生物反应器填埋场的设计初探

摘要：在扼要叙述生物反应器填埋场的基础上，通过对比传统卫生填埋场的设计要求和特点，对生物反应器填埋场的防渗系统、渗滤液收集与导排系统、填埋场封场覆盖系统、渗滤液回灌系统及气体收集利用系统的设计进行了探讨，有助于生物反应器填埋场的建设及其标准的制定。
关键词：生物反应器填理场；渗滤液回灌；设计
为了解决传统填埋场渗滤液处理难且费用高、降解过程缓慢、稳定化时间长、降解不完全、产气率低、封场后维护监管期长等问题，推动填埋技术的发展，20世纪70年代美国率先开展了渗滤液回灌技术的研究工作，发现将渗滤液循环回灌到填埋场一段时间后，其污染物浓度与不经过循环处理的渗滤液浓度相比大大降低，从而提出了生物反应器填埋场的概念。此后，英国、加拿大、澳大利亚、德国、丹麦、意大利、瑞典和日本等相继开始了生物反应器填埋场（Bioreactor landfilll）的研究。
1、生物反应器填埋场概述
生物反应器填埋场是传统的卫生填埋场技术的最新发展。它除了具有一般卫生填埋场的垃圾贮留功能外，还通过独特的设计和合适的控制，增加了渗滤液的循环、垃圾水分的控制等措施，强化微生物代谢过程从而加速垃圾中易降解有机组分的转化和稳定。实现了填埋场从传统的以贮留垃圾为主向多功能方向发展，即一个垃圾填埋场应同时具有贮留垃圾、隔断污染。生物降解和资源恢复等多个功能。
目前国内已有部分科研工作者开展了生物反应器填埋场的研究工作，主要侧重于生物反应器填埋场的理论探讨和室内研究方面，如李金秀分析了常规卫生填埋场(CL)的缺点，对“生物反应器型”垃圾填埋场(BL)的结构特点进行了简要的描述，并以美国加州一“生物反应器型”垃圾填埋技术研究项目为例，对该技术的生物降解特性进行了介绍；于晓华等根据我国城市垃圾有机物含量高的特点，提出了将准好氧填埋技术与生物反应器填埋技术特点相结合的垃圾渗滤液场内循环处理的设计思路；李启斌等通过实验探讨了生物反应器填埋场稳定技术；其它一些研究者就生物反应器填埋场的产气状态、渗滤液控制技术等也通过实验进行了探讨。然而，迄今为止，国内对于生物反应器填埋场设计研究尚未见报道。我们拟就生物反应器填埋场的设计做初步探讨。
2、生物反应器填埋场设计
2.1设计依据
我国目前对生物反应器填埋场的研究工作尚处于起步阶段，对于生物反应器填埋场的设计还没有相应的规范。因此，在设计中主要参考建设部颁发的CJJ17-2004生活垃圾填埋技术规范，同时结合国内的实际条件并借鉴国外相关成熟技术标准。
2.2设计内容
主要涉及生物反应器填埋场的防渗系统、渗滤液收集与导排系统、封场覆盖系统、渗滤液回灌系统和填埋气体回收利用等主体工程的设计内容。
2.2.1生物反应器填埋场防渗系统设计
在传统卫生填埋场设计中，要求填埋场必须进行防渗处理，以防止渗滤液对地下水和地表水的污染，同时阻止地下水进入填埋区。同样生物反应器填埋场的防渗系统设计是必须的，但对其结构形式有不同看法：一种观点认为，由于生物反应器加速了填埋场的降解速度，使填埋物料在填埋后几年内即完成了降解，达到生物稳定化，而这几年正是防渗系统效率最高的时候，因而认为生物反应器填埋场防渗系统的结构可较传统卫生填理场适当简化，只要能满足填埋场服务年限内的需求即可；另一种观点认为生物反应器填埋场因为要承受比传统填埋场更大的水头压力，防渗系统的结构比传统填埋场的要求更严格，以防止渗滤液穿透防渗系统，造成对地下水的污染。结合我国的经济发展水平，设计生物反应器填埋场时，如天然粘土能满足防渗要求，可直接采用粘土防渗；在粘土不能满足防渗结构的情况下，对其膜的使用寿命要求上可适当放宽，膜厚度大于1.0mm即可，防渗结构形式见图1，该结构形式考虑了地下水埋深较浅时的情况，如地下水最小埋深大于2m时，则可不考虑地下水导流层，以减少填埋场建设投资。 
 
采用这种结构形式既可保证生物反应器填埋场不会对地下水造成污染，同时与传统填埋场相比，还能降低投资。
2.2.2生物反应器填埋场渗滤液收集与导排系统设计
在传统卫生填埋场的设计中，规范要求填埋库区防渗系统应铺设渗滤液收集设施。渗滤液收集盲沟宜采用砾石、卵石、碴石、HDPE管等材料铺设，结构应为石料盲沟、石料与HDPE管盲沟、石笼盲沟等。用于渗滤液导排盲沟的HDPE管要求干管直径不小于250mm，支管不应小于200mm。对于渗滤液收集管之间的距离，规范里没有强制性规定，赵由才提出支管的间距一般设置为20m，若用于焚烧残渣的填埋场，间距还应适当缩小。
由于生物反应器填埋场的渗滤液收集导排系统承受的水力负荷要比传统卫生填埋场大，因此，在生物反应器填埋场渗滤液收集系统的设计中，需要增大渗滤液导排管管径和减小管间距。笔者认为用于生物反应器填埋场渗滤液导排盲沟的HDPE管要求干管直径不应小于400mm，支管不应小于250mm，管间距不得大于20m。