國外生活垃圾填埋場開采技術與管理

榮榮 張斌 鞠阿蓮 嚴陳玲

生活垃圾填埋場（以下簡稱“填埋場”）開采是指從填埋場挖掘已處置過的垃圾，以回收金屬、玻璃、塑料、其他可燃物、土壤，或拓展填埋場容積，或?qū)崿F(xiàn)填埋場土地再生利用的過程。1953年，以色列成為世界上最早實施填埋場開采的國家，它將挖掘出的垃圾用于果園施肥。20世紀90年代以來，各國對填埋場開采的關注度不斷增加。

一、引言

1986年，美國首次對科利爾縣那不勒斯填埋場實施開采。主要原因有以下幾點：一是解決地下水污染問題;二是為未來的填埋活動創(chuàng)造新的容量;三是通過減少填埋區(qū)的占地面積來降低封場成本;四是回收可循環(huán)利用的物料（尤其是金屬），為開采工程提供額外的收入來源;五是將開采的垃圾作為焚燒發(fā)電廠的原料用于發(fā)電。截至2009年，美國已經(jīng)開采垃圾填埋場項目32個。

2003年，日本制定了《循環(huán)型社會推進基本規(guī)劃》，確定了未來填埋場的基本方針，即建設廣域垃圾填埋場，通過對填埋垃圾進行資源化再利用、實現(xiàn)減量化，延長現(xiàn)有填埋場的使用壽命。由于日本鼓勵源頭減量和循環(huán)利用，其直接填埋的原生垃圾比例很小，再循環(huán)利用率較高，剩余垃圾焚燒后大大縮減了最終填埋量，所以，日本填埋場開采主要用于現(xiàn)有填埋場擴容，延長填埋場的填埋時間。為規(guī)范改變填埋場土地形態(tài)的開采行為，2005年，日本又制定了《垃圾填埋場土地形態(tài)改變實施指南》，對前期調(diào)查、開采、環(huán)境監(jiān)測及環(huán)保措施都進行了具體的規(guī)定，讓開采行為有規(guī)范可依。

隨著環(huán)境問題的增加，填埋場申請場址十分困難，以及庫容的逐年縮小，近幾年，英國已經(jīng)開始重視垃圾填埋場的開采問題，并在2014年加入了該年成立的“歐洲增強型土地采礦聯(lián)盟”。該組織先提出了填埋場開采后土地利用需要及技術實現(xiàn)，后又提出了強化垃圾開采概念，即用創(chuàng)新的轉(zhuǎn)化技術，并遵守最嚴格的社會和生態(tài)標準，對填埋垃圾進行安全調(diào)節(jié)、挖掘和綜合估價。這一理念的重點在于，最大限度地回收垃圾，希望能形成資源再利用的閉環(huán)，并最大限度地使用恢復后的土地。

二、開采的工藝

依據(jù)Jones等人2013年提出的強化填埋開采理念，垃圾填埋場可被視為垃圾的臨時儲存地，其側(cè)重于最大限度地將垃圾填埋場和垃圾轉(zhuǎn)化為可利用的二次材料（WtM）、能源（WtE）和可再利用的土地（WtL）。20世紀50年代至90年代中期，運行的填埋場被確定為最適合開采的填埋場，因為這些填埋場的垃圾都為原生垃圾，所含有的金屬和可燃材料較多。在對儲存的垃圾進行篩選和分離后，金屬和建筑垃圾可以再利用，類土材料可以作為有機肥料施用到綠地和花園，高熱值的材料可以通過垃圾轉(zhuǎn)化能源技術（如焚燒、氣化、熱解、等離子體技術、組合）進行處理，以實現(xiàn)能量價值化和材料回收。具體開采流程如圖1。

美國填埋場開采通常包括三項基本作業(yè)：挖掘垃圾、處理挖掘出的垃圾，以及管理挖掘出的或處理過的垃圾。

對挖掘出的垃圾進行處理，以達到幾個目標，包括：分離出大件垃圾，對有害垃圾和其他未確定的垃圾進行區(qū)分，從垃圾中篩選土壤，并將垃圾分類以供回收或用作焚燒原料。圖2為美國填埋場開采工藝流程圖。

日本垃圾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。主要使用無排土孔壁壓實法（TLT法）。

東京都西秋川環(huán)衛(wèi)中心為了實現(xiàn)填埋場的擴容，延長填埋場的使用壽命，對已填埋垃圾進行挖掘分選。先通過人工分選出大塊異物（金屬、磚瓦等），再使用粒徑50毫米的振動篩分選出灰土類，剩余的塑料類、可燃物連同灰土類一起運送到焚燒廠處理。產(chǎn)生的細小灰分會隨同排出的氣體進入熔融爐，生成熔渣。大塊的灰分沉入爐底，進行分級后回收其中的鐵分、鋁分，剩余的不可燃物經(jīng)粉碎機粉碎后送到熔融爐，也生成熔渣。最終，鐵分、鋁分、熔渣將作為有價物品被循環(huán)再利用。

三、開采的實施

（一）開采垃圾篩分

美國最常用的兩種機械篩選設備是滾筒篩和振動篩。1991年，美國學者墨菲和斯特塞爾評估了美國科利爾縣那不勒斯填埋場開采項目中不同篩選設備的性能后認為，滾筒篩操作問題較少，性能更好。在1992年紐約愛丁堡鎮(zhèn)填埋場開采項目中，對兩種振動篩和一種滾筒篩的性能進行了評價，結論認為，滾筒篩比振動篩更高效。通常，振動篩比滾筒篩有更多的殘留物。

回收土壤的最終用途不同，所采用的篩孔尺寸也不同。如果將回收的土壤用作填埋區(qū)的日常覆蓋物，則可使用較大尺寸的篩網(wǎng)。如果需要質(zhì)量更好的土壤（如用于場外施用），則應使用較小尺寸的篩網(wǎng)。能夠通過1英寸篩孔的物質(zhì)主要是土壤、玻璃碎片和可分解的有機物，能夠通過3英寸篩孔的物質(zhì)主要是土壤、紙片和薄膜塑料。美國那不勒斯填埋場開采項目使用了3英寸的篩孔，回收的土壤用作每日的現(xiàn)場覆蓋物。愛丁堡鎮(zhèn)填埋場開采項目則使用了1英寸的篩孔，回收的土壤主要用于場外施用?？寺寰S斯市填埋場開采項目使用了2英寸的篩孔，埃斯坎比亞縣佩爾迪多填埋場則同時使用了1英寸和3英寸的篩孔。

日本挖掘分選法用反鏟挖掘機等設備挖出來的垃圾，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，使用磁選設備分選出金屬類。再進行破碎，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，對可燃物等進行壓縮捆包，安全送到焚燒廠進行焚燒處理。

德國使用挖掘機對3米厚的覆土層的固體垃圾進行開采。一般固體垃圾通過孔徑為60毫米的滾筒篩。大件垃圾在放置于滾筒篩上之前被粉碎。在滾筒篩之后，形成了粒度在0到60毫米之間的部分。用滾筒篩進一步篩分，產(chǎn)生了粒度在0到20毫米之間的細顆粒垃圾和粒度在20到60毫米之間的部分。小于20毫米的細顆粒垃圾回填到填埋場，用作覆蓋材料。20到60毫米的部分回填到填埋場，用作填埋場的排水層。德國挖掘垃圾篩分工藝見圖3。

在英國伯克希爾雷丁案例中，開采填埋場時使用了可360°旋轉(zhuǎn)的挖掘機選擇性挖掘垃圾。其原理是，首先根據(jù)目視去除較大尺寸的垃圾，然后將垃圾送入三路振動篩分機，根據(jù)尺寸分離垃圾。篩分機輸出細粒物料垃圾（通過40毫米孔徑篩板的物料垃圾）、中等物料垃圾（未通過40毫米孔徑篩板的物料垃圾，但通過100毫米間隔的物料垃圾）和大物料垃圾（未通過100毫米篩板的物料垃圾）。對大型材料進行高速吹氣以去除輕質(zhì)塑料，并通過人工挑選去除視覺上不合適的垃圾（木材、紡織品、紙/卡片等）。

（二）開采垃圾的組分

通常，美國填埋場垃圾的組成為：50%～60%重量的土壤、已降解的有機垃圾，20%～30%重量的可燃物（如塑料、紙和木材），10%重量的無機材料（如混凝土、石頭和玻璃）和少量重量的金屬（主要是黑色金屬）。將填埋場垃圾進行篩選后，根據(jù)組分、處理程度和用途的不同，對大尺寸垃圾（土壤除外）進行不同形式的管理。通常，除金屬可以進行回收再利用外，其他開采出的垃圾，如塑料，將被用作焚燒發(fā)電廠的原料，剩余的無法再利用的大尺寸垃圾再作衛(wèi)生填埋處理。

美國的幾項研究報告對從填埋場開采出的垃圾的組分進行了分析，報告數(shù)據(jù)顯示，土壤和已降解的有機垃圾約占開采垃圾的50%～87%重量。開采出的土壤主要以兩種方式進行再利用，一是在填埋場內(nèi)用作每日和中間覆蓋物，二是在填埋場外用作建筑填料。其他末端用途將取決于現(xiàn)有需求、土壤質(zhì)量和再利用的監(jiān)管框架。

德國從填埋場中挖出的陳舊固體垃圾中，60%～70%的重量部分一般都是由小于40毫米的細顆粒垃圾組成的。在東德之前的填埋場中，由于飛灰成分高，所以小于40毫米的細顆粒垃圾比例通常更高。粗顆粒垃圾中，輕型和重型部分約各占一半。輕型部分主要是塑料薄膜、塑料復合材料、紡織品等，重型部分則是建筑垃圾、金屬、木材等。填埋場中很少出現(xiàn)有害物質(zhì)。在以往的填埋場開采中，有害物質(zhì)含量一般為0.05%～0.2%，主要為鉛蓄能器、電子固體垃圾和濾油器等。細顆粒垃圾及粗顆粒重型成分垃圾可以進行高密度填埋。這兩種成分也可用作填埋場地基密封區(qū)內(nèi)的填埋建筑材料，例如將細顆粒垃圾填充在邊緣大壩或地表密封下的平衡層里，粗顆粒重型成分則可用作道路施工材料。

2013年，英國克蘭菲爾德大學教授從英國7個垃圾填埋場通過鉆探方式，獲得了95份城市固體垃圾樣本，用于研究英國填埋場垃圾組分。他在對垃圾進行篩選和手工分揀后，將其分為塑料、紙張和細粉（園林和食品垃圾）、紡織品、玻璃和金屬。結果顯示，除有機物垃圾最多外，7個填埋場還含有大量的塑料制品。這是由于多年前生活垃圾不分類，直接用于填埋，而上世紀塑料制品盛行，特別是塑料包裝物使用最多，且當時生產(chǎn)的塑料屬于不可降解類。所以，廢塑料的管理是開采過程需要解決的關鍵問題之一。

四、開采的環(huán)境管理

（一）氣體和氣味排放管理

美國一般通過在較涼爽的冬季進行作業(yè)來減少臭味產(chǎn)生，或使用氣體抽取系統(tǒng)，及建立氣體濃度行動等級，規(guī)定達到監(jiān)測限值時必須停止工作并處理問題。

在日本，施工前需設置排氣管釋放氣體，在鉆孔調(diào)查時檢測甲烷氣體的情況。在施工期間，使用氣體檢測管定期檢查氣體產(chǎn)生情況。還可定期噴灑除臭劑，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。

德國使用的氣味穩(wěn)定系統(tǒng)很有效，即一種混合的通風和吸氣系統(tǒng)。

（二）雨水和滲濾液管理

美國大多數(shù)開采項目都實施了雨水導流措施。另外，在給定的方向挖掘垃圾，以盡量減少因雨水而產(chǎn)生的滲濾液，并使用圍堰防止?jié)B濾液流出填埋場區(qū)域。

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

（三）灰塵和殘渣管理

因為挖掘垃圾在許多情況下是潮濕的，灰塵和飄散垃圾問題微乎其微。美國一般使用灑水車在填埋場開采區(qū)域周圍噴水控制揚塵，還可以使用灰塵控制裝置或移動式圍欄。

日本認為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。

美國11個填埋場開采項目的開采垃圾量和開采費用情況是，單座填埋場的開采垃圾量約為4～161萬立方米，單座填埋場的開采費用約為2.94～11.51美元/立方米。

日本的情況，以仙南焚燒灰渣及不可燃殘渣填埋場為例，新建填埋場所需費用為66.8億日元，開采擴容所需費用為63.2億日元，后者在經(jīng)濟性方面更有優(yōu)勢。

在德國，根據(jù)相關填埋場開采經(jīng)驗，每1立方米填埋場的開采費用至少約為13歐元。此外，有些費用取決于地點要素，即回收輕型成分和修復裸露的填埋場底部的費用，因此無法一次性計算出總開采費用。雖然固體垃圾的挖掘和回填費用只需要4～5歐元/立方米，但只有當總的處理費用低于15～20歐元/立方米，才能證明全部開采從經(jīng)濟上是可行的。

參考文獻

[1] Landfill Reclamation. United States Environmental Protection Agency[S]，1997.7.

[2]環(huán)境省.日本の廃棄物処理2019[R].2021.3

[3]笹井裕.埋立地再生と延命化事業(yè)[J].廃棄物學會誌，2005（16）：155-160.

[4] Frank，R.R.，Garcia J.，S.Davies， ，S.T.Wagland， Compositional and physicochemical changes in waste materials and biogas production across 7 landfill sites in UK[J]. Waste Management，2017（63）：11-17.

[5] Mocker，M.; Fricke， K.; L?h， I.; Franke， M.; Bahr， T.; Münnich，K.; Faulstich， M.，Urban Mining-Rohstoffe der Zukunft[J]. Müll und Abfall， 2009：492-501.

（責任編輯：陳希文）

作者簡介：

榮榮（1983—），女，山西太原人，北京市城市管理研究院、生活垃圾檢測分析與評價北京市重點實驗室工程師，研究方向：城市環(huán)境建設與管理;

張斌（1980—），山東嘉祥人，北京市城市管理研究院、生活垃圾檢測分析與評價北京市重點實驗室高級工程師，研究方向：國外生活垃圾管理方式與處理技術;

鞠阿蓮（1981—），女，山東濰坊人，北京市城市管理研究院、生活垃圾檢測分析與評價北京市重點實驗室工程師，研究方向：日本城市環(huán)境管理與建設;

嚴陳玲（1981—），女，湖北黃岡人，北京市城市管理研究院、生活垃圾檢測分析與評價北京市重點實驗室工程師，研究方向：德國城市環(huán)境管理與建設。