利用焚燒富余能力釋放填埋庫(kù)容的研究
——以南方某市為例

張俊文

（廣州市城市管理技術(shù)研究中心，廣東 廣州 510170）

我國(guó)衛(wèi)生填埋場(chǎng)起步于1990年前后，2000年后高密度聚乙烯防滲膜（HDPE）技術(shù)逐漸得到廣泛應(yīng)用，目前大部分已達(dá)到設(shè)計(jì)使用年限或者超負(fù)荷運(yùn)行中，填埋庫(kù)容日益緊張。“十三五”全國(guó)城鎮(zhèn)生活垃圾無(wú)害化處理設(shè)施建設(shè)規(guī)劃（以下簡(jiǎn)稱建設(shè)規(guī)劃）要求，到2020年底，設(shè)市城市生活垃圾焚燒處理能力占無(wú)害化處理總能力的50%以上，其中東部地區(qū)達(dá)到60%以上；具備條件的直轄市、計(jì)劃單列市和省會(huì)城市（建成區(qū)）實(shí)現(xiàn)原生垃圾“零填埋”[1]。建設(shè)規(guī)劃的實(shí)施標(biāo)志著我國(guó)生活垃圾的處理方式從衛(wèi)生填埋為主轉(zhuǎn)變到以焚燒為主，而焚燒處理最終產(chǎn)物目前仍然需要進(jìn)入填埋場(chǎng)處理。因此，城市生活垃圾處理系統(tǒng)對(duì)填埋庫(kù)容的需求是長(zhǎng)期和必要的。

2020年國(guó)家發(fā)展改革委、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部及生態(tài)環(huán)境部聯(lián)合印發(fā)《城鎮(zhèn)生活垃圾分類和處理設(shè)施補(bǔ)短板強(qiáng)弱項(xiàng)實(shí)施方案》中強(qiáng)調(diào)：“各地在摸清垃圾填埋場(chǎng)剩余庫(kù)容的基礎(chǔ)上，合理規(guī)劃填埋場(chǎng)建設(shè)。原則上地級(jí)以上城市以及具備焚燒處理能力的縣（市、區(qū)），不再新建原生垃圾填埋場(chǎng)。”[2]對(duì)新建原生垃圾填埋場(chǎng)進(jìn)行限制，加速原生垃圾衛(wèi)生填埋向焚燒處理轉(zhuǎn)變直至完全替代。在處理方式轉(zhuǎn)變的過(guò)程中，開(kāi)展利用富余焚燒處理能力釋放填埋場(chǎng)庫(kù)容空間具有現(xiàn)實(shí)意義。以南方某市為例，對(duì)利用焚燒富余處理能力釋放填埋場(chǎng)庫(kù)容空間的問(wèn)題進(jìn)行討論與研究，為實(shí)現(xiàn)填埋庫(kù)容循環(huán)利用提供一種思路。

1 重要影響因素

1.1 富余焚燒處理能力

利用焚燒富余處理能力釋放填埋場(chǎng)庫(kù)容空間實(shí)現(xiàn)循環(huán)再利用，決定性因素是生活垃圾焚燒處理設(shè)施有富余的焚燒處理能力。

“十三五”期間，我國(guó)經(jīng)濟(jì)保持快速增長(zhǎng)，人民生活水平穩(wěn)步提高，各地生活垃圾也在持續(xù)增長(zhǎng)。據(jù)2021中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒顯示，2020年生活垃圾清運(yùn)量為235 11.7 萬(wàn)t，較2017年增長(zhǎng)9%。在城市無(wú)害化設(shè)施建設(shè)規(guī)劃時(shí)，一個(gè)城市的生活垃圾處理能力必須大于實(shí)際的生活垃圾清運(yùn)量，確保整個(gè)城市生活垃圾無(wú)害化處理的實(shí)際需要。現(xiàn)今生活垃圾的處理方式由以衛(wèi)生填埋為主轉(zhuǎn)變?yōu)橐苑贌幚頌橹鳎贌幚碓O(shè)施成為近年來(lái)建設(shè)規(guī)劃的重點(diǎn)，而生活垃圾焚燒處理能力的建設(shè)屬于整體規(guī)劃、分期實(shí)施。生活垃圾焚燒處理能力隨著設(shè)施分期實(shí)施呈現(xiàn)階梯式的增長(zhǎng)，在未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)階梯式增長(zhǎng)的焚燒處理能力與逐年增長(zhǎng)的生活垃圾量之間將出現(xiàn)富余能力，具體如圖1 所示。因此，可充分利用富余的焚燒處理能力釋放填埋場(chǎng)庫(kù)容空間，實(shí)現(xiàn)填埋場(chǎng)庫(kù)容循環(huán)再利用。

圖1 生活垃圾焚燒富余處理能力變化示意圖

1.2 焚燒工藝適應(yīng)性

填埋場(chǎng)開(kāi)挖出來(lái)的陳腐垃圾，其組分、熱值、灰分等指標(biāo)應(yīng)滿足焚燒工藝的要求，在不影響處理工況下可利用富余焚燒處理能力持續(xù)、穩(wěn)定處理陳腐垃圾，釋放填埋場(chǎng)庫(kù)容空間。

生活垃圾主要由廚余類、木竹類、紙類、紡織類、橡塑類、金屬類、玻璃類、磚瓦陶瓷類、灰土類等組成，經(jīng)填埋多年后逐步演變?yōu)殛惛Ｆ渲校瑥N余類、紙類等屬于易腐物質(zhì)，占比逐年降低；木竹類和紡織類不易降解，而塑料、玻璃、金屬、磚瓦類等理化性質(zhì)較穩(wěn)定，屬于惰性物質(zhì)。陳腐垃圾的含水率與填埋時(shí)間成反比，隨著易腐物質(zhì)的降解逐步下降；易腐物質(zhì)的降解促使單位體積內(nèi)灰分和可燃物占比將逐年升高，熱值也較生活垃圾有所提高。

根據(jù)《城市生活垃圾處理及污染防治技術(shù)政策》（建城［2000］120 號(hào)）[3]、《生活垃圾焚燒爐及余熱鍋爐》（GB/T 18750—2008）[4]規(guī)定，要求焚燒進(jìn)爐垃圾平均濕基低位熱值不低于5 000 kJ/kg，水分含量不宜大于50%，灰分含量不宜大于25%。一般陳腐垃圾的熱值和水分含量較容易滿足要求，而填埋時(shí)間越長(zhǎng)灰分含量越高。可采取摻燒模式進(jìn)行處理，不需額外改進(jìn)焚燒處理設(shè)施在用的焚燒工藝。

1.3 填埋堆體開(kāi)挖條件

填埋場(chǎng)堆體開(kāi)挖應(yīng)滿足基本工程條件，包括但不限于：一是填埋場(chǎng)道路系統(tǒng)、電力系統(tǒng)和用水供應(yīng)滿足開(kāi)挖作業(yè)需求；二是填埋場(chǎng)具備完整的滲瀝液導(dǎo)排收集系統(tǒng)、填埋氣體收集系統(tǒng)和填埋場(chǎng)防滲系統(tǒng)；三是填埋場(chǎng)堆體開(kāi)挖對(duì)堆體安全影響應(yīng)在可控范圍內(nèi)；四是堆體開(kāi)挖作業(yè)對(duì)周邊環(huán)境影響應(yīng)在可控范圍內(nèi)。

1.4 填埋庫(kù)容空間再利用

一個(gè)城市的生活垃圾無(wú)論采用何種處理技術(shù)，填埋場(chǎng)是每一個(gè)城市不可缺少的垃圾處理設(shè)施，必須在任何時(shí)候都保持一定的填埋庫(kù)容空間。填埋場(chǎng)通過(guò)開(kāi)挖陳腐垃圾焚燒處理騰出的庫(kù)容空間，一方面可用作城市生活垃圾處理的戰(zhàn)略儲(chǔ)備，應(yīng)對(duì)突發(fā)事件帶來(lái)的應(yīng)急填埋任務(wù)。另一方面，生活垃圾焚燒處理后產(chǎn)生的殘?jiān)匀恍枰M(jìn)行填埋處置。殘?jiān)兄饕t渣和飛灰，爐渣具有骨料特性，現(xiàn)階段多被制成環(huán)保磚和路基填充料，已廣泛得到應(yīng)用。而根據(jù)《國(guó)家危險(xiǎn)廢物名錄》（2021年版）[5]，飛灰只要滿足《生活垃圾填埋場(chǎng)污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 16889—2008）[6]的入場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)要求，可進(jìn)入填埋場(chǎng)進(jìn)行單獨(dú)分區(qū)填埋處置。因此，通過(guò)開(kāi)挖摻燒陳腐垃圾釋放的填埋庫(kù)容空間，可用作城市生活垃圾處理的戰(zhàn)略儲(chǔ)備和飛灰的專區(qū)填埋處置。

2 南方某市的研究案例

2.1 生活垃圾焚燒富余處理能力測(cè)算

南方某市的生活垃圾處理能力包括焚燒處理能力、生化處理能力和就近就地分散處理3 部分，富余的焚燒處理能力為生活垃圾處理能力扣除生活垃圾清運(yùn)量和生化處理產(chǎn)生的殘?jiān)俊＿@部分富余的焚燒處理能力可用于填埋場(chǎng)陳腐垃圾開(kāi)挖摻燒，以實(shí)現(xiàn)釋放填埋場(chǎng)庫(kù)容空間的目的。

根據(jù)《某市生活垃圾收運(yùn)處理戰(zhàn)略系統(tǒng)規(guī)劃（2016—2035年）》對(duì)生活垃圾清運(yùn)量的預(yù)測(cè)和焚燒處理設(shè)施的規(guī)劃安排，焚燒處理設(shè)施二期建設(shè)將于2023年完成并投產(chǎn)運(yùn)營(yíng)，同年將有富余的焚燒能力處理陳腐垃圾。焚燒處理設(shè)施二期假設(shè)在2023年1月1日全部達(dá)產(chǎn)運(yùn)營(yíng)，經(jīng)測(cè)算焚燒富余處理能力出現(xiàn)在2023—2028年，期間日均富余處理能力詳見(jiàn)表1。利用焚燒富余處理能力共計(jì)可摻燒1 044 萬(wàn)t 陳腐垃圾，約釋放1 160 萬(wàn)m3庫(kù)容空間（容重按0.9 t/m3計(jì)算），2029年開(kāi)始焚燒富余處理能力消失。

表1 2023—2028年焚燒富余處理能力

2.2 陳腐垃圾物理特性及焚燒工藝適應(yīng)性

對(duì)南方某市3 個(gè)填埋場(chǎng)進(jìn)行陳腐垃圾物理特性研究，檢測(cè)不同齡期填埋場(chǎng)陳腐垃圾的物理組分、熱值、灰分和含水率等指標(biāo)，討論陳腐垃圾對(duì)焚燒工藝的適應(yīng)性。參照《生活垃圾采樣和分析方法》（CJ/T 313—2009）[7]相關(guān)規(guī)定，陳腐垃圾的物理組分如表2 所示，其中填埋場(chǎng)A 和B 均建于20 世紀(jì)80年代末90年代初，封場(chǎng)超過(guò)20年；填埋場(chǎng)C 建于2000年，2018年停止垃圾進(jìn)場(chǎng)，現(xiàn)處于臨時(shí)覆蓋狀態(tài)。

表2 陳腐垃圾物理組分 %

陳腐垃圾物的焚燒特性如表3 所示，高齡期填埋場(chǎng)A、B 中陳腐垃圾含水率為36.18%～38.76%，干基高位熱值為10 552～14 225 kJ/kg，濕基低位熱值為6 026～7 606 kJ/kg，濕基灰分為35.52%～39.57%；填埋場(chǎng)C 中的陳腐垃圾含水率約為49.02%，干基高位熱值約為17 316 kJ/kg，濕基低位熱值約為6 046 kJ/kg，濕基灰分約為9.94%。可見(jiàn)，與原生活垃圾相比，陳腐垃圾隨著填埋時(shí)間增長(zhǎng)逐步降解，含水率下降，灰分增加，熱值降低。

表3 陳腐垃圾焚燒特性

南方某市運(yùn)營(yíng)及在建焚燒設(shè)施的焚燒最低熱值為4 000～5 000 kJ/kg，最高熱值為9 500 kJ/kg。綜上所述，填埋場(chǎng)C 中的陳腐垃圾含水率小于50%，濕基低位熱值高于5 000 kJ/kg，灰分小于30%，滿足焚燒入爐要求同時(shí)也符合焚燒設(shè)施的設(shè)計(jì)工況熱值。南方某市在有富余焚燒處理能力期間，可選擇開(kāi)挖填埋時(shí)間較短的陳腐垃圾，按比例與生活垃圾直接摻燒處理，不需經(jīng)篩分預(yù)處理。因目前國(guó)內(nèi)對(duì)陳腐垃圾的摻燒研究較少，具體的摻燒比例仍然需要進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)研究獲取，并實(shí)施動(dòng)態(tài)調(diào)整。

2.3 填埋場(chǎng)堆體開(kāi)挖條件及庫(kù)容循環(huán)利用

南方某市與填埋場(chǎng)C 類似的填埋場(chǎng)有3 個(gè)，交通條件、供水供電均可滿足開(kāi)挖要求。該類填埋場(chǎng)均采用高密度聚乙烯防滲膜（HDPE）技術(shù)，具有完善的滲瀝液導(dǎo)排、收集和處理系統(tǒng)，能確保開(kāi)挖過(guò)程中外溢的滲瀝液得到妥善收集。填埋場(chǎng)陳腐垃圾開(kāi)挖可采用分層、分區(qū)的方式進(jìn)行，一方面減少開(kāi)挖對(duì)垃圾堆體的擾動(dòng)，確保堆體安全穩(wěn)定；另一方面，降低填埋場(chǎng)除臭系統(tǒng)的壓力，減少對(duì)周邊環(huán)境的影響。

通過(guò)焚燒富余處理能力摻燒陳腐垃圾釋放出來(lái)的庫(kù)容空間，可用于飛灰固化物專區(qū)填埋和作為生活垃圾應(yīng)急保障處置設(shè)施使用。利用焚燒富余處理能力共計(jì)可處理陳腐垃圾1.044×107t，約釋放庫(kù)容空間1.60×1106m7。南方某市焚燒處理設(shè)施全部達(dá)產(chǎn)運(yùn)營(yíng)，飛灰日產(chǎn)生量約為990 t/d，如果釋放的庫(kù)容空間單獨(dú)用于飛灰固化物專區(qū)填埋，可供使用超過(guò)30年。

3 結(jié)論

3.1 以南方某市為案例，對(duì)利用焚燒富余處理能力釋放填埋場(chǎng)庫(kù)容空間的問(wèn)題進(jìn)行討論與研究。經(jīng)過(guò)對(duì)富余的焚燒處理能力、焚燒工藝適應(yīng)性、填埋堆體開(kāi)挖條件和填埋庫(kù)容空間再利用等技術(shù)條件的分析，認(rèn)為利用焚燒富余處理能力釋放填埋場(chǎng)庫(kù)容空間在滿足一定條件下技術(shù)上可行。

3.2 各填埋場(chǎng)因建設(shè)條件的差異，填埋堆體中的陳腐垃圾特性各不相同，應(yīng)選擇填埋齡期較短，其含水率、熱值、灰分等重要指標(biāo)滿足焚燒入爐垃圾的要求且符合焚燒設(shè)施的設(shè)計(jì)工況熱值。技術(shù)路線可以選擇滿足條件的陳腐垃圾，開(kāi)挖后不經(jīng)篩分，直接與原生活垃圾摻燒處理。

3.3 南方某市根據(jù)填埋場(chǎng)陳腐垃圾和焚燒處理能力相關(guān)數(shù)據(jù)測(cè)算，未來(lái)將出現(xiàn)焚燒處理能力富余量，利用富余焚燒處理能力摻燒陳腐垃圾，一是有利于解決各焚燒終端處理設(shè)施處理缺口的燃眉之急，避免富余焚燒處理能力閑置造成浪費(fèi)，充分發(fā)揮生活垃圾焚燒終端處理設(shè)施的綜合效益；二是有利于消除垃圾填埋場(chǎng)對(duì)周邊環(huán)境潛在的污染風(fēng)險(xiǎn)；三是有利于挖掘填埋場(chǎng)陳腐垃圾潛在價(jià)值，實(shí)現(xiàn)生活垃圾減量化、無(wú)害化、資源化處置；四是有利于實(shí)現(xiàn)填埋場(chǎng)庫(kù)容再利用，提升飛灰固化物專區(qū)填埋處理能力，擴(kuò)充生活垃圾應(yīng)急保障處置設(shè)施的儲(chǔ)備庫(kù)容，保障城市的安全運(yùn)行。