填埋場礦化垃圾的資源化利用技術(shù)

李彤彤?王雷?翟天恩?高志永?邵凱

摘? 要：我國填埋場礦化垃圾量大面廣，現(xiàn)存土地占有問題嚴重，且持久對環(huán)境造成危害，并引發(fā)了垃圾填埋存量過度積聚，新生垃圾無處填埋的問題?；诖?，該文對填埋場礦化垃圾的資源化利用方法進行分析研究，進而為提高礦化垃圾資源再利用，減少填埋庫存釋放填埋土地提供參考。

關鍵詞：吸附填料;礦化垃圾;日覆蓋材料

中圖分類號：TG156? ? ? ? 文獻標志碼：A

全國填埋、堆肥和焚燒處理的比例分別占56.6%、1.9%（其中包括綜合處理廠數(shù)據(jù)）和12.9%，其余為堆放和簡易填埋處理[1]。由此可知，垃圾填埋這一處理方式在我國的垃圾處理領域占據(jù)比較重要的地位。廣大學者及研究人員經(jīng)過深入的研究發(fā)現(xiàn)，填埋場封場數(shù)年（在上海一般至少在8～10年以上，北方地區(qū)10～15年以上）后，垃圾中易降解物質(zhì)完全或接近完全降解，此時的垃圾填埋場可以認為達到穩(wěn)定化狀態(tài)，所形成的垃圾稱為礦化垃圾。

目前，關于礦化垃圾的應用，許多學者及研究人員已經(jīng)進行了大量的深入研究。由于我國絕大部分的垃圾填埋場均建于市郊，隨著城市的發(fā)展，幾乎每個城市的垃圾產(chǎn)生量都在增加，所需的填埋場的面積越來越大;另外，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，市郊地價迅速上升，尤其是東部和南方各大中型城市，市郊周圍人口密度高，征地費用也隨之升高，要不斷地提供新的填埋場以滿足需要是非常困難的，亟需開發(fā)礦化垃圾的處理和資源再利用技術(shù)和方法。

1 作為吸附填料

與一般土壤相比，礦化垃圾容重較小，因此孔隙率高。呈弱堿性，其陽離子交換容量CEC比一般土壤大，表明其吸附和交換能力強，有機質(zhì)含量高。礦化垃圾中含有種類繁多的微生物，具有很強的生存和降解能力，因此是一種良好的生物介質(zhì)。唐朝春等人對以礦化垃圾為吸附劑來處理印染廢水進行了研究，考察了不同條件下礦化垃圾對亞甲基藍溶液吸附處理效果的影響，20 mg/L亞甲基藍脫色率可達 98.83%，發(fā)生的是單分子吸附。眾所周知，垃圾滲濾液一直是限制垃圾填埋這一技術(shù)應用的因素之一，而垃圾滲濾液由于其成分復雜，一直是污水處理領域的難題。陶正望等人研究了以礦化垃圾為填料處理滲濾液，礦化垃圾細料對滲濾液的處理效果要顯著好于土壤[1]。邵芳等人借助于礦化垃圾處理畜禽污水試驗，畜禽污水中色度、SS、COD、氨氮和總磷的平均去除率分別為64.7%、54.29%、88.71%、94.55%和99.83%，反應器運行6個月以來，運轉(zhuǎn)良好[2]。

2 作為新型土壤

礦化垃圾是一種含有豐富的有機質(zhì)和多種植物營養(yǎng)元素的腐殖土，可作為營養(yǎng)土，培植花草樹木，也可作為終場綠化的營養(yǎng)土。為了確定礦化垃圾能否作為農(nóng)業(yè)資源被重新利用，趙海濤等人對自江都市城市生活垃圾填埋場中經(jīng)填埋6 年、8 年、10年后得到的礦化垃圾基本物化性狀變化特征進行分析，礦化垃圾的理化性狀在填埋8～ 10年后總體趨于穩(wěn)定，可以開采后作為植物生長基質(zhì)、土壤改良劑等農(nóng)業(yè)資源化利用[3]。

為防止出現(xiàn)重金屬累積效應，應盡量避免種植產(chǎn)物進入食物鏈，可將礦化垃圾用于綠化、林地和城市園林區(qū)、棉、麻、竹產(chǎn)區(qū)，施用于園林花卉、草皮、綠地，上海市就是利用垃圾堆場中的礦化垃圾作為市區(qū)綠化的土壤，種植植物后基本上無須施肥。華東師范大學應邀于1992年開始在上海市老港填埋場進行種植花卉苗木實驗，經(jīng)過3年的試驗，1999年在小試的基礎上，進行中試，擴大種植面積和種植品種。中試結(jié)果證明棉花、夾竹桃、女貞、黃楊、柏類等長勢最佳。同濟大學趙由才等與上海老港填埋場合作試驗，在填埋時間為6年以上的填埋單元進行花卉和樹苗培植試驗，取得了成功，種植品種包括蔥蘭、麥冬、黃楊、海桐、紫薇、棕櫚、絲蘭、合歡、女貞以及香樟等，成活率均較高。不僅明顯地改善了封場填埋單元的生態(tài)環(huán)境，而且取得了一定的經(jīng)濟效益，目前年產(chǎn)值為60萬元。

董陽等利用礦化垃圾和綠色植物廢棄物在上海臨港新城進行鹽堿土現(xiàn)場改良試驗，結(jié)果表明在鹽堿土中分別加入礦化垃圾、綠色植物廢棄物或2者混合加入能明顯降低鹽堿土的鹽分，提高土壤的肥力，達到改良鹽堿土的目的;各處理土壤溶液中重金屬變化趨勢基本一致：Cu濃度低于《地下水質(zhì)量標準》（GB/T 14848—93）中Ⅲ類標準，Cr濃度均在GB/T 14848—93中Ⅳ類標準內(nèi)，不存在Cu和Cr污染可能;個別點土壤溶液中偶爾出現(xiàn)Zn和Pb濃度超過GB/T 14848—93中Ⅴ類標準，大部分基本在GB/T 14848—93中Ⅳ類標準內(nèi)[4]。

3 作為建筑材料

穩(wěn)定后的礦化垃圾可用作鋪路等一般性的建筑材料。填埋場礦化垃圾篩分后的細料，加入凝固劑作為道路路基原料。用礦化垃圾代替自然土，操作方便，工藝成本低。礦化垃圾中的煤渣和碎石經(jīng)粉碎后與425號水泥、黃沙摻合后制作大型磚塊，用作建筑材料。用礦化垃圾代替泥土作制磚原料，有利于保護耕地，減少泥土使用量。上海老港填埋場建立的垃圾制磚生產(chǎn)線，用礦化垃圾中的煤灰、地灰、磚頭和瓦石等經(jīng)粉碎后與輔料混合，壓制成路面磚。路面磚無毒、無味、無菌，表面光潔，耐腐蝕，不風化，抗壓強度≥25 MPa，抗折強度≥3.5 MPa，耐磨性35 mm，吸水率9%，抗凍性：強度損失25%。其性能質(zhì)量達到JC 446—91標準一等品要求，而造價僅是水泥路面磚的70%[5]。

4 作為生物反應器填埋場日覆蓋材料

目前，國內(nèi)填埋場主要采用黏土作為日覆蓋材料，易造成庫容及運行成本等經(jīng)濟上的浪費，同時在技術(shù)實施上也存在問題。于是出現(xiàn)了將各類技術(shù)上可行、低成本的廢棄物作為替代覆蓋材料的新研究方向，包括污泥、焚燒底渣、礦化垃圾等多種新型材料。其中，礦化垃圾作為一類典型的廢棄物得到了越來越多的關注和研究。如王羅春等對比黏土和礦化垃圾作填埋場覆蓋物的試驗結(jié)果表明，穩(wěn)定垃圾分選的細粒物滿足生物反應器填埋場對臨時覆蓋材料的滲透性要求。吳軍等研究表明，這種材料不僅有就地取材，成本低廉的優(yōu)勢，同時還有不滋生蒼蠅，有生物吸附和脫臭的作用，能處理和抑制臭氣的擴散。李啟彬等建議，生物反應器填

埋場在運營前期采用粉質(zhì)砂土、黃土或輕亞黏土作臨時覆蓋材料，后期采用穩(wěn)定垃圾分選的細粒物作臨時覆蓋材料，在雨季時可配合使用塑料布防止過多的降水進入場內(nèi)。ClaireHurs等將陳垃圾用作覆蓋材料防治惡臭的研究中發(fā)現(xiàn)，除臭速率隨垃圾堆積密度的提高而增加。由此可見，礦化垃圾除了滿足日覆蓋材料的常規(guī)要求外，還能滿足生物反應器填埋場對滲透能力和均衡滲濾液流動的要求[6]。由于礦化垃圾具有巨大的比表面積和多孔結(jié)構(gòu)，同時具有優(yōu)良的物理化學性質(zhì)和水力性質(zhì)，用作日覆蓋材料時，還具有降低滲濾液中污染物的能力[7]。

為了確定礦化垃圾對滲濾液中污染物的去除效果，張麗梅等測定了礦化垃圾的基本性質(zhì)并進行了礦化垃圾對滲濾液中污染物的去除能力的研究。通過測定不同粒度的礦化垃圾的滲透系數(shù)，發(fā)現(xiàn)滲透系數(shù)K20主要為10-5cm/s級，只有d<10.00 mm粒度的礦化垃圾的K20為10-4cm/s級。盡管生物反應器填埋場在選擇日覆蓋材料時，要求滲透系數(shù)應大于1.16×10-4 cm/s，但選擇10-5cm/s級的粒度的礦化垃圾均衡回灌滲濾液流動的能力更強，可以使回灌滲濾液在場內(nèi)得到更相對均勻地分配，從而使填埋垃圾得到更為均勻地降解和穩(wěn)定。礦化垃圾的pH值為8.41，呈弱堿性，可以調(diào)節(jié)填埋場滲濾液的pH值，使之有利于微生物的活動。此外，在弱堿性環(huán)境中，可以促使填埋場早期酸性環(huán)境中溶解的重金屬形成沉淀和絡合物，降低滲濾液中重金屬離子的含量，減少滲濾液對周圍環(huán)境水體的危害。反應6.0 h、24.0 h時粒度為d<1.00 mm的礦化垃圾對COD的去除效果較好，24.0 h時去除率可達40%以上。粒度為d<1.00 mm的礦化垃圾對NH4+-N的去除效果較好，去除率隨粒度的增大而減小。

5 作為垃圾衍生燃料（RDF）

將城市生活垃圾制備成垃圾衍生燃料（RDF）不僅可以有效地提高熱值，且其發(fā)電效率比原生生活垃圾提高了1.3倍 （原生垃圾的發(fā)電效率為10%左右）。而且燃燒時造成的二次污染程度明顯下降。研究表明，使用RDF代替垃圾直接焚燒后煙氣中NOx、SOx、HCl、CO及二惡英的濃度都有所減少。國外對RDF的研究起步較早，美國是世界上利用RDF發(fā)電最早的國家，已有發(fā)電站37座，占垃圾發(fā)電站的21%。

日本政府于20世紀90年代開始支持該技術(shù)的引進和研發(fā)工作，近幾年已有十幾家大公司對RDF工藝投入大量資金進行RDF資源化研究和開發(fā)。國內(nèi)對這方面的研究起步較晚，且大多數(shù)研究集中利用新鮮的生活垃圾制備RDF及研究制成的RDF燃燒特性和熱解動力學機理，但對礦化垃圾的研究較少。從礦化垃圾的成分和性質(zhì)分析看，礦化垃圾的可燃組分熱值較高，將其破碎、壓縮成固體燃料，回收能源是完全可行的。

礦化垃圾水分含量低，熱值較高，更適合制成RDF，而新鮮的生活垃圾中可腐有機物含量高，水分含量也高，熱值低，制備RDF時尚需要加熱耗能。用礦化垃圾制備的RDF的熱值估算約為24 807 kJ/kg，高于用生活垃圾直接制成的RDF（21 000 kJ/kg），幾乎與優(yōu)質(zhì)煤的熱值相當。用RDF燃燒，其熱量的利用形式有供熱、發(fā)電和熱電聯(lián)供。燃燒RDF的發(fā)電效率可達20%～30%，目前我國燃煤發(fā)電效率根據(jù)發(fā)電方式和技術(shù)的不同在40%～60%，現(xiàn)在平均每噸垃圾可以發(fā)電350 kWh。在日本每噸RDF的售價為16 000日元（其重油為40 000日元/t），相當于1 096元人民幣。在我國每噸煤的平均售價為500元左右，且有上漲趨勢。山西、華東地區(qū)的煤價略高，精煤售價達600元左右;中南、西北、西南地區(qū)略低一些。

用礦化垃圾制備RDF工藝較為簡單，成本較低，制成的RDF燃料的價格大約在180元/t～320元/t，具有廣闊的市場前景。此外，礦化垃圾的使用還降低了煤的開采量，節(jié)約了有限的不可再生資源。垃圾中的二次能源如有機可燃物等，所含的熱值高，焚燒2 t垃圾產(chǎn)生的熱量大約相當于1 t煤。如果我國能將垃圾充分有效地用于發(fā)電，每年將節(jié)省煤炭5 000萬t～6 000萬t。由于礦化垃圾是可持續(xù)開挖的，一般南方地區(qū)填埋場封場后8年～10年可以開挖，北方地區(qū)10年～15年可以開挖。也可以在填埋場中設計適當?shù)拈_挖條塊，實現(xiàn)邊填埋、邊開挖。開采礦化垃圾不僅具有燃料價值，所騰出的土地價值更是無法估計的。這些空間可再應用于新的垃圾填埋，這樣在一定程度上緩解了土地資源。

6 結(jié)語

礦化垃圾再利用方面研究起步較晚，但是經(jīng)過10余年的探索，進步迅速，未來一段時間內(nèi)，我國城市生活垃圾的處置仍將以填埋法為主，垃圾量逐年增長，但是土地、環(huán)保等因素使建設新的填埋場越來越困難，不斷探索礦化垃圾的利用潛力，增加利用方式提升利用率是解決填埋場礦化垃圾的好方法，也是建設資源節(jié)約、環(huán)境友好兩型社會的重要手段。

參考文獻

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