我國農(nóng)村生活垃圾填埋技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀與特征分析＊

郭 楠，宋 薇，伏 凱

（1.中國城市建設(shè)研究院有限公司，北京 100120；2.住建部環(huán)境衛(wèi)生工程技術(shù)研究中心，北京100120）

0 引言

農(nóng)村生活垃圾處理是我國城鄉(xiāng)環(huán)境治理中的薄弱環(huán)節(jié)，也是新階段垃圾分類推行和“無廢城市”建設(shè)的重點(diǎn)攻堅方向。目前全國農(nóng)村生活垃圾產(chǎn)生量尚無官方公開數(shù)據(jù)，通常認(rèn)為已超過1.0×108t/a［1］。基于廣大農(nóng)村地區(qū)的特點(diǎn)，農(nóng)村生活垃圾處理技術(shù)的選擇需要考慮技術(shù)適用性、建設(shè)投資費(fèi)用、運(yùn)行維護(hù)難易程度以及碳排放強(qiáng)度（“雙碳”背景下）。由于填埋技術(shù)對于處理規(guī)模適用性強(qiáng)［2］，且通常認(rèn)為填埋建設(shè)投資與運(yùn)行費(fèi)用相對較低、運(yùn)行管理相對簡單，因此填埋是農(nóng)村生活垃圾處理的主要技術(shù)方法。根據(jù)住房城鄉(xiāng)建設(shè)部城鄉(xiāng)建設(shè)統(tǒng)計信息管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)，填埋技術(shù)處理垃圾量占農(nóng)村生活垃圾無害化處理垃圾總量的80% 以上。但這種建設(shè)運(yùn)行水平較低的小型填埋場一般難以達(dá)到現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)要求，且填埋場建設(shè)運(yùn)行費(fèi)用低的認(rèn)知也是建立在其建設(shè)運(yùn)行水平低的基礎(chǔ)上。本研究針對目前小型填埋場調(diào)研中發(fā)現(xiàn)的問題，對小型填埋場的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)以及碳排放等應(yīng)用特征與適用條件進(jìn)行總結(jié)，以期為各地建設(shè)與運(yùn)行此類小型填埋場提供技術(shù)支撐，也為相關(guān)政策制定提供依據(jù)。

1 調(diào)研方法與調(diào)研案例

本次實(shí)地調(diào)研主要以小型填埋場為對象。GB/T 51435—2021 農(nóng)村生活垃圾收運(yùn)和處理技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中對小型衛(wèi)生填埋場的總庫容、使用年限、單位面積庫容指標(biāo)提出要求，而在實(shí)際應(yīng)用時，部分生活垃圾產(chǎn)生較少的地區(qū)建有諸多更小規(guī)模的填埋場，根據(jù)工程經(jīng)驗，當(dāng)填埋場庫容超過4×105m3時，建設(shè)與運(yùn)行費(fèi)用相對穩(wěn)定，通常視為正常規(guī)模的填埋場。

本研究實(shí)地調(diào)研15 座小型填埋場，調(diào)研內(nèi)容主要有填埋場基本情況（包括規(guī)模、處理能力、使用年限）、填埋場二次污染控制措施（包括滲濾液以及填埋氣的處理）以及填埋場的相關(guān)費(fèi)用（包括建設(shè)投資和日常運(yùn)行），具體情況見表1。

表1 生活垃圾小型填埋場調(diào)研基本情況Table 1 Basic situation of investigation on small-scale domestic waste landfill

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研，小型填埋場普遍存在滲濾液處理不當(dāng)、填埋氣未收集等環(huán)境問題。在滲濾液處理方面，73%的小型填埋場主要采用調(diào)節(jié)池+回灌工藝，僅有約25% 的小型填埋場采用膜生物反應(yīng)器（MBR）處理；在填埋氣收集處理方面，87%的填埋場通過石籠導(dǎo)排填埋氣，且未經(jīng)處理直接進(jìn)入大氣，僅有13%的填埋場設(shè)置了填埋氣收集+火炬處理系統(tǒng)；設(shè)有滲濾液MBR 處理和填埋氣收集處理的小型填埋場，其運(yùn)行費(fèi)用顯著高于其他小型填埋場。

2 結(jié)果與討論

2.1 填埋技術(shù)小型化應(yīng)用特性

1）村鎮(zhèn)級填埋場普遍難以達(dá)到無害化目標(biāo)，通過開展非正規(guī)堆放點(diǎn)整治逐步關(guān)停。村鎮(zhèn)建設(shè)的填埋場基本上都是簡易填埋場，或稱之為一類非正規(guī)生活垃圾堆放點(diǎn)。本次調(diào)研中，約70% 以上是簡易填埋場，其建設(shè)與運(yùn)行都沒有按照目前現(xiàn)行的衛(wèi)生填埋場相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行，因此也無法實(shí)現(xiàn)垃圾無害化處理的目標(biāo)。“十三五”期間，通過全國開展生活垃圾存量治理工作，絕大多數(shù)地區(qū)已消除非正規(guī)生活垃圾堆放點(diǎn)［3］。相應(yīng)地，村鎮(zhèn)垃圾的無害化填埋處理則是通過縣級衛(wèi)生填埋場得以實(shí)現(xiàn)。

2）新建與運(yùn)行的小型衛(wèi)生填埋場主要位于西部地區(qū)。目前新建與運(yùn)行的小型填埋場主要是縣級填埋場，或西部偏遠(yuǎn)地區(qū)幾個鎮(zhèn)合建的填埋場。對于城鎮(zhèn)層面，國家引導(dǎo)采用焚燒技術(shù)，《“十四五”城鎮(zhèn)生活垃圾分類和處理設(shè)施發(fā)展規(guī)劃》提出僅在西藏、青海、新疆、甘肅、內(nèi)蒙古等?。▍^(qū)）的人口稀疏地區(qū)，受運(yùn)輸距離、垃圾產(chǎn)生規(guī)模等因素制約，經(jīng)評估暫不具備建設(shè)焚燒設(shè)施條件的，可適度規(guī)劃建設(shè)符合標(biāo)準(zhǔn)的兜底保障填埋設(shè)施［3］。

3）小型衛(wèi)生填埋場建設(shè)水平不高。受限于經(jīng)濟(jì)、技術(shù)與專業(yè)技術(shù)人員不足等條件，部分小型填埋場的建設(shè)規(guī)范性差，主要表現(xiàn)在：①建設(shè)施工最重要的防滲系統(tǒng)施工未采用專業(yè)隊伍，滲濾液穿透風(fēng)險較高；②小型填埋場主要采用調(diào)節(jié)池+回灌工藝，調(diào)研項目普遍存在運(yùn)行管理不規(guī)范、日常覆蓋作業(yè)不到位、雨污分流效果不佳等問題，導(dǎo)致滲濾液產(chǎn)生量高于滲濾液處理設(shè)施設(shè)計能力，且回灌操作不規(guī)范，給垃圾堆體造成了較大的安全隱患。在填埋氣收集處理方面，調(diào)研的填埋場多數(shù)通過石籠導(dǎo)排直接進(jìn)入大氣，僅有少數(shù)設(shè)置了填埋氣收集+火炬處理系統(tǒng)。由于小型填埋場產(chǎn)氣量較少，而填埋氣收集處理系統(tǒng)對于填埋場建設(shè)以及覆蓋等作業(yè)要求較高，大多數(shù)小型填埋場難以達(dá)到以上要求。在臭氣方面，由于填埋氣沒有有效收集與處理的設(shè)施，導(dǎo)致填埋氣中少部分NH3、H2S 等惡臭氣體散逸于大氣中，對周圍環(huán)境造成影響。

4）運(yùn)行維護(hù)管理水平普遍較低。為達(dá)到有效控制填埋過程中的污染影響、保證堆體穩(wěn)定安全、充分利用庫容等基本要求，填埋規(guī)范作業(yè)過程較為復(fù)雜，而且需要人工和機(jī)械配合作業(yè)，對作業(yè)人員技術(shù)水平、配套機(jī)械設(shè)備及運(yùn)行維護(hù)要求較高。但是實(shí)際中小型填埋場設(shè)備與技術(shù)人員難以達(dá)到上述要求，導(dǎo)致存在部分小型填埋場作業(yè)機(jī)械設(shè)備配置不到位、堆填攤鋪壓實(shí)作業(yè)粗放、堆填高度低、土地利用率低，覆蓋作業(yè)不到位、暴露面大、廠區(qū)環(huán)境惡劣，雨水分流措施不到位、滲濾液產(chǎn)生量大且處理不規(guī)范等問題，致使這類設(shè)施環(huán)境風(fēng)險隱患大。

2.2 填埋技術(shù)小型化經(jīng)濟(jì)特性

2.2.1 建設(shè)投資

根據(jù)實(shí)地調(diào)研，并結(jié)合以往工程建設(shè)與運(yùn)行經(jīng)驗，填埋場建設(shè)投資見表2。除去工程造價地區(qū)差異，填埋場在全國大部分地區(qū)建設(shè)投資差異性不大。填埋場的單位投資為60～150 元/m3，其影響因素主要有填埋場規(guī)模、防滲系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及滲濾液處理方式。

表2 填埋場建設(shè)規(guī)模與投資Table 2 Construction scale and investment of landfill

1）填埋場規(guī)模的影響。填埋場建設(shè)內(nèi)容主要包括場底構(gòu)建（土石方、防滲及滲濾液導(dǎo)排）、雨水及地下水導(dǎo)排系統(tǒng)、滲濾液處理系統(tǒng)、其他（管理區(qū)）/壩體、道路/填埋氣導(dǎo)排及處理系統(tǒng)。其中，投資最大的是防滲系統(tǒng)建設(shè)。填埋場規(guī)模越小，設(shè)計堆高越低，有效庫容越小，導(dǎo)致各項建設(shè)內(nèi)容對應(yīng)的單位庫容攤銷大。

2）防滲系統(tǒng)的影響。小型填埋場配套系統(tǒng)建設(shè)費(fèi)用相對較低，相應(yīng)防滲系統(tǒng)投資占比較高。根據(jù)工程項目經(jīng)驗：小于5.0×104m3的填埋場，其防滲系統(tǒng)建設(shè)成本占總投資的70% 左右；大型填埋場占40% 以上。因此，防滲系統(tǒng)是決定小型填埋場建設(shè)投資的主要因素。防滲系統(tǒng)采用的結(jié)構(gòu)主要與填埋場地質(zhì)條件有關(guān)。根據(jù)地質(zhì)條件不同，可采用的防滲結(jié)構(gòu)有天然防滲結(jié)構(gòu)、HDPE 膜+壓實(shí)土壤、HDPE 膜+GCL、雙層防滲結(jié)構(gòu)4 類，各類具體應(yīng)用條件及費(fèi)用見表3，這4 類防滲結(jié)構(gòu)的綜合單價范圍分別為10～20、70～75、100～105、145～155 元/m2。目前在實(shí)際工程中，通常采用HDPE 膜+GCL，少數(shù)地區(qū)需要采用雙層防滲結(jié)構(gòu)，如比較有代表性的喀斯特地貌。通常在選址上應(yīng)該避開這類地形，但若確需建設(shè)時應(yīng)采用雙層防滲，因此其建設(shè)投資將提高75～85 元/m2。

表3 防滲系統(tǒng)應(yīng)用條件及費(fèi)用Table 3 Application conditions and fees of anti-seepage system

3）滲濾液處理方式。按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求建設(shè)的填埋場，滲濾液處理系統(tǒng)建設(shè)也是填埋場建設(shè)投資中的大項。滲濾液處理系統(tǒng)費(fèi)用主要取決于工藝與規(guī)模，目前我國填埋場采用的滲濾液處理工藝建設(shè)及運(yùn)行費(fèi)用情況見表4。本次調(diào)研的小型填埋場多數(shù)僅設(shè)置調(diào)節(jié)池，采用滲濾液回灌方式，只有少數(shù)建設(shè)有生化處理-MBR-納濾-反滲透系統(tǒng)，基本不會設(shè)置濃縮液深度處理單元。但對于一些地區(qū)由于滲濾液產(chǎn)生量較高，采用回灌方式難以消納所有滲濾液，需處理后外排，會增加滲濾液處理系統(tǒng)建設(shè)與運(yùn)行費(fèi)用。

表4 滲濾液處理單元及運(yùn)行費(fèi)用Table 4 Leachate treatment unit and operation cost

根據(jù)GB 50869—2013 生活垃圾衛(wèi)生填埋處理技術(shù)規(guī)范附錄B 滲濾液產(chǎn)生量計算方法，其主要由降雨入滲量和垃圾自身降解或壓縮產(chǎn)生滲濾液量兩部分組成。降雨入滲量則主要取決于區(qū)域降雨條件、表面覆蓋層滲透性以及雨污分流措施落實(shí)情況。在雨污分流措施得當(dāng)、日常作業(yè)覆蓋及時的規(guī)范作業(yè)條件下，可有效控制降雨入滲量。垃圾自身產(chǎn)生的滲濾液則取決于垃圾初始含水率與在填埋場降解及壓縮后田間持水量之間的差值，當(dāng)進(jìn)場垃圾初始含水率低于田間持水率（小型填埋場為30%～35%），則不會產(chǎn)生此部分滲濾液，并且會消納部分入浸降雨。

對于小型填埋場，滲濾液產(chǎn)生量相對較小，在特定條件下“達(dá)到滲濾液產(chǎn)生量小于廠內(nèi)消納量時”可采用回灌方式。在實(shí)際工程中，干旱地區(qū)（分布于新疆、內(nèi)蒙古高原西部、青藏高原西北部）與半干旱地區(qū)（內(nèi)蒙古高原、黃土高原的部分、青藏高原大部分草原）的部分填埋場可以滿足這一條件［4］。此外，從理論上分析，填埋對象為分類后的其他垃圾，其含水率低于田間持水率也有可能達(dá)到這一條件。

2.2.2 運(yùn)行費(fèi)用

填埋場運(yùn)行費(fèi)用主要包括耗材與折舊、滲濾液處理與人工費(fèi)用等，根據(jù)相關(guān)工程項目調(diào)研，填埋場建設(shè)規(guī)模與運(yùn)行費(fèi)用見表5。小型簡易填埋場通常不設(shè)置專門的作業(yè)與管理人員，未配置滲濾液處理設(shè)施，因此運(yùn)行費(fèi)用相對較低。另外，設(shè)有滲濾液處理系統(tǒng)的小型填埋場通常采用“調(diào)節(jié)池+回灌-MBR-納濾-反滲透”工藝，基本不會設(shè)置濃縮液深度處理單元。

表5 填埋場建設(shè)規(guī)模與運(yùn)行費(fèi)用Table 5 Landfill construction scale and operation cost

由上可知，填埋處理的全費(fèi)用為150～270 元/m3；垃圾密度按0.7 t/m3計，則為214～386 元/t，小型正規(guī)填埋場的處理費(fèi)用約是正常規(guī)模填埋場（≥4×105m3）的1.4 倍。

2.3 填埋技術(shù)小型化碳排放特性

按照《2006 年IPCC 國家溫室氣體排放清單指南》［5］，利用質(zhì)量平衡法對填埋技術(shù)的碳排放進(jìn)行核算，在此計算邊界僅包括生活垃圾處理階段，不包括收集和轉(zhuǎn)運(yùn)部分。生活垃圾在填埋過程中，僅廚余垃圾易被降解為填埋氣，其他垃圾由于相對惰性，不易發(fā)生降解。一般來說，填埋氣體中CH4含量約占55%、CO2含量約占45%，但是CO2的產(chǎn)生主要來源于有機(jī)物的分解，屬于生物成因，不計為溫室氣體排放［6］。因此在進(jìn)行生活垃圾填埋場碳排放量的計算時主要計算CH4的量，計算方法見公式（1）、公式（2）。

式中：ECH4為CH4排放量，t；MSW 為生活垃圾產(chǎn)生量，t；η為填埋垃圾占生活垃圾產(chǎn)生總量的比例，%；L0為甲烷產(chǎn)生潛勢，t/t；f為填埋氣收集利用比例（送入火炬燃燒或作其他用途），%；OX 為氧化系數(shù)；MCF 為甲烷修正因子；DOC 為垃圾中可降解有機(jī)碳的含量，%；DOCf為垃圾中可降解有機(jī)碳的分解比例，%；16/12 為CH4與C的轉(zhuǎn)換系數(shù)；F為產(chǎn)生的垃圾填埋氣中CH4比例，%。

根據(jù)我國農(nóng)村大部分小型填埋場的運(yùn)行現(xiàn)狀，填埋場對填埋氣體無收集利用，所以f取0；OX取0；同時結(jié)合IPCC 國家溫室氣體排放清單指南其他指標(biāo)推薦參數(shù)：MCF 取0.5、DOC 取0.15、DOCf取0.7、F取55%。由此可計算出小型填埋場的甲烷產(chǎn)生量為38.5 kg/t。因CH4產(chǎn)生的溫室效應(yīng)是相同質(zhì)量CO2的25 倍，則小型填埋的碳排放強(qiáng)度為0.97 tCO2eq/t。

相比填埋氣收集處理的衛(wèi)生填埋場，若填埋氣收集利用比例f為0.5；按照指標(biāo)推薦參數(shù)，OX取0.1；MCF 取0.95；DOC 取0.15；DOCf取0.7；F取經(jīng)驗值55%，則衛(wèi)生填埋場的碳排放強(qiáng)度為0.82 tCO2eq/t。

生活垃圾焚燒碳排放強(qiáng)度ECO2計算方法見公式（3）。

式中：ECO2為CO2排放量，t；MSW 為生活垃圾產(chǎn)生量，t；η為焚燒垃圾占生活垃圾產(chǎn)生量的比例，%；WFi為垃圾中成分i的比例，%；dmi為成分i中的干物質(zhì)含量，%；CFi為成分i的干物質(zhì)中的碳比例，%；FCFi為成分i的碳總含量中礦物碳的比例，%；OFi為氧化因子；44/12 為CO2/C 分子量比率。

結(jié)合各種城市生活垃圾成分?jǐn)?shù)據(jù)以及IPCC 推薦值，生活垃圾焚燒碳排放計算取值見表6，同時第i種成分焚燒爐的氧化因子OFi取值為1，則計算可得生活垃圾焚燒的碳排放強(qiáng)度為0.47 tCO2eq/t。由此可見，小型填埋的碳排放強(qiáng)度顯著高于衛(wèi)生填埋以及焚燒。

表6 生活垃圾焚燒碳排放計算取值Table 6 Data values for calculating carbon emissions from MSW incineration

我國“雙碳”工作正在加速推進(jìn)中，“雙碳”目標(biāo)下的農(nóng)村生活垃圾填埋技術(shù)小型化應(yīng)用的減污降碳可從以下兩個方面提高：①加強(qiáng)村鎮(zhèn)生活垃圾填埋場的運(yùn)行管理，設(shè)置有效的填埋氣收集措施，避免甲烷氣體的無組織排放；②有條件的農(nóng)村地區(qū)推進(jìn)垃圾分類實(shí)施，減少進(jìn)入填埋場的廚余垃圾，從而減少甲烷氣體的產(chǎn)生量，鼓勵有機(jī)垃圾就地就近生化處理再利用。

2.4 適用區(qū)域分析

填埋處理技術(shù)是一種對于垃圾組成、處理規(guī)模、地域條件均無約束性條件限制的適應(yīng)性較強(qiáng)的生活垃圾處置技術(shù)，適用于所有農(nóng)村地區(qū)的生活垃圾處理。填埋技術(shù)在農(nóng)村地區(qū)大范圍應(yīng)用主要是因為建設(shè)運(yùn)維相對簡單，且在運(yùn)行不規(guī)范，如滲濾液處理、填埋氣收集處理、除臭等二次污染控制不到位的情況下費(fèi)用較低。但目前我國村鎮(zhèn)小規(guī)模填埋場與城市中大型的填埋場采用相同的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，包括污染物排放要求、設(shè)施建設(shè)與作業(yè)運(yùn)行技術(shù)要求。在符合當(dāng)前技術(shù)規(guī)范要求的情況下，填埋這項技術(shù)的處理費(fèi)用并不低，說明填埋小型化時規(guī)模效益變差明顯，規(guī)范填埋作業(yè)的實(shí)際費(fèi)用是較高的。近年來，中央環(huán)保督察中出現(xiàn)問題最多的是填埋場，很大原因是運(yùn)行經(jīng)費(fèi)不足導(dǎo)致作業(yè)不規(guī)范。經(jīng)過幾年的填埋場整治提升，填埋處理費(fèi)用高已取得普遍共識。

根據(jù)國家相關(guān)政策要求，目前填埋技術(shù)宜用在：①不適宜建焚燒廠的地區(qū)，如《“十四五”城鎮(zhèn)生活垃圾分類和處理設(shè)施發(fā)展規(guī)劃》中提到的“西藏、青海、新疆、甘肅、內(nèi)蒙古等省（區(qū)）的人口稀疏地區(qū)，受運(yùn)輸距離、垃圾產(chǎn)生規(guī)模等因素制約，經(jīng)評估暫不具備建設(shè)焚燒設(shè)施條件的”；②可以降低建設(shè)與運(yùn)行費(fèi)用的地區(qū)，如廠內(nèi)滲濾液消納條件好的干旱與半干旱地區(qū)以及限制原生垃圾直接填埋的地區(qū)。

3 結(jié)論與建議

1）目前我國多數(shù)小型填埋場建設(shè)水平和運(yùn)行維護(hù)水平較低，無法達(dá)到衛(wèi)生填埋相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求，尤其是滲濾液和填埋氣的收集處理不達(dá)標(biāo)，導(dǎo)致這類設(shè)施環(huán)境風(fēng)險隱患大。

2）小型填埋處理技術(shù)適用性較強(qiáng)，但在符合當(dāng)前衛(wèi)生填埋技術(shù)規(guī)范要求的情況下，小型填埋技術(shù)規(guī)模效益差，其處理費(fèi)用約是常規(guī)規(guī)模的1.4倍，主要是由于二次污染控制導(dǎo)致費(fèi)用增長較大。

3）我國農(nóng)村地區(qū)大部分小型填埋場會產(chǎn)生較高強(qiáng)度的碳排放，建立規(guī)范的填埋氣收集處理系統(tǒng)以及減少原生垃圾直接填埋可有效減少填埋場的碳排放。

4）考慮到政策導(dǎo)向及經(jīng)濟(jì)性，填埋適用于不能建焚燒廠的地區(qū)以及可以降低建設(shè)與運(yùn)行費(fèi)用的地區(qū)，如地質(zhì)條件好可降低防滲系統(tǒng)投資的地區(qū)、滲濾液廠內(nèi)消納條件好的干旱與半干旱地區(qū)以及限制原生垃圾直接填埋的地區(qū)。

5）未來填埋技術(shù)的小型化發(fā)展建議規(guī)范小型填埋場簡單易行的運(yùn)行作業(yè)方式，并建立基于環(huán)境容量與環(huán)境風(fēng)險評估的項目污染物排放要求的工作機(jī)制。