復(fù)雜地質(zhì)條件下垃圾堆場環(huán)境整治工程案例分析

於林中

(福州軌道交通設(shè)計院有限公司，福建 福州 350009)

1 概述

現(xiàn)狀垃圾堆場位于安徽省中部某市。根據(jù)調(diào)查結(jié)果，該垃圾堆場形成于2004～2009年間，主要作為主城區(qū)日常生活垃圾的堆置場地，估計日堆置量約200t。目前，垃圾堆場周圍及庫底未設(shè)置任何防滲層及滲濾液收集處理措施，也未設(shè)置任何地下水導(dǎo)排系統(tǒng)，垃圾表面直接裸露，其存在對周邊水體和土壤環(huán)境造成了嚴(yán)重污染[1-3]。

圖1 垃圾堆場規(guī)劃區(qū)位圖

根據(jù)實地調(diào)研及地質(zhì)勘探結(jié)果，現(xiàn)狀垃圾堆場區(qū)域原是低洼的采煤沉陷區(qū)，并由人工取土燒磚形成大片坑塘，經(jīng)數(shù)年垃圾填埋，形成現(xiàn)狀不規(guī)則垃圾堆場。根據(jù)地質(zhì)勘察資料揭示，目前垃圾堆場占地面積約10×104m2，垃圾堆置深度1.7～7.2m，平均堆置深度4.05m，現(xiàn)場垃圾堆放量約40.5×104m3。

2 方案論證

2.1 邊界條件分析

2.1.1 地質(zhì)塌陷分析

根據(jù)實際考察，垃圾堆場所在區(qū)域地下為煤礦采掘區(qū)，由于煤炭開采，區(qū)域地質(zhì)一直處于下沉狀態(tài)。根據(jù)相關(guān)單位提供資料，區(qū)域地質(zhì)塌陷時序預(yù)測見圖2所示。由圖2可以看出，在未來，垃圾堆場所在區(qū)域地層將會繼續(xù)下沉3.0～4.0m。區(qū)域的地質(zhì)塌陷群主要集中在兩片深藍(lán)色區(qū)域，現(xiàn)狀垃圾堆場正好位于地質(zhì)塌陷區(qū)域范圍內(nèi)，并且靠近其中一處塌陷群沉降中心位置。

圖2 區(qū)域地質(zhì)塌陷時序預(yù)測圖

2.1.2 區(qū)域規(guī)劃分析

根據(jù)城市總體規(guī)劃，遠(yuǎn)期城市發(fā)展將以現(xiàn)狀采煤沉陷區(qū)為紐帶，形成貫穿城市南北的主要泄洪通道，采煤沉陷區(qū)位于城市泄洪通道上游，其周邊已形成若干居住區(qū)和商業(yè)中心?，F(xiàn)狀垃圾堆場所處位置遠(yuǎn)期規(guī)劃用地性質(zhì)雖然為綠地和水域，但距離城市規(guī)劃用地區(qū)很近，且位于城市生活飲用水水源地上游，因此垃圾堆場的存在嚴(yán)重影響城市遠(yuǎn)期發(fā)展。

2.2 方案比選

垃圾堆場所在區(qū)域地質(zhì)條件的不穩(wěn)定性，使得該垃圾堆場的治理技術(shù)難度增加；垃圾堆場所處地理位置敏感，使得在論證垃圾堆場治理方案過程中，必須結(jié)合城市總體規(guī)劃，從全局把握才能做到徹底消除垃圾污染隱患。因此，現(xiàn)狀地質(zhì)的復(fù)雜性和地理位置的特殊性，導(dǎo)致了該垃圾堆場治理工作的敏感性強(qiáng)，治理難度大。經(jīng)過分析，文章提出了“外運+填埋處理”“就地篩分+分類處理”“就地衛(wèi)生填埋+封場綠化”等3種治理方案[4-5]，進(jìn)行比選論證。

2.2.1 方案一：外運+填埋處理

該方案即用運輸車將現(xiàn)場垃圾清運至其他垃圾填埋場代為處理的方式。該方案中，垃圾環(huán)境治理成本包括垃圾開挖、清運費用和填埋場代處理費用兩部分。對方案進(jìn)行成本核算：垃圾清運費約1.5～2.0元/t·km，若按清運距離30km計，則全部垃圾清運費用約2000萬元；垃圾填埋的處理成本價約65～100元/t，則需向現(xiàn)狀填埋場支付的處理費用約3440萬元。方案一的總治理成本價約5640萬元，單位處理成本139.3元/t。

2.2.2 方案二：就地篩分+分類處理

垃圾填埋場篩分是近幾年興起的關(guān)于垃圾終端處置的新技術(shù)。在上世紀(jì)90年代初期大量建造的生活垃圾衛(wèi)生填埋場，經(jīng)過近30年的填埋作業(yè)后，其庫容已基本告罄，填埋場垃圾篩分技術(shù)應(yīng)運而生。其原理是：垃圾填埋場內(nèi)的填埋垃圾經(jīng)過6年以上的穩(wěn)定降解期后，其中易降解物質(zhì)基本降解完成，垃圾填埋氣、滲濾液已經(jīng)經(jīng)過了一個高峰釋放的時期，垃圾性質(zhì)基本穩(wěn)定，此時的垃圾被稱為礦化垃圾。礦化垃圾經(jīng)過開采后，一方面可以增加新的填埋場庫容；同時，礦化垃圾開采還可以回收垃圾中的有用組分，實現(xiàn)了資源回收利用。

考慮現(xiàn)狀區(qū)域堆場垃圾已有5～9年穩(wěn)定時間，該堆場垃圾已基本達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，可采用篩分工藝的處理方式，該方案的處理流程如圖3所示。

圖3 篩分工藝流程及物料平衡圖

該方案的主要操作流程介紹如下：首先，采用挖掘機(jī)對堆場垃圾進(jìn)行開采。開采出來的垃圾在專門設(shè)計的晾曬場內(nèi)風(fēng)干晾曬15天后，采用滾筒篩進(jìn)行篩分處理。篩分后物料的篩上物為粗料，其主要成分為塑料、織物、金屬、玻璃、大石塊等。其中塑料、織物、金屬和玻璃經(jīng)人工分揀后，可出售給相應(yīng)的回收公司或企業(yè)進(jìn)行重新利用，大石塊可就地回填。篩分后的篩下物為細(xì)料，細(xì)料的主要成分為無機(jī)礦物及一定含量的有機(jī)物，其外觀性狀類似于土壤，沒有感官上的不適感，長期毒性釋放也大大降低。由于細(xì)料中含有一定的有機(jī)物質(zhì)，其在尾礦區(qū)攤鋪后，通過在其上種植植被，還能起到尾礦區(qū)環(huán)境修復(fù)的功能。

該方案中，堆場垃圾環(huán)境治理的成本包括篩分成本和細(xì)料的外運成本兩部分。其中，篩分工作可由專門的環(huán)保公司進(jìn)行，成本約100元/t，篩分的垃圾總量為40.5×104m3，則篩分的總成本費為4050萬元；細(xì)料外運量為20.0×104m3，細(xì)料外運的總費用約1000萬元。該方案總治理成本約5050萬元，單位處理成本為124.7元/t。

2.2.3 方案三：就地衛(wèi)生填埋+封場綠化

該方案是在現(xiàn)狀堆場周邊區(qū)域就近選擇一塊面積約4.0萬m2的地質(zhì)穩(wěn)沉地塊，新建一座生活垃圾衛(wèi)生填埋場；同時，對現(xiàn)狀垃圾堆場進(jìn)行開采，將現(xiàn)狀垃圾運至新建垃圾衛(wèi)生填埋場內(nèi)進(jìn)行填埋處理。

垃圾在衛(wèi)生填埋場內(nèi)逐層堆填，最終形成高約20m的小山丘。垃圾堆填完成后，立即進(jìn)行封場綠化，在封場土地上種植植被，以盡快完成填埋場的生態(tài)修復(fù)，為周邊區(qū)域地塊開發(fā)和建設(shè)創(chuàng)造有利條件。該方案的治理成本包括垃圾開采費和新建垃圾衛(wèi)生填埋場、封場綠化費用。垃圾開采費按15元/t估算，則開采費為607.5萬元。新建垃圾衛(wèi)生填埋場及封場綠化費按85元/m3估算，建設(shè)庫容規(guī)模按45萬m3，則新建垃圾衛(wèi)生填埋場及封場綠化費為3780萬元。該方案總治理費用為4387.5萬元，單位處理成本為108.3元/t。

該方案實施過程中，擬建衛(wèi)生填埋場填埋庫區(qū)投影面積約4.0×104m2。擬選址區(qū)域可考慮在現(xiàn)狀堆場北側(cè)。擬選址區(qū)域地形較平坦，現(xiàn)狀標(biāo)高32.00～36.00m。庫區(qū)垃圾堆填高度可考慮采用20m高，四周設(shè)1∶3邊坡坡度，以保持垃圾堆體穩(wěn)定性。經(jīng)計算，該方案可用的總庫容量為45.5×104m3，滿足現(xiàn)狀垃圾的填埋處理需求。

衛(wèi)生填埋場建設(shè)根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)要求，底部橫、縱方向均考慮1%的坡度坡向最低點，以利于收集滲濾液，同時設(shè)置滲濾液導(dǎo)排和收集系統(tǒng)。庫區(qū)范圍每隔50m左右設(shè)置導(dǎo)氣石籠1座，以收集垃圾填埋過程中產(chǎn)生的沼氣。同時根據(jù)需要設(shè)置必要的地下水導(dǎo)排系統(tǒng)。

庫底區(qū)域防滲系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)從上至下依次為：

①200g/m2聚丙烯抗老化有紡?fù)凉げ几綦x層；

②300mm厚碎石滲瀝液導(dǎo)流層；

③600g/m2長纖無紡?fù)凉げ寄ど媳Ｗo(hù)層；

④1.5mm厚光面HDPE土工膜防滲層；

⑤600g/m2長纖無紡?fù)凉げ寄ど媳Ｗo(hù)層；

⑥600mm厚中粗砂，地下水導(dǎo)排層。

2.3 方案確定

根據(jù)上述分析，三種處理方案均能較好地解決現(xiàn)狀垃圾的污染問題。現(xiàn)從工程投資、區(qū)域總體考慮、實施周期等方面進(jìn)行比較，結(jié)果如表1所示。

表1 方案比選對照

由表1可知，方案一結(jié)合了城市總體規(guī)劃和垃圾處理現(xiàn)狀，將沉陷區(qū)垃圾運至區(qū)域外填埋場處理的方式。可以解決區(qū)域范圍的垃圾堆場的污染問題，為遠(yuǎn)期城市建設(shè)創(chuàng)造條件，但該方案的主要缺點為工程建設(shè)期較長，需協(xié)調(diào)外運填埋處理廠接受清運垃圾，并且，處理成本較高[6]。

方案二采用篩分方式，實現(xiàn)了資源的回收利用，充分利用了現(xiàn)狀垃圾所具有的穩(wěn)定性，采用“分類處理、各個擊破”的原則，既實現(xiàn)了部分資源回收利用，還節(jié)約治理成本，并且工程周期相對較短，在一定程度上能滿足區(qū)域塌陷區(qū)生態(tài)治理工程的時間進(jìn)度要求[7]。

方案三的特點是項目投資最小，建設(shè)周期較相對較長，同時解決了填埋場選址難等問題，對治理項目的進(jìn)度影響較小[8-10]。但該方案最大的缺點為庫區(qū)范圍下部地層不穩(wěn)定，即使對垃圾堆場周邊及頂部進(jìn)行了防滲隔離處理，但后期因地層變化導(dǎo)致防滲隔離措施失效的可能性大，對周邊環(huán)境污染潛在風(fēng)險大；同時，垃圾所處地理位置比較敏感，對后期城市建設(shè)發(fā)展極為不利。

綜上所述，考慮當(dāng)?shù)貐^(qū)域的經(jīng)濟(jì)條件和現(xiàn)場實際情況，推薦采用方案一作為本次塌陷區(qū)垃圾堆場環(huán)境治理工程的實施方案。

3 結(jié)論

塌陷區(qū)垃圾堆場未采取任何環(huán)境保護(hù)隔離措施，已經(jīng)對周邊水、土壤、大氣環(huán)境造成了嚴(yán)重污染；垃圾堆場區(qū)域位置位于城市采煤沉陷區(qū)，地質(zhì)條件復(fù)雜；垃圾堆場位于遠(yuǎn)期城市規(guī)劃發(fā)展區(qū)，處理不善將嚴(yán)重制約城市發(fā)展?，F(xiàn)狀條件決定本工程垃圾治理需要綜合考慮多方面因素，與多部門協(xié)調(diào)解決其污染問題。采用外運填埋的處理方案，既避免了現(xiàn)狀垃圾進(jìn)一步污染周邊地下水和土壤環(huán)境，同時徹底解決了垃圾堆場存在對遠(yuǎn)期城市發(fā)展的不利影響，為城市建設(shè)發(fā)展騰挪出了時間和空間。工程建設(shè)方案經(jīng)濟(jì)合理，契合區(qū)域?qū)嶋H需要。