我國農村生活垃圾填埋技術應用現狀與特征分析＊

郭 楠，宋 薇，伏 凱

（1.中國城市建設研究院有限公司，北京 100120；2.住建部環境衛生工程技術研究中心，北京100120）

0 引言

農村生活垃圾處理是我國城鄉環境治理中的薄弱環節，也是新階段垃圾分類推行和“無廢城市”建設的重點攻堅方向。目前全國農村生活垃圾產生量尚無官方公開數據，通常認為已超過1.0×108t/a［1］?；趶V大農村地區的特點，農村生活垃圾處理技術的選擇需要考慮技術適用性、建設投資費用、運行維護難易程度以及碳排放強度（“雙碳”背景下）。由于填埋技術對于處理規模適用性強［2］，且通常認為填埋建設投資與運行費用相對較低、運行管理相對簡單，因此填埋是農村生活垃圾處理的主要技術方法。根據住房城鄉建設部城鄉建設統計信息管理系統數據，填埋技術處理垃圾量占農村生活垃圾無害化處理垃圾總量的80% 以上。但這種建設運行水平較低的小型填埋場一般難以達到現行標準要求，且填埋場建設運行費用低的認知也是建立在其建設運行水平低的基礎上。本研究針對目前小型填埋場調研中發現的問題，對小型填埋場的技術、經濟以及碳排放等應用特征與適用條件進行總結，以期為各地建設與運行此類小型填埋場提供技術支撐，也為相關政策制定提供依據。

1 調研方法與調研案例

本次實地調研主要以小型填埋場為對象。GB/T 51435—2021 農村生活垃圾收運和處理技術標準中對小型衛生填埋場的總庫容、使用年限、單位面積庫容指標提出要求，而在實際應用時，部分生活垃圾產生較少的地區建有諸多更小規模的填埋場，根據工程經驗，當填埋場庫容超過4×105m3時，建設與運行費用相對穩定，通常視為正常規模的填埋場。

本研究實地調研15 座小型填埋場，調研內容主要有填埋場基本情況（包括規模、處理能力、使用年限）、填埋場二次污染控制措施（包括滲濾液以及填埋氣的處理）以及填埋場的相關費用（包括建設投資和日常運行），具體情況見表1。

表1 生活垃圾小型填埋場調研基本情況Table 1 Basic situation of investigation on small-scale domestic waste landfill

根據現場調研，小型填埋場普遍存在滲濾液處理不當、填埋氣未收集等環境問題。在滲濾液處理方面，73%的小型填埋場主要采用調節池+回灌工藝，僅有約25% 的小型填埋場采用膜生物反應器（MBR）處理；在填埋氣收集處理方面，87%的填埋場通過石籠導排填埋氣，且未經處理直接進入大氣，僅有13%的填埋場設置了填埋氣收集+火炬處理系統；設有滲濾液MBR 處理和填埋氣收集處理的小型填埋場，其運行費用顯著高于其他小型填埋場。

2 結果與討論

2.1 填埋技術小型化應用特性

1）村鎮級填埋場普遍難以達到無害化目標，通過開展非正規堆放點整治逐步關停。村鎮建設的填埋場基本上都是簡易填埋場，或稱之為一類非正規生活垃圾堆放點。本次調研中，約70% 以上是簡易填埋場，其建設與運行都沒有按照目前現行的衛生填埋場相關技術標準要求進行，因此也無法實現垃圾無害化處理的目標。“十三五”期間，通過全國開展生活垃圾存量治理工作，絕大多數地區已消除非正規生活垃圾堆放點［3］。相應地，村鎮垃圾的無害化填埋處理則是通過縣級衛生填埋場得以實現。

2）新建與運行的小型衛生填埋場主要位于西部地區。目前新建與運行的小型填埋場主要是縣級填埋場，或西部偏遠地區幾個鎮合建的填埋場。對于城鎮層面，國家引導采用焚燒技術，《“十四五”城鎮生活垃圾分類和處理設施發展規劃》提出僅在西藏、青海、新疆、甘肅、內蒙古等省（區）的人口稀疏地區，受運輸距離、垃圾產生規模等因素制約，經評估暫不具備建設焚燒設施條件的，可適度規劃建設符合標準的兜底保障填埋設施［3］。

3）小型衛生填埋場建設水平不高。受限于經濟、技術與專業技術人員不足等條件，部分小型填埋場的建設規范性差，主要表現在：①建設施工最重要的防滲系統施工未采用專業隊伍，滲濾液穿透風險較高；②小型填埋場主要采用調節池+回灌工藝，調研項目普遍存在運行管理不規范、日常覆蓋作業不到位、雨污分流效果不佳等問題，導致滲濾液產生量高于滲濾液處理設施設計能力，且回灌操作不規范，給垃圾堆體造成了較大的安全隱患。在填埋氣收集處理方面，調研的填埋場多數通過石籠導排直接進入大氣，僅有少數設置了填埋氣收集+火炬處理系統。由于小型填埋場產氣量較少，而填埋氣收集處理系統對于填埋場建設以及覆蓋等作業要求較高，大多數小型填埋場難以達到以上要求。在臭氣方面，由于填埋氣沒有有效收集與處理的設施，導致填埋氣中少部分NH3、H2S 等惡臭氣體散逸于大氣中，對周圍環境造成影響。

4）運行維護管理水平普遍較低。為達到有效控制填埋過程中的污染影響、保證堆體穩定安全、充分利用庫容等基本要求，填埋規范作業過程較為復雜，而且需要人工和機械配合作業，對作業人員技術水平、配套機械設備及運行維護要求較高。但是實際中小型填埋場設備與技術人員難以達到上述要求，導致存在部分小型填埋場作業機械設備配置不到位、堆填攤鋪壓實作業粗放、堆填高度低、土地利用率低，覆蓋作業不到位、暴露面大、廠區環境惡劣，雨水分流措施不到位、滲濾液產生量大且處理不規范等問題，致使這類設施環境風險隱患大。

2.2 填埋技術小型化經濟特性

2.2.1 建設投資

根據實地調研，并結合以往工程建設與運行經驗，填埋場建設投資見表2。除去工程造價地區差異，填埋場在全國大部分地區建設投資差異性不大。填埋場的單位投資為60～150 元/m3，其影響因素主要有填埋場規模、防滲系統結構以及滲濾液處理方式。

表2 填埋場建設規模與投資Table 2 Construction scale and investment of landfill

1）填埋場規模的影響。填埋場建設內容主要包括場底構建（土石方、防滲及滲濾液導排）、雨水及地下水導排系統、滲濾液處理系統、其他（管理區）/壩體、道路/填埋氣導排及處理系統。其中，投資最大的是防滲系統建設。填埋場規模越小，設計堆高越低，有效庫容越小，導致各項建設內容對應的單位庫容攤銷大。

2）防滲系統的影響。小型填埋場配套系統建設費用相對較低，相應防滲系統投資占比較高。根據工程項目經驗：小于5.0×104m3的填埋場，其防滲系統建設成本占總投資的70% 左右；大型填埋場占40% 以上。因此，防滲系統是決定小型填埋場建設投資的主要因素。防滲系統采用的結構主要與填埋場地質條件有關。根據地質條件不同，可采用的防滲結構有天然防滲結構、HDPE 膜+壓實土壤、HDPE 膜+GCL、雙層防滲結構4 類，各類具體應用條件及費用見表3，這4 類防滲結構的綜合單價范圍分別為10～20、70～75、100～105、145～155 元/m2。目前在實際工程中，通常采用HDPE 膜+GCL，少數地區需要采用雙層防滲結構，如比較有代表性的喀斯特地貌。通常在選址上應該避開這類地形，但若確需建設時應采用雙層防滲，因此其建設投資將提高75～85 元/m2。

表3 防滲系統應用條件及費用Table 3 Application conditions and fees of anti-seepage system

3）滲濾液處理方式。按照標準規范要求建設的填埋場，滲濾液處理系統建設也是填埋場建設投資中的大項。滲濾液處理系統費用主要取決于工藝與規模，目前我國填埋場采用的滲濾液處理工藝建設及運行費用情況見表4。本次調研的小型填埋場多數僅設置調節池，采用滲濾液回灌方式，只有少數建設有生化處理-MBR-納濾-反滲透系統，基本不會設置濃縮液深度處理單元。但對于一些地區由于滲濾液產生量較高，采用回灌方式難以消納所有滲濾液，需處理后外排，會增加滲濾液處理系統建設與運行費用。

表4 滲濾液處理單元及運行費用Table 4 Leachate treatment unit and operation cost

根據GB 50869—2013 生活垃圾衛生填埋處理技術規范附錄B 滲濾液產生量計算方法，其主要由降雨入滲量和垃圾自身降解或壓縮產生滲濾液量兩部分組成。降雨入滲量則主要取決于區域降雨條件、表面覆蓋層滲透性以及雨污分流措施落實情況。在雨污分流措施得當、日常作業覆蓋及時的規范作業條件下，可有效控制降雨入滲量。垃圾自身產生的滲濾液則取決于垃圾初始含水率與在填埋場降解及壓縮后田間持水量之間的差值，當進場垃圾初始含水率低于田間持水率（小型填埋場為30%～35%），則不會產生此部分滲濾液，并且會消納部分入浸降雨。

對于小型填埋場，滲濾液產生量相對較小，在特定條件下“達到滲濾液產生量小于廠內消納量時”可采用回灌方式。在實際工程中，干旱地區（分布于新疆、內蒙古高原西部、青藏高原西北部）與半干旱地區（內蒙古高原、黃土高原的部分、青藏高原大部分草原）的部分填埋場可以滿足這一條件［4］。此外，從理論上分析，填埋對象為分類后的其他垃圾，其含水率低于田間持水率也有可能達到這一條件。

2.2.2 運行費用

填埋場運行費用主要包括耗材與折舊、滲濾液處理與人工費用等，根據相關工程項目調研，填埋場建設規模與運行費用見表5。小型簡易填埋場通常不設置專門的作業與管理人員，未配置滲濾液處理設施，因此運行費用相對較低。另外，設有滲濾液處理系統的小型填埋場通常采用“調節池+回灌-MBR-納濾-反滲透”工藝，基本不會設置濃縮液深度處理單元。

表5 填埋場建設規模與運行費用Table 5 Landfill construction scale and operation cost

由上可知，填埋處理的全費用為150～270 元/m3；垃圾密度按0.7 t/m3計，則為214～386 元/t，小型正規填埋場的處理費用約是正常規模填埋場（≥4×105m3）的1.4 倍。

2.3 填埋技術小型化碳排放特性

按照《2006 年IPCC 國家溫室氣體排放清單指南》［5］，利用質量平衡法對填埋技術的碳排放進行核算，在此計算邊界僅包括生活垃圾處理階段，不包括收集和轉運部分。生活垃圾在填埋過程中，僅廚余垃圾易被降解為填埋氣，其他垃圾由于相對惰性，不易發生降解。一般來說，填埋氣體中CH4含量約占55%、CO2含量約占45%，但是CO2的產生主要來源于有機物的分解，屬于生物成因，不計為溫室氣體排放［6］。因此在進行生活垃圾填埋場碳排放量的計算時主要計算CH4的量，計算方法見公式（1）、公式（2）。

式中：ECH4為CH4排放量，t；MSW 為生活垃圾產生量，t；η為填埋垃圾占生活垃圾產生總量的比例，%；L0為甲烷產生潛勢，t/t；f為填埋氣收集利用比例（送入火炬燃燒或作其他用途），%；OX 為氧化系數；MCF 為甲烷修正因子；DOC 為垃圾中可降解有機碳的含量，%；DOCf為垃圾中可降解有機碳的分解比例，%；16/12 為CH4與C的轉換系數；F為產生的垃圾填埋氣中CH4比例，%。

根據我國農村大部分小型填埋場的運行現狀，填埋場對填埋氣體無收集利用，所以f取0；OX取0；同時結合IPCC 國家溫室氣體排放清單指南其他指標推薦參數：MCF 取0.5、DOC 取0.15、DOCf取0.7、F取55%。由此可計算出小型填埋場的甲烷產生量為38.5 kg/t。因CH4產生的溫室效應是相同質量CO2的25 倍，則小型填埋的碳排放強度為0.97 tCO2eq/t。

相比填埋氣收集處理的衛生填埋場，若填埋氣收集利用比例f為0.5；按照指標推薦參數，OX取0.1；MCF 取0.95；DOC 取0.15；DOCf取0.7；F取經驗值55%，則衛生填埋場的碳排放強度為0.82 tCO2eq/t。

生活垃圾焚燒碳排放強度ECO2計算方法見公式（3）。

式中：ECO2為CO2排放量，t；MSW 為生活垃圾產生量，t；η為焚燒垃圾占生活垃圾產生量的比例，%；WFi為垃圾中成分i的比例，%；dmi為成分i中的干物質含量，%；CFi為成分i的干物質中的碳比例，%；FCFi為成分i的碳總含量中礦物碳的比例，%；OFi為氧化因子；44/12 為CO2/C 分子量比率。

結合各種城市生活垃圾成分數據以及IPCC 推薦值，生活垃圾焚燒碳排放計算取值見表6，同時第i種成分焚燒爐的氧化因子OFi取值為1，則計算可得生活垃圾焚燒的碳排放強度為0.47 tCO2eq/t。由此可見，小型填埋的碳排放強度顯著高于衛生填埋以及焚燒。

表6 生活垃圾焚燒碳排放計算取值Table 6 Data values for calculating carbon emissions from MSW incineration

我國“雙碳”工作正在加速推進中，“雙碳”目標下的農村生活垃圾填埋技術小型化應用的減污降碳可從以下兩個方面提高：①加強村鎮生活垃圾填埋場的運行管理，設置有效的填埋氣收集措施，避免甲烷氣體的無組織排放；②有條件的農村地區推進垃圾分類實施，減少進入填埋場的廚余垃圾，從而減少甲烷氣體的產生量，鼓勵有機垃圾就地就近生化處理再利用。

2.4 適用區域分析

填埋處理技術是一種對于垃圾組成、處理規模、地域條件均無約束性條件限制的適應性較強的生活垃圾處置技術，適用于所有農村地區的生活垃圾處理。填埋技術在農村地區大范圍應用主要是因為建設運維相對簡單，且在運行不規范，如滲濾液處理、填埋氣收集處理、除臭等二次污染控制不到位的情況下費用較低。但目前我國村鎮小規模填埋場與城市中大型的填埋場采用相同的技術標準，包括污染物排放要求、設施建設與作業運行技術要求。在符合當前技術規范要求的情況下，填埋這項技術的處理費用并不低，說明填埋小型化時規模效益變差明顯，規范填埋作業的實際費用是較高的。近年來，中央環保督察中出現問題最多的是填埋場，很大原因是運行經費不足導致作業不規范。經過幾年的填埋場整治提升，填埋處理費用高已取得普遍共識。

根據國家相關政策要求，目前填埋技術宜用在：①不適宜建焚燒廠的地區，如《“十四五”城鎮生活垃圾分類和處理設施發展規劃》中提到的“西藏、青海、新疆、甘肅、內蒙古等?。▍^）的人口稀疏地區，受運輸距離、垃圾產生規模等因素制約，經評估暫不具備建設焚燒設施條件的”；②可以降低建設與運行費用的地區，如廠內滲濾液消納條件好的干旱與半干旱地區以及限制原生垃圾直接填埋的地區。

3 結論與建議

1）目前我國多數小型填埋場建設水平和運行維護水平較低，無法達到衛生填埋相關標準規范要求，尤其是滲濾液和填埋氣的收集處理不達標，導致這類設施環境風險隱患大。

2）小型填埋處理技術適用性較強，但在符合當前衛生填埋技術規范要求的情況下，小型填埋技術規模效益差，其處理費用約是常規規模的1.4倍，主要是由于二次污染控制導致費用增長較大。

3）我國農村地區大部分小型填埋場會產生較高強度的碳排放，建立規范的填埋氣收集處理系統以及減少原生垃圾直接填埋可有效減少填埋場的碳排放。

4）考慮到政策導向及經濟性，填埋適用于不能建焚燒廠的地區以及可以降低建設與運行費用的地區，如地質條件好可降低防滲系統投資的地區、滲濾液廠內消納條件好的干旱與半干旱地區以及限制原生垃圾直接填埋的地區。

5）未來填埋技術的小型化發展建議規范小型填埋場簡單易行的運行作業方式，并建立基于環境容量與環境風險評估的項目污染物排放要求的工作機制。