生活垃圾填埋场可持续利用技术探讨

郭婧婷 佘祺锐 刘志刚 孟凡勇 朱文轩

【摘要】：本文通过对垃圾处理及填埋技术发展现状的介绍，简要分析了目前垃圾填埋场存在的问题，针对我国垃圾填埋处理存在的问题，以及城市生活垃圾的组成和理化特性，提出了新的垃圾填埋处理模式-可持续填埋。

【关键词】：生活垃圾，填埋，可持续

【引言】：2015年我国在运行的640座卫生填埋场，采用填埋方法处理处置的城市生活垃圾量约占全部处理量的60%以上，占地约6万公顷，已填埋垃圾约70亿吨。根据我国经济技术水平和城市生活垃圾组成状况，在今后相当长一段时期内，我国城市垃圾处置仍将以填埋为主。但是，传统卫生填埋存在诸多问题，在我国生活垃圾分类收集短期内难以实现、非填埋的垃圾处理规模近期难以迅速增加的情况下，急需填埋容量大、使用年限长的垃圾填埋技术，以便实现现有垃圾填埋场设施和土地资源的充分利用。

1、我国垃圾处理及填埋技术发展现状

1.1我国垃圾处理现状

由于生活垃圾的多变性、复杂性，并受到经济发展水平、自然条件及市民传统生活习惯等因素的影响，因而在处理上很难有统一的模式。目前国内外应用最广泛的处理方法主要有卫生填埋、焚烧、堆肥 [1]。

1.1.1卫生填埋处理

卫生填埋就是按照环境工程技术标准进行规范设计、施工，采用防渗、导渗、压实、覆盖、沼气利用等技术，使填埋的生活垃圾不对周围环境造成污染的工程方法。

卫生填埋处置垃圾的优点是：建设投资较省、运营成本较低、技术成熟、作业简单、对处理对象的要求较低[3]。卫生填埋处置垃圾的主要缺点是：占用大量土地，远离城市市区，垃圾运距较远，导致相应的运输费用较高。在我国，许多城市近郊区越来越难找到合适的大面积土地用于填埋处置垃圾，因而填埋场距离城市中心越来越远，从而也造成了垃圾运费的增加。

1.1.2焚烧处理

焚烧是将生活垃圾进行高温焚烧处理，在800～1200℃的焚烧炉炉膛内，生活垃圾中的可燃成分与空气中的氧进行剧烈的化学反应，放出热量，转化为高温的燃烧气和少量性质稳定的固定残渣。燃烧气可以作为热能回收利用，性能稳定的残渣可直接填埋。经过焚烧，垃圾中的细菌、病毒被彻底消灭，带恶臭的氨气和有机质废气被高温分解。

由于焚烧具有减容效果好、消毒彻底、处理处置效率高、生活垃圾可资源化利用等优点，但焚烧的缺点是投资和运行费用都较高。从整体上看，我国采用焚烧技术处理生活垃圾尚处于起步阶段，且我国生活垃圾中大多采用混合收集方式进行收集，给生活垃圾焚烧带来诸多的困难，加上昂贵的价格和高额的运行费用致使推广应用缓慢。

1.1.3堆肥处理

堆肥就是依靠自然界中广泛存在的细菌、放线菌、真菌等微生物，人为的、可控制的促进可被生物降解的有机物向稳定的腐殖质轉化的生物化学过程。

厌氧堆肥是处理生活垃圾的一种传统方法。其优点是：处理工艺简单，成品中能较多地保存氮，不必由外界提供能量，运转费用低；缺点是：堆肥周期长，占地多，臭味大，有些物质不易腐烂，某些病菌不易被杀死等。好氧堆肥在好氧条件下堆制，物料分解较彻底，臭味小，堆肥周期也较短。堆肥技术的特点是工艺简单，适合处理有机质含量较高的生活垃圾，可生产有机肥。由于对生活垃圾有机肥中含有少量重金属及肥效的忧虑，不易被使用者接受。

1.2垃圾填埋技术发展现状

卫生填埋法是我国城市生活垃圾的主要处置方式。填埋最大的缺点就是占地大，且传统填埋场达到稳定的时间又相当长，填埋场的土地效益得不到充分利用。可持续填埋的实质是使垃圾得到重复有效利用，同时填埋场的空间能够得到持续有效的重复。通过改革和完善填埋工艺，缩短垃圾稳定化周期，待垃圾稳定后开采、筛分陈腐垃圾，利用其中有用物质。腾出的土地可以重新填埋新鲜垃圾，从而使填埋场达到可持续化使用的目的，将垃圾的无害化、减量化和资源化紧密结合。

由于卫生填埋法具有节省投资、工艺简单、管理方便、适用范围广、维护费用低等优点，至今填埋已成为我国城市生活垃圾的主要处置方式。

在垃圾填埋史上，填埋经历了几个历程，从刚开始没有采取任何防护措施的堆放到我国现阶段大部分填埋场采用的准卫生填埋、卫生填埋。目前我国生活垃圾卫生填埋以厌氧型卫生填埋为主，在填埋场防渗、填埋气体收集导排等方面技术已经较为成熟。

针对厌氧型卫生填埋的诸多问题，近年来生物反应器填埋技术研究在国内外掀起了一轮高潮。生物反应器填埋是一种“强化”生物过程的卫生填埋技术，通过水分调节、氧化还原状态调节、pH调节、营养物添加、温度控制、预处理等内环境调节方法和填埋场构造的优化，强化填埋场内微生物的生命活动，加速填埋垃圾稳定化进程 [4]。生物反应器填埋技术的关键是堆体内水分及养分均布。但是由于垃圾堆体的高度非均质性，再加上日覆盖及中间覆盖层的存在，堆体内不同部位的透水性能和持水性能差异较大，严重影响“生物反应器”的工作效率[5]。

2、现有垃圾填埋场存在的问题分析

我国生活垃圾属于混合收集，垃圾成分复杂，且含水量和有机物含量都比较高。多年的运行经验表明，我国现行的垃圾填埋场存在诸多问题：

2.1占用大量土地

垃圾填埋处理最大的缺点就是占地大，随着我国城市规模的日益扩大、社会经济的快速发展，对土地资源的需求越来越强烈。现有的垃圾填埋处理设施占用了大量土地，但是由于各省市垃圾年产量的增长，大大缩短了填埋场都使用寿命，在未来的十年内，多处填埋场都将面临封场。而新建填埋场选址、征地又越来越困难。

2.2渗滤液污染严重

填埋处理渗滤液产生量大，污染负荷高，处理难度大，费用高，对地下水和地表水构成严重威胁。部分填埋场未对渗滤液进行处理或简单经过一个氧化塘或沉淀池简易处理就外排，二次污染严重。

2.3填埋产气速率低过程长、综合利用率低

填埋产气速率低过程长，收集利用难度大。50%以上的填埋场对产生的填埋气无任何收集或处理设施，直接外排，这不但对所处功能区的空气环境质量产生不良影响，对填埋场本身的运行安全也构成了威胁，更是一种资源的浪费。

2.4填埋场超负荷运行、超期服役现象突出

由于中国城镇化进程提高，城市人口巨幅增加，很多城市的垃圾产量有较大的增长，填埋处理设施的实际处理量远高于其设计能力，不少城市垃圾填埋存在超负荷运行、超期服役现象。运行和管理水平却没有与之匹配，造成一些设施生活垃圾仍就近堆放，随意倾倒，垃圾渗滤液肆意下溢，严重污染下游地表水体和当地地下水，影响了周边居民的正常生活。

2.5垃圾稳定化时间长

传统卫生填埋有机物降解缓慢，垃圾稳定化时间长。在填埋场漫长的稳定化过程中会产生大量填埋气和渗滤液，如不作处理，能持续几十年对附近公众健康和周围环境产生危害。垃圾填埋场封场后，后期还需持续监管维护。

综上所述，针对我国垃圾填埋处理存在的问题，以及城市生活垃圾的组成和理化特性，如何按照可持续发展战略的基本要求，研究新的垃圾填埋处理模式，解决生活垃圾处理面临的困境，提升生活垃圾再利用与垃圾填埋场土地复用技术水平，从根本上实现我国生活垃圾减量化、资源化、无害化的治理目标，已成为当今我国社会发展的一项重要战略任务。

3、可持续填埋工艺研究

可持续填埋的实质是将垃圾及其储存场所-填埋场在时间或者空间上的延续，一方面使垃圾这种资源得到重复有效利用，另一方面填埋场的空间能够得到持续有效的重复。将垃圾填埋场从一个被动接收系统转变成一个主动管理控制系统，这种方法代表了垃圾处置的未来。针对我国传统垃圾填埋处理占地大、稳定化时间长等问题，研究并提出了以陈腐垃圾开采利用为手段、以废物减量化和资源化以及土地资源循环利用为目标的生活垃圾可持续填埋技术[6]。该技术包括“分区分单元构建—加速稳定化—开采—筛分再利用—再填埋”五个工艺段。

3.1填埋单元构建

可持续填埋工艺的核心是构建小单元生物反应器，加速垃圾堆体稳定化，分区开挖。合理分区分层是填埋场填埋作业的基础和关键，也是实现小单元生物反应器的基础。

如何将堆体与填埋场运营作业相结合，将填埋场从场底进行分区，实现小单元的渗沥液分区收集，是生物反应器构建的关键。以盘锦填埋场为例，盘锦填埋场底由分区隔堤进行分隔，分为多个单元，每个面积大约为2万m2。在分区隔堤分隔后，场底坡度构建的时候设计为横坡，上部的垃圾产生的渗沥液可以通过场底的分区隔堤实现相对独立的收集。在各区相连接的部分，采用LDPE膜相隔，每个区域内就在水平和竖向上形成了一个独立的小单元。

3.2垃圾堆体加速稳定化

生物反应器填埋是一种“强化”生物过程的卫生填埋技术，在传统垃圾填埋场的垃圾贮留、污染阻隔功能的基础上增加生物降解和资源恢复功能，强化卫生填埋场的生物降解效率，将填埋场作为一个生物反应器来对待。

在加速穩定化的过程中，采取厌氧和好氧生物反应器填埋[7]相结合、水平和竖井回灌体系相结合、渗沥液管线和填埋气管线相结合、全密闭作业与小单元反应器构建相结合等一系列措施与方法，加速堆体降解效率，稳定后利用小单元分区的优势，分区开挖再利用。

第一阶段为调节垃圾层的水分、pH值的厌氧生物反应器填埋，目标是促进垃圾降解、加快稳定化进程，提高产气速度，同时降低渗滤液中有机污染物的浓度。第二阶段为采用强制通风为主要手段，使垃圾转化为好氧工况，目标是去除高水分和恶臭，降低挖掘垃圾的工程难度及环境影响。

3.3陈腐垃圾开采

开采工艺需综合考虑场地、垃圾土体理化性质和现场施工条件、施工环境等多个因素，而开采效果好坏也是影响到整套工艺合理可行的首要问题。具体而言，为保证开挖条件，需研究带开挖单元的地形、地质条件和填埋年限，分析其是否满足开采机械和分选机械的安全有效运行，开挖分选是否经济可行和开挖是否安全等。

陈腐垃圾的开采基本可参照土木工程基坑开挖，并结合采矿工艺技术进行。采用反铲挖掘机进行开挖，再由前装式装载机将垃圾堆成堆条，并分离出其中的大块物质。将挖出来的垃圾进行摊铺进行二次发酵，便于后续的运输和处理。其具体操作步骤包括如下几个方面：放线——地质勘测——确定合理的土方开挖顺序——确定基坑支护形式和支护方法——采用推土机水平或斜面分层开挖作业方式。

3.4陈腐垃圾分选再利用

垃圾的分选工艺的选择主要取决于垃圾再利用的工艺，目前分选工艺较为成熟，有多种设备可供选择。跟据陈腐垃圾成分及粒径分布特点，选取合适、分选效率较高的分选工艺进行分离。对筛上及筛下部分，进行不同的后端利用。

目前，筛下物主要为分选细料，土质较多，且富含各种有机质，利用途径主要有植被土、园林土、覆盖土等，也可选择烧结，一方面可降低筛下物里的有机质含量，另一方面可增加其强度，烧结陶粒或制砖，作为建筑材料或保水材料。

结语

通过对垃圾填埋场可持续填埋技术的研究，探索出具有适合中国填埋场的土地利用模式，通过土地资源的潜在价值带动填埋场的污染治理，提高填埋场污染治理及再利用的积极性。可持续填埋工艺以陈腐垃圾开采利用为手段、以废物减量化和资源化以及土地资源循环利用为目标。鼓励未稳定化的填埋场采取加速稳定化措施，稳定的垃圾堆体进行开采及筛分利用，变废为宝，二次开发填埋场地的土地利用价值，并积极探索新建填埋场按照分区填埋——构建小单元反应器——加速稳定化——开采——分选再利用——再填埋的“可持续填埋”的工艺。

【参考文献】：

[1] 李国建、赵爱华，城市垃圾处理工程，科学出版社，2007

[2] 中国统计年鉴，2016

[3]《生活垃圾卫生填埋处理技术规范》（GB50869-2013）

[4]蒋建国，生物反应器填埋场技术发展现状及研究前景，环境污染与防治，2005.2

[5]李启彬、刘丹，生物反应器填埋场的可持续性分析与实现，广东农业科学.2010.7

[6]楼紫阳、赵由才，生活垃圾可持续化填埋，环境工程学报，2007.1

[7] 张维、岳波，准好氧和厌氧填埋陈腐垃圾的稳定化特性，土木建筑与环境工程 ， 2010.04