蒲 敏

(上海市環(huán)境工程設(shè)計(jì)科學(xué)研究院有限公司，上海 200232)

污泥衛(wèi)生填埋場設(shè)計(jì)優(yōu)化

蒲 敏

(上海市環(huán)境工程設(shè)計(jì)科學(xué)研究院有限公司，上海 200232)

污泥衛(wèi)生填埋是其大批量快速無害化消納的主流技術(shù)。本論文以Darcy定律為理論基礎(chǔ)，建立集氣井抽氣條件下的污泥填埋氣一維壓力分布簡易模型，并進(jìn)一步確定豎井抽氣系統(tǒng)的最佳影響半徑，優(yōu)化污泥填埋氣豎井收集系統(tǒng)。集氣井的服務(wù)半徑Roi可達(dá)到10～11.5m。填埋氣導(dǎo)氣豎井采用穿孔導(dǎo)氣管居中的石籠，導(dǎo)氣管管底與滲濾液收集干管相連通，管頂露出改性污泥覆蓋層表面1.0m。導(dǎo)氣豎井由里到外依次為：Φ160mm的HDPE穿孔花管、0.64m厚的級(jí)配碎石填埋氣導(dǎo)排層、鋼絲格網(wǎng)、200gm-2機(jī)織土工布、0.3m厚的礦化垃圾(或建筑垃圾)保護(hù)層和200gm-2機(jī)織土工布。每個(gè)污泥填埋庫區(qū)設(shè)置3個(gè)導(dǎo)氣豎井，導(dǎo)氣井間距為20～25m；各導(dǎo)氣豎井出氣口由水平軟管相互連通后，集中輸送至總氣體收集井，再通過HDPE集氣干管送至填埋氣發(fā)電區(qū)；填埋氣導(dǎo)氣井出口和集氣干管應(yīng)安裝閥門和甲烷檢測(cè)端口。

脫水污泥；衛(wèi)生填埋；設(shè)計(jì)優(yōu)化

衛(wèi)生填埋具有建設(shè)周期短、投資省、管理方便、運(yùn)行簡單等特點(diǎn)，目前仍是我國污泥處理的最有效方法之一，如上海老港衛(wèi)生填埋場目前承擔(dān)了上海市70～80%污泥的安全處置任務(wù)。盡管衛(wèi)生填埋并非最有效的污泥處置手段，但無論就應(yīng)急或末端處置角度而言，衛(wèi)生填埋均不可或缺。污泥衛(wèi)生填埋是確保城市污水處理廠正常運(yùn)行、城市市容環(huán)境和居民生活健康發(fā)展的重要保障之一。然而，迄今為止我國還沒有專用的污泥衛(wèi)生填埋場，填埋規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)亦是空白。污泥衛(wèi)生填埋仍然處于工程實(shí)驗(yàn)階段，許多工程問題還未得到解決，如污泥含水率高、滲透性低、流動(dòng)性大、力學(xué)性能極差，施工難度較大，滲濾液和填埋氣收集管道堵塞嚴(yán)重，收集效率低下。此外，由于填埋作業(yè)的不規(guī)范，填埋堆體滑坡等次生災(zāi)害和二次污染時(shí)有發(fā)生，污泥的衛(wèi)生填埋對(duì)施工和操作工藝提出了更高要求和更嚴(yán)標(biāo)準(zhǔn)。因此，研發(fā)和優(yōu)化衛(wèi)生填埋施工工藝，構(gòu)建污泥衛(wèi)生填埋與施工過程規(guī)范集成技術(shù)體系是實(shí)現(xiàn)污泥衛(wèi)生填埋安全處置的關(guān)鍵核心。

如把污泥單獨(dú)填埋時(shí)，一般要求污泥的抗剪強(qiáng)度≥ 80～100kN·m-2。根據(jù)德國的資料，當(dāng)脫水后的污泥和垃圾混合填埋時(shí)，要求污泥的含固率≥ 35%、抗剪強(qiáng)度≥ 25kN·m-2，滲透系數(shù)在10-6～10-5cm·s-1[1-4]。為了達(dá)到這一指標(biāo)，必須投加石灰等添加劑進(jìn)行后續(xù)處理。根據(jù)我國在CJ/T 249-2007《城市污水處理廠污泥處置 混合填埋泥質(zhì)》中的規(guī)定，城鎮(zhèn)污水處理廠污泥進(jìn)入生活垃圾衛(wèi)生填埋場與生活垃圾進(jìn)行共同處置時(shí)，其基本指標(biāo)應(yīng)滿足污泥含水率≤60wt.%、pH在5～10之間、混合比例≤8wt.%、橫向剪切強(qiáng)度≥25kN·m-2等。

脫水污泥含水率(80wt.%)較高，抗壓強(qiáng)度通常<10kPa和抗剪強(qiáng)度<5kPa，難以滿足填埋對(duì)土工性質(zhì)的要求[2]，因此，尋找合適的改性劑以增強(qiáng)污泥的土力學(xué)性質(zhì)成為了目前的研究焦點(diǎn)。對(duì)以礦化垃圾為改性劑與生化污泥的混合填埋和化學(xué)污泥固化填埋的研究中發(fā)現(xiàn)，生化污泥與礦化垃圾按10∶7的比例進(jìn)行混合填埋可以達(dá)到污泥填埋的土力學(xué)要求[3]，并可加速污泥厭氧產(chǎn)氣反應(yīng)和有機(jī)質(zhì)的降解，縮短污泥穩(wěn)定化的時(shí)間；污泥固化填埋采用一種新型的鎂系(M1)膠凝固化劑，在加入量為5wt.%時(shí)，可以達(dá)到污泥的填埋要求，同時(shí)對(duì)污泥中重金屬也起到固化作用，減少了重金屬的浸出帶來的二次污染。用粉煤灰、礦化垃圾、建筑垃圾和泥土四種材料作為改性劑，以不同配比與污泥混合試驗(yàn)。在改性污泥滿足填埋要求的最低混合配比下，綜合比較改性劑對(duì)污泥的抗壓和抗剪強(qiáng)度、滲透性能、壓縮性和臭度等工程性質(zhì)的改善情況發(fā)現(xiàn)，以粉煤灰對(duì)污泥改性效果最好，其次建筑垃圾和礦化垃圾，泥土效果最差[1-4]。

污泥衛(wèi)生填埋后會(huì)有大量的滲濾液和填埋氣產(chǎn)生。CJ/T 249-2007《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置 混合填埋泥質(zhì)》中規(guī)定，污泥衛(wèi)生填埋場應(yīng)有沼氣利用系統(tǒng)，滲濾液能達(dá)標(biāo)排放。目前，隨著人類環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，大多數(shù)污泥填埋場均設(shè)有滲濾液導(dǎo)排、收集和處理裝置；但很少設(shè)有填埋氣的收集處理裝置。填埋氣中CH4的密度較空氣小，很容易在填埋場內(nèi)部某些封閉區(qū)聚集，有引起火災(zāi)甚至爆炸的危險(xiǎn)。另外，CH4氣體作為填埋氣的主要成分有很高的熱值，集中收集凈化后可作為再生能源加以利用，如作為工業(yè)燃料或民用；將φ(CH4)提高到80%以上還可以作清潔燃料。因此，設(shè)置集氣井對(duì)填埋氣有規(guī)則的導(dǎo)排，不僅可以降低填埋作業(yè)的危險(xiǎn)度，避免安全事故的發(fā)生，同時(shí)還有效地對(duì)能源進(jìn)行回收利用，達(dá)到了環(huán)境保護(hù)與經(jīng)濟(jì)效益的和諧統(tǒng)一。

然而，由于污泥滲透系數(shù)較小，導(dǎo)致填埋氣體的有效收集半徑十分有限[3]。不合理的設(shè)置集氣井不僅不利于污泥填埋氣的經(jīng)濟(jì)、合理、高效收集，還會(huì)影響填埋作業(yè)的正常進(jìn)行。目前，有關(guān)垃圾填埋場集氣井的優(yōu)化布局研究已經(jīng)較為成熟，而對(duì)污泥填埋場填埋氣集氣井布局設(shè)計(jì)的研究相對(duì)較少?？梢姡瑢?duì)污泥填埋氣收集系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)是很有必要的。

污泥衛(wèi)生填埋場常有大量填埋氣產(chǎn)生，有關(guān)生活垃圾填埋場集氣井的優(yōu)化布局研究已經(jīng)較為成熟，而對(duì)污泥填埋場填埋氣集氣井布局設(shè)計(jì)的研究相對(duì)較少。因此，對(duì)污泥填埋氣收集系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)是污泥衛(wèi)生填埋的一個(gè)重要課題。盡管有關(guān)生活垃圾填埋場填埋氣收集系統(tǒng)的優(yōu)化研究頗多[5-7]，但因污泥與垃圾本身較大的特性差異(如白龍港化學(xué)污泥在50～100kPa下的滲透系數(shù)為1.21×10-7～2.07×10-8cm·s-1[4]，而垃圾在10-8～10-5 2Pa-1·s-1之間[5])而不宜簡單引用，而目前有關(guān)污泥填埋氣集氣井優(yōu)化方面的研究還鮮為報(bào)道。因此，本文通過對(duì)污泥填埋場集氣井收集系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化研究，確定污泥滿足填埋的最小滲透系數(shù)、集氣井有效服務(wù)半徑和抽氣負(fù)壓隨時(shí)間的變化規(guī)律以及填埋氣經(jīng)濟(jì)的收集年限，為污泥衛(wèi)生填埋場和集氣井的優(yōu)化研究提供科學(xué)依據(jù)和理論指導(dǎo)。

1 豎井抽氣條件下填埋氣壓力分布簡易模型分析

污泥填埋堆體可看成一種各向同性的多孔介質(zhì)，故填埋氣在堆體中的遷移運(yùn)動(dòng)可近似認(rèn)為符合多空介質(zhì)的流體力學(xué)理論。另外，豎井抽氣系統(tǒng)因其結(jié)構(gòu)簡單、收集效率高而被廣泛應(yīng)用于生活垃圾填埋場的填埋氣收集。因此，本文擬以一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型和Darcy定律[8]為理論依據(jù)建立集氣井抽氣條件下的污泥填埋氣一維壓力分布簡易模型，并進(jìn)一步確定豎井抽氣系統(tǒng)的最佳影響半徑。

模型構(gòu)建的假定條件：(1)填埋場面積足夠大，其邊界不會(huì)對(duì)抽氣效果產(chǎn)生影響[8]，井中氣壓都等于抽氣壓力，無窮遠(yuǎn)處填埋場內(nèi)的相對(duì)壓強(qiáng)為8P(填埋場內(nèi)部的相對(duì)壓強(qiáng))，填埋場內(nèi)部豎直方向不存在壓力梯度；(2)填埋垃圾體內(nèi)部產(chǎn)氣速率達(dá)到穩(wěn)定；(3)集氣井定流量抽氣，經(jīng)過一段時(shí)間后抽氣系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)[9]，即抽氣量與影響半徑內(nèi)的污泥產(chǎn)氣量達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡；(4)抽氣井周邊的填埋氣等流速分布，且在進(jìn)入集氣井時(shí)的徑向流速達(dá)到最大值；(5)填埋氣在堆體內(nèi)的遷移速度隨距抽氣井中心距離的增加符合一級(jí)動(dòng)力學(xué)衰減規(guī)律和Darcy定律；(6)填埋氣以抽氣井中心為坐標(biāo)原點(diǎn)建立直角坐標(biāo)系。填埋氣豎井抽氣系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 污泥衛(wèi)生填埋場豎井抽氣系統(tǒng)示意圖

由上述假設(shè)條件可知，在負(fù)壓抽氣條件下填埋氣在向集氣井遷移的過程中，井周等流速分布，且隨半徑的增加流動(dòng)通量近似符合一級(jí)動(dòng)力學(xué)衰減規(guī)律：

式中：V為填埋氣進(jìn)入抽氣井時(shí)的遷移速度，m·s-1；V0為填埋氣進(jìn)入集氣井時(shí)的徑向最大流速，m·s-1；r為填埋氣距集氣井中心的距離，m；k為填埋氣的衰減系數(shù)；D集氣井直徑，m。

由多孔介質(zhì)流體力學(xué)理論可知，流速通量隨r的增加亦符合Darcy定律：

式中：Kh為城市污泥水平方向的滲透系數(shù)(以下簡稱滲透系數(shù))，m2(Pa·s)-1；dp/dr為集氣井周邊沿水平方向填埋氣的壓力梯度，Pa·m-1。

聯(lián)立上述兩式可建立豎井抽氣條件下填埋氣壓力分布的簡易模型如下：

邊界條件：

式中：ΔP為填埋場內(nèi)部無窮遠(yuǎn)處的相對(duì)壓強(qiáng)，Pa；P0為大氣壓強(qiáng)，Pa；Pchou為集氣豎井內(nèi)的抽氣負(fù)壓，Pa；Q為集氣豎井的抽氣流量，m3·s-1；D為豎井直徑，m；H為井深，m。

在邊界條件下對(duì)方程式(9.3)求解，且令ΔP+P0=Pa，ΔP+Pchou=Pb，則方程組的解可表達(dá)為：

2 豎井填埋氣收集負(fù)荷核算

抽氣井影響半徑(radius of influence，Roi是填埋氣收集系統(tǒng)的重要設(shè)計(jì)參數(shù)，它是指抽氣井收集填埋氣的最大作用范圍，在該范圍以內(nèi)，填埋氣都向抽氣井運(yùn)動(dòng)而被收集[9]。當(dāng)抽氣流量穩(wěn)定后，在抽氣井的作用范圍內(nèi)污泥產(chǎn)氣和抽氣達(dá)到平衡，并認(rèn)為影響半徑不隨填埋深度而變化。則抽氣量可以近似表示為：

式中：Roi為影響半徑，m；h為豎井埋深，m；ν為填埋氣產(chǎn)率，kg(m3·a)-1。

利用已建立的抽氣條件下填埋氣壓力分布模型，對(duì)污泥填埋氣豎井收集系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究。

表1 污泥組成及衛(wèi)生填埋的相關(guān)參數(shù)

注：a：抽氣井井長H取填埋深度h的80%[9]，即H=h× 80%=9×80%=7.2m。

3 滲透系數(shù)對(duì)豎井影響半徑的影響

滲透系數(shù)的不同會(huì)對(duì)集氣井的服務(wù)半徑產(chǎn)生很大的影響，首先通過對(duì)不同滲透系數(shù)在一定的抽氣壓范圍對(duì)服務(wù)半徑的影響分析，確定污泥填埋時(shí)合適的滲透系數(shù)。取滲透系數(shù)Kh1∶Kh2∶Kh3：Kh4為10∶2.5∶1.25：1進(jìn)行研究，見表2。

表2 污泥的滲透系數(shù)(m2(pa·s) -1)

結(jié)合式(4)及表1的相關(guān)參數(shù)可確定影響半徑Roi時(shí)的抽氣量：

將式(5代入式(3并對(duì)對(duì)其關(guān)于r求導(dǎo)得：

根據(jù)有關(guān)研究結(jié)果，在影響半徑處(r=Roi)的壓力梯度為dP/dr=0.5～1.20Pa·m-1。取dP/dr=0.8Pa·m-1時(shí)，Pb=ΔP+Pchou、影響半徑Roi與滲透系數(shù)的分析結(jié)果如下圖2所示，其中ΔP較Pchou小的多，可認(rèn)為Pb≈Pchou。由于有關(guān)污泥豎井抽氣系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究鮮為報(bào)道，因此，本研究以垃圾填埋場填埋氣主動(dòng)收集系統(tǒng)所需的負(fù)壓(2.5～25kPa)[12]為參考依據(jù)，而污泥滲透系數(shù)一般較垃圾的小，故所需抽氣負(fù)壓會(huì)較大；但過大的負(fù)壓不僅不利于提高收集效率，還可能將空氣引入填埋場內(nèi)部，抑制厭氧型甲烷菌的活性，同時(shí)也會(huì)將污泥吸入導(dǎo)氣石籠，致使其堵塞。故在此基礎(chǔ)上適當(dāng)增加抽氣負(fù)壓取值，取Pb值取25～30kPa之間。

根據(jù)式(5)及表2進(jìn)行數(shù)值模擬，計(jì)算不同滲透系數(shù)和影響半徑下的抽氣負(fù)壓，計(jì)算結(jié)果如圖2。經(jīng)分析可知，Pb對(duì)污泥滲透系數(shù)Kh的變化十分敏感，Kh的減少在相同抽氣負(fù)壓下集氣井的服務(wù)半徑急劇減少。Pb在25～30kPa之間時(shí)，滲透系數(shù)為Kh1時(shí)，集氣井的服務(wù)半徑Roi在10～11.5 m之間；而在Kh2時(shí)的服務(wù)半徑只有6～8m，減少了將近1倍；在Kh4時(shí)的服務(wù)半徑更小，只有5～6m，可見過小的Kh會(huì)嚴(yán)重影響集氣井的集氣效率。同樣，在一定范圍的服務(wù)半徑Roi時(shí)對(duì)于不同的滲透系數(shù)抽氣負(fù)壓的范圍也相去甚遠(yuǎn)，其中以Kh4時(shí)最大，Kh3次之，而Kh1最小。

圖2 抽氣負(fù)壓、影響半徑與滲透系數(shù)關(guān)系

可見，抽氣負(fù)壓和污泥滲透性是影響集氣井影響半徑的兩大重要因素。提高抽氣負(fù)壓可以有效地提高影響半徑，但過高的負(fù)壓會(huì)產(chǎn)生很多問題；而提高污泥滲透性，如降低含水率、添加改性劑[4]等，不僅可以有效地提高收集系統(tǒng)的服務(wù)半徑，還可降低能耗，增強(qiáng)污泥的強(qiáng)度，提高填埋作業(yè)的安全性。

因此，污泥填埋時(shí)其滲透系數(shù)不應(yīng)小于10-8m2(Pa·s)-1；這樣在填埋初期，抽氣負(fù)壓Pb取25～30kPa時(shí)，集氣井的服務(wù)半徑Roi可達(dá)到10～11.5m。

4 抽氣負(fù)壓隨填埋時(shí)間的變化預(yù)測(cè)

隨著填埋時(shí)間的增加，污泥中有機(jī)質(zhì)的不斷消耗填埋氣產(chǎn)量的不斷減少，在污泥穩(wěn)定化過程的不同時(shí)期所需抽氣負(fù)壓也將會(huì)發(fā)生很大變化，如不及時(shí)對(duì)抽氣系統(tǒng)做合理的調(diào)整，不僅會(huì)影響抽氣效率、提高能耗、增加操作成本，還有可能造成收集井的塞，導(dǎo)致整個(gè)填埋氣收集系統(tǒng)無法正常運(yùn)行。

以污泥填埋氣產(chǎn)率隨時(shí)間變化規(guī)律的研究為基礎(chǔ)，結(jié)合式(9.6)對(duì)抽氣負(fù)壓隨產(chǎn)氣量的變化進(jìn)行模擬計(jì)算(圖3)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：在滲透系數(shù)為Kh1(1.04×10-7m2(Pa·s)-1)、服務(wù)半徑Roi為10m時(shí)，抽氣負(fù)壓隨填埋時(shí)間的增加整體成指數(shù)減少，在起初的8年內(nèi)，抽氣負(fù)壓隨時(shí)間的減小幅度較大，在第8年即從起初的25kPa降低到5kPa以下，這主要是由于污泥中有機(jī)質(zhì)的大量消耗，填埋氣產(chǎn)氣速率的快速減少所致；從第8年起，所需抽氣負(fù)壓變得較小且隨時(shí)間的變化幅度較為緩和，到第20年時(shí)接近0，這是因?yàn)樵诖穗A段污泥礦化度已經(jīng)很高，填埋氣產(chǎn)率較起初小的多，最后時(shí)接近完全礦化，幾乎沒有填埋氣產(chǎn)生。而實(shí)際上，隨填埋時(shí)間的增加，污泥不斷地礦化，其滲透性能也較填埋時(shí)變大，實(shí)際所需的抽氣負(fù)壓也會(huì)較理論值要小。

另外，從圖3亦可看出，在起初的8年內(nèi)填埋氣產(chǎn)氣速率隨時(shí)間快速減少，但總體產(chǎn)氣率較高，平均甲烷產(chǎn)氣速率在5kg(m3·a)-1以上；而從第8年起，甲烷產(chǎn)氣速率隨時(shí)間變化較為緩和，但總體產(chǎn)氣速率較小，如第8年時(shí)就降為約2kg(m3·a)-1，到第20年時(shí)幾乎為0。因此，從經(jīng)濟(jì)、效益和諧統(tǒng)一的角度來看，從第8年起對(duì)填埋氣繼續(xù)進(jìn)行收集意義不大。

圖3 甲烷產(chǎn)氣速率、抽氣負(fù)壓隨時(shí)間的變化關(guān)系圖

5 填埋氣導(dǎo)排與收集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在上海老港衛(wèi)生填埋場46#～47#和55#單元構(gòu)建的規(guī)模20000m3的污泥生物反應(yīng)器示范工程，以規(guī)范污泥固化和改性填埋過程的控制條件和設(shè)備配置，形成衛(wèi)生填埋安全處置操作規(guī)范，為污泥衛(wèi)生填埋與資源化再利用提供重要的工程技術(shù)參數(shù)。

(1)填埋氣導(dǎo)氣豎井采用穿孔導(dǎo)氣管居中的石籠，導(dǎo)氣管管底與滲濾液收集干管相連通，管頂露出改性污泥覆蓋層表面1.0m。導(dǎo)氣豎井由里到外依次為：Φ160mm的HDPE穿孔花管、0.64m厚的級(jí)配碎石填埋氣導(dǎo)排層(Φ40～50mm的碎石層、Φ25～30mm的碎石層、Φ10～20mm的碎石層)、鋼絲格網(wǎng)、200g·m-2機(jī)織土工布、0.3m厚的礦化垃圾(或建筑垃圾)保護(hù)層和200g·m-2機(jī)織土工布(圖4)。

圖4 污泥衛(wèi)生填埋場豎井抽氣系統(tǒng)剖面圖

(2)導(dǎo)氣石籠頂部按照封場覆蓋設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)依次鋪設(shè)粘土層、光面HDPE防滲膜和覆蓋土層；HDPE土工膜與穿孔管通過擠壓焊接方式搭接(圖5)。

圖5 HDPE土工膜與穿孔管搭接詳圖

(3)每個(gè)污泥填埋庫區(qū)設(shè)置3個(gè)導(dǎo)氣豎井，導(dǎo)氣井間距為20～25m；各導(dǎo)氣豎井出氣口由Φ63mm的水平軟管相互連通后，集中輸送至總氣體收集井，再通過Φ160mm的HDPE集氣干管送至填埋氣發(fā)電區(qū)；填埋氣導(dǎo)氣井出口和集氣干管應(yīng)安裝閥門和甲烷檢測(cè)端口。有關(guān)污泥衛(wèi)生填埋場現(xiàn)場實(shí)物圖見圖6。

圖6 污泥衛(wèi)生填埋場現(xiàn)場實(shí)物圖

6 結(jié) 論

本文以一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型和Darcy定律為理論依據(jù)，建立集氣井抽氣條件下的污泥填埋氣一維壓力分布簡易模型，并進(jìn)一步確定豎井抽氣系統(tǒng)的最佳影響半徑。抽氣負(fù)壓和污泥滲透性是影響集氣井影響半徑的兩大重要因素。提高污泥滲透性，如降低含水率、添加改性劑等，不僅可以有效地提高收集系統(tǒng)的服務(wù)半徑，還可降低能耗，增強(qiáng)污泥的強(qiáng)度，提高填埋作業(yè)的安全性。污泥填埋時(shí)其滲透系數(shù)不應(yīng)小于10-8m2(Pa·s)-1；這樣在填埋初期，抽氣負(fù)壓Pb取25～30kPa時(shí)，集氣井的服務(wù)半徑Roi可達(dá)到10～11.5m。在滲透系數(shù)為Kh1(1.04×10-7m2(Pa·s)-1)、服務(wù)半徑Roi為10m時(shí)，抽氣負(fù)壓隨填埋時(shí)間的增加整體成指數(shù)減少，在起初的8年內(nèi)，抽氣負(fù)壓隨時(shí)間的減小幅度較大，在第8年即從起初的25kPa降低到5kPa以下。隨填埋時(shí)間的增加，污泥不斷地礦化，其滲透性能也較填埋時(shí)變大，實(shí)際所需的抽氣負(fù)壓也會(huì)較理論值要小。填埋氣導(dǎo)氣豎井采用穿孔導(dǎo)氣管居中的石籠，導(dǎo)氣管管底與滲濾液收集干管相連通，管頂露出改性污泥覆蓋層表面1.0m。導(dǎo)氣豎井由里到外依次為：Φ160mm的HDPE穿孔花管、0.64m厚的級(jí)配碎石填埋氣導(dǎo)排層(Φ40～50mm的碎石層、Φ25～30mm的碎石層、Φ10～20mm的碎石層)、鋼絲格網(wǎng)、200g·m-2機(jī)織土工布、0.3m厚的礦化垃圾(或建筑垃圾)保護(hù)層和200g·m-2機(jī)織土工布。每個(gè)污泥填埋庫區(qū)設(shè)置3個(gè)導(dǎo)氣豎井，導(dǎo)氣井間距為20～25m；各導(dǎo)氣豎井出氣口由Φ63mm的水平軟管相互連通后，集中輸送至總氣體收集井，再通過Φ160mm的HDPE集氣干管送至填埋氣發(fā)電區(qū)；填埋氣導(dǎo)氣井出口和集氣干管應(yīng)安裝閥門和甲烷檢測(cè)端口。

[1]Zhen Guangyin and Zhao Youcai，，Elsevier Publisher Inc.2017 (Oxford OX5 1GB，United Kingdom and Cambridge，MA 02139，United States).

[2]李兵，張承龍，趙由才主編.《污泥處理與資源化叢書——污泥表征與預(yù)處理技術(shù)》，北京：冶金工業(yè)出版社，2010年6月.

[3]朱英，張華，趙由才主編.《污泥處理與資源化叢書——污泥循環(huán)衛(wèi)生填埋技術(shù)》，北京：冶金工業(yè)出版社，2010年6月.

[4]李鴻江，顧瑩瑩，趙由才主編.《污泥處理與資源化利用叢書——污泥資源化利用技術(shù)》，北京：冶金工業(yè)出版社，2010年6月.

[5]趙由才，龍燕，張華主編.《固體廢物處理與資源化叢書——生活垃圾衛(wèi)生填埋技術(shù)》，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004年2月.

[6]宋立杰、陳善平、趙由才主編.《可持續(xù)生活垃圾處理與資源化技術(shù)》，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2014年2月.

[7]陸文龍，崔廣明，陳浩泉編著，趙由才主審.《生活垃圾衛(wèi)生填埋建設(shè)與作業(yè)運(yùn)營技術(shù)》，北京：冶金工業(yè)出版社，2013年7月.

[8]魏海云，詹良通，陳云敏.城市生活垃圾的氣體滲透性試驗(yàn)研究.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2007，26(7)：1408-1415.

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Design Optimization for Dewatered Sewage Sludge Sanitary Landfill

PU Min

(Shanghai Institute for Design & Research on Environmental Engineering Co.Ltd，Shanghai 200232)

Based on the theory of Darcy，a first order mathematical model was deduced to optimize landfill gas (LFG) collection system.The radiuses of influence (Roi) of vertical extraction well was found to be 10～11.5m.The major components of landfill gas are methane and carbon dioxide with a member of minor constitutes.In order to control greenhouse gas emissions and minimize the risk of migration of landfill gas，effective extraction systems must be developed.The collection system (e.g.vertical extraction well) comprises vertical gas well (Φ160mm HDPE)，wellheads，and collection pipe.The vertical well has perforations over the lower part of pipe length，and is surrounded by a suitably sized aggregate fill (0.64 m thickness) and a composite protective layer (including steel wire gauze，200 g/m2woven geotextile，0.3m-thickness aged refuse or construction waste，and 200g/m2woven geotextile).The welding between HDPE geomembrane and perforated pipe should be performed to prevent air admission.Vertical gas wells are normally spaced between 20m and 25m part，with 3 wells in a landfill unit；the collected landfill gas is then conveyed via the collection pipe network to the point of thermal destruction (e.g.flare unit) or energy production.The recovery of landfill gas as an energy resource can compensate the part of the costs of sludge disposal，but the potential depends upon the methane content of the gas.Normally，the purification of gas should be taken into account prior to entering generator set.

Dewatered sewage sludge；sanitary landfill；design optimization

項(xiàng)目資助：污泥項(xiàng)目編號(hào)14DZ1208400；飛灰項(xiàng)目編號(hào)16DZ1202900

蒲敏，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)榄h(huán)境保護(hù)

文獻(xiàn)格式：蒲 敏.污泥衛(wèi)生填埋場設(shè)計(jì)優(yōu)化[J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2017，42(4)：80-84.

X21

A

1673-288X(2017)04-0080-05