生活垃圾填埋場(chǎng)可持續(xù)利用技術(shù)探討

郭婧婷 佘祺銳 劉志剛 孟凡勇 朱文軒

【摘要】：本文通過(guò)對(duì)垃圾處理及填埋技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀的介紹，簡(jiǎn)要分析了目前垃圾填埋場(chǎng)存在的問(wèn)題，針對(duì)我國(guó)垃圾填埋處理存在的問(wèn)題，以及城市生活垃圾的組成和理化特性，提出了新的垃圾填埋處理模式-可持續(xù)填埋。

【關(guān)鍵詞】：生活垃圾，填埋，可持續(xù)

【引言】：2015年我國(guó)在運(yùn)行的640座衛(wèi)生填埋場(chǎng)，采用填埋方法處理處置的城市生活垃圾量約占全部處理量的60%以上，占地約6萬(wàn)公頃，已填埋垃圾約70億噸。根據(jù)我國(guó)經(jīng)濟(jì)技術(shù)水平和城市生活垃圾組成狀況，在今后相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi)，我國(guó)城市垃圾處置仍將以填埋為主。但是，傳統(tǒng)衛(wèi)生填埋存在諸多問(wèn)題，在我國(guó)生活垃圾分類(lèi)收集短期內(nèi)難以實(shí)現(xiàn)、非填埋的垃圾處理規(guī)模近期難以迅速增加的情況下，急需填埋容量大、使用年限長(zhǎng)的垃圾填埋技術(shù)，以便實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有垃圾填埋場(chǎng)設(shè)施和土地資源的充分利用。

1、我國(guó)垃圾處理及填埋技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

1.1我國(guó)垃圾處理現(xiàn)狀

由于生活垃圾的多變性、復(fù)雜性，并受到經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、自然條件及市民傳統(tǒng)生活習(xí)慣等因素的影響，因而在處理上很難有統(tǒng)一的模式。目前國(guó)內(nèi)外應(yīng)用最廣泛的處理方法主要有衛(wèi)生填埋、焚燒、堆肥 [1]。

1.1.1衛(wèi)生填埋處理

衛(wèi)生填埋就是按照環(huán)境工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行規(guī)范設(shè)計(jì)、施工，采用防滲、導(dǎo)滲、壓實(shí)、覆蓋、沼氣利用等技術(shù)，使填埋的生活垃圾不對(duì)周?chē)h(huán)境造成污染的工程方法。

衛(wèi)生填埋處置垃圾的優(yōu)點(diǎn)是：建設(shè)投資較省、運(yùn)營(yíng)成本較低、技術(shù)成熟、作業(yè)簡(jiǎn)單、對(duì)處理對(duì)象的要求較低[3]。衛(wèi)生填埋處置垃圾的主要缺點(diǎn)是：占用大量土地，遠(yuǎn)離城市市區(qū)，垃圾運(yùn)距較遠(yuǎn)，導(dǎo)致相應(yīng)的運(yùn)輸費(fèi)用較高。在我國(guó)，許多城市近郊區(qū)越來(lái)越難找到合適的大面積土地用于填埋處置垃圾，因而填埋場(chǎng)距離城市中心越來(lái)越遠(yuǎn)，從而也造成了垃圾運(yùn)費(fèi)的增加。

1.1.2焚燒處理

焚燒是將生活垃圾進(jìn)行高溫焚燒處理，在800～1200℃的焚燒爐爐膛內(nèi)，生活垃圾中的可燃成分與空氣中的氧進(jìn)行劇烈的化學(xué)反應(yīng)，放出熱量，轉(zhuǎn)化為高溫的燃燒氣和少量性質(zhì)穩(wěn)定的固定殘?jiān)?。燃燒氣可以作為熱能回收利用，性能穩(wěn)定的殘?jiān)芍苯犹盥瘛＝?jīng)過(guò)焚燒，垃圾中的細(xì)菌、病毒被徹底消滅，帶惡臭的氨氣和有機(jī)質(zhì)廢氣被高溫分解。

由于焚燒具有減容效果好、消毒徹底、處理處置效率高、生活垃圾可資源化利用等優(yōu)點(diǎn)，但焚燒的缺點(diǎn)是投資和運(yùn)行費(fèi)用都較高。從整體上看，我國(guó)采用焚燒技術(shù)處理生活垃圾尚處于起步階段，且我國(guó)生活垃圾中大多采用混合收集方式進(jìn)行收集，給生活垃圾焚燒帶來(lái)諸多的困難，加上昂貴的價(jià)格和高額的運(yùn)行費(fèi)用致使推廣應(yīng)用緩慢。

1.1.3堆肥處理

堆肥就是依靠自然界中廣泛存在的細(xì)菌、放線菌、真菌等微生物，人為的、可控制的促進(jìn)可被生物降解的有機(jī)物向穩(wěn)定的腐殖質(zhì)轉(zhuǎn)化的生物化學(xué)過(guò)程。

厭氧堆肥是處理生活垃圾的一種傳統(tǒng)方法。其優(yōu)點(diǎn)是：處理工藝簡(jiǎn)單，成品中能較多地保存氮，不必由外界提供能量，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低；缺點(diǎn)是：堆肥周期長(zhǎng)，占地多，臭味大，有些物質(zhì)不易腐爛，某些病菌不易被殺死等。好氧堆肥在好氧條件下堆制，物料分解較徹底，臭味小，堆肥周期也較短。堆肥技術(shù)的特點(diǎn)是工藝簡(jiǎn)單，適合處理有機(jī)質(zhì)含量較高的生活垃圾，可生產(chǎn)有機(jī)肥。由于對(duì)生活垃圾有機(jī)肥中含有少量重金屬及肥效的憂(yōu)慮，不易被使用者接受。

1.2垃圾填埋技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

衛(wèi)生填埋法是我國(guó)城市生活垃圾的主要處置方式。填埋最大的缺點(diǎn)就是占地大，且傳統(tǒng)填埋場(chǎng)達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間又相當(dāng)長(zhǎng)，填埋場(chǎng)的土地效益得不到充分利用?？沙掷m(xù)填埋的實(shí)質(zhì)是使垃圾得到重復(fù)有效利用，同時(shí)填埋場(chǎng)的空間能夠得到持續(xù)有效的重復(fù)。通過(guò)改革和完善填埋工藝，縮短垃圾穩(wěn)定化周期，待垃圾穩(wěn)定后開(kāi)采、篩分陳腐垃圾，利用其中有用物質(zhì)。騰出的土地可以重新填埋新鮮垃圾，從而使填埋場(chǎng)達(dá)到可持續(xù)化使用的目的，將垃圾的無(wú)害化、減量化和資源化緊密結(jié)合。

由于衛(wèi)生填埋法具有節(jié)省投資、工藝簡(jiǎn)單、管理方便、適用范圍廣、維護(hù)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，至今填埋已成為我國(guó)城市生活垃圾的主要處置方式。

在垃圾填埋史上，填埋經(jīng)歷了幾個(gè)歷程，從剛開(kāi)始沒(méi)有采取任何防護(hù)措施的堆放到我國(guó)現(xiàn)階段大部分填埋場(chǎng)采用的準(zhǔn)衛(wèi)生填埋、衛(wèi)生填埋。目前我國(guó)生活垃圾衛(wèi)生填埋以厭氧型衛(wèi)生填埋為主，在填埋場(chǎng)防滲、填埋氣體收集導(dǎo)排等方面技術(shù)已經(jīng)較為成熟。

針對(duì)厭氧型衛(wèi)生填埋的諸多問(wèn)題，近年來(lái)生物反應(yīng)器填埋技術(shù)研究在國(guó)內(nèi)外掀起了一輪高潮。生物反應(yīng)器填埋是一種“強(qiáng)化”生物過(guò)程的衛(wèi)生填埋技術(shù)，通過(guò)水分調(diào)節(jié)、氧化還原狀態(tài)調(diào)節(jié)、pH調(diào)節(jié)、營(yíng)養(yǎng)物添加、溫度控制、預(yù)處理等內(nèi)環(huán)境調(diào)節(jié)方法和填埋場(chǎng)構(gòu)造的優(yōu)化，強(qiáng)化填埋場(chǎng)內(nèi)微生物的生命活動(dòng)，加速填埋垃圾穩(wěn)定化進(jìn)程 [4]。生物反應(yīng)器填埋技術(shù)的關(guān)鍵是堆體內(nèi)水分及養(yǎng)分均布。但是由于垃圾堆體的高度非均質(zhì)性，再加上日覆蓋及中間覆蓋層的存在，堆體內(nèi)不同部位的透水性能和持水性能差異較大，嚴(yán)重影響“生物反應(yīng)器”的工作效率[5]。

2、現(xiàn)有垃圾填埋場(chǎng)存在的問(wèn)題分析

我國(guó)生活垃圾屬于混合收集，垃圾成分復(fù)雜，且含水量和有機(jī)物含量都比較高。多年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，我國(guó)現(xiàn)行的垃圾填埋場(chǎng)存在諸多問(wèn)題：

2.1占用大量土地

垃圾填埋處理最大的缺點(diǎn)就是占地大，隨著我國(guó)城市規(guī)模的日益擴(kuò)大、社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)土地資源的需求越來(lái)越強(qiáng)烈?，F(xiàn)有的垃圾填埋處理設(shè)施占用了大量土地，但是由于各省市垃圾年產(chǎn)量的增長(zhǎng)，大大縮短了填埋場(chǎng)都使用壽命，在未來(lái)的十年內(nèi)，多處填埋場(chǎng)都將面臨封場(chǎng)。而新建填埋場(chǎng)選址、征地又越來(lái)越困難。

2.2滲濾液污染嚴(yán)重

填埋處理滲濾液產(chǎn)生量大，污染負(fù)荷高，處理難度大，費(fèi)用高，對(duì)地下水和地表水構(gòu)成嚴(yán)重威脅。部分填埋場(chǎng)未對(duì)滲濾液進(jìn)行處理或簡(jiǎn)單經(jīng)過(guò)一個(gè)氧化塘或沉淀池簡(jiǎn)易處理就外排，二次污染嚴(yán)重。

2.3填埋產(chǎn)氣速率低過(guò)程長(zhǎng)、綜合利用率低

填埋產(chǎn)氣速率低過(guò)程長(zhǎng)，收集利用難度大。50%以上的填埋場(chǎng)對(duì)產(chǎn)生的填埋氣無(wú)任何收集或處理設(shè)施，直接外排，這不但對(duì)所處功能區(qū)的空氣環(huán)境質(zhì)量產(chǎn)生不良影響，對(duì)填埋場(chǎng)本身的運(yùn)行安全也構(gòu)成了威脅，更是一種資源的浪費(fèi)。

2.4填埋場(chǎng)超負(fù)荷運(yùn)行、超期服役現(xiàn)象突出

由于中國(guó)城鎮(zhèn)化進(jìn)程提高，城市人口巨幅增加，很多城市的垃圾產(chǎn)量有較大的增長(zhǎng)，填埋處理設(shè)施的實(shí)際處理量遠(yuǎn)高于其設(shè)計(jì)能力，不少城市垃圾填埋存在超負(fù)荷運(yùn)行、超期服役現(xiàn)象。運(yùn)行和管理水平卻沒(méi)有與之匹配，造成一些設(shè)施生活垃圾仍就近堆放，隨意傾倒，垃圾滲濾液肆意下溢，嚴(yán)重污染下游地表水體和當(dāng)?shù)氐叵滤?，影響了周邊居民的正常生活?/p>

2.5垃圾穩(wěn)定化時(shí)間長(zhǎng)

傳統(tǒng)衛(wèi)生填埋有機(jī)物降解緩慢，垃圾穩(wěn)定化時(shí)間長(zhǎng)。在填埋場(chǎng)漫長(zhǎng)的穩(wěn)定化過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量填埋氣和滲濾液，如不作處理，能持續(xù)幾十年對(duì)附近公眾健康和周?chē)h(huán)境產(chǎn)生危害。垃圾填埋場(chǎng)封場(chǎng)后，后期還需持續(xù)監(jiān)管維護(hù)。

綜上所述，針對(duì)我國(guó)垃圾填埋處理存在的問(wèn)題，以及城市生活垃圾的組成和理化特性，如何按照可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的基本要求，研究新的垃圾填埋處理模式，解決生活垃圾處理面臨的困境，提升生活垃圾再利用與垃圾填埋場(chǎng)土地復(fù)用技術(shù)水平，從根本上實(shí)現(xiàn)我國(guó)生活垃圾減量化、資源化、無(wú)害化的治理目標(biāo)，已成為當(dāng)今我國(guó)社會(huì)發(fā)展的一項(xiàng)重要戰(zhàn)略任務(wù)。

3、可持續(xù)填埋工藝研究

可持續(xù)填埋的實(shí)質(zhì)是將垃圾及其儲(chǔ)存場(chǎng)所-填埋場(chǎng)在時(shí)間或者空間上的延續(xù)，一方面使垃圾這種資源得到重復(fù)有效利用，另一方面填埋場(chǎng)的空間能夠得到持續(xù)有效的重復(fù)。將垃圾填埋場(chǎng)從一個(gè)被動(dòng)接收系統(tǒng)轉(zhuǎn)變成一個(gè)主動(dòng)管理控制系統(tǒng)，這種方法代表了垃圾處置的未來(lái)。針對(duì)我國(guó)傳統(tǒng)垃圾填埋處理占地大、穩(wěn)定化時(shí)間長(zhǎng)等問(wèn)題，研究并提出了以陳腐垃圾開(kāi)采利用為手段、以廢物減量化和資源化以及土地資源循環(huán)利用為目標(biāo)的生活垃圾可持續(xù)填埋技術(shù)[6]。該技術(shù)包括“分區(qū)分單元構(gòu)建—加速穩(wěn)定化—開(kāi)采—篩分再利用—再填埋”五個(gè)工藝段。

3.1填埋單元構(gòu)建

可持續(xù)填埋工藝的核心是構(gòu)建小單元生物反應(yīng)器，加速垃圾堆體穩(wěn)定化，分區(qū)開(kāi)挖。合理分區(qū)分層是填埋場(chǎng)填埋作業(yè)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵，也是實(shí)現(xiàn)小單元生物反應(yīng)器的基礎(chǔ)。

如何將堆體與填埋場(chǎng)運(yùn)營(yíng)作業(yè)相結(jié)合，將填埋場(chǎng)從場(chǎng)底進(jìn)行分區(qū)，實(shí)現(xiàn)小單元的滲瀝液分區(qū)收集，是生物反應(yīng)器構(gòu)建的關(guān)鍵。以盤(pán)錦填埋場(chǎng)為例，盤(pán)錦填埋場(chǎng)底由分區(qū)隔堤進(jìn)行分隔，分為多個(gè)單元，每個(gè)面積大約為2萬(wàn)m2。在分區(qū)隔堤分隔后，場(chǎng)底坡度構(gòu)建的時(shí)候設(shè)計(jì)為橫坡，上部的垃圾產(chǎn)生的滲瀝液可以通過(guò)場(chǎng)底的分區(qū)隔堤實(shí)現(xiàn)相對(duì)獨(dú)立的收集。在各區(qū)相連接的部分，采用LDPE膜相隔，每個(gè)區(qū)域內(nèi)就在水平和豎向上形成了一個(gè)獨(dú)立的小單元。

3.2垃圾堆體加速穩(wěn)定化

生物反應(yīng)器填埋是一種“強(qiáng)化”生物過(guò)程的衛(wèi)生填埋技術(shù)，在傳統(tǒng)垃圾填埋場(chǎng)的垃圾貯留、污染阻隔功能的基礎(chǔ)上增加生物降解和資源恢復(fù)功能，強(qiáng)化衛(wèi)生填埋場(chǎng)的生物降解效率，將填埋場(chǎng)作為一個(gè)生物反應(yīng)器來(lái)對(duì)待。

在加速穩(wěn)定化的過(guò)程中，采取厭氧和好氧生物反應(yīng)器填埋[7]相結(jié)合、水平和豎井回灌體系相結(jié)合、滲瀝液管線和填埋氣管線相結(jié)合、全密閉作業(yè)與小單元反應(yīng)器構(gòu)建相結(jié)合等一系列措施與方法，加速堆體降解效率，穩(wěn)定后利用小單元分區(qū)的優(yōu)勢(shì)，分區(qū)開(kāi)挖再利用。

第一階段為調(diào)節(jié)垃圾層的水分、pH值的厭氧生物反應(yīng)器填埋，目標(biāo)是促進(jìn)垃圾降解、加快穩(wěn)定化進(jìn)程，提高產(chǎn)氣速度，同時(shí)降低滲濾液中有機(jī)污染物的濃度。第二階段為采用強(qiáng)制通風(fēng)為主要手段，使垃圾轉(zhuǎn)化為好氧工況，目標(biāo)是去除高水分和惡臭，降低挖掘垃圾的工程難度及環(huán)境影響。

3.3陳腐垃圾開(kāi)采

開(kāi)采工藝需綜合考慮場(chǎng)地、垃圾土體理化性質(zhì)和現(xiàn)場(chǎng)施工條件、施工環(huán)境等多個(gè)因素，而開(kāi)采效果好壞也是影響到整套工藝合理可行的首要問(wèn)題。具體而言，為保證開(kāi)挖條件，需研究帶開(kāi)挖單元的地形、地質(zhì)條件和填埋年限，分析其是否滿(mǎn)足開(kāi)采機(jī)械和分選機(jī)械的安全有效運(yùn)行，開(kāi)挖分選是否經(jīng)濟(jì)可行和開(kāi)挖是否安全等。

陳腐垃圾的開(kāi)采基本可參照土木工程基坑開(kāi)挖，并結(jié)合采礦工藝技術(shù)進(jìn)行。采用反鏟挖掘機(jī)進(jìn)行開(kāi)挖，再由前裝式裝載機(jī)將垃圾堆成堆條，并分離出其中的大塊物質(zhì)。將挖出來(lái)的垃圾進(jìn)行攤鋪進(jìn)行二次發(fā)酵，便于后續(xù)的運(yùn)輸和處理。其具體操作步驟包括如下幾個(gè)方面：放線——地質(zhì)勘測(cè)——確定合理的土方開(kāi)挖順序——確定基坑支護(hù)形式和支護(hù)方法——采用推土機(jī)水平或斜面分層開(kāi)挖作業(yè)方式。

3.4陳腐垃圾分選再利用

垃圾的分選工藝的選擇主要取決于垃圾再利用的工藝，目前分選工藝較為成熟，有多種設(shè)備可供選擇。跟據(jù)陳腐垃圾成分及粒徑分布特點(diǎn)，選取合適、分選效率較高的分選工藝進(jìn)行分離。對(duì)篩上及篩下部分，進(jìn)行不同的后端利用。

目前，篩下物主要為分選細(xì)料，土質(zhì)較多，且富含各種有機(jī)質(zhì)，利用途徑主要有植被土、園林土、覆蓋土等，也可選擇燒結(jié)，一方面可降低篩下物里的有機(jī)質(zhì)含量，另一方面可增加其強(qiáng)度，燒結(jié)陶粒或制磚，作為建筑材料或保水材料。

結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)垃圾填埋場(chǎng)可持續(xù)填埋技術(shù)的研究，探索出具有適合中國(guó)填埋場(chǎng)的土地利用模式，通過(guò)土地資源的潛在價(jià)值帶動(dòng)填埋場(chǎng)的污染治理，提高填埋場(chǎng)污染治理及再利用的積極性?？沙掷m(xù)填埋工藝以陳腐垃圾開(kāi)采利用為手段、以廢物減量化和資源化以及土地資源循環(huán)利用為目標(biāo)。鼓勵(lì)未穩(wěn)定化的填埋場(chǎng)采取加速穩(wěn)定化措施，穩(wěn)定的垃圾堆體進(jìn)行開(kāi)采及篩分利用，變廢為寶，二次開(kāi)發(fā)填埋場(chǎng)地的土地利用價(jià)值，并積極探索新建填埋場(chǎng)按照分區(qū)填埋——構(gòu)建小單元反應(yīng)器——加速穩(wěn)定化——開(kāi)采——分選再利用——再填埋的“可持續(xù)填埋”的工藝。

【參考文獻(xiàn)】：

[1] 李國(guó)建、趙愛(ài)華，城市垃圾處理工程，科學(xué)出版社，2007

[2] 中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒，2016

[3]《生活垃圾衛(wèi)生填埋處理技術(shù)規(guī)范》（GB50869-2013）

[4]蔣建國(guó)，生物反應(yīng)器填埋場(chǎng)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及研究前景，環(huán)境污染與防治，2005.2

[5]李啟彬、劉丹，生物反應(yīng)器填埋場(chǎng)的可持續(xù)性分析與實(shí)現(xiàn)，廣東農(nóng)業(yè)科學(xué).2010.7

[6]樓紫陽(yáng)、趙由才，生活垃圾可持續(xù)化填埋，環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2007.1

[7] 張維、岳波，準(zhǔn)好氧和厭氧填埋陳腐垃圾的穩(wěn)定化特性，土木建筑與環(huán)境工程 ， 2010.04