生活垃圾填埋場(chǎng)快速好氧穩(wěn)定化技術(shù)研究與應(yīng)用

摘要：以顏春嶺生活垃圾填埋場(chǎng)環(huán)境治理和生態(tài)修復(fù)項(xiàng)目中的快速好氧穩(wěn)定化預(yù)處理工程為例，分析好氧穩(wěn)定化技術(shù)原理及系統(tǒng)構(gòu)成。通過快速好氧穩(wěn)定化技術(shù)預(yù)處理垃圾堆體，并對(duì)比分析處理前后的氣體監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，結(jié)合其工程在項(xiàng)目應(yīng)用過程中遇到的問題，論證該技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用效果，同時(shí)針對(duì)技術(shù)應(yīng)用提出相應(yīng)的優(yōu)化措施。

關(guān)鍵詞：好氧穩(wěn)定化；生活垃圾；填埋場(chǎng)治理

中圖分類號(hào)：X705 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-9500（2024）12-00-0309

Research and Application of Rapid Aerobic Stabilization Technology for Domestic Waste Landfills

LAN De， YAN Xiaogang， WU Wenxi

（POWERCHINA Construction Group Ltd.， Beijing 100032， China）

Abstract： Taking the rapid aerobic stabilization pretreatment project in the environmental governance and ecological restoration project of Yanchunling municipal solid waste landfill as an example， this paper analyzes and explores the principles and system composition of aerobic stabilization technology. By using rapid aerobic stabilization technology to pretreat the garbage heap， and comparing and analyzing the gas monitoring data before and after treatment， combined with the problems encountered in the project application process， the actual application effect of this technology is demonstrated， and corresponding optimization measures are proposed for the technical application.

Keywords： aerobic stabilization; domestic waste; landfill management

自20世紀(jì)80年代起，我國開始致力于生活垃圾的無害化處理工作，其中填埋技術(shù)是主要的處理方法，占據(jù)了處理總量的近70%。《2022年城鄉(xiāng)建設(shè)統(tǒng)計(jì)年鑒》的數(shù)據(jù)顯示，生活垃圾處理行業(yè)中，全國城市和縣城投入運(yùn)行的無害化垃圾處理場(chǎng)數(shù)量為2 742座。

我國還有眾多已關(guān)閉的垃圾填埋場(chǎng)。在城市中，共有7 430個(gè)廢棄的垃圾填埋場(chǎng)；在鄉(xiāng)村地區(qū)，非正式垃圾填埋場(chǎng)的數(shù)量也超過2萬個(gè)。

近年來，城市化步伐的加快導(dǎo)致垃圾填埋場(chǎng)逐漸向城市近郊甚至中心區(qū)域轉(zhuǎn)移，限制周邊區(qū)域的開發(fā)與建設(shè)。此外，位于鄉(xiāng)村地區(qū)的簡(jiǎn)易填埋場(chǎng)對(duì)周邊的水土環(huán)境造成持續(xù)污染。因此，有效治理各類垃圾填埋場(chǎng)，并促進(jìn)其快速穩(wěn)定化，顯得尤為重要。目前，國內(nèi)外針對(duì)生活垃圾填埋場(chǎng)的治理技術(shù)主要包括原位封場(chǎng)、異地搬遷、篩分綜合利用以及好氧穩(wěn)定化4種方法[1]。相較于原位封場(chǎng)，好氧穩(wěn)定化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于較短的降解周期、較少的滲濾液產(chǎn)生以及較低的溫室氣體排放[2]。同時(shí)，在公開招標(biāo)的大型垃圾填埋場(chǎng)整治項(xiàng)目中，近年來采用好氧穩(wěn)定化技術(shù)的項(xiàng)目數(shù)量占比上升。

1 好氧穩(wěn)定化技術(shù)研究

1.1 好氧穩(wěn)定化的原理

好氧穩(wěn)定化技術(shù)是一種生物處理方法，其核心機(jī)制是在氧氣充足的環(huán)境中利用好氧微生物分解有機(jī)廢棄物。微生物將有機(jī)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的無機(jī)物質(zhì)，同時(shí)釋放能量，從而實(shí)現(xiàn)垃圾的穩(wěn)定化與減量化。

1.2 快速好氧穩(wěn)定化的優(yōu)勢(shì)

相比于封場(chǎng)前的整體好氧穩(wěn)定化工程，快速好氧穩(wěn)定化工程的周期更短，能夠抑制甲烷和臭氣的產(chǎn)生，便于后續(xù)堆體開挖過程的安全和污染控制。在垃圾處理領(lǐng)域中，快速好氧穩(wěn)定化技術(shù)提供一種創(chuàng)新且高效的解決方案，具備一系列顯著的環(huán)保和經(jīng)濟(jì)效益。具體優(yōu)勢(shì)如下。一是加速有機(jī)物降解。快速好氧穩(wěn)定化技術(shù)能夠加速降解垃圾中可生物降解有機(jī)物，實(shí)現(xiàn)比傳統(tǒng)垃圾填埋場(chǎng)快5～20倍的穩(wěn)定化速度[3]。二是縮短穩(wěn)定周期。利用快速好氧穩(wěn)定化技術(shù)，可以顯著縮短垃圾填埋場(chǎng)的沉降和穩(wěn)定周期。因此，填埋場(chǎng)能夠更快地實(shí)現(xiàn)安全封閉，加快土地的再利用。三是降低經(jīng)濟(jì)成本。在總體成本上，與其他固廢處理技術(shù)相比，快速好氧穩(wěn)定化技術(shù)在滲濾液處理和填埋場(chǎng)維護(hù)中所需費(fèi)用較低，節(jié)省資金，更為經(jīng)濟(jì)高效。四是減少環(huán)境污染。快速好氧穩(wěn)定化技術(shù)通過加速有機(jī)物的降解，減少污染物總量，從而避免在垃圾處理過程中產(chǎn)生二次污染的風(fēng)險(xiǎn)，并確保處理過程的環(huán)境友好性。五是改善環(huán)境質(zhì)量。經(jīng)快速好氧穩(wěn)定化處理后，垃圾滲濾液可以逐漸調(diào)節(jié)至接近中性，降低酸性或堿性物質(zhì)對(duì)周圍環(huán)境的影響，同時(shí)顯著降低滲濾液中的有機(jī)物含量[3]，減輕了對(duì)地下水和土壤的潛在污染。六是提高運(yùn)營效率。好氧修復(fù)技術(shù)顯著減少了填埋場(chǎng)后期維護(hù)和運(yùn)營的時(shí)間和工作量。相關(guān)研究表明，采用該技術(shù)可減少88%的后期維護(hù)運(yùn)營時(shí)間[4]。

1.3 快速好氧穩(wěn)定化的系統(tǒng)組成

快速好氧穩(wěn)定化工程的工藝主要由注氣系統(tǒng)、抽氣系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)組成。

1.3.1 注氣/抽氣系統(tǒng)

通過使用注氣風(fēng)機(jī)，結(jié)合分布在垃圾堆體內(nèi)的管道網(wǎng)絡(luò)與注氣井，可將空氣輸送到垃圾堆體的各個(gè)部分。這種空氣分配在堆體內(nèi)部維持了一個(gè)好氧環(huán)境，從而促進(jìn)好氧微生物的代謝活動(dòng)，同時(shí)抑制了甲烷和臭氣的產(chǎn)生，降低了環(huán)境污染的風(fēng)險(xiǎn)。抽氣系統(tǒng)使用抽氣風(fēng)機(jī)和對(duì)應(yīng)的抽氣井網(wǎng)絡(luò)，有效地抽吸堆體中產(chǎn)生的氣體、注氣過程中帶入的氮?dú)庖约岸洋w中已有的填埋氣體等。隨后，這些氣體被輸送至氣體處理系統(tǒng)，經(jīng)過處理達(dá)到環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)后，才可排放在大氣中，從而確保氣體排放的安全性和環(huán)保性。

注氣井和抽氣井的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本相同，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的具體條件和需求，可以靈活地將某個(gè)井口的功能從注氣轉(zhuǎn)換為抽氣，或者反之。這種設(shè)計(jì)提高了系統(tǒng)的適應(yīng)性和操作的便捷性。目前，已研究出注氣和抽氣功能合二為一的新型井技術(shù)。

1.3.2 快速好氧預(yù)處理監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

快速好氧預(yù)處理監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要通過一系列儀器設(shè)備，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)垃圾填埋場(chǎng)的溫度、填埋氣成分等與好氧修復(fù)相關(guān)的各種參數(shù)。例如，通過安裝在垃圾堆體不同深度和位置的傳感器，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠收集反映垃圾堆體內(nèi)部環(huán)境狀況的詳細(xì)數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)不僅有助于評(píng)估好氧修復(fù)過程的現(xiàn)狀，還能夠預(yù)測(cè)未來的趨勢(shì)，從而為操作人員提供科學(xué)決策的依據(jù)[5]。操作人員根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)結(jié)果及時(shí)調(diào)整控制參數(shù)，如注氣量、抽氣速率、滲濾液的循環(huán)和處理等，以確保修復(fù)過程的順利進(jìn)行。在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中采取自動(dòng)化監(jiān)測(cè)配合控制，能夠自動(dòng)調(diào)整相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。

1.3.3 控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)在好氧修復(fù)過程中起到至關(guān)重要的作用，確保了整個(gè)穩(wěn)定化過程的高效和精確運(yùn)行。操作過程中，系統(tǒng)持續(xù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和記錄各種關(guān)鍵參數(shù)，如氣體流量、溫度、濕度、pH值和有機(jī)物質(zhì)含量等。這些數(shù)據(jù)通過專用軟件進(jìn)行深入分析和精確計(jì)算，從而得出最佳的設(shè)備和設(shè)施運(yùn)行參數(shù)。控制系統(tǒng)能夠根據(jù)最佳參數(shù)自動(dòng)調(diào)整相關(guān)設(shè)備和設(shè)施。

快速好氧穩(wěn)定化過程的控制系統(tǒng)的具體內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面。一是空氣注入系統(tǒng)。該系統(tǒng)負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)注入填埋場(chǎng)的空氣量和壓力，確保好氧微生物獲得充足的氧氣。二是空氣抽取和排放系統(tǒng)。該系統(tǒng)負(fù)責(zé)管理填埋場(chǎng)內(nèi)部氣體的抽取和排放，控制氣體的壓力和抽取量，以維持填埋場(chǎng)內(nèi)部氣壓的平衡。三是滲濾液收集和循環(huán)系統(tǒng)。通過控制滲濾液的收集和循環(huán)，調(diào)節(jié)填埋場(chǎng)的濕度，為好氧微生物提供適宜的生長(zhǎng)環(huán)境。四是溫度監(jiān)控系統(tǒng)。通過實(shí)時(shí)監(jiān)控堆體溫度，確保微生物活動(dòng)不會(huì)受到過低或過高溫度的不利影響。五是pH值調(diào)節(jié)系統(tǒng)。通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和調(diào)整垃圾堆體的pH值，保持垃圾堆體酸堿度適宜，從而優(yōu)化微生物的代謝速率。六是數(shù)據(jù)記錄和分析系統(tǒng)。持續(xù)收集和存儲(chǔ)操作數(shù)據(jù)，用于分析和改進(jìn)好氧穩(wěn)定化過程，確保長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

2 快速好氧穩(wěn)定化技術(shù)應(yīng)用與分析

2.1 快速好氧穩(wěn)定化技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用

根據(jù)填埋時(shí)間不同，將顏春嶺生活垃圾填埋場(chǎng)的填埋區(qū)域劃分為甲區(qū)、乙區(qū)，甲區(qū)主要為2018—2020年填埋的較新鮮垃圾，乙區(qū)主要為2014—2017年填埋的陳腐垃圾。工程注氣/抽氣井的井位布置采用井字形布置方式，井大小、管徑、間距設(shè)計(jì)參照2021年顏春嶺生活垃圾填埋場(chǎng)垃圾生態(tài)處理技術(shù)試驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)置，井孔徑為110 mm，管徑為90 mm，井間距6 m。根據(jù)開挖區(qū)域設(shè)計(jì)，甲區(qū)注氣井個(gè)數(shù)為64座，乙區(qū)為12座；甲區(qū)抽氣井個(gè)數(shù)為57座，乙區(qū)為12座；甲區(qū)注氣/抽氣井的井深定為6 m，乙區(qū)注氣/抽氣井的井深定為3 m。工程中各區(qū)域的注氣量如表1所示，抽氣量與注氣量相同。

項(xiàng)目中，注/抽氣風(fēng)機(jī)可通過變頻來提供本次快速好氧穩(wěn)定化所需的風(fēng)量。監(jiān)測(cè)井的設(shè)置間距為25～30 m，共計(jì)設(shè)置4座，其中甲區(qū)3座、乙區(qū)1座。綜合監(jiān)測(cè)井直徑為110 mm，內(nèi)設(shè)置DN90的高密度聚乙烯（High Density Polyethylene，HDPE）傳感器套管，與DN10的HDPE氣體檢測(cè)管。

2.2 快速好氧穩(wěn)定化技術(shù)應(yīng)用數(shù)據(jù)分析

以2022年10月25日至31日期間2號(hào)、6號(hào)井的好氧預(yù)處理過程數(shù)據(jù)為分析指標(biāo)展開分析。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如表2、表3所示。

分析表2和表3的數(shù)據(jù)可知，經(jīng)過快速好氧穩(wěn)定化處理，垃圾堆體中甲烷、硫化氫和二氧化碳含量明顯降低，氧氣含量升高，可滿足后續(xù)施工條件，達(dá)到快速好氧穩(wěn)定化工程的預(yù)期效果。

2.3 快速好氧穩(wěn)定化技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)化措施

對(duì)比表2和表3數(shù)據(jù)，6號(hào)井的甲烷初始濃度更高，且在快速好氧穩(wěn)定化處理中，甲烷濃度變化并不是平穩(wěn)下降，有波動(dòng)出現(xiàn)。主要原因是6號(hào)井所在的乙區(qū)與甲區(qū)相比，垃圾填埋時(shí)間更長(zhǎng)、填埋深度更大。同時(shí)，乙區(qū)所在填埋場(chǎng)西北角區(qū)域地勢(shì)較低，滲瀝液含量較高，在雨天等條件下，對(duì)快速好氧穩(wěn)定化的效果影響較大。因此，在快速好氧穩(wěn)定化技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)垃圾堆體所處位置及環(huán)境，合理安排氣液管道，優(yōu)化滲瀝液的倒排，進(jìn)而增強(qiáng)快速好氧穩(wěn)定化處理的效果。

3 結(jié)論

快速好氧穩(wěn)定化技術(shù)能夠有效降低堆體中甲烷、硫化氫和二氧化碳濃度，便于堆體后續(xù)施工。在快速好氧穩(wěn)定化技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用過程中，應(yīng)根據(jù)工程實(shí)際，通過優(yōu)化氣體輸送管道的布局，采用局部高壓曝氣技術(shù)，進(jìn)行分層回灌或壓力回灌，從而提高處理效率，改善處理效果。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：蘭德（1974—），男，山西代縣人，碩士，高級(jí)工程師。研究方向：工程管理。