生活垃圾填埋場治理技術研究

蔡琳琳 潘天騏 戴昕 袁建海

摘 要：填埋是我國生活垃圾無害化處理的主要方式。垃圾填埋場數量多，且滲濾液、異味等污染問題較大，急需開展生活垃圾填埋場治理。目前，國內外常用的垃圾填埋場治理技術主要有：原位規范封場、好氧快速穩定化、開挖篩分轉運等。本文對比這3種技術的研究現狀、技術優缺點與工程應用情況，分析其不同適用條件，以期為生活垃圾填埋場治理技術選取提供依據。

關鍵詞：生活垃圾填埋場;好氧穩定化;原位封場;篩分轉運

中圖分類號：X703文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2018）32-0148-03

Restoration Technology of Municipal Landfill

CAI Linlin PAN Tianqi DAI Xin YUAN Jianhai

（Nanjing Wondux Co.， Ltd.，Nanjing Jiangsu 211100）

Abstract： Landfill is the main way of harmless disposal of domestic refuse in China. There are many landfills （factories） and there are serious pollution problems such as leachate and odor. It is urgent to carry out the treatment of domestic refuse landfills （factories）. At present， the commonly used landfill （plant） treatment technologies at home and abroad mainly include in-situ standardized closure， rapid aerobic stabilization， excavation， screening and transshipment， etc. This paper compared the research status， technical advantages and disadvantages and engineering application of these three technologies， and analysed their different application conditions， in order to provide a basis for the selection of treatment technology for domestic refuse landfill （plant）.

Keywords：domestic waste landfill;aerobic stabilization;field sealing;screening and transfer

1 研究背景

我國生活垃圾無害化處理始于20世紀80年代。據《中國城鄉建設統計年鑒》的統計數據，截至2016年底，我國已有生活垃圾無害化處理場（廠）940座，其中衛生填埋場657座、焚燒廠249座、其他34座。可見，目前最主要的無害化處理方法仍是填埋。受經濟發展水平的限制和技術的制約，很多早期建設的生活垃圾填埋場未按衛生填埋場的標準進行設計，即沒有采取相應的防滲及水氣污染物控制措施，后期亦未采取有效的防護措施，含有甲烷和硫化氫等的填埋氣自由逸散到周圍大氣中，還可能帶來爆炸和火災等安全隱患;垃圾滲瀝液則因含有大量的氨氮、鹽分、重金屬等有毒有害物質，對周邊地下水及土壤存在污染的風險，給周邊環境帶來了極大的隱患。隨著城鎮化的推進，我國許多城市被垃圾填埋場包圍，若不采取有效的治理措施，這些垃圾填埋場污染可持續超過30年。因此，急需開展生活垃圾填埋場污染治理。

2 國內外生活垃圾填埋場治理技術

目前，國內外的生活垃圾填埋場治理技術主要有以下幾種：原位規范封場、好氧快速穩定化及開挖篩分/轉運等。

2.1 原位規范封場

對老舊陳腐垃圾填埋場就地治理可以采取規范封場，即建設完善的垂直和水平防滲系統、滲濾液收集和處理系統以及填埋氣體的導排、燃燒或利用系統后，在垃圾堆體頂部建設完善的防滲系統，形成雨污分流系統，使填埋氣、滲濾液等污染物有序排放，降低對周邊環境的影響。該技術成本少，工藝簡單，施工周期短，是我國目前應用最多的老齡填埋場修復技術，如杭州天子嶺填埋場、深圳玉龍坑垃圾填埋場等。

規范封場技術適用于非正規垃圾填埋場及填埋一定時間（如5年以上）需要封場的垃圾填埋場。封場設計首先應考慮阻止雨水進入、垃圾填埋氣體的擴散，實現垃圾填埋場雨污水分流、滲濾液減量，并對滲濾液和填埋氣進行有效收集與處理，同時要考慮動植物對防滲系統的破壞及垃圾堆體的沉降和穩定化、封場后土地的開發利用等。如果填埋量較大（如超過100萬t），則可以利用收集的填埋氣進行沼氣發電等資源化利用，產生一定的經濟效益。與其他存量垃圾治理方式相比，規范封場最主要的優勢是具有良好的經濟性、施工周期短等，是目前主要的填埋場治理技術。

雖然規范封場技術在經濟性方面具有顯著優勢，但規范封場后的垃圾堆體保持厭氧環境，垃圾堆體要經過相當長的一段時間才能達到穩定化（土地利用周期約為30年）。在此期間，這些原有的生活垃圾將會產生一系列復雜的生物化學反應，繼續產生垃圾滲濾液和填埋氣體，同時場地還會出現不同程度的沉降。因此，為了保證填埋場封場覆蓋后的安全運行，還應加強封場后的維護管理。

2.2 好氧快速穩定化

好氧快速穩定化是把垃圾填埋場建設成為一個好氧生物反應器的成套治理技術，常用的垃圾原位快速穩定化方法有滲濾液回灌法、輸氧曝氣法及氣-水聯用快速穩定化技術。滲濾液回灌法通過將滲濾液不斷地在填埋場堆體中循環，實現垃圾中有機物快速溶出，是一種高效的快速穩定化手段[1]。但是，該方法會增加企業運行成本，且可能造成額外污染。輸氧曝氣法是對目標垃圾填埋場進行持續曝氣，形成有氧環境，使好氧菌通過吸收、氧化作用快速降解城市垃圾中的有機物，從而有效加速垃圾填埋場穩定化進程。該技術可廣泛應用在有墊層或無墊層的正規或非正規的垃圾填埋場，適用于封場后或正在運行的垃圾填埋場。然而，由于技術和成本等原因，輸氧曝氣工程的效果并不都是正面的。試驗中，輸氧曝氣對垃圾礦化及提高滲瀝液質量方面都有明顯提升，但實際中，輸氧曝氣運行效果并不理想。這主要是因為曝氣不充分，且垃圾堆體滲透系數差，對氧氣的利用率低[2]。Raga R等[3]在2014年對填埋場進行輸氧曝氣的過程中發現，曝氣對滲瀝液飽和層中的垃圾處理效果并不明顯。在滲瀝液飽和層中，由于空氣很難流通，導致即使在曝氣狀況下，垃圾一直處于厭氧狀態。

由于該技術具有諸多局限性，因此，學者對其進行了改進，形成了氣水聯用快速穩定化技術。其基本原理是將垃圾填埋場視為一個巨大的“容器”，在填埋堆體中埋設注氣井、注液井和排氣井，使用高壓風機將新鮮空氣加壓后通過管道和注氣井注入垃圾深處，并把堆體中的二氧化碳等填埋氣體抽出。同時，監控反應堆體溫度與垃圾氣體成分，將收集的滲瀝液和其他液體回注至垃圾堆體，激活垃圾中的微生物再生，以此營造一個比較理想的有氧環境，使好氧微生物反應達到最佳狀態，從而加速垃圾場場地穩定[4]。Raga R等[3]在垃圾填埋場輸氧曝氣方面創新性地研發并改進了“Airflow”技術，采用低壓曝氣、滲瀝液及導排氣聯合抽提和滲瀝液回灌的方式對垃圾填埋場進行源頭減量，并在深度19m的垃圾填埋場中得到應用。實踐證明，滲瀝液回灌技術可以有效地降低垃圾堆體有氧分解時過高的溫度，從而使垃圾堆體保持持續高效的分解速率。設備運行6個月，垃圾沉積物呼吸指數下降67%，垃圾沉積物釋放的惡臭氣體被大大減少，在開挖時，其對周圍環境造成的影響也可以忽略不計。Morello L等[5]在2017年通過建立生物反應器對垃圾快速穩定化進行研究，將垃圾先后進行兼氧、厭氧、曝氣及淋洗處理。結果顯示，與傳統厭氧狀態相比，經過混合反應的垃圾產氣量提高了50%，而堆體穩定時間減少了25%～35%。Chung J等[6]、Sun等[7]的研究提出，通過建立外置硝化裝置處理垃圾滲瀝液加上原為反硝化處置方式，可以有效幫助垃圾滲瀝液脫氮的同時增加甲烷氣產量。氣-水聯用快速穩定化技術的最大優勢是治理周期短，在2～4年內即可實現填埋場地的穩定化目標。此外，通過垃圾滲瀝液回灌，可以改善滲瀝液水質，使其外排量減小，污染強度降低，好氧修復后的填埋場可以達到《生活垃圾填埋場穩定化場地利用技術要求》中的規定中度利用標準。該技術在國際上相對成熟，在美國、德國、意大利等國已成功應用20年，如德國Kuhstedt、意大利Landfill C、美國NewRiver Regional等[8]。但在我國的研究起步較晚，首個實例是北京黑石頭消納場[9]。Liu L等人在2018年通過對垃圾堆體中最大儲氧率的核算，對金口填埋場井口布置以及曝氣方式進行了優化，為填埋場輸氧曝氣工程設計及運行管理提供了支持[10]。

2.3 開挖篩分、轉運技術

開挖篩分、分類轉運處理的治理工藝就是對滿足開挖條件的填埋場的垃圾進行挖掘、篩分、轉運、處理等，將存量垃圾開挖后進行篩分，按物質組分、粒徑大小將不同篩分的存量垃圾分別轉運至相應場所進行處理或利用。一般來說，可以將篩分物分為可燃物、金屬和腐殖土等。篩上的塑料等可燃物送焚燒廠焚燒，金屬可以回收或外賣，不可燃物可根據實際情況選擇就地回填，或外運填埋，或加工成建筑材料或肥料等。該技術對污染治理較徹底，通過篩分使垃圾減量資源化程度可以達到75%以上，達到垃圾搬遷減量化和釋放土地的目的。但是，該技術污染治理較為復雜，不適合填埋齡較小、有機質含量高、污染嚴重的填埋場，且垃圾搬運過程中存在臭氣、粉塵等二次污染以及沼氣的安全控制、腐殖土安全利用、工程周期等問題。根據國外此類工程經驗及法規要求，如歐盟對垃圾填埋場開挖分選治理的規定，由于老舊垃圾填埋場堆體內厭氧狀態下，產生和積聚了大量甲烷等易燃易爆氣體和硫化氫等臭味有毒有害氣體，填埋場內垃圾自然分解達到相對穩定和可供開挖的時間至少要30年以上，簡單貿然直接開挖將出現嚴重的安全事件，對周圍環境和人們的身體健康帶來嚴重的危害。在土地資源緊張及政府對填埋場征收環境稅的壓力下，英國、美國、意大利等國家也開展了垃圾填埋場原位開挖分選工程，國內應用實例有北京北天堂垃圾填埋場和三海子郊野公園等。此類工程大多選在老齡垃圾且垃圾堆體性質相對穩定的填埋場地或預先使用原位快速穩定化技術，對垃圾進行無害化處理后，再進行開挖，之后對剩余垃圾進行資源化處理。

3 填埋場治理技術比較

在實際選擇治理技術時，應根據填埋場的實際情況，從技術可靠性、建設工期、環境污染、投資費用等方面對原位規范封場、好氧快速穩定化及開挖篩分、轉運等修復技術方案進行綜合比較分析，選擇合適的技術。

綜上所述，在填埋場地利用要求不高且填埋場地再利用需求不迫切的情況下，原位規范封場技術為存量垃圾治理技術的首選方案。在填埋場周圍環境容量小、對污染物去除要求高時，應使用填埋場綜合治理技術。對于有機質含量高的填埋場，建議使用好氧快速穩定化修復技術，使垃圾填埋場達到中度利用標準。若填埋場地穩定化需求較高，在環境容量小、垃圾填埋齡較長、篩下物出路能解決且治理周期允許的前提下，建議在判定堆體穩定化程度可行后，進行開挖分選處理，實現最大化垃圾減量、污染消除最徹底。由于填埋場內環境復雜，單一的穩定化技術可能并不能起到理想效果，在制定垃圾填埋場治理方案時，可以選擇復合方案。

參考文獻：

[1] Hupe K， Heyer K U， Stegmann R. Water infiltration for enhanced in situ stabilization[C]. Proceedings Sardinia.2003.

[2]Wu C，Shimaoka T， Nakayama H，et al. Influence of aeration modes on leachate characteristic of landfills that adopt the aerobic–anaerobic landfill method[J]. Waste management，2014（1）：101-111.

[3] Raga R， Cossu R. Landfill aeration in the framework of a reclamation project in Northern Italy[J].Waste management，2014（3）：683-691.

[4]李睿.填埋垃圾原位好氧加速穩定化技術研究[D].北京：清華大學，2013.

[5] Morello L， Raga R， Lavagnolo M C， et al. The S. An. A.R concept： Semi-aerobic， Anaerobic，Aerated bioreactor landfill[J]. Waste Management，2017（5）：193-202.

[6] Chung J， Kim S， Baek S， et al. Acceleration of aged-landfill stabilization by combining partial nitrification and leachate recirculation： a field-scale study[J]. Journal of hazardous materials，2015（285）：436-444.

[7]Sun X，Zhang H，Cheng Z. Use of bioreactor landfill for nitrogen removal to enhance methane production through ex situ simultaneous nitrification-denitrification and in situ denitrification[J]. Waste Management， 2017（66）：97-102.

[8]曹麗，陳娜，胡朝輝，等.垃圾填埋場：世界最大的生態修復案例：以武漢市金口垃圾填埋場為例[J].城市管理與科技，2016（3）：24-27.

[9]邵靖邦，唐嶸，闡霏，等.好氧降解加速垃圾填埋場穩定化技術[C]//礦化垃圾資源化利用與填埋場綠化技術研討會論文集.2011.

[10] Liu L， Ma J， Xue Q， et al. The in situ aeration in an old landfill in China： Multi-wells optimization method and application[J]. Waste Management，2018（76）： 614-620.