生活垃圾填埋場開采篩分處置技術研究
——以臥旗山垃圾填埋場為例

葛恩燕，胡 超

（1.浙江省城市化發展研究中心，浙江 杭州310000；2.寧波市生活垃圾分類指導中心，浙江 寧波315000）

1 引言

填埋作為城市生活垃圾處置的最重要手段之一，有效地解決了城市固體廢物的排放問題，為城市建設和發展作出了重要貢獻。但隨著城市化進程加快、人口增加，垃圾產生量也逐漸增大，達到每年數億噸的規模［1］。而隨著城市區域的逐步擴大，許多原本位于城郊的垃圾填埋場已成為城市邊緣甚至是城市的中心，“垃圾圍城”等現象嚴重影響了城鄉人居環境［2］。目前，仍有諸多生活垃圾以簡易填埋的方式進行處理，如在城區周邊選擇地層防滲條件稍好的區域進行垃圾堆放［3］。簡易填埋方式一般缺少規范的底部防滲系統和氣體導排措施，遠未達到國家標準和規范要求，極易對周圍水體、大氣及土壤環境產生二次污染和安全隱患［4］，增加周邊居民的健康風險［5］。如浙江省2020 年已實現生活垃圾“零填埋”，經初步估計，浙江省約有90 座已退役城市生活垃圾填埋場，共積存超過1.0×108t 的生活垃圾，如何快速降解和處置存量垃圾，減少其對周邊環境影響，釋放土地利用空間成為了亟待解決的難題。

2011 年，國務院印發的《關于進一步加強城市生活垃圾處理工作意見的通知》中明確指出要開展生活垃圾填埋場所存量垃圾的生態修復工作，制定治理計劃并限期進行清理與改造，為此采用適宜的技術對填埋場進行科學、有效的治理，也進一步被提上了日程。開采篩分技術作為一種有效的治理技術，因其可以徹底清除垃圾、消除污染源、騰出可利用土地，且能實現填埋垃圾的資源化而備受關注。本研究針對生活垃圾填埋場治理技術進行概述及工藝比選，對開采篩分處置技術的應用優勢及適用范圍進行分析，并結合應用實例對開采篩分處置技術的可行性和有效性進行論述。

2 垃圾填埋場治理技術

目前，常見的生活垃圾填埋場治理技術主要有原位封場技術、整體搬遷減量技術、好氧穩定化技術及開采篩分技術。治理技術的選擇通常根據場地污染源特征、污染現狀、污染擴散途徑、污染控制要求、危害風險、治理目標、經濟及社會效益、資金籌措等情況而定。

2.1 原位封場技術

原位封場治理技術是在原有填埋場上，對垃圾堆體進行整形，修建坡面平臺，做好污染防滲、雨水阻隔、滲濾液和填埋氣導排系統，最后進行垃圾堆體覆蓋和植被恢復工作，消除堆體安全隱患，減少對周邊環境的污染［6］。原位封場技術具有施工周期可控、操作與管理簡便等優勢，但其穩定化時間長，對環境存在長期影響，且無法實現場地開發再利用。該技術適用于規模較大、具備封場條件的填埋場。

2.2 整體搬遷減量技術

整體搬遷減量技術是指將填埋場的陳腐垃圾整體挖出，搬運至新建填埋場、其他正規填埋場或焚燒發電廠進行規范化處置的技術［7］。整體搬遷減量技術的優點是對垃圾填埋物污染危害治理較為徹底，實現場地開發再利用；缺點是沒有考慮垃圾的資源化利用，治理和處置成本較高，且開挖過程中易產生二次污染。該技術適用于附近有正規垃圾處理廠且運輸距離適當、接納處置費用合理，尤其適用于規模較小的垃圾填埋場。

2.3 好氧穩定化技術

好氧穩定化技術是通過設置注氣井、注液井及抽氣井等，向堆體內注入空氣，排出二氧化碳等氣體，使堆體中有機物在適宜條件下發生好氧降解反應，從而使堆體快速達到穩定化狀態，消除對環境的污染風險［8］。好氧穩定化技術的優點是有機物好氧降解后惡臭氣體減少和爆炸風險降低，并顯著縮短堆體穩定化時間；缺點是污染治理不徹底，治理工程費用較高。該技術適用于規模較大，與居民區、環境敏感區距離較遠的填埋場。

2.4 開采篩分技術

開采篩分技術是借助篩分系統，將從填埋場挖出的陳腐垃圾按照粒徑、密度、形狀等性狀差異進行分離，之后根據篩分得到的不同成分物料的性質分別進行資源化再利用［9］。開采篩分技術可實現填埋場垃圾的減量化，消除垃圾填埋場對周邊地表環境及地下水的污染風險，恢復生態環境，且能實現土地的開發再利用。

2.5 治理技術綜合比選

綜上所述，通過對比以上4 種治理技術可知：原位封場技術、整體搬遷減量技術和好氧穩定化技術均無法同時實現場地開發再利用及陳腐垃圾資源化利用的目標；而垃圾開采篩分技術具有減量化、無害化及資源化的優勢，治理效果較徹底，在有效控制臭氣及土壤、地下水污染的同時，還能發揮填埋垃圾的剩余價值，實現垃圾的減量化和資源化利用，徹底消除填埋場地的污染源，加速周邊生態環境的恢復，且能快速盤活土地，滿足規劃用地需求。

3 開采篩分技術

3.1 國內外開采篩分技術發展現狀

從20 世紀90 年代開始，美國佛羅里達Naples填埋場，紐約Edinburg 填埋場、Frey Farm 填埋場，以色列特拉維夫市赫利亞生活垃圾填埋場等就成功進行了開采修復運行［10］。美國Edinburg 小鎮的填埋場啟用于1969年，主要接收鎮內的生活垃圾，關閉于1991年，共占地2.02 hm2，是無防滲的垃圾填埋場。1989 年，紐約州議會指導能源局啟動一個研究項目來評估填埋垃圾回收的可行性，選取Edinburg 小鎮的填埋場中0.405 hm2進行篩分并作為填埋垃圾回收利用示范項目，在垃圾開挖期間，進行持續的環境監測，主要指標均在可控范圍，并定期監測臭氣，沒有發現臭氣逸散到工作區外的現象［11］。

我國由于開采篩分技術儲備與推廣、政策扶持、機制引導相對不成熟，在陳腐垃圾理化性質分析、開采篩分技術、資源化綜合利用等方面仍在持續完善中［12］。近年來，少量填埋場積極探索開采篩分處置方式，如北京市對大興區一簡易垃圾填埋場進行開采篩分處理，總垃圾量8.8×105m3，總投資約4.69 億元，綜合處理單價約為532 元，有效解決填埋場臭氣擾民、污染環境，同時實現了無害化前提下的陳腐垃圾資源化利用［13］。另外，采用開采篩分處置技術的還有保定市某填埋場、貴州市某簡易填埋場、浙江溫州臥旗山填埋場等。

3.2 開采篩分技術應用優勢

開采篩分技術可有效治理土壤、地下水污染，改善周邊生態環境，大幅削減存量垃圾體積，有效解決各地填埋場庫容緊張難題，釋放土地利用空間，具有良好的經濟、環境和社會效益；同時，根據不同物料的性質差異，綜合利用多級變徑、風壓風速可調的多級高效篩分系統，可有效分離混合物料，各類篩分產物依據特性可采用不同的方式進行資源化利用，實現變廢為寶。

3.3 開采篩分技術適用范圍

開采篩分技術可較為徹底地實現污染治理，進而實現場地的再開發利用。該技術使用范圍較廣，主要適用于填埋年限較長、垃圾中的纖維素和半纖維素類物質基本降解完成的填埋場。此外，該技術還要求篩分分離后的各物料具備實現資源化利用的途徑，且在開采過程中必須做好二次污染防治措施。

4 垃圾填埋場開采篩分處置技術應用案例

目前，我國垃圾填埋場治理技術發展迅速，針對不同填埋場的治理技術適用性研究均有應用報道。本研究主要闡述垃圾填埋場開采篩分技術應用案例。溫州市臥旗山垃圾填埋場位于鹿城區雙嶼街道牛嶺村（圖1），始建于1983 年，2002 年填埋場達到飽和后實行簡易封場。據初步勘查，臥旗山垃圾填埋場地面以上垃圾約有7.6×105m3，占地面積約為4.32 hm2。填埋場為簡易填埋，未設置環保措施，周邊分布有鞋業制造廠、居民區、宿舍公寓、公園、地表水體等環境敏感點，存在較大的安全和環境污染隱患。為實現原址開發再利用，改善周邊生態環境的目標，對填埋垃圾進行開挖、篩分和綜合利用是一種必然的選擇。

圖1 溫州市臥旗山垃圾填埋場地理位置示意Figure 1 Location schematic of Woqishan landfill in Wenzhou City

場地內的取樣調查結果表明：勘查深度內垃圾主要為雜填土、生活垃圾和工業垃圾（皮革邊角料為主）。填埋垃圾中的腐殖土約占66.54%，有機質含量高，生物可降解性總體較差且區域分布不均衡。填埋氣中甲烷含量較高，氨和臭氣污染嚴重，滲濾液中污染物指標均超過規定限值。填埋場存量垃圾污染風險級別為“高”，周邊環境地下水的COD、氨氮、總大腸菌群等存在超標現象。

4.1 建設內容

項目工程建設內容主要包括：臨時垃圾處理站建設、滲濾液收集及處理、填埋氣導排收集及處理、垃圾開挖及運輸、垃圾篩分處置、篩分產物消納處置、除塵、除臭等。設計處理規模：垃圾篩分2 500 m3/d、滲濾液150 m3/d、腐殖土800 t/d、渣礫120 t/d、篩上輕質物250 t/d、玻璃12 t/d、金屬8 t/d。

4.2 治理工藝流程

開采篩分技術主要包括開挖和篩分兩階段，即對填埋場陳腐垃圾進行開挖后運送至臨時垃圾處理站，隨后通過多級高效篩分系統進行篩分。其中，腐殖土經無害化處理后用作綠化種植土；渣礫經漂洗、破碎后用于路基填石；篩上輕質物（平均水分＜50%，平均灰分含量＜30%，平均濕基低位熱值＞5 000 kJ/kg）外運至焚燒發電廠進行綜合處置；金屬和玻璃經物質回收公司回收處理。開采篩分過程中產生的滲濾液經收集后采用“二級碟管式反滲透工藝”處理，出水達標后納入市政污水管網。開挖過程中產生的廢氣經收集處理達標后排放。本開采篩分工程的治理技術路線如圖2所示。

圖2 溫州市臥旗山垃圾填埋場開采篩分治理技術路線示意Figure 2 Technical route schematic for mining，screening and treatment of Woqishan landfill in Wenzhou City

4.2.1 垃圾開挖與運輸

采用挖掘機將陳腐垃圾挖出并裝入自卸卡車的車廂內，隨后運送至篩分設備處。在開挖過程中采取“分區、分層、自上而下”的開挖方式。垃圾開挖工程工序為：設備進場、場地平整、施工放線、開挖支護施工工作面、垃圾開挖（距離原狀土30～50 cm 改用人工開挖）、土方平整、工程驗收，在整個開挖過程中需做好滲濾液和雨污導排工作。

4.2.2 垃圾篩分處置

對經過4.2.1過程處理后的垃圾進行篩分處置，包括預篩分和人工分選。首先將挖掘的垃圾運送至篩分設備處，通過勻料機進入預篩分機進行預篩分，預篩分后的篩下物進入傳送皮帶進行人工分選，將部分垃圾分類揀出。人工分選后的垃圾再通過磁選機、滾筒式篩分、風選系統等六級高效綜合分離，得到腐殖土、渣礫、篩上輕質物、金屬和玻璃等物品。篩分工藝流程見圖3。

圖3 篩分工藝流程示意Figure 3 Screening process schematic

4.2.3 滲濾液收集與處理

填埋垃圾分區開挖中設置滲濾液臨時集水坑，將垃圾堆體中滲濾液匯集到臨時集水坑內，然后輸送至調節池，經兩級碟管式反滲透設備進行處理，出水達標后納入市政污水管網。濃縮結晶體送溫州市生態材料綜合處置中心處置。

4.2.4 除塵、除臭收集與處理

在垃圾篩分車間設置吸風口對篩分現場的廢氣進行收集處理后達標排放。由于填埋場的氨和臭氣污染比較嚴重，在垃圾開挖和裝車過程中，現場采取除塵和除臭處理，確保現場施工生產環境的安全。

4.3 治理效益分析

臥旗山垃圾填埋場治理采用開采篩分技術進行處置，滲濾液、臭氣等二次污染可控，工程投資適中，對周邊環境影響較小，修復周期較短，污染控制措施可行。通過治理工作的開展大幅減少了填埋場對周邊環境的污染，釋放了土地利用空間后，化解了“鄰避”問題，治理后場地滿足城區結構功能調整，有利于促進區域開發進程。同時，在對陳腐垃圾的開采篩分過程中，將分離出的輕質物、腐殖土、金屬等組分分類再利用，最終實現近8.0×105m3垃圾安全開挖和高效篩分，約超過4.0×105t 腐殖土、超過1.0×105t 骨料以及近3.0×105t輕質物實現資源化利用，充分利用了陳腐垃圾的剩余價值，經濟、社會及環境效益良好。

開采篩分整治前后的溫州市臥旗山垃圾填埋場如圖4 和圖5 所示。根據《掌上鹿城》報道，城市爛瘡“臥旗山垃圾填埋場”的異位生態化治理，通過對開采篩分產物的資源化利用，不僅實現了垃圾山到“生態股”的轉變，并盤活土地資源60畝（1 畝≈0.067 hm2）以上，地塊的再開發利用將產生顯著的經濟效益，實現溫州西部生態新城有機更新和高質量發展。

圖4 整治前溫州市臥旗山垃圾填埋場Figure 4 Woqishan landfill in Wenzhou City before remediation

圖5 整治后溫州市臥旗山垃圾填埋場Figure 5 Woqishan landfill in Wenzhou City after remediation

4.4 案例評價

1）通過在溫州市臥旗山垃圾填埋場開展綜合治理工程，總結得到開采篩分處置技術的工藝流程包括垃圾開挖與運輸，垃圾篩分處置，滲濾液收集與處理以及除塵、臭氣收集與處理4個階段。

2）根據溫州市臥旗山垃圾填埋場綜合處理工程，對開采篩分處置技術的社會、經濟與環境效益進行分析測算：有效解決了臭氣擾民、地下水污染等環境隱患，化解“鄰避”問題；實現超過4.0×105t 腐殖土、超過1.0×105t 骨料以及近3.0×105t 輕質物的資源化利用；盤活土地資源4 hm2以上，產生顯著經濟效益，為溫州西部生態新城的順利建設作出了貢獻。

3）根據填埋場現狀情況，在填埋場地穩定化程度較高、垃圾填埋年限較長、篩下物出路能解決且治理周期允許的條件下，適宜采用開采篩分技術進行處理，以實現填埋場庫容騰退、污染源清除、篩分物料資源化以及土地開發再利用。

5 開采篩分技術未來發展方向和前景分析

在生態文明建設要求日益提高、國家政策逐步出臺、人民環保意識提高及城市快速發展的背景下，可徹底消除污染源、騰出可用土地的開采篩分技術勢必會得到更加廣泛的應用，在我國存量垃圾填埋場綜合整治及無廢城市建設工作進程中也將發揮重要作用。今后一段時間，填埋場開采篩分技術主要有以下幾個細分技術仍需加強研究和攻關：

1）快速高效前置預處理技術。我國垃圾填埋場，特別是簡易填埋場缺少合理有效的液氣導排系統，堆體內部積聚的填埋氣含量和滲濾液液位普遍較高，存在液氣阻滯現象，直接開挖安全隱患大、臭氣擴散嚴重且垃圾濕度高，不利于后續篩分。開發快速高效的前置預處理技術，迅速降低垃圾堆體滲濾液水位及填埋氣含量，為后續安全開挖及高效篩分創造有利條件，是未來開采篩分治理現場應用過程中需要重點解決的一個問題。

2）多維度精細高效篩分。我國陳腐垃圾普遍具有物料組分復雜、濕黏團聚、分散性低的特點，傳統的篩分設備適用性差，篩分過程易堵孔、分離精度低，篩分質量差，極大地影響篩分產物后續消納利用。針對陳腐垃圾特性，進行篩分設備的針對性改進優化及創新設計，提升篩分性能，通過多級分選降低單次分選負荷，提升分選效率，解決物料團聚裹挾、分離精度差的問題，提高輕質物和腐殖土純凈度，降低含渣量，是實現篩分產物資源化利用的關鍵。

3）多途徑資源化利用。陳腐垃圾一般包含輕質物、腐殖土、骨料、金屬等成分，輕質物具有較高的熱值，進入垃圾焚燒廠處理不僅消除潛在污染，同時通過發電的形式回收大量能源，實現資源化利用；腐殖土是陳腐垃圾的主要成分，可占垃圾總量的50%以上，腐殖土中富含有機質以及氮、磷、鉀等營養元素，能為土壤提供養分并增強植物的抗逆性，是一種良好的植物生長基質，開發綠色、低成本的腐殖土無害化改良藥劑和技術工藝，探索其在園林綠化、山體修復、草坪種植等方面的基質化利用技術，實現草炭、土壤等自然資源替代是腐殖土資源化利用的重要方向。垃圾中骨料有效分離后則以市政填方、道路路基、建筑材料等方式進行利用，金屬可回收進行二次加工。