填埋場(chǎng)原位好氧穩(wěn)定化技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀及研究進(jìn)展

李 蕾,彭 垚,譚涵月,楊屏錦,茹凌宇,王小銘,彭緒亞

填埋場(chǎng)原位好氧穩(wěn)定化技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀及研究進(jìn)展

李 蕾*,彭 垚,譚涵月,楊屏錦,茹凌宇,王小銘,彭緒亞

(重慶大學(xué)三峽庫(kù)區(qū)生態(tài)環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,重慶 400045)

綜述了原位好氧穩(wěn)定化技術(shù)的原理、系統(tǒng)構(gòu)成、關(guān)鍵單元的設(shè)計(jì)和優(yōu)化及終點(diǎn)評(píng)價(jià),結(jié)合我國(guó)填埋場(chǎng)及垃圾特點(diǎn),展望了該技術(shù)在我國(guó)的發(fā)展前景和挑戰(zhàn).均勻布?xì)饧芭渌窃缓醚醴€(wěn)定化項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中主要的難點(diǎn).做好滲濾液導(dǎo)排保證堆體最優(yōu)含水率、優(yōu)化曝氣及提氣管道布局、分層整治并輔以高壓局部曝氣有望提高氧氣利用率;采用分層回灌或者壓力回灌以及控制回灌速率可分別改善液體回灌過(guò)程中的屏障效應(yīng)和大孔隙出流效應(yīng),保障堆體布水均勻.好氧穩(wěn)定化處理后垃圾腐殖土及場(chǎng)底土壤的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系及最終出路尚未明確,后期加強(qiáng)相關(guān)基礎(chǔ)研究以指導(dǎo)工程應(yīng)用是必要的.

填埋場(chǎng)修復(fù)；原位好氧穩(wěn)定化；曝氣終點(diǎn)；風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

我國(guó)生活垃圾無(wú)害化處理始于20世紀(jì)80年代,填埋作為最主要的垃圾處理方式,消納了近70%的生活垃圾[1-2].據(jù)2018年城鄉(xiāng)建設(shè)統(tǒng)計(jì)年鑒報(bào)道[3], 2018年我國(guó)有運(yùn)行中的城市生活垃圾衛(wèi)生填埋場(chǎng)663座,縣城生活垃圾衛(wèi)生填埋場(chǎng)1196座.此外,我國(guó)還有大量已封場(chǎng)的垃圾填埋場(chǎng),如全國(guó)一級(jí)城市內(nèi)大約有7430座舊垃圾填埋場(chǎng)[4],村鎮(zhèn)地區(qū)排查出的非正規(guī)垃圾填埋場(chǎng)更有2萬(wàn)余座[5].

大量存在的填埋場(chǎng)在對(duì)垃圾開展最終處置的同時(shí)也占用了累計(jì)達(dá)35億m3的土地資源[6].受地區(qū)氣候條件和垃圾組成等因素影響,不加人工調(diào)控的情況下,傳統(tǒng)填埋場(chǎng)一般要在封場(chǎng)后30～50a才能完全穩(wěn)定[7-8].在漫長(zhǎng)的降解周期內(nèi),一方面,填埋場(chǎng)會(huì)持續(xù)產(chǎn)生滲濾液、填埋氣等污染物,需要長(zhǎng)期持續(xù)的后維護(hù)以消除其對(duì)周邊環(huán)境的影響;另一方面,填埋場(chǎng)還將形成長(zhǎng)期占地效應(yīng),浪費(fèi)土地資源、破壞城鄉(xiāng)環(huán)境形象.近年來(lái),隨著城市化進(jìn)程加快,原本處于城市遠(yuǎn)郊區(qū)的填埋場(chǎng)逐漸進(jìn)入城市近郊區(qū)甚至主城區(qū)范圍,填埋場(chǎng)越發(fā)制約著周邊區(qū)域的開發(fā)建設(shè).處于村鎮(zhèn)地區(qū)的簡(jiǎn)易填埋場(chǎng)也一直充當(dāng)著污染源的角色,持續(xù)污染周邊水土[9].基于此,開展各類垃圾填埋場(chǎng)治理,促進(jìn)其快速穩(wěn)定具有重要意義.

國(guó)內(nèi)外生活垃圾填埋場(chǎng)治理技術(shù)主要包括原位封場(chǎng)、篩分綜合利用、異地搬遷及好氧穩(wěn)定化等.4種技術(shù)中篩分綜合利用和異地搬遷成本較高,適用于垃圾存量較小、財(cái)政資金充足且土地需高密度利用的地區(qū);而原位封場(chǎng)和好氧穩(wěn)定化成本較低,在垃圾存量大而土地僅需低密度利用地區(qū)非常適用[10].與原位封場(chǎng)相比,好氧穩(wěn)定化又具有降解時(shí)間短、滲濾液產(chǎn)量少、溫室氣體排放量低等優(yōu)點(diǎn)[11].對(duì)2014～ 2018年間公開招標(biāo)投資額達(dá)到千萬(wàn)元的垃圾填埋場(chǎng)整治項(xiàng)目進(jìn)行統(tǒng)計(jì),發(fā)現(xiàn)好氧穩(wěn)定化項(xiàng)目數(shù)量占整治項(xiàng)目總數(shù)的16%,以大型非正規(guī)垃圾填埋場(chǎng)整治為主[10].在Elsevier ScienceDirect數(shù)據(jù)庫(kù)中用“l(fā)andfill”及“Aerobic stabilization”字段分別搜索文獻(xiàn),發(fā)現(xiàn)近10a 2類文獻(xiàn)數(shù)量都呈逐年增加趨勢(shì),好氧穩(wěn)定化類文獻(xiàn)占填埋類總文獻(xiàn)的比例穩(wěn)定在(6.95±0.60)%,且其10a平均增長(zhǎng)率達(dá)12.03%.

鑒于此,本文綜述了好氧穩(wěn)定化技術(shù)的原理、系統(tǒng)構(gòu)成、氣液系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化、填埋場(chǎng)穩(wěn)定化終點(diǎn)評(píng)價(jià)等,并結(jié)合我國(guó)填埋場(chǎng)及垃圾特點(diǎn),展望了好氧穩(wěn)定化技術(shù)在我國(guó)的發(fā)展前景,并結(jié)合其工程應(yīng)用過(guò)程中遇到的問(wèn)題,提出該技術(shù)高效應(yīng)用的注意事項(xiàng)及技術(shù)優(yōu)化方向.

1 好氧穩(wěn)定化技術(shù)

填埋場(chǎng)好氧/曝氣技術(shù)有高壓主動(dòng)曝氣耦合廢氣提取、低壓主動(dòng)曝氣耦合廢氣提取、低壓主動(dòng)曝氣無(wú)廢氣提取、低壓主動(dòng)抽氣耦合被動(dòng)曝氣、依靠風(fēng)力驅(qū)動(dòng)的能源自給式曝氣及準(zhǔn)好氧曝氣等類別. Ritzkowski等[12]對(duì)上述各類技術(shù)展開過(guò)詳細(xì)綜述.鑒于在以垃圾快速降解及土地開發(fā)利用為目的的老垃圾場(chǎng)整治修復(fù)中,我國(guó)主要采用主動(dòng)曝氣(高壓或低壓)耦合廢氣提取技術(shù),本文所指的好氧穩(wěn)定化技術(shù)主要指此技術(shù),后文著重針對(duì)此類技術(shù)展開綜述.

1.1 好氧穩(wěn)定化的原理

好氧穩(wěn)定化技術(shù)是將垃圾填埋場(chǎng)視為一個(gè)巨大的容器,在其中設(shè)計(jì)氣體抽注和液體循環(huán)等系統(tǒng),以改變垃圾堆體的水、氣、熱等條件,構(gòu)建適合好氧微生物生存的環(huán)境,從而利用微生物的作用,加速垃圾中可生物降解有機(jī)物分解的技術(shù)[13].好氧降解可將填埋場(chǎng)內(nèi)有機(jī)物的降解時(shí)間縮短5～30倍,開展好氧穩(wěn)定化治理后,填埋場(chǎng)往往能在2～4a內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定[13].氣體抽注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)還可以杜絕填埋氣的非控制性擴(kuò)散,且與厭氧降解產(chǎn)生CH4、NH3、H2S等強(qiáng)溫室氣體或臭氣不同,好氧降解的產(chǎn)物為H2O和CO2,可實(shí)現(xiàn)溫室氣體減排[9,13].滲濾液在回灌過(guò)程中,污染物可通過(guò)吸附、截留及降解等作用被去除;堆體的高溫還會(huì)促進(jìn)滲濾液蒸發(fā)減量,因此好氧穩(wěn)定化還有助于降低滲濾液處理量及污染負(fù)荷[14-15].好氧降解過(guò)程會(huì)產(chǎn)生熱量,往往能使堆體溫度維持在45～60℃,通過(guò)此高溫對(duì)致病菌滅活,還可以減少填埋場(chǎng)對(duì)環(huán)境衛(wèi)生的影響[16].好氧穩(wěn)定化技術(shù)的這些優(yōu)點(diǎn),使它在老垃圾場(chǎng)快速穩(wěn)定治理中備受關(guān)注.

1.2 好氧穩(wěn)定化的系統(tǒng)構(gòu)成

好氧穩(wěn)定化一般由氣體系統(tǒng)、液體系統(tǒng)、污染隔離系統(tǒng)及數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)與控制等系統(tǒng)構(gòu)成[14,17-18].

1.2.1 氣體系統(tǒng) 氣體系統(tǒng)主要由氣體抽注及尾氣吸收等部分構(gòu)成.其中,氣體抽注系統(tǒng)是保障堆體好氧環(huán)境,使填埋場(chǎng)區(qū)別于厭氧及準(zhǔn)好氧填埋過(guò)程的核心系統(tǒng).該系統(tǒng)主要由正壓的曝氣系統(tǒng)和負(fù)壓的抽氣系統(tǒng)組成,涉及構(gòu)筑物/設(shè)備包括抽氣井、曝氣井、抽氣風(fēng)機(jī)、曝氣風(fēng)機(jī)、氣體換熱器、氣體過(guò)濾器、氣體管道等[17].空氣經(jīng)曝氣系統(tǒng)打入填埋場(chǎng)內(nèi)部,氧氣在場(chǎng)內(nèi)被微生物利用后,剩余的尾氣及產(chǎn)生的填埋氣被抽氣系統(tǒng)引出堆體.根據(jù)曝氣壓力的不同,好氧穩(wěn)定化技術(shù)可以分為低壓曝氣和高壓曝氣2類.低壓曝氣技術(shù)是主流的好氧穩(wěn)定化技術(shù)[19-21],在該技術(shù)中填埋場(chǎng)內(nèi)打入/抽出氣體的正負(fù)壓在80kPa之內(nèi),且以3～8kPa居多[14,22-23].而高壓曝氣技術(shù)采用特定的噴槍以及設(shè)定好的電磁閥將壓縮后的空氣間斷地打入填埋場(chǎng)內(nèi)部,打入填埋場(chǎng)中空氣的正壓最高可達(dá)600kPa.高壓空氣可以穿透填埋場(chǎng)中高密度區(qū)域、常年包氣帶以及常年滲瀝液匯集區(qū)域,因此該系統(tǒng)曝氣效率相比于低壓曝氣系統(tǒng)可提升30%以上[22].但因能耗較高,高壓曝氣一般只在滲濾液水位高或有曝氣井堵塞等現(xiàn)象的填埋場(chǎng)短程/局部使用,以改變填埋場(chǎng)中空氣及滲濾液的流動(dòng)途徑,減少填埋場(chǎng)內(nèi)部的短流現(xiàn)象[24].此外,由于主動(dòng)曝氣修復(fù)結(jié)束后,堆體往往還存在產(chǎn)甲烷能力[25],部分填埋場(chǎng)會(huì)采用能源自給自足的長(zhǎng)期曝氣作為修復(fù)末期的補(bǔ)充技術(shù)[12].該類技術(shù)將由風(fēng)力驅(qū)動(dòng)的抽氣機(jī)安裝在現(xiàn)有氣井上,壓縮空氣被引到現(xiàn)有氣井中,從而為基本達(dá)到穩(wěn)定的填埋場(chǎng)持續(xù)供氧[25].相比于主動(dòng)曝氣系統(tǒng),它提供的風(fēng)量和風(fēng)壓有限,但其在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中幾乎不產(chǎn)生電費(fèi),可以大大減少運(yùn)行費(fèi)用[12].

為保證氧氣在填埋場(chǎng)內(nèi)的均勻分布,好氧穩(wěn)定化技術(shù)往往會(huì)在強(qiáng)制注氣的同時(shí)開展主動(dòng)的廢氣提取.然而,填埋場(chǎng)是各類垃圾的“匯”,其中不僅含生物質(zhì)垃圾,也含各種人工合成的有機(jī)、無(wú)機(jī)垃圾,底物的復(fù)雜性無(wú)疑會(huì)造成氣相產(chǎn)物的復(fù)雜性.多相混雜和各向異性還使填埋場(chǎng)在整治過(guò)程中難以實(shí)現(xiàn)完全的好氧環(huán)境及充分的垃圾降解[21,26].鑒于此,抽氣井提取的填埋氣往往不僅有隨曝氣空氣進(jìn)入堆體但未被利用的N2、O2,有機(jī)物降解產(chǎn)生的CO2和水蒸汽,還含有部分惡臭物質(zhì)及揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOCs).如楊府山垃圾填埋場(chǎng)填埋氣檢測(cè)分析發(fā)現(xiàn)高濃度H2S、NH3、SO2和VOCs,其中VOCs濃度高達(dá)5.6～23600mg/m3[14].北京營(yíng)坊村西非正規(guī)垃圾填埋場(chǎng)填埋氣中檢測(cè)到的CH4、CO2和O2之外的氣體含量也高達(dá)46.9%～80.5%[27].此部分氣體直接排放會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染,因此設(shè)置氣水分離器、洗滌塔、除臭設(shè)備等尾氣吸收單元去除填埋氣中的有害有味氣體是必要的[14].瑞安東山垃圾填埋場(chǎng)就采取了“噴淋塔水洗+高效除霧段+植物液堿液洗滌+高效除霧段+干式中和脫臭”工藝作為尾氣處理工藝[28].

1.2.2 液體系統(tǒng) 滲濾液收集及循環(huán)系統(tǒng)也是好氧穩(wěn)定化過(guò)程的重要系統(tǒng)之一.該系統(tǒng)一般由滲濾液抽提、回灌及處理系統(tǒng)構(gòu)成.涉及的構(gòu)筑物/設(shè)備包括滲水溝渠、滲濾液井、滲濾液泵、蓄水池、水管道等等[17].不同于常規(guī)填埋場(chǎng)以控制污染為目的,對(duì)收集的滲濾液進(jìn)行處理后即達(dá)標(biāo)排放;在好氧穩(wěn)定化修復(fù)技術(shù)中,收集到的滲濾液往往經(jīng)暫存或初步的水質(zhì)調(diào)節(jié)后即部分或全部回灌至堆體內(nèi),多次循環(huán)后再通過(guò)滲濾液處理裝置進(jìn)行處理[29].

就滲濾液抽提系統(tǒng)而言,垃圾在填埋場(chǎng)內(nèi)降解時(shí)因自身分解、雨水浸入等會(huì)產(chǎn)生滲濾液.有效的收集和排除滲濾液是好氧穩(wěn)定化技術(shù)順利開展的前提[30].因?yàn)闈B濾液積存導(dǎo)致含水率高時(shí),堆體的自由氣隙(FAS)會(huì)顯著下降,導(dǎo)致氧氣無(wú)法順利在堆體內(nèi)流通[16,22].多項(xiàng)研究指出填埋場(chǎng)中存在常年儲(chǔ)存滲濾液的區(qū)域時(shí),低壓曝氣無(wú)法改變其厭氧狀態(tài),好氧微生物也無(wú)法生長(zhǎng).正常情況下,滲濾液可通過(guò)填埋場(chǎng)場(chǎng)底設(shè)置的滲濾液導(dǎo)排設(shè)施有效導(dǎo)排,達(dá)到目標(biāo)含水率.但部分填埋場(chǎng)隨著運(yùn)行時(shí)間的增長(zhǎng),滲濾液導(dǎo)排層因物理、化學(xué)、生物淤堵等原因,出現(xiàn)滲透系數(shù)下降,底部導(dǎo)排層逐漸失效的情況,則會(huì)造成場(chǎng)底滲濾液水位壅高[31-32].此時(shí)可在堆體中布置抽水井,采用壓縮空氣排水或直接放潛污泵排水[33-34].

滲濾液回灌具有均衡填埋場(chǎng)垃圾含水率、調(diào)節(jié)堆體溫度、降低滲濾液污染負(fù)荷等多重目的.具體而言,微生物進(jìn)行生長(zhǎng)代謝的最佳含水率在45%～60%,但老填埋場(chǎng)往往達(dá)不到此含水率,且不同填埋深度垃圾含水率差距也極大[16,35],因此采用滲濾液(量不足時(shí)還需輔以雨水或自來(lái)水等)回灌有助于讓埋深不同的垃圾都能處在適宜的含水率下.當(dāng)微生物降解產(chǎn)生大量的熱導(dǎo)致堆體溫度急劇增加時(shí),滲濾液回灌還可以降低堆體溫度,保證修復(fù)工程的安全性[26,36].另一方面,高溫及抽氣會(huì)將填埋場(chǎng)內(nèi)液體以蒸汽的形式帶出,有助于滲濾液減量;垃圾層的截留、過(guò)濾、吸附及微生物降解又有助于滲濾液中污染濃度的降低[37].如Campanaro等[38]指出即使采用新鮮垃圾開展好氧穩(wěn)定化,滲濾液中的化學(xué)需氧量(COD)和氨氮(TAN)都能從初期的(59016±4014)和(1987± 80)mg/L降至171d的(1883±474)和(30±19)mg/L.老垃圾場(chǎng)中這種削減更為明顯[21].

有鑒于此,好氧穩(wěn)定化修復(fù)工程的滲濾液處理系統(tǒng)在工程案例中少有提及,多次循環(huán)后的滲濾液往往污染負(fù)荷較低,而多余未回灌的滲濾液處理方式與傳統(tǒng)填埋場(chǎng)是一致的.

1.2.3 污染隔離系統(tǒng) 目前好氧穩(wěn)定化技術(shù)在我國(guó)多用于非正規(guī)填埋場(chǎng)整治,而這類填埋場(chǎng)基本沒有任何污染防治措施(如底部防滲、填埋氣收集與導(dǎo)排等),與周邊水土開放接觸[10,39].原位好氧穩(wěn)定化治理需要一個(gè)相對(duì)封閉的環(huán)境來(lái)提高反應(yīng)效率,降低運(yùn)行成本[18,23,29];封閉環(huán)境也有利于切斷填埋場(chǎng)內(nèi)滲濾液與周邊地表、地下水的水力聯(lián)系,防止氣體橫向遷移等,以減少污染范圍并杜絕安全事故[18,39-40],因此設(shè)置污染隔離系統(tǒng)是必要的.污染隔離系統(tǒng)一般有垂直防滲和水平防滲系統(tǒng)兩類[18].其中水平防滲指填埋場(chǎng)頂部的封場(chǎng)覆蓋,可選用高密度聚乙烯(HDPE)膜或粘土進(jìn)行覆蓋.水平防滲不僅可以阻隔降雨帶來(lái)的滲濾液,其覆蓋密封性能還會(huì)對(duì)垃圾體內(nèi)負(fù)壓分布有明顯影響[23].垂直防滲是指在填埋場(chǎng)周邊設(shè)置豎向防滲帷幕,以往多采用注漿帷幕、攪拌樁帷幕[40],近年來(lái)柔性垂直土工膜帷幕也開始被關(guān)注.湖南省湘陰縣附山垸生活垃圾填埋場(chǎng)治理時(shí)就將3mm厚HDPE膜垂向插入相對(duì)不透水層中,構(gòu)成了垂直防滲系統(tǒng)[41].垂直防滲系統(tǒng)不僅可用于隔水,對(duì)防止填埋氣的無(wú)序擴(kuò)散也有顯著效果[42].

1.2.4 數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng) 數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)包括各種監(jiān)測(cè)井、氣體監(jiān)測(cè)探頭、溫度、濕度傳感器及配套組件等[17].對(duì)垃圾堆體溫度、濕度、填埋氣組成、滲濾液水位等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制是避免安全隱患、保證好氧穩(wěn)定化治理效果的必要手段[18].具體而言,爆炸、火災(zāi)、邊坡穩(wěn)定性等都是填埋場(chǎng)好氧修復(fù)過(guò)程中需重點(diǎn)防范的安全問(wèn)題.填埋場(chǎng)原本以厭氧環(huán)境為主,場(chǎng)內(nèi)填埋氣富含甲烷,好氧穩(wěn)定化修復(fù)時(shí)需向填埋場(chǎng)內(nèi)注入大量空氣,而當(dāng)注入的O2與場(chǎng)內(nèi)CH4達(dá)到一定混合比,即可能發(fā)生爆炸.鑒于填埋場(chǎng)與空氣氣氛不同,Ko等[26]曾提出了針對(duì)填埋場(chǎng)情況(CH4與CO2混合)的爆炸范圍圖,并指出對(duì)填埋場(chǎng)內(nèi)CH4和O2等氣體的濃度進(jìn)行例行監(jiān)測(cè)和評(píng)估是必要的,一旦氣體混合物的成分在爆炸范圍內(nèi),需立即停止注氣并監(jiān)控該區(qū)域.另外,廢物的好氧分解是大量產(chǎn)熱的,空氣注入引發(fā)填埋場(chǎng)內(nèi)高溫進(jìn)而引發(fā)悶燒甚至火災(zāi)的現(xiàn)象也已被多次報(bào)道[26,43-44].根據(jù)美國(guó)新河地區(qū)垃圾填埋場(chǎng)的經(jīng)驗(yàn),開展溫度監(jiān)測(cè),保證溫度小于76.6℃是必要的,一旦觀察到存在溫度>70℃的高溫區(qū),即應(yīng)調(diào)整空氣注入速率;當(dāng)溫度接近高溫閾值時(shí),可能還需在停止注氣的同時(shí)向周邊井回灌液體[26].值得注意的是,當(dāng)液體回灌量過(guò)大引起堆體水位急劇增高時(shí)又可能導(dǎo)致邊坡穩(wěn)定性問(wèn)題[34].因此開展水位監(jiān)測(cè)也是必要的.除了安全性問(wèn)題,數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)的另一個(gè)目的是指導(dǎo)工藝參數(shù)設(shè)置,優(yōu)化系統(tǒng)工況[14,17].多個(gè)填埋場(chǎng)均直接根據(jù)監(jiān)測(cè)到的堆體氧濃度情況指導(dǎo)曝氣量[16],而以堆體濕度情況調(diào)節(jié)滲濾液回灌量[45].

2 好氧穩(wěn)定化技術(shù)的關(guān)鍵設(shè)計(jì)單元

好氧穩(wěn)定化的4個(gè)系統(tǒng)中,后2個(gè)系統(tǒng)在工程應(yīng)用中鮮少出現(xiàn)爭(zhēng)議或設(shè)計(jì)難點(diǎn),但氣、液兩系統(tǒng)涉及相當(dāng)多的工藝參數(shù),我國(guó)好氧穩(wěn)定化項(xiàng)目起步較晚,第1個(gè)項(xiàng)目2006年才啟動(dòng),截止目前我國(guó)并沒有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范來(lái)明確各類參數(shù)的取值或計(jì)算[22].本研究調(diào)研了國(guó)內(nèi)外典型的垃圾填埋場(chǎng)好氧穩(wěn)定化工程案例(表1),并著重分析了各案例氣、液系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計(jì)方法,討論了存在的問(wèn)題,以期為該技術(shù)的后續(xù)工程應(yīng)用提供指導(dǎo).

2.1 曝氣量

曝氣量是影響好氧穩(wěn)定化效果的重要參數(shù),為保證填埋場(chǎng)好氧反應(yīng),應(yīng)將堆體氧濃度(體積分?jǐn)?shù))控制在16%～21%,當(dāng)氧濃度低于10%時(shí),好氧反應(yīng)將被嚴(yán)重抑制[16].由此可見,過(guò)少的曝氣量不足以保證垃圾堆體的好氧環(huán)境.但過(guò)大的曝氣量不僅會(huì)增大運(yùn)行費(fèi)用;還會(huì)帶走水分,影響堆體濕度;且會(huì)降低堆體溫度,影響降解速率.控制合適的曝氣量,兼顧O2利用率、堆體溫度、濕度控制及治理成本是必要的.

測(cè)定和計(jì)算垃圾的好氧降解潛力是曝氣量設(shè)計(jì)的第一步.不同填埋場(chǎng)因填埋垃圾類別、組分及填埋期不同,其好氧降解潛力會(huì)有明顯不同.楊府山垃圾填埋場(chǎng)在曝氣量設(shè)計(jì)時(shí),首先調(diào)研了填埋場(chǎng)的垃圾組分,再對(duì)其中的有機(jī)組分進(jìn)行元素分析,以加權(quán)平均的方式算出了填埋場(chǎng)有機(jī)垃圾的概化分子式.基于好氧和厭氧反應(yīng)的理論方程式,并假設(shè)好氧穩(wěn)定化過(guò)程中85%的垃圾參與好氧降解,15%參與厭氧降解,最后以化學(xué)計(jì)量法求出了單位垃圾的需氧量,結(jié)合垃圾總量和治理目標(biāo)最終求出了曝氣量[14].此案例為計(jì)算曝氣量提供了思路,但實(shí)際上僅可生物降解有機(jī)垃圾可在整治過(guò)程中與氧氣反應(yīng),而填埋場(chǎng)除可生物降解有機(jī)物外還有很多人工合成的有機(jī)物,這部分垃圾的存在會(huì)嚴(yán)重干擾曝氣量的計(jì)算.鑒于此,有研究者進(jìn)一步提出了如式(1)所示的曝氣量計(jì)算方法[28]:

式中:為填埋場(chǎng)總抽/注氣量,m3/min;G為填埋垃圾總質(zhì)量,kg;0和C分別為修復(fù)前后垃圾的可生物降解度(BDM),%;r為治理達(dá)標(biāo)率;BDM為BDM好氧降解潛力,即降解單位質(zhì)量的BDM所需氧氣的質(zhì)量,gO2/kgBDM;為治理年限,取值一般在2～3a;O2為氧氣的物質(zhì)的量質(zhì)量,32g/mol;O2為氧氣利用率;為安全系數(shù).

表1 垃圾填埋場(chǎng)好氧穩(wěn)定化修復(fù)典型案例

續(xù)表1

注:NA表示原文中沒有介紹.

公式(1)有BDM和BDM2個(gè)關(guān)鍵參數(shù).相比有機(jī)物含量,BDM含量能更準(zhǔn)確表征在修復(fù)過(guò)程中的耗氧物質(zhì).該指標(biāo)可根據(jù)GB/T 23857—2009[56]采樣監(jiān)測(cè).BDM,對(duì)老垃圾場(chǎng)而言,各類易降解垃圾已降解完全,而木質(zhì)素在修復(fù)期間降解程度低,主要的可降解部分為纖維素和半纖維素,基于此兩類物質(zhì)的理論需氧量及含量加權(quán)平均計(jì)算BDM可能比測(cè)出元素分析后,基于其概化分子式計(jì)算更為準(zhǔn)確[28].

式(1)中還有垃圾質(zhì)量、治理達(dá)標(biāo)率、降解年限及氧氣利用率等指標(biāo).前3者是每個(gè)修復(fù)場(chǎng)地的特異性參數(shù),由管理者根據(jù)實(shí)際情況或需求進(jìn)行選擇,但氧氣利用率在取值過(guò)程中則存在很大差異.從表1可知,瑞安東山填埋場(chǎng)的取值為0.43[28];楊府山填埋場(chǎng)取值0.6[14];奧地利某填埋場(chǎng)取值0.69[54].但國(guó)外好氧穩(wěn)定化示范項(xiàng)目的氧氣利用率僅15%～22%[22];我國(guó)填埋場(chǎng)由于環(huán)境復(fù)雜、填埋深度大、曝氣控制系統(tǒng)不完善等問(wèn)題,該值更僅為8%～15%[22].由此可見,實(shí)際氧氣利用率遠(yuǎn)沒有設(shè)計(jì)值那么樂觀.為保證堆體的好氧條件,部分填埋場(chǎng)留出了一定的安全系數(shù);部分填埋場(chǎng)直接根據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)反饋的堆體氧含量動(dòng)態(tài)調(diào)整曝氣量[16].但長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看,優(yōu)化曝氣及提氣井位布局,緩解布?xì)獠痪鶆颥F(xiàn)象,以提高氧氣利用率才更經(jīng)濟(jì)合理.

2.2 井位布置型式及其結(jié)構(gòu)

優(yōu)化井位布局可從抽注氣井的布置間距及型式上入手[57].小的布置間距及多的區(qū)域交疊有助于均勻布?xì)?、避免死?鑒于此,好氧穩(wěn)定化修復(fù)中常用的井位布置型式有井字形和梅花形兩種[33].兩種布置形式分別指4座和6座曝氣井組成正多邊形,一個(gè)抽氣井在其中心的布置方式(圖1).2種布置方式都滿足當(dāng)某個(gè)抽氣井需要維修時(shí),關(guān)閉周圍的曝氣井,其抽氣影響半徑內(nèi)的填埋氣可被任意抽氣井抽走.由此既保證了布?xì)獾木鶆蛐?、避免了死區(qū)產(chǎn)生,又對(duì)好氧穩(wěn)定化的治理效果影響最小.關(guān)于布置間距,前期有研究者在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),即使在0.04m3/s的大抽氣量下,抽氣影響半徑都只有20～ 30m,超過(guò)30m處的監(jiān)測(cè)井在抽氣過(guò)程中甲烷濃度變化不大[23].大多工程案例的單井影響半徑取值也在15～25m(表1).相應(yīng)的曝氣井之間及其與抽氣井之間的間距為10～18m(井字形布置)或8～14m(梅花形布置),遠(yuǎn)小于常規(guī)填埋場(chǎng)25～50m的導(dǎo)氣井布設(shè)間距.同樣的影響半徑下井字形布置的井位總數(shù)量少于梅花形布置,因此研究者指出井字形布置比較適合采用“強(qiáng)制抽氣+強(qiáng)制注氣”的好氧工藝,而采用“強(qiáng)制抽氣+自動(dòng)補(bǔ)氣”的準(zhǔn)好氧工藝中更適合使用梅花形布置[33].然而從表1可知,盡管都采用“強(qiáng)制抽氣+強(qiáng)制注氣”工藝,除湖北省夷陵垃圾填埋場(chǎng)采用了井字形布置外[45],楊府山和瑞安東山垃圾填埋場(chǎng)都采用了六邊形布置[14,28].垃圾深度大、垃圾滲透系數(shù)小、堆體存在常年包氣帶、滲濾液匯集區(qū)等會(huì)降低氣體的遷移擴(kuò)散能力,這可能是不同項(xiàng)目選擇不同布置形式的原因.有些填埋場(chǎng)為了防止堵塞,增強(qiáng)抽注氣效果,還建議將抽氣井和曝氣井互換使用[16].

井結(jié)構(gòu)方面,好氧穩(wěn)定化工藝的抽、注氣井結(jié)構(gòu)是相似的,氣井直徑一般為800mm,井深為自場(chǎng)底或滲濾液液位向上1m至堆體頂部以上1m.且井內(nèi)自井底向上,需以1m穿孔管2m非穿孔管的方式內(nèi)置直徑100mm的HDPE管,穿孔管視垃圾層厚度不同,可設(shè)置2～3段,上部其余部分采用非穿孔管[33].這種結(jié)構(gòu)與生活垃圾填埋氣導(dǎo)氣井也有明顯區(qū)別.在常規(guī)填埋場(chǎng)導(dǎo)氣井的布置中,氣井距場(chǎng)底間距不應(yīng)小于5m,內(nèi)置導(dǎo)氣管均為多孔管.好氧穩(wěn)定化技術(shù)中減少了氣井到場(chǎng)底的間距,這可能是因?yàn)闅怏w密度小,在注入堆體后會(huì)向上運(yùn)動(dòng),若注氣管距離場(chǎng)底較遠(yuǎn),難以使場(chǎng)底垃圾達(dá)到好氧環(huán)境;而注氣井同高度布設(shè)則是為了保證布?xì)獾木鶆蛐?同理,內(nèi)置管道采用穿孔和非穿孔管相間分布也是為了布?xì)饩鶆?、防止短?研究表明,隨著垃圾深度的增加,孔隙度降低,含水率升高,氣體滲透系數(shù)會(huì)急劇下降[23,26],在此條件下若不分段抽注氣,很容易導(dǎo)致氣體短流,集中在堆體上部.此外,為了提高抽注氣效率,HDPE管外至井筒之間下部需填充級(jí)配碎石,防止管道堵塞;上部則應(yīng)由膨潤(rùn)土壓實(shí),避免漏氣[23,33].

圖1 導(dǎo)氣井平面布置示意

2.3 曝/抽氣壓力

曝/抽氣壓力是好氧穩(wěn)定化過(guò)程中風(fēng)機(jī)選型的依據(jù),與前述曝/抽氣流量及氣井影響半徑等都密切相關(guān).有研究者根據(jù)抽氣井抽氣條件下填埋氣壓力分布簡(jiǎn)易模型,總結(jié)出了抽氣壓力的計(jì)算式[33]:

式中:為抽氣壓力,Pa;為單井抽氣量,m3/s;為抽氣管直徑m;為抽氣井影響半徑m;h為氣體水平方向滲透系數(shù),m2/(Pa·s);為抽氣井井深,m.

式(2)中的取值一般為0.1m.根據(jù)前期好氧穩(wěn)定化修復(fù)案例,、、h和4個(gè)參數(shù)的取值多集中在0.001～0.03m3/s[28,37,45,58-59], 15～25m, 10-7～ 10-5m2/(Pa·s)[27,60-61]及3～25m(表1).從圖2可知,抽氣壓力與單井抽氣量和井影響半徑成正比,與氣體水平方向滲透系數(shù)和抽氣井深度成反比.當(dāng)、K和等都處于設(shè)置的典型范圍(0.01m3/s,10-6m2/(Pa·s)和15m)時(shí),可直接讀出需要的曝氣壓力;而當(dāng)、h和等不在典型值時(shí),盡管得不到具體壓力數(shù)值,圖2仍可為技術(shù)人員初步判斷曝氣壓力提供依據(jù).在設(shè)計(jì)曝氣壓力時(shí),基礎(chǔ)數(shù)據(jù)(如h和)的獲取是必要的,明確基礎(chǔ)數(shù)據(jù)后即可根據(jù)設(shè)計(jì)的值求出相應(yīng)值.

圖2 井深、曝氣壓力及氣體滲透系數(shù)與曝氣井影響半徑和抽氣壓力的關(guān)系

2.4 液體回灌量及回灌方式

液體系統(tǒng)中主要的設(shè)計(jì)要點(diǎn)是液體回灌量及回灌方式.液體回灌量的計(jì)算分為初期注水量和運(yùn)行期回灌量?jī)煞N.初期注水量主要根據(jù)堆體現(xiàn)狀平均含水率、修復(fù)工藝確定的最優(yōu)含水率(通常定在40%～70%,表1)及垃圾總質(zhì)量確定[16].該計(jì)算較為簡(jiǎn)便,液體在運(yùn)行前一次性加入堆體,以構(gòu)造目標(biāo)含水率環(huán)境.運(yùn)行期回灌量的計(jì)算由排氣帶出水量扣除進(jìn)氣帶入水量和好氧反應(yīng)產(chǎn)生水量,并考慮一定水分利用率計(jì)算得出[14,16].排氣和進(jìn)氣中出水量的差異主要是兩者溫度不同,飽和含水率不同導(dǎo)致;而有機(jī)物降解的需水及產(chǎn)水量,則需結(jié)合2.1節(jié)曝氣量計(jì)算中的反應(yīng)方程式確定,因此該計(jì)算相對(duì)復(fù)雜.鑒于此,很多工程案例在運(yùn)行期并不計(jì)算回灌量,而是直接定一個(gè)回灌比(25%左右)或者根據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)控到的溫度、濕度信息動(dòng)態(tài)調(diào)整回灌量(表1).

回灌方式可分為滲水溝渠、地表噴灌和豎井注入等.滲水溝渠回灌和地表噴灌溉都是依靠液體的滲透作用進(jìn)行回灌,不同的是,滲水溝渠布置在覆蓋層之下,而地表噴灌需要通過(guò)覆蓋層向下滲透;地表噴灌受環(huán)境影響較大,且對(duì)回灌時(shí)間和注水速率反應(yīng)敏感[37].兩種回灌方式都可能存在水分在垂直方向擴(kuò)散受阻的問(wèn)題.Clément等[58]通過(guò)電阻成像方法對(duì)滲濾液在垃圾堆體中的流動(dòng)進(jìn)行了量化和空間化,發(fā)現(xiàn)滲濾液在垂直方向的流動(dòng)范圍僅限于注入點(diǎn)下方的2～3m.這可能是垃圾在填埋過(guò)程中采用黏土進(jìn)行了日覆蓋或中間覆蓋,而土壤層相比垃圾層具有極低的滲透系數(shù)造成的.分層回灌或者帶壓力回灌的方法有望改善上述屏障效應(yīng)[58],如表1所示,許多已建工程會(huì)采用豎井回灌,將滲濾液在曝氣風(fēng)機(jī)正下方添加,旨在加強(qiáng)液體的快速擴(kuò)散[24,46,29].另一方面,有些填埋場(chǎng)在回灌過(guò)程中又發(fā)現(xiàn)滲濾液無(wú)法像理論中那樣經(jīng)過(guò)垃圾的層層過(guò)濾和吸附,降低污染濃度和水量后再流出堆體,而是極快的滲出了堆體.這可能與垃圾是大孔隙介質(zhì)相關(guān).無(wú)論如何,這種回灌-出流方式也無(wú)法起到預(yù)定作用,加大滲濾液的異位處理力度是有效的兜底方法.但另一方面,控制回灌量被認(rèn)為可有效防止此現(xiàn)象.Jain等[35]就曾指出為避免回灌的滲濾液快速下滲積累在防滲層上,美國(guó)政府規(guī)定好氧穩(wěn)定化250d前后的最大允許回灌量分別為218和132m3/d.此外,滲濾液異位處理后再回灌還可能更有助于提高好氧穩(wěn)定化效率.夏向利等[9]發(fā)現(xiàn)在回灌滲濾液中添加菌劑可使堆體沉降性能提高60%～75%.瑞安東山垃圾填埋場(chǎng)采用“預(yù)處理+厭氧反應(yīng)器+A2O+MBR+芬頓氧化”為主體的工藝處理滲濾液后,將其排放到調(diào)理水池,并在池內(nèi)投加生物菌劑和藥劑,混合均勻后輸送至垃圾堆體頂部回灌水箱進(jìn)行液體回灌[28].這種回灌模式極大的提高了好氧穩(wěn)定化速率,填埋場(chǎng)原定32個(gè)月完成的修復(fù)目標(biāo)在14個(gè)月后即已實(shí)現(xiàn).

3 好氧穩(wěn)定化的終點(diǎn)評(píng)價(jià)

填埋場(chǎng)好氧穩(wěn)定化修復(fù)的目的是使垃圾成分穩(wěn)定,場(chǎng)地?zé)o燃燒爆炸風(fēng)險(xiǎn)并得以再次開發(fā)利用.我國(guó)的好氧穩(wěn)定化修復(fù)工程往往根據(jù)生活垃圾填埋場(chǎng)穩(wěn)定化場(chǎng)地利用技術(shù)要求[62],以有機(jī)質(zhì)含量和填埋氣濃度等作為終點(diǎn)評(píng)價(jià)和驗(yàn)收指標(biāo).但有些填埋場(chǎng)在達(dá)到修復(fù)目標(biāo)并停止曝氣一段時(shí)間,又會(huì)出現(xiàn)產(chǎn)氣反彈現(xiàn)象[25].國(guó)外以BDM代替有機(jī)質(zhì)作為修復(fù)終點(diǎn)時(shí),也依然會(huì)存在該問(wèn)題.鑒于此,研究者提出以RI4和GP21作為補(bǔ)充評(píng)價(jià)指標(biāo),當(dāng)RI4在1～3mgO2/ gDM或GP21達(dá)到0.2L/kgDM時(shí)可停止曝氣[54].其中,RI4似乎較易實(shí)現(xiàn),如意大利北部摩德納垃圾填埋場(chǎng)穩(wěn)定后收集的樣品RI4的平均值為1.6mgO2/ gDM[32];奧地利維也納附近一個(gè)舊垃圾填埋場(chǎng)和奧地利城市生活垃圾填埋場(chǎng)穩(wěn)定后收集的樣品RI4平均值均為1.7mgO2/gDM[54].但從表1可知,到曝氣終點(diǎn)時(shí)GP21似乎鮮少達(dá)到此目標(biāo)值.也有不少研究者會(huì)考慮修復(fù)終點(diǎn)的滲濾液污染負(fù)荷及堆體沉降量,但這類指標(biāo)更多的應(yīng)該是常規(guī)監(jiān)測(cè)作用,而不是作為修復(fù)目標(biāo).目前該方向的科研探索尚在持續(xù).

另一個(gè)值得注意的問(wèn)題是,曝氣結(jié)束后填埋場(chǎng)內(nèi)會(huì)剩余大量腐殖土,這些腐殖土應(yīng)如何最終處置或利用,原場(chǎng)地周邊或場(chǎng)底的土壤應(yīng)如何進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià),都還未成體系.韓祖光等[7]曾對(duì)好氧降解處理后的北京黑石頭垃圾填埋場(chǎng)表層土壤進(jìn)行質(zhì)量評(píng)價(jià),發(fā)現(xiàn)填埋場(chǎng)土壤盡管在測(cè)試指標(biāo)范圍內(nèi)沒有明顯超標(biāo),但重金屬含量大多高于北京市土壤背景值;毛管孔隙度與孔隙比低,水氣性能不夠協(xié)調(diào).至于是否有微塑料、抗生素抗性基因、環(huán)境激素等新型污染物,前期未見監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià).由此可見,加大好氧穩(wěn)定化修復(fù)后場(chǎng)地的利用技術(shù)研究力度是必要的.

4 展望

4類填埋場(chǎng)整治技術(shù)中,原位好氧穩(wěn)定化的綜合成本僅38～69元/m3,而以篩分綜合利用為主體的異位治理方式,其成本達(dá)到了223～533元/m3[10,18,63].懸殊的成本差異,使好氧穩(wěn)定化技術(shù)在大型垃圾填埋場(chǎng)的修復(fù)上極具應(yīng)用優(yōu)勢(shì).

但盡管該技術(shù)在北美和歐洲起步較早且示范項(xiàng)目較多,其在我國(guó)的應(yīng)用卻尚不成熟,許多工藝參數(shù)尚待摸索.如與國(guó)外填埋垃圾的初始含水率平均為27%相比,我國(guó)10個(gè)不同地區(qū)填埋垃圾的初始含水率平均52%,南方濕潤(rùn)地區(qū)垃圾初始含水率接近60%[64],垃圾高含水率導(dǎo)致滲濾液產(chǎn)量大,加之填埋場(chǎng)場(chǎng)底滲濾液導(dǎo)排系統(tǒng)普遍容易淤堵等,造成我國(guó)垃圾填埋場(chǎng)極易存在水位壅高現(xiàn)象,影響布?xì)庑?此外,我國(guó)填埋場(chǎng)垃圾厚度往往也遠(yuǎn)高于國(guó)外,部分衛(wèi)生填埋場(chǎng)垃圾厚度可達(dá)50m.而國(guó)內(nèi)外填埋場(chǎng)好氧修復(fù)經(jīng)驗(yàn)均表明,深層垃圾往往壓實(shí)度高,孔隙小,導(dǎo)氣率差,易形成短流通道且存在常年包氣帶,因此隨著填埋厚度增加,曝氣效果將明顯變差.鑒于此,為保證該技術(shù)在我國(guó)的高效應(yīng)用,針對(duì)我國(guó)垃圾、填埋場(chǎng)特性,做好技術(shù)適應(yīng)性調(diào)整是必要的.比如,首先要保證滲濾液成功導(dǎo)排,避免“水泡垃圾”的現(xiàn)象出現(xiàn),在底部滲濾液導(dǎo)排系統(tǒng)異常的情況下,要積極探索諸如壓縮空氣排水、氣井抽水等工藝,確保滲濾液成功導(dǎo)排.再者,針對(duì)垃圾各向異性特征明顯,要探索曝氣及提氣管道布局的優(yōu)化方法.甚至對(duì)于垃圾厚度極高的填埋場(chǎng),也許還需考慮分層整治輔以局部高壓曝氣,以提高氧氣利用率.另外針對(duì)堆體濕度不均勻的問(wèn)題,正確合理的液體回灌也是必要的.對(duì)于黏土層造成的屏障效應(yīng),目前已探索出分層或壓力回灌的方法來(lái)解決.對(duì)于垃圾大孔隙介質(zhì)難以截留吸附水分的問(wèn)題,一方面控制好回灌速率可能有所改善;另一方面,加大滲濾液異位處理力度,不過(guò)度依靠垃圾中的微生物截留、吸附、降解滲濾液中的污染物也許是必要的.

填埋場(chǎng)是各類垃圾的“匯”,成分復(fù)雜、危害各異的垃圾處理后即使變成腐殖土,這些腐殖土的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)及利用,也存在爭(zhēng)議.目前部分簡(jiǎn)易填埋場(chǎng)由于已停止服役20余年,對(duì)其周邊土壤開展檢測(cè)未見明顯風(fēng)險(xiǎn).但場(chǎng)底土壤,乃至垃圾腐殖土本身也是大量存在的,這部分土壤應(yīng)如何評(píng)價(jià)其風(fēng)險(xiǎn),如何規(guī)范其出路,是下一步研究中亟待解決的問(wèn)題.

5 結(jié)論

5.1 原位好氧穩(wěn)定化是極具前景的填埋場(chǎng)治理技術(shù),它由氣體、液體、污染隔離及數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)與控制四大系統(tǒng)組成.

5.2 氣、液系統(tǒng)是影響好氧穩(wěn)定化效率的關(guān)鍵,目前實(shí)際工程在均勻布?xì)?、滲濾液收集和循環(huán)上面存在很多困難.做好滲濾液導(dǎo)排保證堆體最優(yōu)含水率、優(yōu)化曝氣及提氣管道布局、分層整治并輔以局部高壓曝氣有望改善布?xì)獠痪F(xiàn)象,提高氧氣利用率;采用分層回灌或者壓力回灌可改善液體回灌過(guò)程中的屏障效應(yīng);針對(duì)大孔隙出流效應(yīng),在控制回灌速率的同時(shí),加大滲濾液異位處理力度以削減滲濾液污染負(fù)荷也許是必要的.

5.3 有機(jī)質(zhì)、BDM、甲烷含量、RI4和GP21等常被用于指示曝氣終點(diǎn),但尚無(wú)指標(biāo)體系可對(duì)好氧穩(wěn)定化治理后垃圾腐殖土及場(chǎng)底土壤的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估,其最終處置方法或資源化途徑也無(wú)明確指南,后期應(yīng)加強(qiáng)相關(guān)基礎(chǔ)研究以指導(dǎo)工程應(yīng)用.

[1] 羅虹霖,胡 暉,張 敏,等.城市生活垃圾處理技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展方向[J]. 污染防治技術(shù), 2018,31(3):22-25.

Luo H L, Hu H, Zhang M, et al. The status quo and development direction of municipal solid waste treatment technology [J]. Pollution Prevention Technology, 2018,31(3):22-25.

[2] 魏瀟瀟,王小銘,李 蕾,等.1979～2016年中國(guó)城市生活垃圾產(chǎn)生和處理時(shí)空特征 [J]. 中國(guó)環(huán)境科學(xué), 2018,38(10):3833-3843.

Wei X X, Wang X M, Li L, et al. Spatio-temporal characteristics of the generation and treatment of municipal solid waste in China from 1979 to 2016 [J]. China Environmental Science, 2018,38(10):3833- 3843.

[3] 中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部編.中國(guó)城鄉(xiāng)建設(shè)統(tǒng)計(jì)年鑒2018 [M]. 北京:中國(guó)統(tǒng)計(jì)出版社, 2019.

Edited by the ministry of housing and urban-rural development of the people's republic of China. China Urban and Rural Construction Statistical Yearbook 2018 [M]. Beijing: China Statistics Press, 2019.

[4] 淦方茂,張 鋒.非正規(guī)垃圾填埋場(chǎng)的危害及治理技術(shù)選擇[J]. 河南科技, 2014,(22):153-154.

Gan F M, Zhang F. The harm of informal waste landfill site and the choice of treatment technology [J]. Henan Science & Technology, 2014,(22):153-154.

[5] 曹占強(qiáng).非正規(guī)垃圾填埋場(chǎng)及治理技術(shù)淺議[J]. 廣東化工, 2020,47(4):137-139.

Cao Z Q. Discussion on informal waste landfill site and treatment technology[J]. Guangdong Chemical Industry, 2020,47(4):137-139.

[6] 孔令強(qiáng),田光進(jìn),柳曉娟.中國(guó)城市生活固體垃圾排放時(shí)空特征[J]. 中國(guó)環(huán)境科學(xué), 2017,37(4):1408-1417.

Kong L Q, Tian G J, Liu X J. Temporal and spatial characteristics of municipal solid waste discharge in china [J]. China Environmental Science, 2017,37(4):1408-1417.

[7] 韓祖光,郭小平,周 曄,等.北京黑石頭填埋場(chǎng)治理后期土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)[J]. 環(huán)境工程學(xué)報(bào), 2016,10(9):5319-5325.

Han Z G, Guo X P, Zhou Y et al. Soil quality evaluation of Beijing heishitou landfill in the late treatment stage [J]. Environmental Engineering Journal, 2016,10(9):5319-5325.

[8] 濮世杰.存量垃圾治理趨勢(shì)研究[J]. 經(jīng)貿(mào)實(shí)踐, 2018,(12):314.

Pu S J. Research on the trend of inventory waste treatment [J]. Economic & Trade Practice, 2018,(12):314.

[9] 夏向利,唐和清,楊子陸,等.高溫微生物菌劑加速垃圾填埋場(chǎng)好氧穩(wěn)定化進(jìn)程的研究[J]. 環(huán)境工程學(xué)報(bào), 2016,10(4):2003-2008.

Xia X L, Tang H Q, Yang Z L, et al. Research on high-temperature microbial agents accelerating the aerobic stabilization process of landfills [J]. Environmental Engineering Journal, 2016,10(4):2003- 2008.

[10] 繆周偉.土壤污染防治背景下的非正規(guī)垃圾填埋場(chǎng)治理——市場(chǎng)、技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)及典型案例分析[J]. 環(huán)境衛(wèi)生工程, 2019,27(2):36- 40,44.

Miao Z W. Informal landfill management under the background of soil pollution prevention and control – market and technology development trends and typical case analysis [J]. Environmental Sanitation Engineering, 2019,27(2):36-40,44.

[11] 曹 麗,陳 娜,胡朝輝,等.垃圾填埋場(chǎng):世界最大的生態(tài)修復(fù)案例——以武漢市金口垃圾填埋場(chǎng)為例[J]. 城市管理與科技, 2016,18(3):24-27.

Cao L, Chen N, Hu Z H, et al. Landfill: The world’s largest case of ecological restoration – take the jinkou landfill in Wuhan as an example [J]. Urban Management & Technology, 2016,18(3):24-27.

[12] Ritzkowski M, Stegmann R. Landfill aeration worldwide: Concepts, indications and findings [J]. Waste Management, 2012,32(7):1411- 1419.

[13] 馮 楊,劉志剛,王保軍.好氧穩(wěn)定化處理技術(shù)在垃圾填埋場(chǎng)的應(yīng)用[J]. 東北水利水電, 2015,33(8):49-51.

Feng Y, Liu Z G, Wang B J. Application of aerobic stabilization technology in landfill [J]. Northeast Water Resources & Hydropower, 2015,33(8):49-51.

[14] 高 斌.固體好氧生物反應(yīng)技術(shù)在存量垃圾治理中的應(yīng)用[J]. 廣東化工, 2018,45(11):217-218,220.

Gao B. Application of solid aerobic biological reaction technology in the treatment of inventory [J]. Guangdong Chemical Industry, 2018,45(11):217-218,220.

[15] 邱忠平,李明星,劉 洋,等.好氧生物反應(yīng)器填埋場(chǎng)的滲濾液回灌量研究[J]. 西南交通大學(xué)學(xué)報(bào), 2019,54(1):168-172.

Qiu Z P, Li M X, Liu Y, et al. Study on the recharge Amount of leachate in aerobic bioreactor landfill [J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2019,54(1):168-172.

[16] 戴小松,邵靖邦,葉亦盛,等.垃圾填埋場(chǎng)好氧生態(tài)修復(fù)技術(shù)在武漢金口垃圾填埋場(chǎng)治理工程中的應(yīng)用[J]. 施工技術(shù), 2016,45(S2):699- 703.

Dai X S, Shao J B, Ye Y S,et al. Application of aerobic ecological restoration technology of waste landfill in the treatment project of Wuhan Jinkou waste landfill [J]. Construction Technology, 2016, 45(S2):699-703.

[17] 孟 淳.垃圾填埋場(chǎng)好氧降解加速穩(wěn)定化技術(shù)生態(tài)修復(fù)方法[J]. 建材世界, 2013,34(3):145-149.

Meng C. Ecological restoration method of aerobic degradation accelerated stabilization technology in landfill [J]. World of Building Materials, 2013,34(3):145-149.

[18] 陳 娜.填埋場(chǎng)好氧修復(fù)工程運(yùn)行效果分析及試驗(yàn)研究——以金口填埋場(chǎng)為例[D]. 武漢:華中科技大學(xué), 2017.

Chen N. Operational effect analysis and experimental research of landfill aerobic remediation project-taking jinkou landfill as an example [D]. Wuhan: Huazhong University of Science and Technology, 2017.

[19] Heyer K U, Hupe K, Ritzkowski M, et al. Pollutant release and pollutant reduction - Impact of the aeration of landfills [J]. Waste Management, 2005,25(4):353-359.

[20] Hee-Jong K, Hideki Y, Toshihiko M, et al. Air and landfill gas movement through passive gas vents installed in closed landfills [J]. Waste Management, 2009,30(3):465-472.

[21] Brandst?tter C, Prantl R, Fellner J. Performance assessment of landfill in-situ aeration – A case study [J]. Waste Management, 2020,101: 231-240.

[22] 劉 軍,潘天騏.填埋場(chǎng)好氧修復(fù)技術(shù)研究進(jìn)展[J]. 廣東化工, 2019,46(20):85-86,98.

Liu J, Pan T Q. Research progress of aerobic remediation technology for landfills [J]. Guangdong Chemical Industry, 2019,46(20):85- 86,98.

[23] 周宏磊,王 玉,王 澎,等.輸氧抽氣技術(shù)在垃圾填埋場(chǎng)治理中的關(guān)鍵參數(shù)試驗(yàn)研究[J]. 環(huán)境工程, 2015,33(5):126-130.

Zhou H L, Wang Y, Wang P, et al. Experimental study on key parameters of oxygen pumping technology in landfill treatment [J]. Environmental Engineering, 2015,33(5):126-130.

[24] Read A D, Hudgins M, Harper S, et al. Successful demonstration of aerobic landfilling: the potential for a more sustainable solid waste management approach? [J]. Resources Conservation & Recycling, 2001,32(2):115-146.

[25] Heyer K, Hupe K, Stegmann R. Long term landfill aeration by means of a wind driven air venting and aeration system [R]. Hamburg University of Technology, Institute of Environmental Technology & Energy Economics, 2005:879-880.

[26] Ko J H, Powell J, Jain P, et al. Case study of controlled air addition into landfilled municipal solid waste: Design, operation, and control [J]. Journal of Hazardous Toxic & Radioactive Waste, 2013,17(4): 351-359.

[27] 朱遠(yuǎn)超.輸氧抽氣技術(shù)在非正規(guī)垃圾填埋場(chǎng)治理中的應(yīng)用[J]. 環(huán)境衛(wèi)生工程, 2017,25(4):110-112.

Zhu Y C. Application of oxygen pumping technology in the treatment of informal landfills [J]. Environmental Sanitation Engineering, 2017, 25(4):110-112.

[28] 馬先芮.原位好氧穩(wěn)定化技術(shù)治理垃圾填埋場(chǎng)施工要點(diǎn)分析[J]. 綠色科技, 2019,(18):141-145.

Ma X R. Analysis of key points in the construction of in-situ aerobic stabilization technology for waste landfill treatment [J]. Green Science & Technology, 2019,(18):141-145.

[29] Oencue G, Reiser M, Kranert M. Aerobic in situ stabilization of Landfill Konstanz Dorfweiher: Leachate quality after 1year of operation [J]. Waste Management, 2012,32(12):2374-2384.

[30] 高 武,詹良通,蘭吉武,等.高滲濾液水位填埋場(chǎng)的填埋氣高效收集探究 [J]. 中國(guó)環(huán)境科學(xué), 2017,37(4):1434-1441.

Gao W, Zhan L T, Lan J W, et al. Research on high-efficiency collection of landfill gas in landfills with high leachate level [J]. China Environmental Science, 2017,37(4):1434-1441.

[31] 陳云敏,蘭吉武,李育超,等.垃圾填埋場(chǎng)滲瀝液水位壅高及工程控制[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào), 2014,33(1):154-163.

Chen Y M, Lan J W, Li Y C, et al. High level of leachate in landfill and engineering control [J]. Chinese Journal of Rock Mechanics & Engineering, 2014,33(1):154-163.

[32] Raga R, Ritzkowski M, Marco H, et al. Landfill aeration for emission control before and during landfill mining [J]. Waste Management, 2015,46:420-429.

[33] 呂秀芬.原位微生物穩(wěn)定化技術(shù)治理非正規(guī)垃圾場(chǎng)的通風(fēng)系統(tǒng)關(guān)鍵點(diǎn)設(shè)計(jì)[J]. 綠色科技, 2018,(14):160-163,166.

Lv X F. Design of the key points of the ventilation system of the in-situ microbial stabilization technology for the treatment of informal garbage dumps [J]. Green Science and Technology, 2018,(14):160- 163,166.

[34] 何海杰,蘭吉武,高 武,等.壓縮空氣排水井在填埋場(chǎng)滑移控制中的應(yīng)用及分析[J]. 巖土力學(xué), 2019,40(1):343-350.

He H J, Lan J W, Gao W,et al. Application and analysis of compressed air drainage wells in landfill slip control [J]. Rock & Soil Mechanics, 2019,40(1):343-350.

[35] Jain P, Ko J H, Kumar D, et al. Case study of landfill leachate recirculation using small-diameter vertical wells [J]. Waste Management, 2014,34(11):2312-2320.

[36] Reinhart D R. Aerobic vs anaerobic bioreactor landfill case study – The new river regional landfill [J]. Waste Management, 2016,21(11): 105-109.

[37] 唐 嶸.封場(chǎng)非正規(guī)垃圾填埋場(chǎng)好氧降解快速穩(wěn)定技術(shù)及應(yīng)用研究[D]. 北京:中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京), 2012.

Tang R. The rapid and stable technology and application of aerobic degradation of closed informal landfills [D]. Beijing: China University of Geosciences (Beijing), 2012.

[38] Campanaro S, Raga R, Squartini A. Intermittent aeration of landfill simulation bioreactors: Effects on emissions and microbial community [J]. Waste Management, 2020,117:146-156.

[39] Liu L, Ma J, Xue Q, et al. The in situ aeration in an old landfill in China: Multi-wells optimization method and application [J]. Waste Management, 2018,76(6):614-620.

[40] 王志高,謝金亮,郝建青,等.隔水帷幕技術(shù)在非正規(guī)垃圾填埋場(chǎng)治理中的工程應(yīng)用[J]. 有色冶金節(jié)能, 2019,35(2):40-44.

Wang Z G, Xie J L, Hao J Q, et al. Engineering application of water-proof curtain technology in the treatment of informal waste landfills [J]. Energy Conservation of Nonferrous Metallurgy, 2019, 35(2):40-44.

[41] 龍智勇,周 洋,王 妙,等.非正規(guī)垃圾填埋場(chǎng)治理修復(fù)工程分析[J]. 節(jié)能與環(huán)保, 2020,(6):100-101.

Long Z Y, Zhou Y, Wang M, et al. Analysis of Treatment and restoration projects of informal waste landfills [J]. Energy Conservation and Environmental Protection, 2020,(6):100-101.

[42] 蔣良偉,劉元元,吳正松,等.垃圾填埋場(chǎng)地利用中的氣體阻隔和承載力強(qiáng)化[J]. 中國(guó)給水排水, 2014,30(11):127-130.

Jiang L W, Liu Y Y, Wu Z S, et al. Gas barrier and bearing capacity enhancement in landfill site utilization [J]. China Water & Wastewater, 2014,30(11):127-130.

[43] Lee J, Lee C, Lee K. Evaluation of air injection and extraction tests in a landfill site in Korea: implications for landfill management [J]. Environmental Geology, 2002,42(8):945-954.

[44] Stone R, Gupta R K. Aerobic and anaerobic landfill stabilization process [J]. Journal of the Sanitary Engineering Division, 1970,96(6): 1339-1414.

[45] Liu L, Xue Q, Zeng G, et al. Field‐scale monitoring test of aeration for enhancing biodegradation in an old landfill in China [J]. Environmental Progress & Sustainable Energy, 2016,35(2):380-385.

[46] Abichou T, Barlaz M A, Green R, et al. The Outer Loop bioreactor: A case study of settlement monitoring and solids decomposition [J]. Waste Management, 2013,33(10):2035-2047.

[47] 邵靖邦,唐 嶸,闞 霏,等.好氧降解加速垃圾填埋場(chǎng)穩(wěn)定化技術(shù)[C]//中國(guó)水土保持學(xué)會(huì)工程綠化專業(yè)委員會(huì),礦化垃圾資源化利用與填埋場(chǎng)綠化技術(shù)研討會(huì)論文集.中國(guó)水土保持學(xué)會(huì), 2011:47-48.

Shao J B, Tang R, Kan F, et al. Aerobic degradation accelerates landfill stabilization technology [C]// Beijing, 2011. Engineering Greening Committee of Chinese Society of Soil and Water Conservation, Proceedings of Seminar on Mineralized Waste Resource Utilization and Landfill Greening Technology. Chinese Society of Soil and Water Conservation, 2011:47-48.

[48] Townsend T, Kadambala R, Ko J H, et al. New river regional landfill bioreactor [J]. MSW Management, 2010,20(5):54-57.

[49] Kadambala R, Powell J, Singh K, et al. Evaluation of a buried vertical well leachate recirculation system for municipal solid waste landfills [J]. Waste Management & Research, 2016,34(12):1300-1306.

[50] 姚 遠(yuǎn),劉婷婷.武漢市金口、北洋橋垃圾填埋場(chǎng)場(chǎng)生態(tài)修復(fù)項(xiàng)目比較研究 [J]. 華東科技:綜合, 2018,(7):386-386.

Yao Y, Liu T T. Comparative study on ecological restoration projects of wuhan jinkou and beiyangqiao waste landfill sites [J]. East China Science & Technology: General, 2018,(7):386-386.

[51] 朱帆濟(jì),舒武堂,劉佑祥,等.武漢市金口垃圾填埋場(chǎng)對(duì)周邊環(huán)境的影響分析[J]. 土工基礎(chǔ), 2018,32(1):27-30.

Zhu F J, Shu W T, Liu Y X, et al. Analysis of the impact of Wuhan jinkou landfill on the surrounding environment [J]. Geotechnical Foundation, 2018,32(1):27-30.

[52] Ahmadifar M, Sartaj M, Abdallah M. Investigating the performance of aerobic, semi-aerobic, and anaerobic bioreactor landfills for MSW management in developing countries [J]. Journal of Material Cycles and Waste Management, 2016,18(4):703-714.

[53] Ritzkowski M, Walker B, Kuchta K, et al. Aeration of the teuftal landfill: Field scale concept and lab scale simulation [J]. Waste Management, 2016,55(9):99-107.

[54] Hrad M, Huber-Humer M. Performance and completion assessment of an in-situ aerated municipal solid waste landfill - Final scientific documentation of an Austrian case study [J]. Waste Management, 2017,63(5):397-409.

[55] Raga R, Cossu R. Landfill aeration in the framework of a reclamation project in Northern Italy [J]. Waste management, 2014,34(3):683-691.

[56] GB/T 23857-2009 生活垃圾填埋場(chǎng)降解治理的監(jiān)測(cè)與檢測(cè) [S].

GB/T 23857-2009 Monitoring and testing of degradation treatment of domestic waste landfill [S].

[57] 徐 亞,劉玉強(qiáng),胡立堂,等.填埋場(chǎng)井筒效應(yīng)及其對(duì)污染監(jiān)測(cè)井監(jiān)測(cè)效果的影響 [J]. 中國(guó)環(huán)境科學(xué), 2018,38(8):3113-3120.

Xu Y, Liu Y Q, Hu L T, et al. Landfill wellbore effect and its impact on the monitoring effect of pollution monitoring wells [J]. China Environmental Science, 2018,38(8):3113-3120.

[58] Clement R, Oxarango L, Descloitres M. Contribution of 3-D time-lapse ERT to the study of leachate recirculation in a landfill [J]. Waste Management, 2011,31(3):457-467.

[59] Binder M, Bramryd T. Environmental impacts of landfill bioreactorcells in comparison to former landfill techniques [J]. Water Air & Soil Pollution, 2001,129(1):289-303.

[60] 彭緒亞,余 毅.填埋垃圾體氣體滲透特性的實(shí)驗(yàn)研究[J]. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2003,23(4):530-534.

Peng X Y, Yu Y. Experimental study on the gas permeability characteristics of landfill garbage [J]. Acta Scientiae Circumstantiae, 2003,23(4):530-534.

[61] Feng S J, Zheng Q T, Xie H J. A gas flow model for layered landfills with vertical extraction wells [J]. Waste Manag, 2017,66(8):103-113.

[62] GB-T 25179-2010 生活垃圾填埋場(chǎng)穩(wěn)定化場(chǎng)地利用技術(shù)要求[S].

GB-T 25179-2010 Technical requirements for stabilization site utilization of domestic waste landfill [S].

[63] 朱遠(yuǎn)超.準(zhǔn)好氧填埋技術(shù)在非正規(guī)垃圾填埋場(chǎng)治理中的應(yīng)用[J]. 環(huán)境衛(wèi)生工程, 2014,22(6):48-50.

Zhu Y C. Application of semi-aerobic landfill technology in the treatment of informal landfill sites [J]. Environmental Sanitation Engineering, 2014,22(6):48-50.

[64] Chen Y M, Zhan L T, Li Y C. Development of leachate mounds and control of leachate-related failures at MSW landfills in Humid Regions [C]// Proceedings of the 6th International Congress on Environmental Geotechnics. New Delhi, India: Tata McGraw Hill Education Private Limited, 2010:76–98.

Application status and research progress of in-situ landfill aeration.

LI Lei*, PENG Yao, TAN Han-yue, YANG Ping-jin, RU Ling-yu, WANG Xiao-ming, PENG Xu-ya

(Key Laboratory of Three Gorges Reservoir Region’s Eco-Environment, Ministry of Education, Chongqing University, Chongqing 400045, China)., 2021,41(6)：2725～2736

This paper reviewed the technical principles, system components, the design and optimization of key units, as well as the completion criteria of in-situ landfill aeration. Future development and challenges were prospected in combination with the characteristics of landfill sites and wastes in China. At present, uniform air and water distribution was the major difficulty faced in the implementation of in-situ aeration projects. Oxygen utilization rate could be improved with engineering measures such as the proper leachate collection and distribution to maintain an optimal waste humidity, the optimization of the aeration and extraction pipeline layouts, and the implementation of layer by layer remediation accompanied by high pressure aeration. In addition, the barrier effect and macropore outflow effect during the liquid recirculation could be improved by using stratified or pressurized recirculation, and controlling the recirculation rate, so that an uniform distribution of moisture in landfills may be provided. After aerobic stabilization, the risk assessment system and the final disposal of decomposed wastes and bottom soils were not clearly demonstrated yet, therefore, it was necessary to strengthen the relevant basic research to guide engineering application in future.

landfill remediation；in situ aeration；completion criteria；risk assessment

X705

A

1000-6923(2021)06-2725-12

2020-10-23

重慶市市城管科字(2019)第14號(hào);中央高?；鸹究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)項(xiàng)目(2019CDCGHS307)

* 責(zé)任作者, 副教授, lileich17@cqu.edu.cn

李 蕾(1989-),女,江西宜春人,副教授,博士,主要從事固體廢物污染控制與資源化研究.發(fā)表論文30余篇.