垃圾填埋場污染控制與生態恢復

曹滿河

[摘要]垃圾填埋是目前城市垃圾處置的主要手段,但是其帶來的環境影響極其嚴重,同時它的生態恢復也成為環境保護領域一個相當緊迫和突出的問題。從垃圾填埋場的存在問題著手,考慮修復過程中總體原則,分別闡述幾種垃圾填埋場生態修復和污染控制技術:覆土技術、微生物技術、植被技術及其封場技術。

[關鍵詞]固體廢棄物 垃圾填埋場 生態恢復 植被 土壤

中圖分類號:X7文獻標識碼:A文章編號:1671-7597(2009)0910092-02

城市固體廢物(municipal solid waste,MSW)俗稱垃圾,是城市的必然產物。在美國及世界上大部分其它國家,填埋法被認為可能是最簡便、最經濟的固體廢物處理方式[12]。目前,西方發達國家約有一半以上的城市垃圾采用填埋的方法處理。與衛生填埋法相比,其他的固體廢物處理方式都有各自嚴重的不足。焚燒導致空氣污染(而且排出的廢氣中含有很難處理的二惡嚶)。堆肥及厭氧消化要求有專業的人員操作且成本較高。最重要的是,所有的其他方法都不可避免地要產生部分次生(二級)廢物,這些廢物最終還是要用填埋的方式理。但是,固體廢物的填埋要占用大面積的土地,同時也產生了諸如填埋氣、滲濾液等環境問題,并對附近地區的公眾健康構成威脅。同時,為了減少運輸費用,填埋場通常選址在離收集廢物的城市不遠的地方,當市區向四周擴張時,填埋場常常被城市發展所包圍。

一般而言,填埋場被建議用以發展成公園、高爾夫球場或者其它露天的娛樂場所,但在開發和利用它們之前必須進行填埋場的生態恢復或者植被的重建和維持。然而,許多國家在復墾固體廢物填埋場的過程中相繼遇到了各種各樣的困難。填埋場的環境影響和生態恢復已成為國際上環境保護領域面臨的一個相當緊迫和突出的重大問題。

一、垃圾填埋場存在的主要問題

簡易垃圾填埋場存在的問題突出表現在以下幾個方面:

(一)選址不當

垃圾填埋場許多是在過去的垃圾堆放場稍加改進發展而來的,在選址、場地規劃設計上存在嚴重不足,沒有嚴格的防滲措施,為填埋場的污染控制及運行管理留下種種隱患。

(二)污染環境

由于缺乏系統的規劃設計,簡易填埋場在污染控制方面十分薄弱,雖然采取一些補救措施,由于缺乏系統性,效果并不明顯。在國內一些地方,滲瀝液污染地下及地表水問題突出,一些填埋場防洪系統過水能力不足,暴雨時洪水沖刷垃圾體產生大量的污水,造成了地表水的大面積污染;填埋氣體無序排放引發的垃圾自燃、爆炸事故時有發生;填埋氣主要成分CH4、CO2均是溫室氣體,對環境的污染不容忽視,填埋氣中的多種非甲烷類有機物(NMOCs),盡管濃度很低,但其毒性強,含有多種“三致”物質,對環境和人體健康的威脅嚴重。

(三)擾民嚴重

填埋場產生的惡臭及蚊蠅鼠害對附近居民生活和身體健康帶來影響,在一些地方,填埋場附近惡臭襲人,蚊蠅鼠害嚴重,已引起周圍居民強烈不滿和社會公眾的關注。

(四)運行管理不規范,事故隱患多

由于沒有分單元進行填埋作業,填埋作業面大,不能及時有效覆蓋;壓實程度不夠,垃圾體穩定性差,極易發生人身安全事故;填埋氣的無序排放,存在燃燒、爆炸的安全隱患。

二、垃圾填埋場修復的總體原則

在修復工程開始前,首先需要的是一套總體性對策。這套對策應當能做到:在工程開始前,正確地估量問題地性質和范圍;在工程進行中,力求使破壞量為最小;在破壞產生后,力求得到迅速、穩妥和經濟上允許的治理。具體來說,應當遵守以下幾條原則。

(一)最小量化原則

盡可能使垃圾填埋占有的土地最少,使填埋過程中造成的景觀破壞、環境質量破壞和生物群落破壞最小,使垃圾填埋產生的滲濾液和有害氣體最少。

(二)資源化原則

它有兩層意義:其一是使受到破壞以及被垃圾占用的土地等,經過治理和生態恢復,具有一定的景觀效用,或能作為合格的自然資源再度具有生態經濟價值;其二,是使填埋場的固體廢棄物能夠在其他的社會活動中得到使用,例如作為植物生長的養分。

(三)無害化原則

填埋場中的垃圾成分復雜,可能含有重金屬等有害物質,同時會產生一些有毒有害氣體。這就是說,在消除這些有害因素的同時,在恢復的過程中也不產成有害成分。

(四)生態系統的恢復和重建原則。

這一原則是填埋場修復對策中最重要和最基本的原則,包括環境質量的恢復以及生物群落的恢復和重建。在任何情況下,垃圾填埋都會造成土地、環境質量以及生物的破壞,而且這些破壞往往是數量極大的。最小量化原則、資源化原則和無害化原則只能在一定程序上減緩這些破壞,但遠不能取代生態系統的恢復和重建的原則。

三、垃圾填埋場的生態恢復技術

生態環境的恢復與重建是根據生態學原理,人為的改變和消除限制生態系統發展的不利因子,盡快的恢復已退化的生態系統,使其健康的發展。生態恢復是一個整體過程,不能通過單個要素的孤立操作來完成,目標應是建立一個模擬自然的自我調控系統。該系統與環境背景值保持一致性,這是可持續性的具體表現[8]。垃圾填埋場的生態恢復技術有多種,目前我們認為生物恢復技術最有生命力。

(一)表面覆蓋處理技術

城市垃圾填埋場生態恢復工程的表面覆蓋處理技術是指在填埋場實施生態恢復工程中選擇合適的覆蓋材料,結合有效、合理的覆蓋厚度和外形設計等措施,達到防止廢物中有害氣體外逸,減少廢物分解產生的滲濾液極其危害,支持營建以植被為主的人工生態系統,實現土地資源化。[4]

1997年沈英娃等,以青島市湖島垃圾填埋場作為試驗點,對城市垃圾填埋場生態恢復工程的表面覆蓋處理技術中的材料選擇進行了研究。對城市垃圾場生態恢復工程表面處理中覆蓋材料的選擇指標主要取決于其投入費用和生態恢復的產出效益,同時因恢復工程的設計方案和填埋地點而異。他們通過定期測定非填埋場試驗中的植物生長指標:株高、生物量、覆蓋度;以及秋季填埋場現場試驗測定地上部和地下部的生物量,同時測定株高和根系水平幅寬和垂直深度,確定覆土材料對植物的生長和質量的影響。并以材料的相對投入費用和產出效益作為選擇指標,選擇表面覆蓋材料。

垃圾填埋場表面覆蓋材料對植物生長和品質影響因覆蓋材料的不同而異。對生長影響的優劣順序依次為:活性污泥、砂土、垃圾土、壤土、底土、粉煤灰、爐渣、粘土;對植物品質指標影響的優劣順序依次為:底土、壤土、垃圾土、砂土、活性污泥、粘土、粉煤灰、爐渣。

表面覆蓋材料的選擇,主要取決于投入費用和生態恢復產出效益,同時因恢復設計方案和填埋地點而異。對以降低投入為優先因子的設計方案,推薦垃圾土、活性污泥、爐渣和粉煤灰,其中以垃圾土為首選材。

(二)微生物恢復技術

利用微生物特別是細菌和真菌對污染土壤進行生態恢復,就是利用微生物將土壤中有機污染物降解為無機物(CO2、H2O)的過程,降解過程是通過改變土壤條件(包括土壤pH、溫度、濕度、通氣性及營養元素的添加)來完成。也可接種特殊馴化與構建的工程微生物來提高降解速率[10],目前微生物恢復技術已成功的用于清除油污染。

垃圾填埋場有特定的生態環境,為了縮短馴化期和提高污染物的降解率,在垃圾填埋場生態恢復技術中所用的微生物應從垃圾填埋的土壤中分離出來。有人認為用經過培養和使用填埋地點本身的土壤進行生物降解時,污染物的降解速度最快[9]。目前對利用微生物進行生態恢復研究的重點放在對特殊類型微生物的鑒定和監測,以及在受壓迫環境中,維持和恢復有益微生物的自然平衡的方法上。對于垃圾臨時卸地點,研究微生物對污染物的作用機理、降解菌的選育與生物工程菌的應用,是提高微生物恢復技術處理效果的關鍵,關于垃圾填埋場的微生物恢復技術尚需進一步研究。

(三)植物恢復技術

利用植物對垃圾填埋場進行生態恢復,效果更直觀。即從垃圾臨時卸地點的立地條件(生態破壞特點)出發,在填埋后的土地上引種、篩選、培育、馴化一批適合垃圾臨時卸地點生存的抗逆種群,在垃圾臨時卸地點上重建植物群落,改善垃圾臨時卸地點的生態環境。戴樹桂等人認為植物恢復技術在經濟、美學和技術方面比傳統的工程修復技術有更大的優點。

首先,植被能充分利用垃圾中的有效成分。周乃杰等97年以上海老港垃圾填埋場為例,對植被的有關作用進行了比較,證明植被對恢復垃圾填埋場的生態環境具有重要的作用。在填埋完畢或暫不作業的區域建立植被生態系統,經植被后,垃圾土中的有效成分明顯減小。植被對氮的吸收率約在10.47%-62.02%,其中以植皮植物吸收率為最好。對磷的吸收率可達62.38%-85.81%,各種植物的利用率都較高。對鉀的吸收率在27.5%-88.07%之間,以東青樹吸收的最多。由于這些有效成分被利用,促進了植物生長。馬尼拉草、苜蓿、話梅草等,生長茂密、根系龐大,有較強的固土保水作用,并改良了土壤。

其次,植被對垃圾土中重金屬有吸收富集能力。由于垃圾成分比較復雜,其固態和垃圾的滲濾液中都含有重金屬的成分,通過植被工程,可加速土壤重有害物質的去除,從而達到凈化目的,為填埋場的綜合應用和開發提供了前景。在實踐中應根據不同目的選擇相應的植被品種。垃圾填埋后,宜采用目本植物進行密植,以利大量吸收重金屬,避免重金屬進入食物鏈。

同時,植被技術還能產生一定的環境效益。如,小氣候效應:通過調研,有植被地比空曠場地氣溫降低0.5-1°C,日平均相對濕度增加3%-5%,植被對降低地面溫度比較明顯,在夏季,植被地比裸露空曠地降溫4.5-5.5°C,充分說明生態恢復對改善小氣候起著重大作用。減塵和凈化效應:由于植物葉片有過濾和吸附粉塵作用,葉子表面的絨毛、皺紋及分泌物,更有阻擋、滯留、吸附、粘著作用。與裸露空曠地相比,草地可減塵54%,林地可減塵61%。無論是分散、阻滯或吸收作用,都有利于凈化空氣、減輕污染、改善環境。[6]

除此之外,還有垃圾填埋場的封場技術。這是將表面覆蓋處理技術和植被技術聯合使用的極其復雜的處理技術。它是在垃圾填埋場達到使用壽命后,生態和環境破壞極其嚴重的情況下采用的技術。整個封場工程由終場覆蓋和生態恢復系統、防滲導排系統、滲濾液處理系統、氣體控制與回收利用系統的組成。

四、垃圾填埋場污染控制和生態恢復的前景

雖然垃圾填埋處理場生態環境問題已經引起人們的足夠重視,但是,實際上他的生態恢復和重建技術還沒有得到完全的應用。這許多的地區,當地政府只是從經濟角度考慮,垃圾填埋場中的垃圾還只是松散的堆積,更別談對其進行生態恢復。

同時,在進行修復的過程中,根據當地的氣候、土質、垃圾的污染情況等因素,選擇合適的修復工藝也是至關重要的。例如微生物的修復技術,大多應用于含油較多的位置,進行原位修復。在更多的實踐中,植被的修復等到的肯定和應用更多。但是,在某些地區,垃圾滲濾液污染嚴重,單獨考慮植被的修復是很難達到效果的,往往需要考慮多種技術連用,使用最多的是植被和覆土技術聯用。

現階段,應用于生態恢復的技術還很有限,許多都是從其他區域的生態修復技術上成熟的實踐后,直接借鑒過來的。隨著科學技術的發展,新的技術新的方法不斷涌現,根據垃圾填埋場的特點,發展更加合理的更加經濟的修復技術,并充分利用垃圾中的可回收利用的資源,將是未來生態和環境學者共同努力的方向。

參考文獻:

[1]國家環?？偩治廴究刂扑?城市固體廢物管理與處理處置技術,北京:中國石化出版社,2000,242-245.

[2]趙由才、黃仁華等,大型填埋場垃圾降解規律研究[J].環境科學學報,2000,20(6):733-740.

[3]T.J.Bookter,R.K.Ham.Stabilization of solid waste in landfill[J].J.of Envir.Engrg,1982,108(6):1090-1100.

[4]彭緒亞、黃文雄、余毅,簡易垃圾填埋場的污染控制與生態恢復,重慶建筑大學學報,2002,4(1):206-210

[5]林泉,生活垃圾發酵——填埋處理技術研究,環境衛生工程,1997,4:31-33.

[6]周乃杰等,植被對恢復衛生填埋場環境的作用,上海環境科學,1998,17(4):41-45.

[7]徐家英、宋述傳,垃圾臨時卸地點的生態恢復,環境衛生工程,2000,8(1):17-19.

[8]崔保山,濕地生態系統生態特征變化極其可持續性問題,生態學雜志,1999,18(2):43-49.

[9]劉新英譯,環境生物技術的發展,環境科學動態,1997(1):20-26.

[10]張春桂、許華夏、姜晴楠,污染土壤生物恢復技術,生態學雜志,1997,16(4):52-58.