论城市生活垃圾填埋处置及资源化利用的循环经济产业模式

谢立强，尚光旭，陆文静，刘彦君

（1.北京润诺森环境工程有限公司，北京100071；2.中国环境保护产业协会，北京100037；3.清华大学环境学院，北京100084）

论城市生活垃圾填埋处置及资源化利用的循环经济产业模式

谢立强1，尚光旭2，陆文静3，刘彦君3

（1.北京润诺森环境工程有限公司，北京100071；2.中国环境保护产业协会，北京100037；3.清华大学环境学院，北京100084）

提出了城市生活垃圾填埋处置及资源化利用的循环经济产业模式，分析论述了该模式实施的关键点及其资源化优势，并通过案例估算突出其投资优势，最后提出了该模式产业化应用的发展建议。

生活垃圾；填埋；资源化利用；循环经济；产业模式

随着我国社会经济的高速增长和城镇化进程的快速推进，我国城市生活垃圾产生量呈现爆发式增长态势。2010年我国城市生活垃圾产生量近1.6亿t[1]，预估2015年和2020年我国城市生活垃圾产生量将分别达到1.92亿t和2.33亿t[2]。我国城市生活垃圾产生量的增速超过了城市生活垃圾处理能力的增速，导致垃圾围城现象屡见不鲜，目前全国约2/3的城市面临着垃圾围城困境[3]，虽然政府已在城市生活垃圾处理方面做出了很大努力，但结果仍不尽如人意。2013年，全国设市城市生活垃圾清运量为1.73亿t，无害化处理率为89.0%[4]，仍有1/10以上的城市生活垃圾未得到妥善的处理处置。

我国城市生活垃圾处理处置的主要方法包括填埋、焚烧和堆肥，尤以填埋为最主流的处置工艺[5，6]。然而生活垃圾的填埋、堆放和简易填埋处理处置方式给城市用地造成了很大压力。仅2011年，我国投入运行的城市和县城生活垃圾卫生填埋场就分别有547座和648座[7，8]。目前我国城市生活垃圾堆存占用的城市土地累计已超过5×108m2，每年由此造成的经济损失达300亿元[9]。由于城市生活垃圾产生量的爆发式增长，预计未来一段时间内，我国城市生活垃圾卫生填埋场的数量也将持续快速增长，这会给城市用地紧张带来更大的压力。

自我国第一座正规城市生活垃圾卫生填埋场——杭州天子岭废弃物处理总场于1991年投入使用以来，按生活垃圾填埋场平均运行时间10年估算，已封场的城市生活垃圾卫生填埋场数量达千座以上，而非正规垃圾填埋场（包括垃圾堆存场和简易填埋场）的数量更是数以万计。以北京为例，已封场的垃圾卫生填埋场就有10余座，垃圾存量在200 t以上的非正规垃圾填埋场数量更是多达1 000处[10]。如此之多的生活垃圾填埋场占用和浪费了大量的宝贵土地资源，造成生活垃圾填埋发展的瓶颈，急需发展一种可持续的生活垃圾处理处置模式，使之与构建和谐社会的目标相适应。

陈腐垃圾（即腐熟垃圾，也可称为矿化垃圾）资源化处理技术的不断成熟，为生活垃圾填埋场地的循环利用和腐熟垃圾的资源化利用提供了新思路和技术保障。文中提出了城市生活垃圾填埋处置及资源化利用的循环经济产业模式，以期为生活垃圾填埋技术未来的发展提供新思路和新方向。

1 城市生活垃圾填埋处置及资源化利用的循环经济产业模式

城市生活垃圾填埋处置及资源化利用的循环经济产业模式的核心内容是：首先，将城市生活垃圾进行收集后按卫生填埋方式进行处理处置，待填埋场封场达到稳定化后，将陈腐垃圾开采出来进行资源化处理和利用，陈腐垃圾开采完毕后，原填埋场地可投入循环使用或留做他用，流程示意如图1。

图1 城市生活垃圾填埋处置及资源化利用的循环经济产业模式流程示意图

一般情况下，我国南方地区生活垃圾卫生填埋场封场后8～10年、北方地区生活垃圾卫生填埋场封场后10～15年后[11]， 非正规垃圾填埋场停用后10年左右，垃圾体中的大部分有机物可达到腐熟、矿化稳定，原垃圾成为陈腐垃圾，此时可对填埋场陈腐垃圾进行分类及资源化利用，这样既可获取陈腐垃圾中的资源，又可腾出场地以备后用。此外，在填埋垃圾腐熟过程中，利用充气抽气技术可进一步缩短垃圾体腐熟、矿化的时间，节省时间成本，提高场地循环利用效率。纵观城市生活垃圾填埋的整个产业链，城市生活垃圾填埋处置及资源化利用的循环经济产业模式突破了传统生活垃圾卫生填埋场运营模式的诸多局限和困难，已然成为未来生活垃圾填埋运营发展的导向。

2 城市生活垃圾填埋处置及资源化利用循环经济产业模式的实施

城市生活垃圾填埋处置及资源化利用循环经济产业模式实施过程中的关键问题，包括陈腐垃圾的资源化处理和利用，以及场地循环利用过程中二次污染的防控。

2.1 陈腐垃圾资源化处理和利用

为保障陈腐垃圾的资源化处理和利用切实可行，首先要判断生活垃圾填埋场是否达到腐熟、稳定化状态，这是实施陈腐垃圾资源化处理和利用的前提；其次，开采出来的陈腐垃圾应按资源化目标进行分类；第三，经过分类的陈腐垃圾分类资源需要可靠的消纳和利用途径。

2.1.1 生活垃圾填埋场稳定程度的判定

生活垃圾填埋场可视为一个大型生物反应器，在垃圾降解过程中，大量填埋气及渗滤液等污染物会从生活垃圾填埋场释放到环境中。若场内生活垃圾尚未腐熟就对其进行开采，在开采过程中会有大量填埋气产生，这些填埋气聚集在填埋场内容易诱发爆炸等事故；此外，未腐熟的垃圾含水率较高，垃圾分散性差，不利于用物理手段对其进行资源化分类。

目前尚未形成完善的判定生活垃圾填埋场稳定化的方法体系，可以通过以下方法对垃圾腐熟情况进行判别。首先，可以从生活垃圾填埋场封场后的时间长短初步估计填埋场的稳定化程度。通常认为生活垃圾卫生填埋场封场后经10～15年可基本达到矿化稳定化[11]，非正规生活垃圾填埋场因填埋物料混杂，有机物含量相对低，其矿化稳定化年限约10年；其次，可以通过监测垃圾填埋体中填埋气及渗滤液的产生情况来判断。若卫生填埋场的渗滤液导排收集系统和填埋气导排收集系统内基本不再产生渗滤液和填埋气，则可基本判断填埋体已达到腐熟。在开采陈腐垃圾时，可以通过充氧曝气[10]等工程措施，排除垃圾体内聚集的填埋气以保障施工的安全性。此外，开采陈腐垃圾时还应考虑对垃圾体的稳定性进行勘测，制定科学的开采方案，避免塌方、塌陷等事故的发生。

由于我国生活垃圾卫生填埋仅有20多年的历史，且大部分填埋场的设计使用年限都在10年以上，即使按建设和投入使用后10年封场，到目前为止垃圾填埋场最长的封场后时间也刚足10年，因此我国大部分生活垃圾卫生填埋场目前尚未达到矿化稳定化程度，故应慎重开采利用，并做好充分的准备工作。考虑到我国非正规垃圾填埋场起步早、数量巨大，大部分此类填埋场已达到了矿化稳定化，满足开采利用条件，当前可将重点放在非正规生活垃圾填埋场的资源化处理和利用上。

2.1.2 陈腐垃圾资源化处理

开采陈腐垃圾前，应对其组成进行调查和分析，以确定具体的资源化处理和利用方案。

科学的分类是陈腐垃圾资源化利用的前提，陈腐垃圾资源化的主要技术手段是分选，可分为人工分选和物理机械分选。陈腐垃圾的分类较新鲜混合垃圾的分类容易得多，一般只要陈腐垃圾含水率不高于50%，即可对其进行较好的分类，若陈腐垃圾含水率较高，则需进行晾晒、通风等措施，降低其含水率后再进入分选工艺。

分选后的陈腐垃圾，一般可分为骨料（包括石块、混凝土块等）、废金属、废塑料及垃圾腐殖土等4类，这几类物料都可以再利用。各类物质分选所得物料的体积分数：骨料占5%～10%、废旧金属约占1%、废塑料占20%～35%、垃圾腐殖土占50%～75%[10]。废金属一般采用磁选或电选，废塑料等轻质物一般采用风力分选，骨料及垃圾腐殖土一般通过机械筛分设备分选。

2.1.3 陈腐垃圾分类资源利用

陈腐垃圾资源化分类所获得的物料中，废金属可以直接出售给废旧金属回收单位，其余物料的利用则需要进一步加工处理才能获得品质更高的资源化产品。骨料经清洗、破碎等处理后可用于制砖或作路基材料等。废塑料经清洗处理后可用于制造垃圾衍生燃料（RDF）[12]，也可直接用作新鲜垃圾焚烧辅助燃料或气化焚烧发电原料。由于废塑料的焚烧易产生二恶英等致癌污染物，在其焚烧系统中应配置相应的烟气治理设备设施，控制和削减烟气中污染物含量，以保证焚烧烟气达标排放。垃圾腐殖土可直接用作园林、山林绿化肥料[13]，或作为制作缓蚀砖肥、陶粒建材等的原料。垃圾腐殖土中的重金属等污染物是其利用途径拓展的瓶颈，可以考虑将腐殖土进行建材化利用，是既避免重金属二次污染又易于快速实现其资源化利用的重要手段。

陈腐垃圾资源化处理及利用始于对非正规垃圾填埋场的治理。非正规垃圾填埋场与正规垃圾填埋场陈腐垃圾组成相近，但非正规垃圾填埋场有机物含量更低，同时垃圾分布不均匀，建筑渣土与生活垃圾混合填埋现象普遍[10]。目前，陈腐垃圾的资源化分类处理已在少数国内企业实现了工程化应用。

2.2 二次污染的防控

垃圾填埋过程中及封场管理阶段均会产生大量渗滤液和填埋气[14]，控制好这两项主要污染物，就能控制好垃圾填埋场及陈腐垃圾开采中的二次污染。目前，生活垃圾填埋场渗滤液处理以及填埋气体的控制仍是我国城市生活垃圾填埋场运行管理的难点和薄弱环节。

2.2.1 垃圾填埋气控制

垃圾填埋气直接排放进入大气环境，不仅污染环境，造成安全隐患，而且危害周围人群健康。目前，我国填埋气利用方式主要为燃烧发电，但大多城市生活垃圾填埋场直接采用火炬燃烧的方式处理填埋气。正规生活垃圾卫生填埋场均设计有填埋气导排和收集系统，利于填埋气的收集利用。据统计，截至2012年底，我国建成并投运的填埋气体发电厂约有50座，发电装机容量达100 MW[7]。

当垃圾体达到矿化稳定化程度后，开采陈腐垃圾前应取样检测陈腐垃圾释放填埋气量的情况，取样应分网格布点、分层取样。若垃圾体释放填埋气量较大，开采时将会威胁人体健康和施工安全，则需在垃圾体内布设填埋气收集管道对填埋气进行抽吸收集处理，尽量排出残留于垃圾体中的填埋气；若垃圾体释放填埋气量较小，开采时不会威胁人体健康和施工安全，则只需在垃圾体内布设一些管道，对垃圾体进行曝气排出其中填埋气即可。

2.2.2 垃圾渗滤液处理

垃圾渗滤液处理是填埋场运营管理的难点之一，无论是填埋场运行中或封场后，都会陆续产生一定量的垃圾渗滤液，垃圾渗滤液污染物浓度高，污染成分复杂，处理难度较高，典型处理工艺组合如“预处理+生物处理+膜分离（NF+RO）”、“低能耗机械压缩蒸发（MVC）+离子交换（DI）”等工艺已有一些应用[14]。

陈腐垃圾开采时，对于正规卫生填埋场的渗滤液，直接排入场内垃圾渗滤液处理设施进行处理后达标排放即可；对于非正规垃圾填埋场，若出现场底或其他位置有渗滤液集聚情况，需设管道将渗滤液抽出后送入渗滤液处理设施或设备进行处理后达标排放。

3 城市生活垃圾填埋处置及资源化利用循环经济产业模式的优势

城市生活垃圾填埋处置及资源化利用的循环经济产业模式，可使填埋场的功能由单纯的贮存、消化垃圾转变为垃圾处理和资源化利用的工厂，此种模式可以使垃圾的资源化利用价值最大化。该模式与填埋、焚烧、堆肥等[15]工艺特点的对比如表1所示。

由表1可看出，城市生活垃圾填埋处置及资源化利用循环经济产业模式与当前主要的生活垃圾处理处置工艺相比，具有较为明显的优势。以下案例可进一步具体化该模式的经济优势。

如某城市日产垃圾1 800 t，若在离该城市某一距离处建设垃圾焚烧厂或者建设垃圾填埋场处理其生活垃圾，可粗略估算焚烧、常规填埋和垃圾填埋循环经济模式的经济效益。

（1）垃圾焚烧厂。建一座处理能力为1 800 t/d的垃圾焚烧发电厂，项目建设一次性投资约需8亿元（不同地区地价差异明显），垃圾焚烧工艺处理成本约200元/t，政府垃圾处理费补贴约100元/t，发电经济效益约200元/t。若项目连续运行30年，则30年期焚烧项目经济效益=（100+200-200）×1 800×365×30× 800 000 000≈11.7亿元。

（2）常规垃圾填埋场。建一座处理能力为1 800 t/d的生活垃圾填埋场，若单一填埋场可满足运行15年之需，若按30年期计，则需在第16年再建第二个同规模填埋场，相当于建两个同样的填埋场。两个填埋场项目建设一次性投资约4亿元，垃圾填埋处理成本约40元/t，政府垃圾处理费补贴100元/t。则30年期填埋项目经济效益=（100-40）×1 800×365×30×400 000 000≈7.8亿元。

（3）垃圾填埋循环经济模式。建一座处理能力为1 800 t/d的生活垃圾填埋场，若单一填埋场可满足运行15年之需，若按30年期计，则需在第16年再建第二个同规模填埋场，以轮换使用填埋场地。两个填埋场项目建设一次性投资约4亿元，垃圾填埋处理工艺处理成本约40元/t，政府垃圾处理费补贴100元/t。30年内的垃圾处理量=1 800×365×30=1 971万t，若覆土按20%计，则垃圾填埋体约2 365万t，若垃圾填埋体含水率按60%计，垃圾矿化后含水率约为45%计，则矿化后垃圾填埋体约为2 010万t，陈腐垃圾治理费用政府补贴约100元/t，治理成本约50元/t，将垃圾填埋体进行资源化处理和利用产生的经济效益约为100元/t。若30年内只有1个填埋场完成循环模式，则30年期填埋循环模式经济效益=（100-40）×1 800×365× 30+（100+100-50）×20 100 000÷2-400 000 000≈22.9亿元。

由上可知，填埋循环经济产业模式经济效益显著，相比之下优势明显，投资回收快；焚烧项目投资回收慢，且后续危险废物（焚烧飞灰）处理处置费用高昂；常规填埋则不断占用更多的土地。长期来看，生活垃圾卫生填埋仍是经济上较为合理的生活垃圾处理处置方式，若城市生活垃圾填埋处置及资源化利用的循环经济产业模式能够获得大力推进，我国的生活垃圾处理处置发展将进入新纪元。

表1 填埋循环经济模式与各工艺主要特点对比

4 结论及建议

城市生活垃圾填埋处置及资源化利用的循环经济产业模式是一种立足于高效利用土地和实现垃圾高效资源化利用的模式，使垃圾填埋技术的发展有了新的突破口，可以使填埋工艺实现闭路循环，从而凸显填埋工艺相较于焚烧和堆肥工艺的优势。该模式将成为我国垃圾填埋工艺未来发展的方向。但是，该模式的推广应用尚处于萌芽阶段，尚有以下难题有待解决。

（1）垃圾填埋体矿化稳定化的判定条件尚需进行系统化研究，是否满足判定条件是填埋场开采利用的前提。

（2）研发适用于特定不利条件下的陈腐垃圾分选的技术和设备，如含填埋气量较高的垃圾、含水率偏高的陈腐垃圾、大件垃圾较多的陈腐垃圾等的分选技术和设备。

（3）急需研发地下水埋深较浅区域非正规垃圾填埋场治理的技术和装备。

（4）急需研发出能充分利用废塑料价值，又不会对环境造成二次污染的技术。

（5）垃圾腐殖土中含有重金属，对其应用途径的拓展形成制约，需进一步拓宽直接应用垃圾腐殖土的领域，同时，研发脱除垃圾腐殖土中重金属的技术和装备也至关重要。

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全国工业固体废物综合利用基地建设试点工作会在金昌召开

为深入推进工业固体废物综合利用基地建设试点工作，总结试点工作经验，研究讨论工业固废资源综合利用工作思路，2014年11月27—28日，工业和信息化部节能与综合利用司在甘肃省金昌市组织召开全国工业固体废物综合利用基地建设试点工作会。有关省市工业和信息化主管部门负责同志，工业固体废物综合利用基地建设试点所在地工业和信息化主管部门负责同志，有关协会、企业代表及专家参加会议。

会上，国务院发展研究中心等单位的专家就资源综合利用国家宏观政策、相关技术、有关法规等方面做了专题报告，承德、朔州、鄂尔多斯、本溪、丰城、招远、平顶山、河池、攀枝花、贵阳、个旧、金昌等基地分别介绍了基地建设情况，深入交流了基地建设经验及存在的问题，提出了下一步工作措施。与会省市工业和信息化部门负责同志介绍了本省推进工业固废资源综合利用工作的做法、下一步思路和工作建议，与会代表就今后一个时期推进工业资源综合利用工作进行了深入讨论。工业和信息化部节能与综合利用司黄建忠副巡视员做了总结讲话，全面总结了工业固废综合利用基地试点工作，提出未来及“十三五”工业固废资源综合利用工作的基本考虑，明确了工作要求。

在会上，金昌集团公司与北京神雾集团公司签订了“铜尾渣综合利用项目合作开发协议”，该项目采用神雾集团具有自主知识产权的蓄热式转底炉直接还原新工艺，项目的投产将大幅减少金川集团铜尾渣堆积问题，将对我国工业固体废物的高效综合利用起到重要的示范作用。会议还组织参观了金川科技馆、金川循环经济展馆，现场考察了金昌集团110万t铜渣选矿及10万t无机纤维等资源综合利用项目。

Circular economy industrial pattern on disposal and resource utilization of municipal solid waste sanitary landfill

XIE Liqiang1,SHANG Guangxu2,LU Wenjing3,LIU Yanjun3
（1.Beijing Runnuosen Environmental Engineering Limited Company,Beijing 100071,China; 2.China Association of Environmental Protection Industry,Beijing 100037,China; 3.Tsinghua University School of Environment,Beijing 100084,China）

This paper proposed the circular economy industrial pattern on disposal and resource utilization and sanitary landfill of municipal solid waste,analyzed and discussed the implementation key points and resource advantages of this pattern.Then the case estimation was made to highlight the investment advantages of this pattern.Finally the development suggestions on industrial application of the pattern were put forward.

municipal solid waste;landfill;resource utilization;circular economy;industrial pattern

X799

A

1674-0912（2014）12-0011-05

2014－11－05）

环保公益性行业科研专项——固体废物处置设施环境安全评价技术研究（201209022）

谢立强（1972-），男，宁夏中卫人，大专学历，工程师，专业方向：固废处理与综合利用，特别是城市生活垃圾处理及陈腐垃圾处理与综合利用。