城市生活垃圾填埋場的環(huán)境問題及其治理研究

李婧 陳森 周艷文 高小杰

摘 要：隨著城市化進(jìn)程的快速發(fā)展，生活垃圾填埋場的數(shù)量不斷增加，垃圾填埋場產(chǎn)生的填埋氣和滲濾液給周邊生態(tài)環(huán)境帶來了不同程度的污染。因此，城市生活垃圾填埋場的治理與恢復(fù)已成為生態(tài)環(huán)境保護(hù)的重要內(nèi)容。該文介紹了我國生活垃圾填埋現(xiàn)狀，分析了填埋氣和滲濾液對生態(tài)環(huán)境的危害，并結(jié)合國內(nèi)外研究現(xiàn)狀提出了相關(guān)的防治對策，最后總結(jié)了我國生活垃圾填埋場治理與恢復(fù)的技術(shù)原則和發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：生活垃圾填埋場;填埋氣;滲濾液;治理與恢復(fù)

中圖分類號 X705 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A文章編號 1007-7731（2015）13-75-04

Environmental Problems of Municipal Solid Waste Landfill and its Management

Li Jing et al.

（Nanjing Research Institute of Environmental Protection，Nanjing 210013，China）

Abstract：The number of municipal solid waste landfill was increasing as the pushing of urbanization process，and the landfill gas and leachate caused different levels of pollution from surrounding ecological environment. The management and recovery had become important content of ecological environment protection.In this thesis，firstly，the situation of Chinese municipal solid waste treatment was outlined;secondly，the harm of landfill gas and leachate to ecological environment and its control measures were discussed;finally，the technologies and their trend of development of Chinese municipal solid waste landfill pollution management were summarized.

Key words：Municipal solid waste landfill;Landfill gas;Leachate;Management and recovery

隨著居民生活消費(fèi)水平的提高和城市化進(jìn)程的加快，城市生活垃圾產(chǎn)生量的增長速度十分迅速，全球城市垃圾產(chǎn)生量年平均增長速率為8.4%，我國城市垃圾產(chǎn)生量年增長速率達(dá)10%，超過世界平均增長速度[1]。據(jù)中國人民大學(xué)國家發(fā)展與戰(zhàn)略研究院2015年發(fā)布的《中國城市生活垃圾管理狀況評估研究報(bào)告》顯示，近年來中國人均生活垃圾日清運(yùn)量平均為1.12kg，處于較高水平，根據(jù)城市化水平推算，2030年和2050年我國將分別產(chǎn)生城市生活垃圾4.09億t和5.28億t[2]。隨著城市生活垃圾產(chǎn)生量的劇增，出現(xiàn)了一系列的問題，如土地占用，土壤污染、水污染、大氣污染等生態(tài)問題，并引發(fā)了一些社會問題和經(jīng)濟(jì)環(huán)境問題。因此，對城市生活垃圾進(jìn)行合理的處置刻不容緩。一般來講，城市生活垃圾的處理方式主要包括填埋法、堆肥法、焚燒法等[3]，而就我國國情而言，填埋法具有投資少、容量大、見效快等優(yōu)勢。相關(guān)研究表明，我國生活垃圾大約有70%以上被運(yùn)送到填埋場進(jìn)行填埋處置[4]，因此填埋法是目前我國處理生活垃圾的主要手段。

1 我國城市生活垃圾填埋處理現(xiàn)狀及主要類型

我國城市生活垃圾的衛(wèi)生填埋技術(shù)發(fā)展較晚。20世紀(jì)80年代初，我國城市生活垃圾填埋場大部分為簡易填埋場，場內(nèi)沒有設(shè)置滲濾液防滲和填埋氣體的回收利用系統(tǒng)，并且欠缺填埋場附近的環(huán)保措施，致使填埋場區(qū)垃圾泛濫、臭氣熏天。此外，城市生活垃圾填埋場還時有爆炸事故發(fā)生，這不僅影響了周圍的生態(tài)環(huán)境，還會對人體造成一定危害[5]。20世紀(jì)80年代中后期，隨著城市經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，各級政府開始規(guī)劃籌建比較規(guī)范的生活垃圾填埋場。截至2009年，中國大約有50%～60%的城市和10%的縣級市修建了衛(wèi)生填埋場[6]。例如，杭州市天子嶺垃圾填埋場填、上海老港垃圾填埋場、北京阿蘇衛(wèi)垃圾填埋場、深圳下坪垃圾填埋場以及重慶長生橋垃圾填埋場等。

根據(jù)地形和地質(zhì)條件，目前我國城市生活垃圾填埋形式主要有3種類型，即山谷填埋型、平原填埋型、濱海填埋型。（1）山谷型填埋場，利用城市附近的山谷填埋生活垃圾，在中國比較常見。這種利用三面環(huán)山的谷地和山谷周圍斜坡的自然地形修建的填埋場可以填埋到較高的高度，具有較大的填埋容量，如杭州的天子嶺垃圾填埋場;（2）平原型填埋場，利用天然洼地填埋城市生活垃圾，常用于平原地區(qū)。這種填埋場規(guī)模一般比較小，服務(wù)年限也較短，如北京的阿蘇衛(wèi)垃圾填埋場;（3）濱海型填埋場，利用海邊灘涂進(jìn)行垃圾填埋，適用于濱海城市固體廢棄物的處理，如上海的老港垃圾填埋場。

2 城市生活垃圾填埋場的環(huán)境問題

垃圾填埋法具有處理量大、操作工藝簡單、費(fèi)用低廉等優(yōu)點(diǎn)，從而成為各個國家和地區(qū)的主要固體廢棄物處理方法。然而，填埋的垃圾在漫長的穩(wěn)定化過程中會產(chǎn)生大量的填埋氣和垃圾滲濾液，填埋氣和滲濾液從填埋場內(nèi)的釋放與滲漏后，已導(dǎo)致大氣、地表水、地下水污染，加劇溫室效應(yīng)，以及填埋場塌陷等環(huán)境問題，不可避免地對人們生存的環(huán)境和人們的身體健康產(chǎn)生不良影響。因此，生活垃圾填埋過程中需要采取一定的措施來解決這些生態(tài)問題?？傮w來說，城市生活垃圾填埋主要從以下3個方面帶來生態(tài)環(huán)境問題：

2.1 垃圾填埋氣的環(huán)境問題 生活垃圾集中填埋后，填埋場的大部分有機(jī)垃圾可以被微生物厭氧降解為氣態(tài)產(chǎn)物，即填埋氣，它的產(chǎn)量一般與填埋垃圾的組成、含水量和壓縮程度以及外部的氣候因素等有關(guān)。填埋氣的主要成分為甲烷和二氧化碳，其余部分為一些痕量氣體，如硫化氫、氫氣以及揮發(fā)性有機(jī)物等。填埋氣會在一定程度上影響和破壞我們的生存環(huán)境，大致集中在以下幾個方面：

2.1.1 加劇溫室效應(yīng)，促進(jìn)全球變暖 甲烷和二氧化碳是重要的溫室氣體。據(jù)研究，垃圾填埋場每年釋放的甲烷占全球年甲烷排放總量的8%～15%，因此，垃圾填埋場釋放的甲烷和二氧化碳在全球溫室效應(yīng)中扮演著重要角色?，F(xiàn)階段，許多國家己經(jīng)進(jìn)行了大量的相關(guān)研究，研發(fā)減少填埋場溫室氣體排放的各種措施[7]。

2.1.2 釋放惡臭氣體和揮發(fā)性有機(jī)物，污染大氣環(huán)境 垃圾填埋場釋放大量的揮發(fā)性有機(jī)物和具有難聞氣味的成分，如硫化氫、有機(jī)硫化物、烷基苯等，這些揮發(fā)性有機(jī)物和散發(fā)異味的氣體成分具有一定的毒性。此外，填埋氣中還含有其它痕量氣體成分，當(dāng)這些痕量氣體的濃度超過一定的濃度水平后，導(dǎo)致大氣環(huán)境質(zhì)量下降，影響當(dāng)?shù)鼐用竦纳钯|(zhì)量，具有潛在的危害[8]。

2.1.3 釋放有害氣體，破壞周圍植被 填埋場周邊地區(qū)植被的根際氧氣被填埋場釋放的填埋氣替換，可以導(dǎo)致植物窒息死亡。此外，填埋氣中的有毒微量氣體成分也會影響植物的正常生長，從而破壞填埋場周圍的植被[9]。

2.1.4 其它環(huán)境危害 填埋氣中含有大量的揮發(fā)性有機(jī)污染物，它們可以隨著填埋氣體的擴(kuò)散作用進(jìn)入地下水，污染地下水資源[9];甲烷除了是一種溫室氣體外，還是一種易燃?xì)怏w，當(dāng)填埋場的排氣系統(tǒng)不暢時，甲烷在填埋場的空氣中積累，當(dāng)甲烷的體積比達(dá)到5%～15%時，填埋場就可能發(fā)生爆炸和火災(zāi)[5]，對周邊環(huán)境造成嚴(yán)重的危害。

2.2 垃圾填埋場滲濾液的環(huán)境問題 生活垃圾填埋以后，垃圾中某些組分以溶解態(tài)或懸浮狀態(tài)的形式存在于滲濾液中，伴隨著水分運(yùn)動發(fā)生淋濾作用形成垃圾滲濾液，它是垃圾填埋場伴生的二次污染物，所需的水分主要來源于降水和垃圾本身的內(nèi)含水。由于液體在流動過程中受到各種物理因素、化學(xué)因素以及生物因素的影響，所以滲濾液的組分在一個相當(dāng)大的范圍內(nèi)變動，是一種成分復(fù)雜的高濃度廢水。垃圾滲濾液泄露后不僅嚴(yán)重威脅周邊的水源，還嚴(yán)重影響附近的土壤環(huán)境，具體有以下幾個方面：

2.2.1 有機(jī)污染物含量高 滲濾液中有機(jī)污染物組分復(fù)雜，且濃度含量高，COD高達(dá)60 000mg/L，其中以烷烴、芳烴類較多，還存在著一些酸類、酯類、醇類、酚類等。其中許多成分是過去自然界從未出現(xiàn)過的人工合成有機(jī)化合物，具有不同程度的生物毒性和生物富集性，長期污染會產(chǎn)生嚴(yán)重的環(huán)境安全問題[10-11]。

2.2.2 氨氮含量高 滲濾液中氨氮含量高，可達(dá)1 000mg/L以上，高濃度的銨離子具有生物急性毒性效應(yīng)，如果氨離子超標(biāo)就會影響附近生物的正常生長發(fā)育[12]。

2.2.3 含有多種重金屬元素 滲濾液中含有多種重金屬，如Zn、Cu、Cd、Pb、Ni、Cr和Hg等重金屬，尤其是當(dāng)生活垃圾與工業(yè)垃圾混合填埋時滲濾液中重金屬種類更多、含量更高。一旦發(fā)生溢漏或滲漏，滲濾液將不可避免地污染飲用水資源，對下游的生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生毒害作用[13]。

2.2.4 含有豐富的微生物 滲濾液中含有豐富的微生物，其中含有大量的致病菌和病原微生物，它們一旦進(jìn)入飲用水源，將誘發(fā)各種生理疾病，嚴(yán)重危害附近居民的身體健康。

2.3 垃圾填埋場的地面沉降問題 垃圾填埋后，如果垃圾在填埋時如果沒有被徹底、均勻地壓縮，加上垃圾的某些組分在不斷的降解和淋溶損失，填埋場在漫長的穩(wěn)定化過程中通常會出現(xiàn)不同程度的沉降現(xiàn)象。這一行為會破壞填埋場的頂部覆蓋層、底部防滲層和邊坡防滲隔離層，導(dǎo)致垃圾滲濾液和填埋氣的溢漏，污染周邊環(huán)境[14-15]，如果逸出的填埋氣中甲烷濃度超過其極限，還可能發(fā)生爆炸[5]。此外，填埋場的不規(guī)則沉降也不利于填埋場的生態(tài)恢復(fù)和重新開發(fā)利用。

3 城市生活垃圾填埋場的治理與恢復(fù)

垃圾填埋場在運(yùn)行過程或封場后，一直都存在著上述的各種生態(tài)安全隱患。因此，采取有效措施治理與恢復(fù)填埋場的生態(tài)環(huán)境，具有重要的生態(tài)意義和經(jīng)濟(jì)意義?，F(xiàn)階段，國內(nèi)外開展的有關(guān)垃圾填埋場的治理與恢復(fù)工作，主要涉及填埋場的填埋氣治理、滲濾液治理、場地恢復(fù)等3個方面。

3.1 填埋氣的治理

3.1.1 建立導(dǎo)排氣系統(tǒng)，減少填埋氣產(chǎn)生量 在垃圾填埋場建立合理的導(dǎo)排氣系統(tǒng)，減少填埋氣的產(chǎn)生量和累積量，能有效防止填埋場發(fā)生火災(zāi)、爆炸的風(fēng)險(xiǎn)，降低填埋氣的溫室效應(yīng)，減少填埋場的臭味，減少氣體污染。一般來講，規(guī)模較大的填埋場可以鋪設(shè)專用收集管道，收集填埋氣用作燃料，用于生活或工業(yè)供熱;規(guī)模較小的填埋場，在填埋氣不足以作為燃料的情況下，為了嚴(yán)防發(fā)生爆炸，必須安裝填埋氣的收集系統(tǒng)并進(jìn)行火炬燃燒[16-17]。

3.1.2 填埋場的惡臭防治技術(shù) 生活垃圾填埋場惡臭污染防治的傳統(tǒng)技術(shù)主要包括物理法、化學(xué)法和生物法，3種方法在處理填埋場惡臭過程中各有優(yōu)缺點(diǎn)。其中，物理法操作簡單、見效快，但處理惡臭濃度偏低、處理范圍較小，且成本高，存在二次污染現(xiàn)象;化學(xué)法效率高、適用范圍廣，但處理持續(xù)時間短，成本高;生物法工藝簡單、操作方便，且無二次污染，但篩選和培養(yǎng)菌種難、見效慢[8]。因此，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)填埋場惡臭的特性和除臭要求等選用合適的治理方法或聯(lián)合工藝，以最大程度地減少惡臭。近年來，以生物法為基礎(chǔ)的生物除臭劑法和原位控制技術(shù)得到了快速的發(fā)展，其運(yùn)行費(fèi)用極低、除臭效果好、操作方便，具有巨大的發(fā)展?jié)摿?，是未來垃圾填埋場除臭的主?dǎo)技術(shù)[18]。

3.2 滲濾液的治理 填埋場滲濾液的處理及排放是生活垃圾衛(wèi)生填埋法面臨的主要環(huán)境問題之一。到目前為止，垃圾滲濾液的處理方法主要有兩大類，物理-化學(xué)處理法和生物學(xué)處理法。由于垃圾滲濾液的組分及其濃度具有很大的不穩(wěn)定性，因此在選擇合適的處理方法時具有很多困難。

3.2.1 設(shè)置有效的填埋場頂部防滲蓋和底部防滲層，控制滲濾液產(chǎn)生量和釋放量 填埋場滲濾液主要來源于降水和垃圾本身的內(nèi)含水，其中以降水為主。因此，控制滲濾液污染，首先要設(shè)置有效的頂部防滲層，避免和減少降水的滲入，使?jié)B濾液的形成量盡可能的小;其次是設(shè)置防滲能力強(qiáng)的底部防滲層和邊坡防滲隔離層，避免發(fā)生滲濾液滲漏現(xiàn)象[13]。

3.2.2 物理-化學(xué)法處理滲濾液 物理-化學(xué)法是利用物理化學(xué)原理設(shè)計(jì)的處理工藝處理滲濾液的方法，一般作為滲濾液的預(yù)處理或深度處理工藝，但成本較高。主要處理方法有吸附法、化學(xué)沉淀法、吹脫法、高級氧化技術(shù)、膜分離處理技術(shù)等[19-20]。吸附法是通過各種不同類型吸附劑去除滲濾液的色度、金屬離子和難降解有機(jī)物污染物等，處理效率高但成本也較高[21];化學(xué)沉淀法是通過加入某種化學(xué)沉淀劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)將滲濾液中溶解性離子轉(zhuǎn)化成不溶性固體，以去除滲濾液中難降解有機(jī)物和重金屬等[22];吹脫法是對滲濾液的一種預(yù)處理，能有效去除滲濾液中的氨氮，調(diào)整其C/N比，有利于后續(xù)的生化處理，但易造成二次污染[23];高級氧化技術(shù)是通過羥基將難降解有機(jī)污染物氧化成小分子有機(jī)污染物以去除滲濾液有機(jī)污染物的方法，主要有光催化氧化法、電化學(xué)氧化法、Fenton氧化法等;膜分離處理技術(shù)主要包括反滲透、超濾及微孔過濾等，膜分離技術(shù)已逐漸被國內(nèi)外發(fā)達(dá)地區(qū)采用處理垃圾的滲濾液[24]。

3.2.3 生物學(xué)法處理滲濾液 生物學(xué)處理法是利用微生物的新陳代謝作用吸附降解作用去除滲濾液中污染物的方法，一般分為好氧生物處理、厭氧生物處理和兼性生物處理3種。好氧生物處理主要是利用好氧微生物降解滲濾液中的有機(jī)物，有效去除COD、BOD5和重金屬，具有良好的運(yùn)行效能，主要處理方法有活性污泥法[25]、穩(wěn)定塘[26]和序批式反應(yīng)器、生物轉(zhuǎn)盤[27]等方法;厭氧生物處理主要是利用厭氧細(xì)菌降解、穩(wěn)定滲濾液中的有機(jī)物，具有操作簡單，運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，其處理處理工藝主要包括：厭氧序批式反應(yīng)器[23]、上流式厭氧污泥床[28]、上流式厭氧過濾器[29]、厭氧折流板反應(yīng)器[30]等;兼性生物處理，即采用厭氧-好氧生物相結(jié)合處理滲濾液，處理效果較好，且操作簡單，運(yùn)行費(fèi)用低，具有廣泛的應(yīng)用前景[25]。

3.2.4 人工濕地處理滲濾液 人工濕地含有多種微生物，它們可以與滲濾液中有機(jī)物、氮磷及重金屬等污染物發(fā)生生化反應(yīng)，降解污染物，具有成本低、管理方便、處理效果好等優(yōu)點(diǎn)[31]。人工濕地處理填埋場滲濾液在我國許多地區(qū)具有一定的適用性。

3.3 填埋場的生態(tài)恢復(fù) 按照我國《生活垃圾衛(wèi)生填埋場封場技術(shù)規(guī)程》（CJJ112-2007）規(guī)定，填埋場停止使用后必須進(jìn)行相關(guān)的生態(tài)恢復(fù)，實(shí)施封場工程。同時，我國土地資源緊缺，生態(tài)恢復(fù)效果合格的填埋場，可用來興建各類廠房、停車場、公園等，有利于進(jìn)一步提高土地的利用價值，實(shí)現(xiàn)土地的合理利用。垃圾填埋場生態(tài)恢復(fù)的整體原則可以參考《生活垃圾衛(wèi)生填埋場封場技術(shù)規(guī)程》（CJJ112-2007）。首先，建立完整的封場覆蓋系統(tǒng)。其次，要保證場地的綠化工程與周圍景觀相協(xié)調(diào)，并根據(jù)場地覆蓋層土壤的性質(zhì)和當(dāng)?shù)貧夂驐l件配置合理的植物群落，不易選用根系穿透力強(qiáng)的樹種。再次，還應(yīng)及時對填埋垃圾進(jìn)行壓實(shí)處理并設(shè)置完善的填埋氣導(dǎo)排設(shè)施，預(yù)防產(chǎn)生場地沉降和填埋氣爆炸，避免發(fā)生危險(xiǎn)[32]。

4 結(jié)語

衛(wèi)生填埋技術(shù)是目前我國生活垃圾處理的主要手段。但與此同時，由于垃圾填埋產(chǎn)生的大量填埋氣和滲濾液，對周邊生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重的危害。雖然現(xiàn)階段針對填埋氣和滲濾液的處理方法較多，但這些方法均具有不同程度的缺陷，如何選擇最佳的處理技術(shù)方法，降低運(yùn)行成本，提高處理效果，改善填埋場的生態(tài)環(huán)境，是目前急需要解決的關(guān)鍵問題。因此，在未來的工作中，應(yīng)借鑒發(fā)達(dá)國家的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合中國國情，切合當(dāng)?shù)乩盥駡龅奶攸c(diǎn)，在遵循生態(tài)經(jīng)濟(jì)原則和國家相關(guān)政策下，因地制宜的開展垃圾填埋場的治理和生態(tài)修復(fù)工作，促進(jìn)我國生態(tài)與經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

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（責(zé)編：張宏民）