生活垃圾填埋場可持續利用技術探討

郭婧婷 佘祺銳 劉志剛 孟凡勇 朱文軒

【摘要】：本文通過對垃圾處理及填埋技術發展現狀的介紹，簡要分析了目前垃圾填埋場存在的問題，針對我國垃圾填埋處理存在的問題，以及城市生活垃圾的組成和理化特性，提出了新的垃圾填埋處理模式-可持續填埋。

【關鍵詞】：生活垃圾，填埋，可持續

【引言】：2015年我國在運行的640座衛生填埋場，采用填埋方法處理處置的城市生活垃圾量約占全部處理量的60%以上，占地約6萬公頃，已填埋垃圾約70億噸。根據我國經濟技術水平和城市生活垃圾組成狀況，在今后相當長一段時期內，我國城市垃圾處置仍將以填埋為主。但是，傳統衛生填埋存在諸多問題，在我國生活垃圾分類收集短期內難以實現、非填埋的垃圾處理規模近期難以迅速增加的情況下，急需填埋容量大、使用年限長的垃圾填埋技術，以便實現現有垃圾填埋場設施和土地資源的充分利用。

1、我國垃圾處理及填埋技術發展現狀

1.1我國垃圾處理現狀

由于生活垃圾的多變性、復雜性，并受到經濟發展水平、自然條件及市民傳統生活習慣等因素的影響，因而在處理上很難有統一的模式。目前國內外應用最廣泛的處理方法主要有衛生填埋、焚燒、堆肥 [1]。

1.1.1衛生填埋處理

衛生填埋就是按照環境工程技術標準進行規范設計、施工，采用防滲、導滲、壓實、覆蓋、沼氣利用等技術，使填埋的生活垃圾不對周圍環境造成污染的工程方法。

衛生填埋處置垃圾的優點是：建設投資較省、運營成本較低、技術成熟、作業簡單、對處理對象的要求較低[3]。衛生填埋處置垃圾的主要缺點是：占用大量土地，遠離城市市區，垃圾運距較遠，導致相應的運輸費用較高。在我國，許多城市近郊區越來越難找到合適的大面積土地用于填埋處置垃圾，因而填埋場距離城市中心越來越遠，從而也造成了垃圾運費的增加。

1.1.2焚燒處理

焚燒是將生活垃圾進行高溫焚燒處理，在800～1200℃的焚燒爐爐膛內，生活垃圾中的可燃成分與空氣中的氧進行劇烈的化學反應，放出熱量，轉化為高溫的燃燒氣和少量性質穩定的固定殘渣。燃燒氣可以作為熱能回收利用，性能穩定的殘渣可直接填埋。經過焚燒，垃圾中的細菌、病毒被徹底消滅，帶惡臭的氨氣和有機質廢氣被高溫分解。

由于焚燒具有減容效果好、消毒徹底、處理處置效率高、生活垃圾可資源化利用等優點，但焚燒的缺點是投資和運行費用都較高。從整體上看，我國采用焚燒技術處理生活垃圾尚處于起步階段，且我國生活垃圾中大多采用混合收集方式進行收集，給生活垃圾焚燒帶來諸多的困難，加上昂貴的價格和高額的運行費用致使推廣應用緩慢。

1.1.3堆肥處理

堆肥就是依靠自然界中廣泛存在的細菌、放線菌、真菌等微生物，人為的、可控制的促進可被生物降解的有機物向穩定的腐殖質轉化的生物化學過程。

厭氧堆肥是處理生活垃圾的一種傳統方法。其優點是：處理工藝簡單，成品中能較多地保存氮，不必由外界提供能量，運轉費用低；缺點是：堆肥周期長，占地多，臭味大，有些物質不易腐爛，某些病菌不易被殺死等。好氧堆肥在好氧條件下堆制，物料分解較徹底，臭味小，堆肥周期也較短。堆肥技術的特點是工藝簡單，適合處理有機質含量較高的生活垃圾，可生產有機肥。由于對生活垃圾有機肥中含有少量重金屬及肥效的憂慮，不易被使用者接受。

1.2垃圾填埋技術發展現狀

衛生填埋法是我國城市生活垃圾的主要處置方式。填埋最大的缺點就是占地大，且傳統填埋場達到穩定的時間又相當長，填埋場的土地效益得不到充分利用。可持續填埋的實質是使垃圾得到重復有效利用，同時填埋場的空間能夠得到持續有效的重復。通過改革和完善填埋工藝，縮短垃圾穩定化周期，待垃圾穩定后開采、篩分陳腐垃圾，利用其中有用物質。騰出的土地可以重新填埋新鮮垃圾，從而使填埋場達到可持續化使用的目的，將垃圾的無害化、減量化和資源化緊密結合。

由于衛生填埋法具有節省投資、工藝簡單、管理方便、適用范圍廣、維護費用低等優點，至今填埋已成為我國城市生活垃圾的主要處置方式。

在垃圾填埋史上，填埋經歷了幾個歷程，從剛開始沒有采取任何防護措施的堆放到我國現階段大部分填埋場采用的準衛生填埋、衛生填埋。目前我國生活垃圾衛生填埋以厭氧型衛生填埋為主，在填埋場防滲、填埋氣體收集導排等方面技術已經較為成熟。

針對厭氧型衛生填埋的諸多問題，近年來生物反應器填埋技術研究在國內外掀起了一輪高潮。生物反應器填埋是一種“強化”生物過程的衛生填埋技術，通過水分調節、氧化還原狀態調節、pH調節、營養物添加、溫度控制、預處理等內環境調節方法和填埋場構造的優化，強化填埋場內微生物的生命活動，加速填埋垃圾穩定化進程 [4]。生物反應器填埋技術的關鍵是堆體內水分及養分均布。但是由于垃圾堆體的高度非均質性，再加上日覆蓋及中間覆蓋層的存在，堆體內不同部位的透水性能和持水性能差異較大，嚴重影響“生物反應器”的工作效率[5]。

2、現有垃圾填埋場存在的問題分析

我國生活垃圾屬于混合收集，垃圾成分復雜，且含水量和有機物含量都比較高。多年的運行經驗表明，我國現行的垃圾填埋場存在諸多問題：

2.1占用大量土地

垃圾填埋處理最大的缺點就是占地大，隨著我國城市規模的日益擴大、社會經濟的快速發展，對土地資源的需求越來越強烈。現有的垃圾填埋處理設施占用了大量土地，但是由于各省市垃圾年產量的增長，大大縮短了填埋場都使用壽命，在未來的十年內，多處填埋場都將面臨封場。而新建填埋場選址、征地又越來越困難。

2.2滲濾液污染嚴重

填埋處理滲濾液產生量大，污染負荷高，處理難度大，費用高，對地下水和地表水構成嚴重威脅。部分填埋場未對滲濾液進行處理或簡單經過一個氧化塘或沉淀池簡易處理就外排，二次污染嚴重。

2.3填埋產氣速率低過程長、綜合利用率低

填埋產氣速率低過程長，收集利用難度大。50%以上的填埋場對產生的填埋氣無任何收集或處理設施，直接外排，這不但對所處功能區的空氣環境質量產生不良影響，對填埋場本身的運行安全也構成了威脅，更是一種資源的浪費。

2.4填埋場超負荷運行、超期服役現象突出

由于中國城鎮化進程提高，城市人口巨幅增加，很多城市的垃圾產量有較大的增長，填埋處理設施的實際處理量遠高于其設計能力，不少城市垃圾填埋存在超負荷運行、超期服役現象。運行和管理水平卻沒有與之匹配，造成一些設施生活垃圾仍就近堆放，隨意傾倒，垃圾滲濾液肆意下溢，嚴重污染下游地表水體和當地地下水，影響了周邊居民的正常生活。

2.5垃圾穩定化時間長

傳統衛生填埋有機物降解緩慢，垃圾穩定化時間長。在填埋場漫長的穩定化過程中會產生大量填埋氣和滲濾液，如不作處理，能持續幾十年對附近公眾健康和周圍環境產生危害。垃圾填埋場封場后，后期還需持續監管維護。

綜上所述，針對我國垃圾填埋處理存在的問題，以及城市生活垃圾的組成和理化特性，如何按照可持續發展戰略的基本要求，研究新的垃圾填埋處理模式，解決生活垃圾處理面臨的困境，提升生活垃圾再利用與垃圾填埋場土地復用技術水平，從根本上實現我國生活垃圾減量化、資源化、無害化的治理目標，已成為當今我國社會發展的一項重要戰略任務。

3、可持續填埋工藝研究

可持續填埋的實質是將垃圾及其儲存場所-填埋場在時間或者空間上的延續，一方面使垃圾這種資源得到重復有效利用，另一方面填埋場的空間能夠得到持續有效的重復。將垃圾填埋場從一個被動接收系統轉變成一個主動管理控制系統，這種方法代表了垃圾處置的未來。針對我國傳統垃圾填埋處理占地大、穩定化時間長等問題，研究并提出了以陳腐垃圾開采利用為手段、以廢物減量化和資源化以及土地資源循環利用為目標的生活垃圾可持續填埋技術[6]。該技術包括“分區分單元構建—加速穩定化—開采—篩分再利用—再填埋”五個工藝段。

3.1填埋單元構建

可持續填埋工藝的核心是構建小單元生物反應器，加速垃圾堆體穩定化，分區開挖。合理分區分層是填埋場填埋作業的基礎和關鍵，也是實現小單元生物反應器的基礎。

如何將堆體與填埋場運營作業相結合，將填埋場從場底進行分區，實現小單元的滲瀝液分區收集，是生物反應器構建的關鍵。以盤錦填埋場為例，盤錦填埋場底由分區隔堤進行分隔，分為多個單元，每個面積大約為2萬m2。在分區隔堤分隔后，場底坡度構建的時候設計為橫坡，上部的垃圾產生的滲瀝液可以通過場底的分區隔堤實現相對獨立的收集。在各區相連接的部分，采用LDPE膜相隔，每個區域內就在水平和豎向上形成了一個獨立的小單元。

3.2垃圾堆體加速穩定化

生物反應器填埋是一種“強化”生物過程的衛生填埋技術，在傳統垃圾填埋場的垃圾貯留、污染阻隔功能的基礎上增加生物降解和資源恢復功能，強化衛生填埋場的生物降解效率，將填埋場作為一個生物反應器來對待。

在加速穩定化的過程中，采取厭氧和好氧生物反應器填埋[7]相結合、水平和豎井回灌體系相結合、滲瀝液管線和填埋氣管線相結合、全密閉作業與小單元反應器構建相結合等一系列措施與方法，加速堆體降解效率，穩定后利用小單元分區的優勢，分區開挖再利用。

第一階段為調節垃圾層的水分、pH值的厭氧生物反應器填埋，目標是促進垃圾降解、加快穩定化進程，提高產氣速度，同時降低滲濾液中有機污染物的濃度。第二階段為采用強制通風為主要手段，使垃圾轉化為好氧工況，目標是去除高水分和惡臭，降低挖掘垃圾的工程難度及環境影響。

3.3陳腐垃圾開采

開采工藝需綜合考慮場地、垃圾土體理化性質和現場施工條件、施工環境等多個因素，而開采效果好壞也是影響到整套工藝合理可行的首要問題。具體而言，為保證開挖條件，需研究帶開挖單元的地形、地質條件和填埋年限，分析其是否滿足開采機械和分選機械的安全有效運行，開挖分選是否經濟可行和開挖是否安全等。

陳腐垃圾的開采基本可參照土木工程基坑開挖，并結合采礦工藝技術進行。采用反鏟挖掘機進行開挖，再由前裝式裝載機將垃圾堆成堆條，并分離出其中的大塊物質。將挖出來的垃圾進行攤鋪進行二次發酵，便于后續的運輸和處理。其具體操作步驟包括如下幾個方面：放線——地質勘測——確定合理的土方開挖順序——確定基坑支護形式和支護方法——采用推土機水平或斜面分層開挖作業方式。

3.4陳腐垃圾分選再利用

垃圾的分選工藝的選擇主要取決于垃圾再利用的工藝，目前分選工藝較為成熟，有多種設備可供選擇。跟據陳腐垃圾成分及粒徑分布特點，選取合適、分選效率較高的分選工藝進行分離。對篩上及篩下部分，進行不同的后端利用。

目前，篩下物主要為分選細料，土質較多，且富含各種有機質，利用途徑主要有植被土、園林土、覆蓋土等，也可選擇燒結，一方面可降低篩下物里的有機質含量，另一方面可增加其強度，燒結陶粒或制磚，作為建筑材料或保水材料。

結語

通過對垃圾填埋場可持續填埋技術的研究，探索出具有適合中國填埋場的土地利用模式，通過土地資源的潛在價值帶動填埋場的污染治理，提高填埋場污染治理及再利用的積極性。可持續填埋工藝以陳腐垃圾開采利用為手段、以廢物減量化和資源化以及土地資源循環利用為目標。鼓勵未穩定化的填埋場采取加速穩定化措施，穩定的垃圾堆體進行開采及篩分利用，變廢為寶，二次開發填埋場地的土地利用價值，并積極探索新建填埋場按照分區填埋——構建小單元反應器——加速穩定化——開采——分選再利用——再填埋的“可持續填埋”的工藝。

【參考文獻】：

[1] 李國建、趙愛華，城市垃圾處理工程，科學出版社，2007

[2] 中國統計年鑒，2016

[3]《生活垃圾衛生填埋處理技術規范》（GB50869-2013）

[4]蔣建國，生物反應器填埋場技術發展現狀及研究前景，環境污染與防治，2005.2

[5]李啟彬、劉丹，生物反應器填埋場的可持續性分析與實現，廣東農業科學.2010.7

[6]樓紫陽、趙由才，生活垃圾可持續化填埋，環境工程學報，2007.1

[7] 張維、岳波，準好氧和厭氧填埋陳腐垃圾的穩定化特性，土木建筑與環境工程 ， 2010.04