中。此外,回收骨料表面附着的水泥砂浆具有较好的亲水性,根据非饱和土力学基本理论,压实回收的再生骨料具有较好的持水能力,可以更加容易吸收和保持水分。
80.(6)强度高。中间覆盖层需要具备较好的力学特性,以便夹在不同层的垃圾之内构成加筋效应提升整个垃圾体的力学稳定性。根据文献报告,压实回收的再生骨料的力学强度远远大于同等粒径级配的天然土壤或砂砾。使用回收的再生骨料作为中间覆盖层材料,可以大幅度提高中间覆盖层的力学特性,进一步提高垃圾体稳定性。
81.(7)低成本易获得。臭气吸附的技术和材料很多,但是普遍成本偏高并需要大规模远距离运输,这造成了经济性偏低。因此,臭气吸附层宜选取低成本宜获取的材料。
82.本发明所涉及的垃圾填埋场覆盖系统的作用机理为:本发明所涉及的垃圾填埋场覆盖系统的核心功能包括防渗闭气功能,以及本发明所独有的h2s臭气吸附功能。
83.附图7是本发明防渗闭气原理示意图。防渗闭气功能由封场覆盖层的土工膜实现,土工膜渗透性极低,可以有效防止雨水大量入渗进入垃圾体形成渗滤液。当有降雨20时,一方面大部分雨水变成坡面径流顺21坡导排走;剩余雨水下渗进入植被层2。进入植被层2的雨水储存在植被层2,当超出植被层2的储存能力的时候,入渗水分进入排水层3,并沿着土工膜4表面,在排水层中顺坡导排走(即排水层侧向导排22)。
84.土工膜4具有闭气功能,可以有效避免臭气外溢,减少垃圾填埋场对外界环境的影响以及扰民程度。
85.附图5和6是本发明臭气吸附原理示意图。本发明所涉及的h2s臭气吸附功能主要通过分次填埋时构筑的中间覆盖层19的逐层吸附,以及封场覆盖层18的最终吸附,即由若干中间覆盖层19和最终的封场覆盖层19组成的联合吸附体系共同实现臭气吸附。
86.其中,中间覆盖层的臭气吸附原理在于:中间覆盖层19中臭气吸附主要通过上集气层10、下集气层12集气和臭气吸附层ⅱ11吸附反应实现。上集气层、下集气层的颗粒粒径较大,孔隙体积较高,渗气系数较大,可以收集上下垃圾体所产生的填埋气,并在上下集气层中富集和维持较高的h2s分气压,即中间覆盖层的臭气吸附层ⅱ上下处于较高h2s分气压的环境中,这样可以加速中间覆盖层臭气吸附层ⅱ中的回收骨料与h2s气体的化学反应,进而加速h2s的吸附。此外,上集气层、下集气层分别配置抽气排气装置,用于控制上集气层、下集气层的气压,尤其是h2s气体的分气压,进而控制臭气吸附层ⅱ中的h2s气体的分气压随着深度的分布,以便达到最佳的臭气吸附效果。
87.如附图6所示,本发明需要若干中间覆盖层,附图6中选用序号为n的中间覆盖层作为示意。序号为n的中间覆盖层中:上集气层与垃圾体接触的深度为d
n0
,上集气层与臭气吸附层ⅱ11接触的深度为d
n1
,下集气层与臭气吸附层ⅱ11接触的深度为d
n2
,下集气层与垃圾体接触的深度为d
n3
,上、下集气层的h2s气体的分气压可以视为p
n2
,臭气吸附层ⅱ纵向中间厚度的埋深为d
nc
,埋深为d
nc
处的h2s气体的分气压为p
n1
。臭气吸附层中从d
nc
到d
n1
和d
nc
到d
n2
的h2s气体分气压沿纵向呈现随着深度从p
n1
到p
n2
的线性分布。
88.通常,对于中间覆盖层的臭气吸附层ⅱ的h2s气体分气压p
n1
的控制值为0kpa—2kpa之间,最佳控制值为0kpa。中间覆盖层的上、下集气层的h2s气体的分气压p
n1
的控制值为0kpa—10kpa之间,在保证中间覆盖层中h2s气体分气压p
n1
和p
n2
不超标的情况下,适当增大中间覆盖层h2s气体的分气压p
n1
和p
n2
值可以有效提高臭气吸附反应的发生效率和吸附效果。通过上集气层抽气排气装置15和下集气层抽气排气装置16控制上、下集气层中的h2s气体的分气压p
n2
值,进而控制臭气吸附层ⅱ中的h2s气体的分气压随着深度的分布,以便达到
最佳的臭气吸附效果。
89.本发明中覆盖系统与垃圾体、现有技术中的底部防渗衬里构成“底部防渗衬里-垃圾体-中间覆盖层-垃圾体-中间覆盖层
‑……‑
垃圾体-封场覆盖层”。这种由“垃圾体-中间覆盖层”的复合结构交错叠加而形成的结构体中,中间覆盖层和垃圾体充分接触,即中间覆盖层臭气吸附层夹杂在在垃圾内,并实现多层次吸附。中间覆盖层一方面作为中间覆盖层时的临时臭气吸附,另一方面在封场之后作为垃圾体的中间夹层可以继续进行臭气吸附。
90.封场覆盖层18的臭气吸附原理在于:封场覆盖层中的臭气吸附主要通过土工膜膜下集气5、集气层ⅰ7集气和臭气吸附层ⅰ6吸附反应实现。土工膜4的闭气功能有助于维持膜下较高气压和较高浓度的h2s气体,这样可以加速臭气吸附层ⅰ中的回收骨料与h2s气体的化学反应,进而加速h2s的吸附;集气层ⅰ的颗粒粒径较大,孔隙体积较高,渗气系数较大,可以富集大量气体。此外,膜下集气层和集气层ⅰ分别配置抽气排气装置—膜下集气层抽气装置13和集气层ⅰ抽气装置14,用于控制膜下集气层和集气层ⅰ的气压,尤其是h2s气体的分气压,进而控制臭气吸附层ⅰ中的h2s气体的分气压随着深度的分布,以便达到最佳的臭气吸附效果。
91.如附图5所示,膜下集气层和集气层ⅰ的h2s气体的分气压分别为p1和p2,臭气吸附层ⅰ中的h2s气体的分气压随着深度的呈现从p1到p2的线性分布。通常,对于膜下集气层的h2s气体分气压p1的控制值为-1kpa—1kpa之间,最佳控制值为0kpa。集气层ⅰ的h2s气体的分气压p1的控制值为0kpa—10kpa之间,在保证膜下集气层的h2s气体分气压p1不超标的情况下,适当增大集气层ⅰh2s气体的分气压p1值可以有效提高臭气吸附反应的发生效率和吸附效果。通过集气层ⅰ的抽气排气装置控制集气层中的h2s气体的分气压p1值。膜下集气层的h2s气体的分气压p2是由集气层ⅰ和膜下集气层的抽气排气装置联合作用实现的,以集气层ⅰ的抽气排气装置为主,以膜下集气层的抽气排气装置为辅助,优选使用集气层ⅰ的抽气排气装置。
92.本发明的封场覆盖层和中间覆盖层的臭气吸附层的臭气吸附作用机理在于:使用建筑垃圾再生骨料作为臭气吸附层的构筑材料,建筑垃圾中残余有未反应的生石灰(cao)或者熟石灰(ca(oh)2)等碱性物质,与臭气中的酸性物质(主要为h2s)发生酸碱中和反应,化学反应方程式如下:学反应方程式如下:此外,臭气吸附层的高强混凝土破碎制备、大厚度、高压实度、较高细颗粒比例、混凝土和砂浆块的高占比、高含水率以及土工膜的保湿功能,可以有效增加臭气吸附层的理论吸附量,并营造一个吸附反应的适宜环境,从而更好的改善实际吸附效果。
93.本发明所涉及的覆盖系统制作方法如下:(1)备料:土工膜需从外购置并运输至填埋场,土工膜的材料性能要求需满足相关规范要求,包括gb/t 50290-2014 土工合成材料应用技术规范、gb/t17642-2008 复合土工膜技术标准等;此外,土工膜的性能还需满足垃圾填埋场相关规范的要求,如gb50869-2013 生活垃圾卫生填埋处理技术规范、cjj176-2012 生活垃圾卫生填埋场岩土工程技术规范等。
94.植被层土料可以就近取材,植被土的材料要求需满足相关规范,本发明不做特殊
要求。
95.封场覆盖层的排水层、膜下集气层、臭气吸附层ⅰ和集气层ⅰ及中间覆盖层所需的再生骨料最好取材自垃圾填埋场所填埋的建筑垃圾。生产加工可参考建筑工程再生骨料生产规范(如gb/t25177-2010混凝土用再生粗骨料以及db894.1-再生砂粉应用技术规程(上海)等),以便大规模工业生产,降低工艺难度以及生产成本。再生骨料制备前,应通过预处理将建筑垃圾中木材、钢筋、渣土等杂质去除,只保留废弃混凝土和砂浆石。而后进行破碎、研磨和筛分等工艺制备相应预定粒径要求的再生粗骨料和再生细骨料,通过吸尘设备可以制备微粉(也称为再生粉),将微粉与再生细骨料掺在一起混合制得臭气吸附层所需要的材料。封场覆盖层和中间覆盖层所需的材料需要符合上述要求。
96.(2)加水混合及养护。在分别构筑封场覆盖层和中间覆盖层之前,需要将所需的材料分别加水混合,配至最优含水率,而后密闭养护以便水分均匀。各层材料的最优含水率需提前进行试验研究确定,确定方法应符合土工试验相关规范要求(如gbt 50123-2019 土工试验方法标准)。配置最优含水率的时候,应保证水分添加均匀以及充分搅拌,不出现大的结团现象。材料养护时应进行密闭遮光养护,通常养护3-10天。
97.(3)中间覆盖层铺设:先进行底部防渗衬里—防渗衬垫层17的铺设(按现有技术进行),然后填埋垃圾。垃圾填埋场垃圾填埋作业完成后,进行平整和碾压,而后铺设一层土工布。再而后在土工布上铺设下集气层的压实粗骨料,再生粗骨料分层铺设并充分压实,每层铺设厚度不宜过厚(一般不超过10cm),压实度需满足要求(不低于0.9的相对密度)。而后铺设土工布。再而后在土工布上铺设臭气吸附层ⅱ,铺设时需分层铺设并充分压实,每层铺设厚度不得超过10cm,压实度不低于95%,分层压实的时候注意对前面压实后的再生细骨料层进行表面刮毛,以便前后两层可以充分接触结合。
98.在臭气吸附层ⅱ铺设完成后,需对臭气吸附层ⅱ进行人工洒水或晾晒,以便其含水率达到预定的吸附反应含水率。
99.而后铺设土工膜。土工膜的铺设和焊接,以及养护等需要按照相关规范执行(如gb/t 50290-2014 土工合成材料应用技术规范),本发明不做特殊要求。
100.中间覆盖层铺设完成后需要进行监测和养护。监测的内容除了传统中间覆盖层所必须的防渗导排水、渗滤液、垃圾降解、垃圾体沉降等方面的监测之外,还需要特别开展土工膜的完整性和完好性,以及填埋气体(尤其是h2s)的产生和分布,以及中间覆盖层的臭气吸附功能运行情况。
101.在进行下一轮垃圾填埋作业的时候,只需要将土工膜揭开,而后先铺设土工布,然后在土工布上铺设上集气层,铺设方法与下集气层相同,而后填埋垃圾即可。填埋作业后继续铺设中间覆盖层,而后进行下一轮填埋作业直至到达预定填埋标高进行封场,并铺设封场覆盖层。
102.(4)封场覆盖层的铺设:垃圾填埋场垃圾填埋作业完成后,进行清理、平整和碾压。注意对尖石、树根等杂物进行清理,对所有杂物要清理干净,防止土工膜被杂物刺破。基面不允许有局部凹凸现象,清理好的基面要用夯锤或夯板夯紧,使之密实平整。
103.然后先铺设土工布,再而后在土工布上铺设集气层ⅰ的压实粗骨料,再生粗骨料分层铺设并充分压实,每层铺设厚度不宜过厚(一般不超过10cm),压实度需满足要求(不低于0.9的相对密度)。而后铺设土工布,再而后在土工布上铺设臭气吸附层ⅰ,铺设时需分层铺
设并充分压实,每层铺设厚度不得超过10cm,压实度不低于95%,分层压实的时候注意对前面压实后的再生细骨料层进行表面刮毛,以便前后两层可以充分接触结合。
104.在臭气吸附层ⅰ铺设完成后,需对臭气吸附层进行人工洒水或晾晒,以便其含水率达到预定的吸附反应含水率。
105.而后铺设土工布,再而后在土工布上铺设膜下集气层,即用一层薄的再生粗骨料铺设在臭气吸附层和土工膜之间,避免土工膜出现局部聚集大量气体而鼓包现象。膜下集气层的铺设方法及要求与集气层ⅰ相同。
106.而后铺设土工膜。土工膜的铺设和焊接,以及养护等需要按照相关规范执行(如gb/t 50290-2014 土工合成材料应用技术规范),本发明不做特殊要求。
107.而后铺设排水层,排水层的铺设步骤和要求与膜下集气层相同。而后在排水层上铺设土工布。
108.而后铺设土工布,再而后在土工布上铺设植被层。植被层土料分层压实,层与层之间需要刮毛。而后在植被层上进行绿化种植。植被的施肥、翻耕施工、养护、灌溉等按照相关规范执行,本发明不做特殊要求。
109.封场覆盖层铺设完成后需要进行监测和养护。监测的内容除了传统封场覆盖层所必须的防渗导排水、渗滤液、垃圾降解、垃圾体沉降等方面的监测之外,还需要特别开展土工膜的完整性和完好性,以及填埋气体(尤其是h2s)的产生和分布,以及封场覆盖层的臭气吸附功能运行情况。此外,也要开展植被的养护。
110.其中,所述铺设步骤中,在各功能层之间铺设的土工布主要目的在于防止上下层的颗粒粒径相差较大而出现颗粒运移及颗粒较小的材料掉入颗粒较大的材料而出现相互混掺情况,土工布要求透水透气,且强度满足要求。本发明要求所用的土工布符合垃圾填埋场常规使用土工布的基本性能要求,本发明不做特殊要求。
111.此外,相比同类垃圾填埋场作业特点,本发明所涉及的覆盖系统所在垃圾填埋场作业特点在于“少量多次”,即单次填埋厚度降低,总的填埋作业次数增加;如此,可以增加“垃圾-中间覆盖层-垃圾”这一多个上下叠加的复合结构体的数量。其设计理念在于,尽可能增加垃圾体内的中间覆盖层层数,尽量增加臭气吸附层与垃圾体的总的接触面积,以便提升臭气吸附能力以及吸附效果。
112.而本发明所建议的单次填埋作业厚度以及相应的中间覆盖层厚度,以及封场覆盖层的厚度,都需经过计算论证,以便相互匹配。一般来说,单次填埋作业厚度增加、单次填埋垃圾中含硫有机物总量增高等,都必然导致单次填埋的垃圾中产生的臭气h2s的理论量增加,也就必然导致所需的中间覆盖层中的臭气吸附层厚度增加。此外,臭气吸附层的厚度还与臭气吸附层材料的吸附能力有关,臭气吸附层材料的吸附能力提高时,所需的吸附层厚度也会相应降低。因此,本发明所涉及的中间覆盖层的厚度设计与单次填埋作业的垃圾所能产生的h2s气体总量以及吸附层材料的h2s吸附能力有关。这种设计理念与传统的中间覆盖层的设计理念大为不同。
113.与现有技术相比,本发明所提供的有益效果在于:(1)提出“以垃圾吸附垃圾臭气”的概念,实现建筑垃圾回收利用,节能减排,绿色环保。本发明创造性地提出使用填埋场所填埋的建筑垃圾去吸附填埋场垃圾所产生的臭气,实现了建筑垃圾回收利用,节能减排,绿色环保。
114.(2)提供一种以h2s吸收处理为手段实现臭气治理的覆盖系统。本发明提供了一种以吸附的方式实现臭气吸附的覆盖系统,这一系统包括若干中间覆盖层和封场覆盖层。中间覆盖层既可以作为单次填埋作业结束后的临时臭气吸附,又可以在封场之后作为垃圾体的中间夹层可以继续进行臭气吸附。
115.(3)可以有效抑制h2s的产生。本发明提供的覆盖系统的臭气吸附层和集气层采用建筑垃圾回收骨料,根据文献报告,压实回收骨料的ph值一般高于9,超出垃圾降解的好氧/厌氧微生物的适宜酸碱度环境,可以有效抑制h2s的产生。
116.(4)提高垃圾体通透性,改善集气抽排能力,加速垃圾体降解,改善臭气吸附效果。本发明提供的覆盖系统中的中间覆盖层中内含由高透气性的再生粗骨料构筑的上、下集气层。随着填埋作业的进行,一层垃圾叠压在一个中间覆盖层中,形成带有多个通透性良好的集气层的复合结构。这种复合结构可以极大地改善垃圾体通透性,提升后期维护过程中的集气抽排能力,配合着通气排气等工程措施,可以加速垃圾体降解,加速垃圾体降解产生的甲烷(ch4)的抽排能力。此外,垃圾体通透性改善,也有利于h2s进入上、下集气层以及臭气吸附层ⅱ,配合着工程手段可以控制集气层的气压,使之维持在最佳臭气吸附反应所需压强,促进h2s气体的吸附效果。在封场覆盖层中也有集气层ⅰ,也可以提供类似效果。
117.(5)提高覆盖层的保湿能力,使垃圾体和覆盖系统中的臭气吸附层保持适宜湿度,从而制造适宜的h2s吸附反应的环境,加速h2s吸附反应的进行。本发明所涉及的覆盖系统中的封场覆盖层使用土工膜进行防渗、闭气和保湿。在土工膜的作用下,雨水不能渗入封场覆盖层以及垃圾体内;同时封场覆盖层和垃圾体内的水分也不会蒸发到空气中,从而保证了封场覆盖层和垃圾体内的含水率稳定。在实际工作过程中,在铺设土工膜之前会对填埋垃圾的含水率进行预处理,也会对集气层ⅰ和臭气吸附层ⅰ的粗细回收骨料进行预处理,以保证垃圾体和集气层ⅰ和臭气吸附层ⅰ的含水率达到预定值。这种预处理手段包括洒水、搅拌、烘干、暴晒、风干等。对于以臭气吸附处理的封场覆盖层来说,垃圾、集气层ⅰ和臭气吸附层ⅰ的预定含水率取决于臭气吸附反应的进行。
118.(6)用填埋场的建筑垃圾吸附h2s,就地取材,不需要外运大量臭气吸附材料,并避免传统臭气吸附材料及所构筑的土质覆盖层消耗填埋场库容的弊端。本发明所涉及的h2s吸收处理方法,不需要额外从外地大量运输土料和臭气吸附材料,只需要就地取材、回收利用填埋场所填埋的建筑垃圾即可。土工膜可以重复使用,在完成一次填埋任务之后,而后铺设中间覆盖层;在下一次填埋开展之前将土工膜揭开并重新覆盖在新填埋的垃圾体之上,并最终变成封场覆盖层中的土工膜。因此,本发明所涉及的旨在进行臭气吸附处理的覆盖系统并不需要从外运输大量臭气吸附材料;同时避免了传统土质覆盖层需要大量从外运输工程材料的弊端,以及传统土质覆盖层过厚导致严重消耗填埋场库容的弊端。
119.(7)用高强度的回收再生骨料代替低强度的土料构筑中间覆盖层,将土质中间覆盖层的“软弱夹层”效应改良为回收骨料所筑中间覆盖层的“加筋”作用,提高填埋场垃圾体力学稳定性。传统覆盖层使用土料铺设时,常常需要大量粉土和黏土等,此类土料的力学特性较差。当垃圾内包含数个此类中间覆盖层时,中间覆盖层容易形成软弱夹层,降低垃圾体的力学稳定性。相比之下,从力学角度分析,建筑垃圾再生粗细骨料的抗剪强度更高,具有更大的内摩擦角(或者自然休止角)。当若干个由建筑垃圾所筑中间覆盖层分别铺设于填埋场垃圾体内部时候,相当于对填埋场垃圾体内部“加筋”的作用,可以大幅度提高垃圾体强
度,从而提高了填埋场覆盖层的稳定性。
120.(8)更加合理布置填埋场垃圾体形态及填埋作业施工工艺,增加填埋场库容,最大程度提升臭气吸附效果。填埋场垃圾体因为受到力学特性限制,其高度、坡度以及单次填埋层厚等形态参数受到制约。而本发明的覆盖系统采用高强度的再生骨料构筑,且本发明的实施使得封场后的结构变为“底部防渗衬里-垃圾-中间覆盖层-垃圾-中间覆盖层
‑……‑
垃圾-封场覆盖层”。这种由“垃圾-中间覆盖层”的复合结构交错叠加而形成的垃圾体,会因为中间覆盖层的力学强度较高而起到了力学加筋作用,从而提高了垃圾体的力学特性和力学稳定性。因此,本发明的实施消除了上述制约因素,从而使填埋场垃圾体形态可以更加合理布置,填埋场垃圾体可以更高、坡度可以更大,从而增加了填埋场的库容。另一方面,通过消耗填埋场的建筑垃圾也可释放建筑垃圾所占库容,从而以另一角度增加了填埋场库容。此外,因无其他限制因素,垃圾体的填埋作业施工工艺的设计理念将以最大限度提高臭气吸附为主,合理设置单次填埋层厚以及中间覆盖层层厚,合理设置填埋作业工艺等。本发明封场覆盖层的坡度可以为30
°
—60
°
,优选40
°
—50
°

121.(9)大量消耗填埋场的建筑垃圾,释放建筑垃圾所占库容。传统垃圾填埋场中,建筑垃圾占据大量库容。本发明所涉及覆盖系统,所使用的原料为将填埋场建筑垃圾处理成再生骨料,并将建筑垃圾制成的回收骨料用在覆盖系统中,多余的再生骨料也可外销用于其他土建工程中,这样可以有效地消耗并利用建筑垃圾,从而释放填埋场中建筑垃圾所占库容,提高填埋场的经济效益和社会效益。
122.(10)解决传统土质中间覆盖层无法通行中重型机械车辆的问题,施工简单高效。因为土质中间覆盖层强度过低,在进行下一阶段的填埋过程中,中重型施工机械在土质中间覆盖层上无法正常通行,造成进一步的施工困难。而由建筑垃圾加工得到的再生骨料和再生粉构筑的新型中间覆盖层强度高,可以自由通行大型机械,方便施工。
123.(11)取材方便,造价低廉,耐久性好,后期维护简单、成本低。本发明所涉及的中间覆盖层取材主要为填埋场中的建筑垃圾,这避免了传统土质覆盖层需要大量从外运输土壤资源以及高昂的材料成本和运输成本。此外,再生骨料的材料稳定性和耐久性较好,中间覆盖层结构稳定,维护简单,维护成本低。
124.下面,本发明提供一个实施方式:具体的,本实施方式中,植被层2宜采用当地土壤。本实施方式中选用周边的黄土,土质营养丰富,可以满足相关规范对垃圾填埋场覆盖系统中植被土的要求,因此,不需额外添加营养物,本发明的实施过程中亦不对其进行超出相关规范以外的要求。植被层厚度为0.5m,压实度为80%,所选植被1类型为根系较浅的草皮。所述排水层3位于由垃圾填埋场所填埋的建筑垃圾回收利用制备而成的再生骨料构筑,厚度0.2m,粒径为20-40mm,压实相对密度为0.9。所述土工膜4采用高密度聚乙烯(hdpe)土工膜,厚度5mm,膜上应敷设非织造土工布,规格为300g/

;膜下应敷设保护层,保护层参照土工膜施工技术相关标准。土工膜的性能指标符合现行行业标准《垃圾填埋场用高密度聚乙烯土工膜》cj/t 234 和《垃圾填埋场用线性低密度聚乙烯土工膜》cj/t 276的规定要求。所述膜下集气层5采用由垃圾填埋场所填埋的建筑垃圾回收利用制备而成的再生骨料构筑,厚度0.2m,粒径为2-10mm,压实相对密度为0.9。所述臭气吸附层ⅰ6采用的原料为再生细料,再生细料由建筑垃圾回收利用制备而成的再生细骨料和再生粉掺和而成,厚度为1.2m,压实度为95%,最大粒径为2mm,有效粒
径d
10
=0.02mm,最大干密度下臭气吸附层的压实回收骨料的渗气系数在10-7
m/s—10-8
m/s,进气值5kpa,吸水率为12%,孔隙水饱和度为60%。所述集气层采用再生粗骨料构筑,厚度0.3m,粒径为20-40mm,压实相对密度为0.9。
125.所述中间覆盖层19包括三个功能层,自上而下依次是中间覆盖层上集气层10、中间覆盖层臭气吸附层ⅱ11、下集气层12三个功能层。其中,中间覆盖层上集气层10采用再生粗骨料构筑,厚度0.2m,粒径为20-40mm,压实相对密度为0.9。其中,中间覆盖层臭气吸附层11采用由建筑垃圾回收利用制备而成的再生细骨料和再生粉的掺和料,其厚度为0.4m,其余材料性能参数与封场覆盖层的臭气吸附层ⅰ参数要求相同。其中,中间覆盖层下集气层12采用再生粗骨料构筑,厚度0.2m,粒径为20-40mm,压实相对密度为0.9。
126.上述除土工膜外各层的粒径曲线如附图4所示。
127.其中,上述功能层材料中所述的再生骨料优选废弃高强度混凝土制备的再生骨料,要求原混凝土的强度不低于c30;且在建筑垃圾制备再生骨料之前对杂质(包括渣土、钢筋、木材、玻璃、塑料、砖、纸张、织物等)进行剔除,只保留混凝土和砂浆块,混凝土和砂浆的重量占比不低于95%,制备的再生材料ph值不低于10。
128.所述功能层之间均设有透水透气的隔绝材料层,所述隔绝材料层优选土工布9,土工布9应符合相关规范要求。设置土工布9的目的在于:因膜下集气层5、臭气吸附层6和集气层7的颗粒粒径相差较大,为避免颗粒较小的材料掉入颗粒较大的材料中,预先铺设土工布9可以防止相互混掺情况产生。此外,集气层和垃圾体之间也许铺设土工布以防止相互混掺。
129.需要说明的是,为解决传统土质封场覆盖层因为强度过低,在进行下一阶段的填埋过程中,大中型施工机械在土质封场覆盖层上无法正常通行,造成进一步的施工困难的问题,本实施例的膜下集气层、臭气吸附层和集气层在施工过程中要求最小承载比(cbr)》3%,以保证提供足够强度,方便后续填埋过程中大中型机械的通行。
130.需要说明的是:上述颗粒级配曲线所示颗粒级配并非是唯一的,具体应用场景中可根据不同填埋场的特点和要求进行调整。
131.本实施方式中,所涉及的臭气吸附型垃圾填埋场覆盖系统通过以下方法制备得到:(1)备料。
132.土工膜需从外购置并运输至填埋场,土工膜的材料性能要求需满足相关规范要求。
133.植被层土料可以就近取材,植被土的材料要求需满足相关规范。
134.所需再生骨料应取材自垃圾填埋场所填埋的建筑垃圾制备。
135.设立建筑垃圾粉碎站并制备再生粗骨料、再生细骨料及再生粉:在垃圾填埋场中设立一个建筑垃圾粉碎站,将预备填埋到填埋场的建筑垃圾直接运至建筑垃圾粉碎站制备再生骨料。再生骨料制备前,应通过预处理将建筑垃圾中木材、钢筋、渣土等杂质去除,只保留废弃混凝土和砂浆石。而后通过粉碎、筛分、剔除杂质、粉磨、烘干和复合选料等工序将建筑垃圾制备成再生粗骨料、再生细骨料及再生粉。通过破碎、研磨和筛分等工艺制备相应预定粒径要求的再生粗骨料和再生细骨料,通过吸尘设备可以制备微粉(也称为再生粉),将微粉与再生细骨料掺在一起混合制得臭气吸附层所需要的再生细料。
136.需要注意的是,国内外再生骨料生产工艺中通过破碎分级可以制备再生粗骨料和再生细骨料,同时通过吸尘设备可以收集微粉(粒径可小于0.15mm)制备再生粉。由于本发明中臭气吸附层再生细料对其微粉比例有要求,因此,在实际工业生产过程中可以通过将再生细骨料和再生粉按照一定配比掺和制备本发明所需的再生细料(即复合选料)。
137.再生料的具体生产加工要求细则可参考或者按照建筑工程再生骨料生产规范(如gb/t25177-2010混凝土用再生粗骨料以及db894.1-再生砂粉应用技术规程(上海)等),以便大规模工业生产,降低工艺难度以及生产成本。
138.可以理解的,所得到的再生粗骨料、再生细骨料及再生粉一方面可用于构筑填埋场覆盖系统,另一方面还可用于其他土木工程建设;同样,构筑该封场覆盖层的各原料也可从其它填埋场或其它建有建筑垃圾粉碎站的场所获得。
139.(2)加水混合及养护。
140.在分别构筑封场覆盖层和中间覆盖层之前,将各个功能层所需的材料分别加水混合,配至最优含水率,而后密闭养护以便水分均匀。配置最优含水率的时候,应保证水分添加均匀以及充分搅拌,不出现大的结团现象。材料养护时应进行密闭遮光养护,通常养护3-10天。
141.(3)中间覆盖层铺设。
142.先进行底部防渗衬里—防渗衬垫层17的铺设(按现有技术进行),然后填埋垃圾。垃圾填埋场垃圾填埋作业完成后,进行清理、平整和碾压。注意对尖石、树根等杂物进行清理,对所有杂物要清理干净。基面不允许有局部凹凸现象,清理好的基面要用夯锤或夯板夯紧,使之密实平整,形成垃圾体8。
143.而后在压实和平整后的垃圾体上铺设土工布。
144.再而后在土工布上铺设下集气层的压实粗骨料,再生粗骨料分层铺设并充分压实,每层铺设厚度不宜过厚(这里为10cm),压实度需满足要求。
145.而后铺设土工布。土工布符合垃圾填埋场常规使用土工布的基本性能要求,铺设过程也应符合相关规范要求(如gb/t 50290-2014 土工合成材料应用技术规范)。
146.再而后在土工布上铺设臭气吸附层ⅱ,铺设时需分层铺设并充分压实,每层铺设厚度为10cm,压实度满足要求,分层压实的时候注意对前面压实后的再生细料层进行表面刮毛,以便前后两层可以充分接触结合。
147.在臭气吸附层ⅱ铺设完成后,需对臭气吸附层进行人工洒水或晾晒,以便其含水率达到预定的吸附反应含水率。
148.而后铺设土工膜。土工膜的铺设和焊接,以及养护等需要按照相关规范执行(如gb/t 50290-2014 土工合成材料应用技术规范),本发明不做特殊要求。
149.中间覆盖层铺设完成后需要进行监测和养护。在进行下一轮垃圾填埋作业的时候,只需要将土工膜揭开,而后铺设土工布,并在土工布上铺设上集气层,上集气层的铺设方法及要求与下集气层相同。而后铺设土工布,并在土工布上填埋垃圾即可。填埋作业后继续铺设中间覆盖层,而后进行下一轮填埋作业直至到达预定填埋标高进行封场,并铺设封场覆盖层。土工膜作为封场覆盖层的土工膜继续使用。
150.(4)封场覆盖层铺设。
151.垃圾填埋场垃圾填埋作业完成后,进行清理、平整和碾压。注意对尖石、树根等杂
物进行清理,对所有杂物要清理干净。基面不允许有局部凹凸现象,清理好的基面要用夯锤或夯板夯紧,使之密实平整。
152.而后在压实和平整后的垃圾体上铺设土工布。
153.再而后在土工布上铺设集气层ⅰ的压实粗骨料,再生粗骨料分层铺设并充分压实,每层铺设厚度不宜过厚,为10cm,压实度需满足要求。
154.而后铺设土工布。土工布符合垃圾填埋场常规使用土工布的基本性能要求,铺设过程也应符合相关规范要求(如gb/t 50290-2014 土工合成材料应用技术规范)。
155.再而后在土工布上铺设臭气吸附层ⅰ,铺设时需分层铺设并充分压实,每层铺设厚度为10cm,压实度满足要求,分层压实的时候注意对前面压实后的再生细料层进行表面刮毛,以便前后两层可以充分接触结合。
156.在臭气吸附层ⅰ铺设完成后,需对臭气吸附层ⅰ进行人工洒水或晾晒,以便其含水率达到预定的吸附反应含水率。
157.而后铺设土工布,并在土工布上铺设膜下集气层,即用一层薄的再生粗骨料铺设在臭气吸附层ⅰ和土工膜之间,避免土工膜出现局部聚集大量气体而鼓包现象。膜下集气层的铺设方法及要求与集气层ⅰ相同。
158.而后铺设土工布,并在土工布上铺设土工膜。土工膜的铺设和焊接,以及养护等需要按照相关规范执行,本发明不做特殊要求。
159.而后铺设土工布,并在土工布上铺设排水层,排水层的铺设步骤和要求与膜下集气层相同。而后在排水层上铺设土工布。
160.而后铺设植被层。植被层土料分层压实,层与层之间需要刮毛。而后在植被层上进行绿化种植。植被的施肥、翻耕施工、养护、灌溉等按照相关规范执行,本发明不做特殊要求。
161.封场覆盖层铺设完成后需要进行监测和养护。监测的内容除了传统封场覆盖层所必须的防渗导排水、渗滤液、垃圾降解、垃圾体沉降等方面的监测之外,还需要特别开展土工膜的完整性和完好性,以及填埋气体(尤其是h2s)的产生和分布,以及封场覆盖层的臭气吸附功能运行情况。此外,也要开展植被的养护。
162.以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍,本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明实施例,在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处,综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
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