好氧穩(wěn)定化處理技術(shù)在垃圾填埋場的應(yīng)用

馮 楊，劉志剛，王保軍

（1.中水東北勘測設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，吉林 長春，130021；2.中國市政工程東北設(shè)計(jì)研究總院有限公司，吉林 長春，130021）

目前，由于我國普遍實(shí)行垃圾衛(wèi)生填埋治理技術(shù)的時(shí)間較短，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)城市是二十世紀(jì)九十年代中后期才普遍采用，最長時(shí)間還不到二十年，而一些經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá)地區(qū)，很多城市現(xiàn)在還采用非正規(guī)垃圾填埋技術(shù)進(jìn)行垃圾填埋。因此，存在著大量已經(jīng)填滿垃圾的非正規(guī)垃圾填埋場。這些填埋場不但占用大量的土地資源、對水體和大氣造成嚴(yán)重污染，而且還對城市的形象和發(fā)展產(chǎn)生不利影響，隨著城區(qū)建設(shè)的快速發(fā)展，部分非正規(guī)填埋場位于城區(qū)之中，影響和制約了城區(qū)的發(fā)展，并且對填埋場周邊群眾的正常生活產(chǎn)生影響，因此必須盡快對其進(jìn)行封場穩(wěn)定化治理，還一個(gè)健康綠色的自然環(huán)境。

好氧穩(wěn)定化處理技術(shù)，即“好氧生物反應(yīng)器+初步封場”處理技術(shù)，對非正規(guī)垃圾填埋場快速降解，能夠最大限度的減少對環(huán)境的污染。

1 非正規(guī)垃圾填埋場的特點(diǎn)

非正規(guī)垃圾填埋場包括兩種基本類型。一是簡易垃圾填埋場，二是受控垃圾填埋場。簡易垃圾填埋場是我國多年來一直采用的垃圾處理方式，占我國垃圾填埋場的主要部分，尤其是在二十世紀(jì)九十年代以前。其主要特征是基本上沒有任何環(huán)境保護(hù)措施，也無建設(shè)和使用標(biāo)準(zhǔn)，對環(huán)境的污染程度很高。也有人習(xí)慣上將簡易垃圾場稱為垃圾山、垃圾堆。簡易受控垃圾填埋場在我國的垃圾填埋場中也占有較大比重。其主要特征是配備部分或全部環(huán)保設(shè)施，但不齊全、不完善，或達(dá)不到環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，其滲濾液等對環(huán)境的危害較大。其滲瀝液在地表低處匯聚，同時(shí)隨著大氣降水滲入地下，嚴(yán)重污染著附近的土壤和地下水，嚴(yán)重威脅到周圍居民的身體健康及城市環(huán)境質(zhì)量。

因此，非正規(guī)垃圾填埋場就是達(dá)不到國家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范要求的垃圾填埋場。

2 非正規(guī)垃圾填埋場的治理方法

非正規(guī)垃圾填埋場的治理方法，分為異位治理和原位治理。異位治理是將填埋場中的垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)，該方法僅適用于老舊填埋場，垃圾存量較小；原位治理是在垃圾場原地對垃圾進(jìn)行處理，原位治理的方案有三種，分別為原地封場治理、原地篩分處理和原地好氧降解治理（生物反應(yīng)器）。

2.1 原地封場治理

原地封場治理是在原有填埋場上，采取覆蓋封場、垂直和水平防滲、滲瀝液收集和處理以及填埋氣體的導(dǎo)排、燃燒或利用等措施，使非正規(guī)垃圾填埋場中污染物的無序排放，被人為控制，變有序排放，但原地封場治理并不能減少污染物的排放，也不能縮短污染降解的時(shí)間。

2.2 原地篩分處理

原地篩分處理是將填埋場中的垃圾開挖后進(jìn)行篩分，將篩分垃圾分類利用。通過篩分垃圾減量資源化程度可以達(dá)到75%以上，篩分出的無機(jī)物可直接就地填埋或作為垃圾衛(wèi)生填埋場覆蓋土，達(dá)到了垃圾搬遷減量化和釋放土地的目的。該方案對填埋場的污染治理較徹底，但存在垃圾開挖和搬遷過程中環(huán)境污染（臭氣、粉塵污染等）、安全控制（沼氣外泄）、消納地點(diǎn)選擇、腐殖土利用、工程周期等問題。

2.3 原地好氧降解治理

原地好氧降解治理是將填埋場變?yōu)樯锓磻?yīng)器，改變填埋場中的物理和化學(xué)條件，建立符合微生物生長的環(huán)境，利用微生物的作用，加速垃圾中可生物降解有機(jī)物的分解，縮短填埋場的降解時(shí)間。原地好氧降解治理分為厭氧反應(yīng)器和好氧反應(yīng)器兩種方法。由于厭氧的反應(yīng)強(qiáng)度較之好氧反應(yīng)低，需要的時(shí)間長，而且厭氧反應(yīng)不可避免的產(chǎn)生甲烷等填埋氣體，并且滲瀝液的產(chǎn)生量不會(huì)減少，相反好氧反應(yīng)器不存在這些問題，但好氧反應(yīng)器的投資較厭氧反應(yīng)器高，運(yùn)行操作相對復(fù)雜。

非正規(guī)垃圾填埋場原地治理的各種方案比較見表1。

表1 非正規(guī)垃圾填埋場原地治理的方案比較

從上表1中可以看出：好氧生物反應(yīng)器在非正規(guī)垃圾填埋場的治理方面，具有其他方案不可比擬的優(yōu)勢。文中所提到的好氧穩(wěn)定化處理技術(shù)，將原地治理中的封場和好氧降解治理結(jié)合在一起，好氧降解使填埋場的穩(wěn)定化時(shí)間更短，封場治理使填埋場的污染物不會(huì)外溢，并且增加填埋氣體的非控制性擴(kuò)散，兩者結(jié)合效果更佳。

3 好氧穩(wěn)定化處理技術(shù)

好氧穩(wěn)定化處理技術(shù)，由好氧生物反應(yīng)器和初步封場治理組成。

3.1 好氧生物反應(yīng)器

3.1.1 原理

好氧生物反應(yīng)法治理垃圾填埋場的原理是通過在填埋堆體中埋設(shè)注氣井、注液井和排氣井，向垃圾堆體內(nèi)注入空氣，并將收集的滲瀝液和其他液體回注至垃圾堆體，使堆體中的有機(jī)物在適宜的含氧量、溫度、濕度條件下，經(jīng)好氧微生物的作用快速降解，縮短垃圾分解的時(shí)間。同時(shí)通過排氣井排除垃圾堆體中的二氧化碳等氣體，并帶出好氧反應(yīng)產(chǎn)生的熱量。有機(jī)物好氧生物反應(yīng)式如下：

3.1.2 系統(tǒng)組成

1）填埋場區(qū)域內(nèi)抽氣、注氣、滲瀝液收集和注液系統(tǒng)。

2）生物好氧反應(yīng)器的控制系統(tǒng)。

3）生物好氧反應(yīng)器綜合監(jiān)測系統(tǒng)。

3.1.3 優(yōu)點(diǎn)

采用“好氧生物反應(yīng)器”在處理城市生活垃圾填埋方面，有以下四方面優(yōu)點(diǎn)：

1）縮短垃圾中有機(jī)物的降解時(shí)間。好氧生物反應(yīng)器技術(shù)比傳統(tǒng)的厭氧降解法提高降解速度30倍以上。治理周期短，一般為2—4年。相當(dāng)于自然降解50—100年。好氧反應(yīng)與厭氧反應(yīng)的降解速率。對比見圖1。

圖1 好氧反應(yīng)與厭氧反應(yīng)的降解速率對比

2）減少垃圾填埋場對環(huán)境的影響。由于有機(jī)物經(jīng)好氧處理的產(chǎn)物是CO2，H2O等，取代了傳統(tǒng)厭氧反應(yīng)的CH4，NH3，H2S等，垃圾滲瀝液又回流到垃圾堆體中，因此將垃圾中的有害物質(zhì)對土壤、大氣、水體（地表水、地下水）環(huán)境的影響將減少到最低程度。同時(shí)由于減少了甲烷氣（CH4）的排放（CH4的吸熱量是CO2的21倍），可以降低溫室效應(yīng)，保護(hù)大氣層。由于好氧生物反應(yīng)是放熱反應(yīng)，使垃圾堆體中的溫度升高，可以有效殺滅垃圾中的病原菌，減少對環(huán)境的危害。

3）減少滲瀝液處理費(fèi)用。垃圾滲瀝液由于其成分復(fù)雜，污染地下水和地表水，收集后單獨(dú)處理的難度大，投資和運(yùn)行的費(fèi)用高，是目前垃圾填埋場問題的焦點(diǎn)所在。通過將滲瀝液循環(huán)，分散在填埋場中，增加固體的濕度，不僅可以提高垃圾中有機(jī)物的降解速率，而且可以大大降低滲瀝液處理的難度，從而節(jié)省投資和運(yùn)行費(fèi)用。同時(shí)由于垃圾堆體中的溫度升高，水分的蒸發(fā)量大，滲瀝液的量減少。在滲瀝液回灌的過程中，滲瀝中的污染物被垃圾吸附，特別是對氨氮和重金屬難降解的污染物，有良好的吸附作用，降低相關(guān)污染物在滲瀝液中的濃度。

4）降低填埋場封場后維護(hù)費(fèi)用和風(fēng)險(xiǎn)。由于垃圾在短時(shí)間內(nèi)可以達(dá)到穩(wěn)定化，這樣就可以減少封場后填埋場維護(hù)的工作量，降低運(yùn)行成本，同時(shí)可以減少甲烷等危險(xiǎn)氣體爆炸的風(fēng)險(xiǎn)。

3.2 初步封場

初步封場是在原有填埋場上，采取覆蓋封場等措施，使非正規(guī)垃圾填埋場中污染的無序排放，被人為控制，變有序排放，并且通過覆蓋黏土層，減少了好氧生物反應(yīng)過程中氧氣的無序擴(kuò)散，有利于提高好氧過程中加注的氧氣的使用效率。

4 工程實(shí)例

4.1 北京石景山黑石頭垃圾填埋場的應(yīng)用

2006年開始，北京石景山黑石頭垃圾填埋場采用好氧生物反應(yīng)器技術(shù)進(jìn)行垃圾場環(huán)保治理，其原理與通用的好氧垃圾衛(wèi)生填埋技術(shù)相似。通過空氣注入系統(tǒng)和空氣抽取系統(tǒng)的符合作用，使溫度、濕度、氣體含量和分布等保持垃圾反應(yīng)所需最佳條件。黑石頭垃圾山表面打出100多眼不同功能的深井，通過深井向垃圾體內(nèi)輸送水和氧氣，使每個(gè)角落的垃圾都能夠充分降解，并大大提高垃圾降解速度。兩年后，垃圾山中的大部分有機(jī)物可充分分解掉，垃圾山不再產(chǎn)生沼氣和臭味，接近正常土壤，體積也有所縮減，大大縮短土地恢復(fù)使用所需時(shí)間。

4.2 吉林省某非正規(guī)垃圾填埋場的應(yīng)用

吉林省某非正規(guī)垃圾填埋場，填埋時(shí)間近20年，占地面積約為28hm2。處理措施采取垃圾整形，帷幕灌漿，好氧生物處理和封場覆蓋系統(tǒng)。

1）由于填埋場占地面積較大，封場治理中帷幕灌漿量和封場覆蓋面積較大，所以首先對填埋場的垃圾進(jìn)行整形，縮小占地面積，以節(jié)省投資，整形后的占地面積約為18hm2。

2）好氧生物處理，共設(shè)置309眼注氣井，310眼抽氣井、注水井，100眼氣溫濕度監(jiān)測井，向垃圾體內(nèi)輸送水和氧氣并控制垃圾體內(nèi)部的溫度、濕度及氧氣濃度，加速垃圾中有機(jī)成分的快速分解。

3）初步封場治理系統(tǒng)，垃圾頂部整形后采用500mm厚黏土層。

采用此方法，2~4年填埋場達(dá)到穩(wěn)定化，18hm2的面積就可用于公園景觀的建設(shè)。

5 結(jié) 論

通過采用好氧穩(wěn)定化處理技術(shù)，即生物好氧反應(yīng)器和初步封場相結(jié)合的工藝，可以在社會(huì)效益、環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益三方面取得一致，對促進(jìn)城市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和改善居民生活條件有極大的意義。生物好氧反應(yīng)器，可明顯提高垃圾的生物降解速度和效率，提高垃圾的資源化、無害化水平。封場治理，可有效控制污染物的外溢，提高氧氣的利用率。從應(yīng)用前景上看，對于非正規(guī)垃圾填埋場，尤其是為了使用而需要快速修復(fù)的老垃圾填埋場，及為了改善空氣質(zhì)量而需要馬上開始降解的地方，好氧穩(wěn)定化處理技術(shù)是有非常大的優(yōu)勢。

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