日本垃圾填埋場的全生命周期管理

鞠阿蓮，趙立杰

（1.北京市城市管理研究院，北京 100028；2.生活垃圾檢測分析與評價北京市重點實驗室，北京 100028）

填埋場從選址規(guī)劃到建設(shè)施工，再從開始填埋到封場，再從封場后的管理到廢止進行土地再利用，如同人的一生一樣，填埋場也有一個全生命周期[1]。全生命周期的每個階段都離不開精細化的規(guī)劃與管理，這對于實現(xiàn)填埋垃圾的穩(wěn)定化、減少對環(huán)境的影響、進行土地再利用都具有積極的意義。

1 日本生活垃圾的填埋情況

日本生活垃圾處理方式主要有循環(huán)再利用、中間處理（即在填埋之前，通過壓實、破碎等物理手段或通過焚燒、熱解等化學手段對垃圾進行處理）和填埋3 種。其中焚燒是日本最主要的生活垃圾處理方式，焚燒處理量約占垃圾總產(chǎn)生量的80%[2]，直接填埋的垃圾所占比例較低，直接填埋量基本維持在1%左右。由于垃圾焚燒技術(shù)在日本大規(guī)模使用，垃圾經(jīng)焚燒等中間處理后實現(xiàn)減量化，最終填埋量大大縮減，所以日本的垃圾填埋場，基本都作為垃圾處理的最后一步，用于殘渣等的最終處置。

根據(jù)日本環(huán)境省的統(tǒng)計，2019年，日本共有垃圾填埋場1 620 處[3]，同比減少19 處。其中，山間填埋場1 165 處，平地填埋場420 處，海面填埋場25 處，水面填埋場10 處。目前的剩余庫容為9 951 萬m3，剩余填埋年限為21.4年。在日本一系列減量化措施的推動下，日本的垃圾填埋量不斷下降，填埋場的剩余填埋年限也逐漸增加，詳見圖1。

圖1 2010—2019年日本生活垃圾填埋量變化圖

2 日本垃圾填埋場的分類

按照填埋物的性質(zhì)以及填埋物對環(huán)境的不同影響，日本的垃圾填埋場可分為三類，第一類是穩(wěn)定型填埋場，主要用來填埋廢塑料類、廢橡膠、廢金屬、廢建材、廢玻璃及廢陶瓷器等性質(zhì)相對比較穩(wěn)定的產(chǎn)業(yè)垃圾；第二類是封閉型填埋場，主要用來填埋燃渣、煤塵、污泥、礦渣等含有超標重金屬、有害化學物質(zhì)等成分的產(chǎn)業(yè)垃圾；第三類是管理型填埋場，不能在穩(wěn)定型填埋場和封閉型填埋場填埋的其他產(chǎn)業(yè)垃圾及生活垃圾均在管理型填埋場進行填埋。穩(wěn)定型填埋場、封閉性填埋場和管理型填埋場的構(gòu)造及管理方式有所不同，文中著重研究管理型填埋場。圖2 為管理型填埋場的構(gòu)造示意圖。

圖2 管理型填埋場示意圖

3 日本垃圾填埋場的構(gòu)造和填埋方式

3.1 填埋場的構(gòu)造

日本福岡大學的名譽教授花島正孝將填埋場按其內(nèi)部的生物環(huán)境，即內(nèi)部的含水率和氧氣濃度不同，分別劃分為厭氧填埋、厭氧衛(wèi)生填埋、改良型厭氧衛(wèi)生填埋、準好氧填埋和好氧填埋5 種，每種填埋方式相對應(yīng)的特點及其滲濾液水質(zhì)特點、填埋構(gòu)造概念圖詳見表1、表2。

表1 按照微生物環(huán)境對填埋方式的分類及其特點

表2 不同填埋方式下滲濾液水質(zhì)一覽表

準好氧填埋技術(shù)又稱“福岡方式”，是日本福岡大學針對厭氧填埋投資高和好氧填埋運行成本高的缺點，為優(yōu)化垃圾填埋效率而開始研究的新型衛(wèi)生填埋技術(shù)。福岡大學和福岡市在20 世紀70年代的一項聯(lián)合研究產(chǎn)生了準好氧垃圾填埋場結(jié)構(gòu)，與厭氧填埋場相比，準好氧填埋技術(shù)在填埋場建成后能迅速穩(wěn)定填埋場。使其能快速功能轉(zhuǎn)化，用于公園和運動開放空間。日本福岡模式的可持續(xù)填埋的結(jié)構(gòu)設(shè)計，將垃圾填埋場分為若干單元，通過可持續(xù)的循環(huán)設(shè)計，每個單元可以被填充、有氧處理、挖掘和再利用，高效利用土地空間。這種技術(shù)不僅消除了昂貴的監(jiān)測運營成本，而且還允許根據(jù)需要對設(shè)施檢查和維修，以確保設(shè)施的系統(tǒng)性和安全性，為福岡市政府節(jié)省數(shù)千萬到數(shù)億美元。目前，該技術(shù)現(xiàn)已成為日本國內(nèi)垃圾填埋場設(shè)計的標準模式，并成功應(yīng)用在多個國家填埋場的設(shè)計中。由此可見，日本的垃圾填埋注重在垃圾填埋的開始節(jié)點，將填埋目標前置，并為未來的在開發(fā)空間預(yù)留結(jié)構(gòu)，是一種全過程的垃圾填埋結(jié)構(gòu)設(shè)計與資源利用的典范。

3.2 垃圾填埋方式

以東京都為例，23 區(qū)產(chǎn)生的垃圾在中央防波堤外側(cè)填埋場和新海面填埋場進行處理，其中新海面填埋場主要填埋生活垃圾，目前在A～E 的5 個區(qū)域進行填埋，總面積為319 hm2[4]。

經(jīng)過中間處理后的垃圾被集裝箱或翻斗汽車搬運到填埋地點后，會根據(jù)垃圾的種類填埋在規(guī)定的區(qū)域。填埋地由推土機壓平，并進行整形和轉(zhuǎn)壓，工作效率高又十分安全。等垃圾達到一定的厚度或修建道路等時將覆蓋泥土。覆土分為3 種：每日作業(yè)結(jié)束后進行“當日覆土”，填埋達到一定深度或一定層數(shù)時進行“中期覆土”，填埋處理全部結(jié)束后進行“最終覆土”。而且，為了防止垃圾分散和惡臭的發(fā)生，采用模塊施工法（圖3），用土覆蓋1 d 的垃圾，覆土采用三明治施工法，即約3 m 的垃圾上覆蓋約50 cm 的泥土，以此方法重復(fù)操作，三明治施工法可以防止垃圾分散,防止臭氣擴散,防止害蟲，以及隔絕空氣防止火災(zāi)等的發(fā)生。

圖3 模塊施工法示意圖

4 日本垃圾填埋場的日常維護管理

根據(jù)《垃圾最終填埋場指南解說》的說明，填埋場的作用是“以不對生活環(huán)境產(chǎn)生影響的方式妥善儲存垃圾，并利用自然代謝功能實現(xiàn)垃圾的穩(wěn)定化和無害化”。由此可見，最重要的是填埋物不對環(huán)境產(chǎn)生不利影響，而要確認是否對環(huán)境產(chǎn)生影響，日常維護管理必不可少。

日本《生活垃圾填埋場及產(chǎn)業(yè)垃圾填埋場相關(guān)技術(shù)基準的法令》對填埋場的日常管理基準等進行了規(guī)定，具體的維護管理基準見表3。填埋場的日常維護管理對于填埋場的安全至關(guān)重要，良好的管理可以減少火災(zāi)等各類災(zāi)害發(fā)生的幾率。

表3 管理型垃圾填埋場維護管理基準一覽表

5 垃圾填埋場的擴容

日本的土地資源非常緊張，因此建設(shè)新的填埋場存在極大的困難。為了最大限度地提高現(xiàn)有填埋場的利用效率，對填埋場進行擴容或改建，可以有效擴充現(xiàn)有填埋場的填埋庫容，延長填埋場的使用年限。

填埋場擴容的方法主要有兩種，一種是挖掘分選法，即將填埋的垃圾挖掘出來后進行篩選再利用；第二種是壓縮擴容法，即將已填埋的垃圾進行壓實處理。

具體來看，既有填埋場的擴容技術(shù)主要有挖掘分選法和無排土孔壁壓實法（TLT 法）。

5.1 挖掘分選法

重新挖出填埋場內(nèi)填埋的垃圾，經(jīng)過分類與篩選后進行再利用或焚燒。因為填埋垃圾中含有很多可回收再利用的物品，挑出這些物品之后，填埋總量就會降低。

同時，所選文章專業(yè)性強、可應(yīng)用度高。對于理工科德語學習者來說，其本身已具有了相應(yīng)專業(yè)的知識基礎(chǔ)，那么如何將這些知識轉(zhuǎn)化為德語并將其應(yīng)用到實際場景中便是一個很實際性的問題。比如在能源主題中所選的文章，這些文章來源于處在該領(lǐng)域的公司網(wǎng)站，其對于該領(lǐng)域的專業(yè)知識介紹專業(yè)性和應(yīng)用性都相對較強，有助于同學們的實際運用。

挖掘分選法的一般流程見圖4。用反鏟挖掘機等設(shè)備挖出來的垃圾，首先進行粗選分類，把里面的大件垃圾、危險物分選出去。其次進行機械分選，使用滾筒篩、 振動篩等機械設(shè)備按粒徑大小分級分類。然后進行人工分選及磁選，即人工分選出巖石和混凝土塊，使用磁選設(shè)備分選出金屬類。然后進行破碎，巖石和混凝土塊經(jīng)破碎后調(diào)整粒度，從而實現(xiàn)有效利用；其他垃圾可以根據(jù)需要進行破碎，實現(xiàn)填埋場的減容。最后，可燃物等進行壓縮捆包，安全送到焚燒廠進行焚燒處理。

圖4 挖掘分選流程示意圖

5.2 無排土孔壁壓實法（Trash Lift less Tighten，TLT 法）

TLT 法運用“無排土孔壁施工法”原理進行鉆孔，不用排出砂土，壓實已填埋的垃圾實現(xiàn)填埋空間的擴容。傳統(tǒng)的做法是用推土機等設(shè)備垂直壓實后填埋垃圾，但即使進行了充分碾壓，填埋區(qū)域內(nèi)部也會留有40%的空隙。采用TLT 法，在原來壓實的填埋區(qū)域內(nèi)使用帶有壓縮翼的特殊螺旋槳水平壓實，就能在這40%的空隙里再填埋垃圾，減小填埋物的體積，補充填埋場的容量。而且，這種方法不需要把已填埋的垃圾挖到地面上，就能實現(xiàn)填埋場的擴容。

該方法的施工順序為：首先，TLT 設(shè)備一邊從水平方向上壓實已填埋的垃圾，一邊鉆孔。其次，鉆孔結(jié)束后，用反鏟挖掘機將每個獨立孔周圍的垃圾移入孔中。最后，特殊螺旋槳反轉(zhuǎn)，將移入孔中的垃圾壓實（圖5）。

圖5 TLT 施工法流程示意圖

5.3 環(huán)境安全對策

挖掘填埋場的垃圾時，會產(chǎn)生臭氣或有害氣體等，因此需要采取措施保證環(huán)境安全，以下是一些常見的措施。

5.3.1 防塵措施

灑水是一種簡單的防塵措施，但存在滲濾液增多的問題，因此需要“定期檢查水質(zhì)”和“加強污水處理設(shè)施”?？稍谝苿邮綆づ裰凶鳂I(yè)或用苫布等覆蓋整個垃圾層，以防止灰塵飛散和雨水進入，同時還能防止噪音。

5.3.2 氣體對策

5.3.3 臭氣對策

可定期噴灑除臭劑，及時覆土或噴涂發(fā)泡劑，或用布覆蓋垃圾層以防止散發(fā)異味。

5.3.4 排水

挖掘無滲濾液處理設(shè)施的填埋場時，可在填埋場四周設(shè)置防水墻，防止漏水，同時設(shè)置收集排水設(shè)施和滲濾液處理設(shè)施，對滲濾液進行凈化處理，符合標準后再排放。

6 垃圾填埋場的封場和廢止

填埋場填滿垃圾后，就需要進行封場。封場后填埋場的填埋功能就此結(jié)束。封場管理是垃圾填埋場管理的重要組成部分[5]。按照《生活垃圾填埋場及產(chǎn)業(yè)垃圾填埋場相關(guān)技術(shù)基準的法令》的相關(guān)規(guī)定，封場時需要使用砂土封閉敞口處，砂土厚度要在50 cm 以上。對于有防滲要求的填埋場，需采用與防滲層同等功能的覆蓋物蓋住敞口處，還要注意保護覆蓋物不出現(xiàn)破損。同時填埋物的種類、 數(shù)量及維護管理過程中的檢查等要專門記錄在案，并保存到填埋場廢止。

由于垃圾的特性，填埋場在封場后多年才能穩(wěn)定，潛在的環(huán)境問題可能長期才顯現(xiàn)[6]。因此從填埋場封場到廢止，可能要持續(xù)十幾甚至幾十年的時間，這期間要持續(xù)對填埋場進行維護管理。由于封場后填埋場不再有收入來源，為確保維護管理的費用，日本實行“填埋場維護管理公積金”制度，即要求填埋場的管理方在填埋期間每年都要將一定金額的費用存到環(huán)境再生保護機構(gòu)，等填埋場封場后再從該機構(gòu)支取每年所需的費用。該制度既能確保封場后對填埋場的長期維護管理，也不會給管理方帶來大的負擔。

封場后的維護管理主要包括滲瀝液收集與處理、填埋氣收集與處理、防滲與地下水以及最終覆蓋層4 個系統(tǒng)的維護管理[7]。經(jīng)過封場后的維護管理，滲濾液和填埋氣體實現(xiàn)長期穩(wěn)定，達到法規(guī)規(guī)定的廢止基準后，即可向所在地的市長提出廢止申請，批準通過后即可廢止。廢止后的填埋場地便無需進行維護管理，也不再受《垃圾管理法》的約束，可以正式開始進行土地再利用。

7 垃圾填埋場土地再利用

填埋場廢止后，就會出現(xiàn)一塊空閑的土地。填埋場土地再利用時，要根據(jù)填埋場地基的特點（防滲層等）來制定再利用計劃，以免對人體健康及周邊環(huán)境造成不良影響。

填埋場土地再利用的方法主要有表層利用、中層利用和深層利用[1]，一項針對已封場填埋場和已廢止填埋場的再生利用情況的調(diào)查顯示，土地再利用占比最多的是運動設(shè)施，例如網(wǎng)球場、足球場、高爾夫球場等，其次是太陽能發(fā)電站、多功能廣場、公園等[8]?！斑\動設(shè)施”、“多功能廣場”、“公園” 等再生利用方法是最常見的方式。近幾年來，太陽能發(fā)電站因其盈利性也呈現(xiàn)出增長的趨勢，成為填埋場土地再利用的重要方式。未進行再利用的理由中，占比最多的是“地理位置比較特殊（例如在山谷的填埋場）導(dǎo)致無法再生利用”，其次是“不具經(jīng)濟性或資金不足”。由此可見，填埋場土地的再利用會受到各種條件的限制，需要因地制宜選擇再利用方式。

8 結(jié)束語

垃圾填埋場作為處理垃圾的重要手段之一，其整個生命周期都離不開精細化的管理。日本的相關(guān)法律法規(guī)對填埋前、填埋中、填埋后的相關(guān)標準都做了細致明確的規(guī)定，技術(shù)規(guī)范健全，可操作性很強。尤其是封場后的管理，人員與資金配置到位，為后期的土地再利用奠定了良好的基礎(chǔ)，形成了良性循環(huán)的管理模式。學習借鑒日本的管理經(jīng)驗，對于提高我國垃圾填埋場的管理水平具有積極意義。