垃圾填埋場修復技術(shù)應用

王海萍，耿 國

(北京德普新源科技發(fā)展有限公司，北京 100027)

1 引言

隨著我國社會經(jīng)濟的發(fā)展，城鎮(zhèn)化水平日益提高，城市生活垃圾也隨之快速增長，嚴重影響了城鎮(zhèn)居民生活，造成環(huán)境污染。目前生活垃圾主要的處理方式還是以填埋為主、焚燒為輔。垃圾填埋技術(shù)作為垃圾的最終處置方法，仍然是現(xiàn)在大部分城市處理生活垃圾的主要方法。由于我國垃圾填埋場技術(shù)起步較晚，現(xiàn)存垃圾填埋場存在很多環(huán)境污染問題，急需相關(guān)垃圾填埋場修復技術(shù)進行處理，以減少現(xiàn)存垃圾填埋場對環(huán)境的污染。

2 垃圾填埋場簡介

根據(jù)環(huán)保措施(如場底防滲設(shè)計、分層壓實、每天覆蓋要求、填埋氣排導設(shè)施、滲濾液處理設(shè)施、蟲害防治措施等)是否齊全、是否滿足現(xiàn)有環(huán)保標準來判斷，我國現(xiàn)有的生活垃圾填埋場可分為以下三個等級[1]。

簡易填埋場(Ⅳ級填埋場)：我國這幾十年一直使用的填埋場，主要特征是基本沒有任何環(huán)保措施，目前我國約有50%的填埋場屬于此類填埋場，該類填埋場基本沒有工程措施，或僅有部分工程措施，沒有執(zhí)行環(huán)保標準。

受控填埋場(Ⅲ級填埋場)：此類型填埋場在我國約占30%，III級填埋場為半封閉型填埋場，該類填埋場主要特征是配備部分環(huán)保設(shè)施，不齊全，或者是環(huán)保設(shè)備齊全，但是不能完全達到環(huán)保標準。

衛(wèi)生填埋場(Ⅰ、Ⅱ級填埋場)：這是我國目前大多數(shù)城市開始采用的填埋技術(shù)，此類填埋場能對滲濾液和填埋氣體進行控制，被發(fā)達國家普遍采用，主要特征是有完善環(huán)保措施。

垃圾填埋場主要污染為滲濾液和填埋氣。

2.1 垃圾填埋場滲濾液

滲濾液的產(chǎn)生主要來自幾個方面：降雨降雪入滲、外部地表水的入滲、地下水的入滲、垃圾自身的水分、覆蓋材料中的水分、有機物分解生成水。

針對滲濾液，一般有下面幾種形式[2]：①直接排入或者運輸?shù)匠鞘械奈鬯幚韽S進行污水處理；②將滲濾液循環(huán)回注至原垃圾填埋場；③經(jīng)過必要的預處理工藝之后通過管網(wǎng)匯入城市污水處理廠，與城市污水合并處理；④在垃圾填埋場建造污水處理站，對滲濾液進行現(xiàn)場處理。

2.2 垃圾填埋場填埋氣

填埋場氣體是生活垃圾中的有機物在填埋過程中發(fā)酵產(chǎn)生的，產(chǎn)量和性質(zhì)與填埋場的結(jié)構(gòu)、填埋工藝、垃圾的水分含量以及填埋的時間、氣體壓力等有關(guān)[3]。一般，垃圾組分中有機物含量越多、填埋區(qū)容積越大、填埋越深、填埋場的密封程度越好、收集氣體的設(shè)施設(shè)計合理，產(chǎn)生的垃圾填埋氣體量越高。

填埋氣體的產(chǎn)生可分為5個階段[4]：第一階段：好氧階段，復雜的有機物通過微生物分級成簡單有機物，簡單有機物通過好氧分解為小分子物質(zhì)或者CO2，在此階段填埋場中的氧氣幾乎被耗盡。第二階段：過渡階段，氧氣被耗盡后，厭氧環(huán)境形成，水解作用在此階段占主要地位，復雜有機物在微生物作用下水解、發(fā)酵，產(chǎn)生CO2、H2和可溶性物質(zhì)。第三階段：產(chǎn)酸階段，該階段主要產(chǎn)生CO2、少量H2，滲濾液中COD、BOD急劇升高，重金屬以離子形式存在與滲濾液中，滲濾液中含有大量的可產(chǎn)氣的有機物和營養(yǎng)物質(zhì)。第四階段：產(chǎn)甲烷階段，甲烷產(chǎn)生率穩(wěn)定，滲濾液中COD、BOD逐漸降低，重金屬離子濃度降低。第五階段：填埋場穩(wěn)定階段，幾乎沒有氣體產(chǎn)生，滲濾液及廢物的性質(zhì)穩(wěn)定，填埋場中的微生物量很貧乏。以上五個階段不是絕對孤立的，有互相作用、互相依托。

填埋氣的主要組份為CH4和CO2，填埋氣的利用方式主要有以下幾種：鍋爐燃料，民用或工業(yè)燃氣，汽車燃料，發(fā)電，化工原料。

3 垃圾填埋場現(xiàn)狀

中國存在大量老舊的簡易填埋場，急需進行封場處理，垃圾填埋場對環(huán)境及周邊社區(qū)的負面影響主要體現(xiàn)在以下方面[5]。

(1) 生活垃圾長時間裸露堆放，不及時處理，導致蚊蟲滋生，臭氣散發(fā)，污染空氣質(zhì)量。此外，在厭氧條件下分解有機物，往往會伴隨著有害氣體的產(chǎn)生，造成對環(huán)境的二次污染。更嚴重的是，產(chǎn)生的甲烷氣體在濃度含量達到一定程度時極易爆炸，誘發(fā)火災。

(2) 對分解生活垃圾的過程中產(chǎn)生的滲濾液處理不當，嚴重的威脅到了周圍的環(huán)境，土壤和地下水。

(3) 填埋作業(yè)程序不規(guī)范，導致污染問題和周圍環(huán)境的惡臭問題。

(4) 不注重填埋氣的回收利用，造成大氣污染和資源浪費。

(5) 垃圾處理不當，部分垃圾直接填埋于土壤，嚴重污染了土壤。

4 垃圾填埋場修復技術(shù)

對于現(xiàn)存的垃圾填埋場，主要有以下兩種垃圾填埋場修復方式。

原位好氧修復方式：當老生活垃圾填埋場短期內(nèi)有場地利用要求時，可采用原位好氧技術(shù)加快堆體的穩(wěn)定化，修復目的應不低于《生活垃圾填埋場穩(wěn)定化場地利用技術(shù)要求》GB/T 25179-2010中的規(guī)定的中度利用要求。

異位開采修復方式：填埋場規(guī)劃為場地高度利用時，工程內(nèi)容應包括(但不限于)開挖前的好氧預處理；滲濾液導排與處理工程(當垃圾堆體有滲濾液積存時)；地下水帷幕阻斷工程(當?shù)叵滤艿教盥駡鑫廴緯r)；垃圾堆體開采；開采的垃圾分選機篩上物處置與利用(需要時)等工藝單元。

針對需要利用且填埋氣含量不達標的垃圾填埋場，無論是原位好氧修復還是異位開采修復，均需要用到填埋場的好氧修復技術(shù)。

4.1 垃圾填埋場好氧修復技術(shù)

好氧修復技術(shù)，在歐美等發(fā)達國已被成功應用20多年，我國的首個實例是北京黑石頭消納場。該技術(shù)廣泛應用在有墊層或無墊層的正規(guī)或非正規(guī)的垃圾填埋場。

垃圾填埋場的好氧修復技術(shù)的基本原理是將垃圾填埋場看作一個巨大的容器，在垃圾填埋場中插入注氣井、注液井、排氣井。主要設(shè)備為高壓風機，通過注氣井向垃圾堆體中注入空氣，利用空氣中的氧氣來參與垃圾堆體中的有機物降解反應，在氧氣和水的作用下，通過好氧反應、化學反應，使垃圾堆體中的有機物快速的降解，同時將收集到的垃圾滲濾液回注至原垃圾堆體內(nèi)，使堆體內(nèi)可降解有機物在合適的含氧量、溫度和濕度的環(huán)境下，經(jīng)過微生物作用被迅速降解，使垃圾快速達到穩(wěn)定狀態(tài)，縮短垃圾的分解時間，大幅降低原垃圾中的污染物濃度，降低垃圾填埋場其對周圍環(huán)境的污染。

4.2 好氧修復技術(shù)案例介紹

垃圾填埋場修復已經(jīng)成熟，國內(nèi)外已有多種成功案例。截止目前，在美國已經(jīng)實施的垃圾填埋場好氧修復項目有20多個，典型項目主要由美國Florida州New River區(qū)垃圾填埋場(NRRL)、美國Arizona州Tucson市的Rio Nuevo垃圾填埋場、美國Kentucky州Louisville市的Outer Loop垃圾填埋場等。意大利VERONA省的Legnago垃圾填埋場也使用了好氧修復技術(shù)。在國內(nèi)最早采用好氧修復技術(shù)的垃圾填埋場為北京市石景山區(qū)的黑石頭垃圾消納場，該填埋場占地面積約200畝，填埋容量約140萬m3。由北京清華紫光泰和通環(huán)保技術(shù)有限公司對該垃圾填埋場進行環(huán)保治理，采用好氧修復加速穩(wěn)定化治理，該項目運行時間24個月，治理目標為：可降解有機物的含量小于5%，堆體CH4的含量小于5%，地面沉降率小于0.5%[6]。

武漢金口垃圾填埋場502萬m3庫區(qū)通過好氧生物反應器，加速老填埋場穩(wěn)定化的生態(tài)修復技術(shù)[7，8]。將老垃圾填埋場成功修復，變身為園博會。該修復工程內(nèi)容包括堆體的整形、堆體的覆蓋、地下防滲墻的建設(shè)、好氧修復系統(tǒng)的安裝及調(diào)試，填埋氣和滲瀝液倒排、收集、檢測系統(tǒng)、DTRO成套設(shè)備及輔助設(shè)施、濃縮液處理設(shè)施、填埋氣體火炬燃燒系統(tǒng)(含脫硫、儲氣罐)，填埋氣體氧化燃燒系統(tǒng)等。

垃圾填埋場好氧修復技術(shù)中的填埋氣還可以采用生物過濾器除掉，例如來自奧地利的IUT垃圾填埋場好氧修復技術(shù)，該公司的好氧修復系統(tǒng)(Smell-Well System簡稱SWS系統(tǒng))將空氣加壓送入垃圾填埋場，同時填埋場已生成氣體將通過特殊布排的管路，經(jīng)生物過濾器凈化處理。早在1992年，該技術(shù)就在德國路德維希堡市采用。2005年對位于沙迦Sharjah的填埋場進行修復，該項目是當時世界范圍內(nèi)最大的填埋場修復項目，修復后在該垃圾填埋場原址建成了學校與公路等基礎(chǔ)設(shè)施。2007年對加拿大魁北克Depot Rive North填埋場進行了垃圾填埋場好氧修復與深度挖掘，成功對該填埋場進行了擴容處理。該技術(shù)的工藝流程見圖1。

圖1 IUT SWS系統(tǒng)工藝流程

空氣先被注入潮濕的生物過濾器加熱，富含營養(yǎng)菌后通過鋼管進入填埋體內(nèi)。與此同時，另外一臺生物過濾器隨時捕捉和清洗空氣和混合氣體產(chǎn)生的污染物。為防止填埋體內(nèi)空氣通道的產(chǎn)生以實現(xiàn)持續(xù)曝氣效果，同時防止抽取混合氣體的管道系統(tǒng)的冷凝和堵塞，該方案會定時改變氣體流向。

在整個處理流程中，保持生物過濾器和填埋場的合理濕度非常重要。SWS系統(tǒng)特別針對復雜的濕度環(huán)境需求設(shè)計，用來控制工藝流程。水從填埋堆里抽出，通過生物過濾器蒸發(fā)成為水蒸汽，再循環(huán)返回到填埋場內(nèi)，形成閉環(huán)。額外的水通過特殊收集系統(tǒng)被收集起來。采用這種方式運行的操作系統(tǒng)無需向生物過濾器內(nèi)添加水。該技術(shù)填埋體穩(wěn)定性的普通限值為：CH4<0.1 Vol%；CO2<0.3 Vol%；O2>19.0 Vol%；該技術(shù)安全挖掘的普通限值為：CH4<1 Vol%；CO2<0.5 Vol%；O2>17.0 Vol%。

4.3 垃圾填埋場修復技術(shù)前景

好氧降解垃圾填埋場穩(wěn)定化技術(shù)，是使垃圾快速降解，加速原有垃圾穩(wěn)定化的一種技術(shù)。國外現(xiàn)場工程實例較多。這種技術(shù)不僅能夠用于我國封場后的簡易垃圾填埋場快速穩(wěn)定化，也適用于封場后普通的垃圾衛(wèi)生填埋場，同時還能夠應用在需要后續(xù)利用的垃圾填埋場的建設(shè)。

5 結(jié)語

我國垃圾衛(wèi)生填埋技術(shù)起步較晚，20世紀80年代以前，我國的生活垃圾相關(guān)技術(shù)規(guī)范相對滯后，大量的生活垃圾經(jīng)過非規(guī)范填埋或者隨意堆放，導致目前我國存在大量的簡易垃圾填埋場。這些簡易垃圾填埋場大部分位于城市的郊區(qū)，在這類填埋場內(nèi)不存在防滲處理系統(tǒng)和填埋氣的回收系統(tǒng)，給周圍的環(huán)境造成了嚴重污染，同時這類填埋場的存在也占用了大量的土地資源。隨著不斷擴大的城市規(guī)模，原郊區(qū)的簡易填埋場有些已經(jīng)處于城市新的建設(shè)區(qū)或者新城核心區(qū)范圍內(nèi)，通過圾填埋場修復技術(shù)可以獲得土地資源，同時還可以回收可用資源，減少填埋場對周圍環(huán)境的污染，降低或者免除垃圾填埋場封場費用和日后的填埋場維護管理費用，開采出的可利用垃圾經(jīng)過分類可以焚燒或回收，而修復后的場底可用于建設(shè)公園和綠地，促進城市可持續(xù)發(fā)展。