生活垃圾填埋场治理技术研究

蔡琳琳 潘天骐 戴昕 袁建海

摘 要：填埋是我国生活垃圾无害化处理的主要方式。垃圾填埋场数量多，且渗滤液、异味等污染问题较大，急需开展生活垃圾填埋场治理。目前，国内外常用的垃圾填埋场治理技术主要有：原位规范封场、好氧快速稳定化、开挖筛分转运等。本文对比这3种技术的研究现状、技术优缺点与工程应用情况，分析其不同适用条件，以期为生活垃圾填埋场治理技术选取提供依据。

关键词：生活垃圾填埋场;好氧稳定化;原位封场;筛分转运

中图分类号：X703文献标识码：A文章编号：1003-5168（2018）32-0148-03

Restoration Technology of Municipal Landfill

CAI Linlin PAN Tianqi DAI Xin YUAN Jianhai

（Nanjing Wondux Co.， Ltd.，Nanjing Jiangsu 211100）

Abstract： Landfill is the main way of harmless disposal of domestic refuse in China. There are many landfills （factories） and there are serious pollution problems such as leachate and odor. It is urgent to carry out the treatment of domestic refuse landfills （factories）. At present， the commonly used landfill （plant） treatment technologies at home and abroad mainly include in-situ standardized closure， rapid aerobic stabilization， excavation， screening and transshipment， etc. This paper compared the research status， technical advantages and disadvantages and engineering application of these three technologies， and analysed their different application conditions， in order to provide a basis for the selection of treatment technology for domestic refuse landfill （plant）.

Keywords：domestic waste landfill;aerobic stabilization;field sealing;screening and transfer

1 研究背景

我國生活垃圾无害化处理始于20世纪80年代。据《中国城乡建设统计年鉴》的统计数据，截至2016年底，我国已有生活垃圾无害化处理场（厂）940座，其中卫生填埋场657座、焚烧厂249座、其他34座。可见，目前最主要的无害化处理方法仍是填埋。受经济发展水平的限制和技术的制约，很多早期建设的生活垃圾填埋场未按卫生填埋场的标准进行设计，即没有采取相应的防渗及水气污染物控制措施，后期亦未采取有效的防护措施，含有甲烷和硫化氢等的填埋气自由逸散到周围大气中，还可能带来爆炸和火灾等安全隐患;垃圾渗沥液则因含有大量的氨氮、盐分、重金属等有毒有害物质，对周边地下水及土壤存在污染的风险，给周边环境带来了极大的隐患。随着城镇化的推进，我国许多城市被垃圾填埋场包围，若不采取有效的治理措施，这些垃圾填埋场污染可持续超过30年。因此，急需开展生活垃圾填埋场污染治理。

2 国内外生活垃圾填埋场治理技术

目前，国内外的生活垃圾填埋场治理技术主要有以下几种：原位规范封场、好氧快速稳定化及开挖筛分/转运等。

2.1 原位规范封场

对老旧陈腐垃圾填埋场就地治理可以采取规范封场，即建设完善的垂直和水平防渗系统、渗滤液收集和处理系统以及填埋气体的导排、燃烧或利用系统后，在垃圾堆体顶部建设完善的防渗系统，形成雨污分流系统，使填埋气、渗滤液等污染物有序排放，降低对周边环境的影响。该技术成本少，工艺简单，施工周期短，是我国目前应用最多的老龄填埋场修复技术，如杭州天子岭填埋场、深圳玉龙坑垃圾填埋场等。

规范封场技术适用于非正规垃圾填埋场及填埋一定时间（如5年以上）需要封场的垃圾填埋场。封场设计首先应考虑阻止雨水进入、垃圾填埋气体的扩散，实现垃圾填埋场雨污水分流、渗滤液减量，并对渗滤液和填埋气进行有效收集与处理，同时要考虑动植物对防渗系统的破坏及垃圾堆体的沉降和稳定化、封场后土地的开发利用等。如果填埋量较大（如超过100万t），则可以利用收集的填埋气进行沼气发电等资源化利用，产生一定的经济效益。与其他存量垃圾治理方式相比，规范封场最主要的优势是具有良好的经济性、施工周期短等，是目前主要的填埋场治理技术。

虽然规范封场技术在经济性方面具有显著优势，但规范封场后的垃圾堆体保持厌氧环境，垃圾堆体要经过相当长的一段时间才能达到稳定化（土地利用周期约为30年）。在此期间，这些原有的生活垃圾将会产生一系列复杂的生物化学反应，继续产生垃圾渗滤液和填埋气体，同时场地还会出现不同程度的沉降。因此，为了保证填埋场封场覆盖后的安全运行，还应加强封场后的维护管理。

2.2 好氧快速稳定化

好氧快速稳定化是把垃圾填埋场建设成为一个好氧生物反应器的成套治理技术，常用的垃圾原位快速稳定化方法有渗滤液回灌法、输氧曝气法及气-水联用快速稳定化技术。渗滤液回灌法通过将渗滤液不断地在填埋场堆体中循环，实现垃圾中有机物快速溶出，是一种高效的快速稳定化手段[1]。但是，该方法会增加企业运行成本，且可能造成额外污染。输氧曝气法是对目标垃圾填埋场进行持续曝气，形成有氧环境，使好氧菌通过吸收、氧化作用快速降解城市垃圾中的有机物，从而有效加速垃圾填埋场稳定化进程。该技术可广泛应用在有垫层或无垫层的正规或非正规的垃圾填埋场，适用于封场后或正在运行的垃圾填埋场。然而，由于技术和成本等原因，输氧曝气工程的效果并不都是正面的。试验中，输氧曝气对垃圾矿化及提高渗沥液质量方面都有明显提升，但实际中，输氧曝气运行效果并不理想。这主要是因为曝气不充分，且垃圾堆体渗透系数差，对氧气的利用率低[2]。Raga R等[3]在2014年对填埋场进行输氧曝气的过程中发现，曝气对渗沥液饱和层中的垃圾处理效果并不明显。在渗沥液饱和层中，由于空气很难流通，导致即使在曝气状况下，垃圾一直处于厌氧状态。

由于该技术具有诸多局限性，因此，学者对其进行了改进，形成了气水联用快速稳定化技术。其基本原理是将垃圾填埋场视为一个巨大的“容器”，在填埋堆体中埋设注气井、注液井和排气井，使用高压风机将新鲜空气加压后通过管道和注气井注入垃圾深处，并把堆体中的二氧化碳等填埋气体抽出。同时，监控反应堆体温度与垃圾气体成分，将收集的渗沥液和其他液体回注至垃圾堆体，激活垃圾中的微生物再生，以此营造一个比较理想的有氧环境，使好氧微生物反应达到最佳状态，从而加速垃圾场场地稳定[4]。Raga R等[3]在垃圾填埋场输氧曝气方面创新性地研发并改进了“Airflow”技术，采用低压曝气、渗沥液及导排气联合抽提和渗沥液回灌的方式对垃圾填埋场进行源头减量，并在深度19m的垃圾填埋场中得到应用。实践证明，渗沥液回灌技术可以有效地降低垃圾堆體有氧分解时过高的温度，从而使垃圾堆体保持持续高效的分解速率。设备运行6个月，垃圾沉积物呼吸指数下降67%，垃圾沉积物释放的恶臭气体被大大减少，在开挖时，其对周围环境造成的影响也可以忽略不计。Morello L等[5]在2017年通过建立生物反应器对垃圾快速稳定化进行研究，将垃圾先后进行兼氧、厌氧、曝气及淋洗处理。结果显示，与传统厌氧状态相比，经过混合反应的垃圾产气量提高了50%，而堆体稳定时间减少了25%～35%。Chung J等[6]、Sun等[7]的研究提出，通过建立外置硝化装置处理垃圾渗沥液加上原为反硝化处置方式，可以有效帮助垃圾渗沥液脱氮的同时增加甲烷气产量。气-水联用快速稳定化技术的最大优势是治理周期短，在2～4年内即可实现填埋场地的稳定化目标。此外，通过垃圾渗沥液回灌，可以改善渗沥液水质，使其外排量减小，污染强度降低，好氧修复后的填埋场可以达到《生活垃圾填埋场稳定化场地利用技术要求》中的规定中度利用标准。该技术在国际上相对成熟，在美国、德国、意大利等国已成功应用20年，如德国Kuhstedt、意大利Landfill C、美国NewRiver Regional等[8]。但在我国的研究起步较晚，首个实例是北京黑石头消纳场[9]。Liu L等人在2018年通过对垃圾堆体中最大储氧率的核算，对金口填埋场井口布置以及曝气方式进行了优化，为填埋场输氧曝气工程设计及运行管理提供了支持[10]。

2.3 开挖筛分、转运技术

开挖筛分、分类转运处理的治理工艺就是对满足开挖条件的填埋场的垃圾进行挖掘、筛分、转运、处理等，将存量垃圾开挖后进行筛分，按物质组分、粒径大小将不同筛分的存量垃圾分别转运至相应场所进行处理或利用。一般来说，可以将筛分物分为可燃物、金属和腐殖土等。筛上的塑料等可燃物送焚烧厂焚烧，金属可以回收或外卖，不可燃物可根据实际情况选择就地回填，或外运填埋，或加工成建筑材料或肥料等。该技术对污染治理较彻底，通过筛分使垃圾减量资源化程度可以达到75%以上，达到垃圾搬迁减量化和释放土地的目的。但是，该技术污染治理较为复杂，不适合填埋龄较小、有机质含量高、污染严重的填埋场，且垃圾搬运过程中存在臭气、粉尘等二次污染以及沼气的安全控制、腐殖土安全利用、工程周期等问题。根据国外此类工程经验及法规要求，如欧盟对垃圾填埋场开挖分选治理的规定，由于老旧垃圾填埋场堆体内厌氧状态下，产生和积聚了大量甲烷等易燃易爆气体和硫化氢等臭味有毒有害气体，填埋场内垃圾自然分解达到相对稳定和可供开挖的时间至少要30年以上，简单贸然直接开挖将出现严重的安全事件，对周围环境和人们的身体健康带来严重的危害。在土地资源紧张及政府对填埋场征收环境税的压力下，英国、美国、意大利等国家也开展了垃圾填埋场原位开挖分选工程，国内应用实例有北京北天堂垃圾填埋场和三海子郊野公园等。此类工程大多选在老龄垃圾且垃圾堆体性质相对稳定的填埋场地或预先使用原位快速稳定化技术，对垃圾进行无害化处理后，再进行开挖，之后对剩余垃圾进行资源化处理。

3 填埋场治理技术比较

在实际选择治理技术时，应根据填埋场的实际情况，从技术可靠性、建设工期、环境污染、投资费用等方面对原位规范封场、好氧快速稳定化及开挖筛分、转运等修复技术方案进行综合比较分析，选择合适的技术。

综上所述，在填埋场地利用要求不高且填埋场地再利用需求不迫切的情况下，原位规范封场技术为存量垃圾治理技术的首选方案。在填埋场周围环境容量小、对污染物去除要求高时，应使用填埋场综合治理技术。对于有机质含量高的填埋场，建议使用好氧快速稳定化修复技术，使垃圾填埋场达到中度利用标准。若填埋场地稳定化需求较高，在环境容量小、垃圾填埋龄较长、筛下物出路能解决且治理周期允许的前提下，建议在判定堆体稳定化程度可行后，进行开挖分选处理，实现最大化垃圾减量、污染消除最彻底。由于填埋场内环境复杂，单一的稳定化技术可能并不能起到理想效果，在制定垃圾填埋场治理方案时，可以选择复合方案。

参考文献：

[1] Hupe K， Heyer K U， Stegmann R. Water infiltration for enhanced in situ stabilization[C]. Proceedings Sardinia.2003.

[2]Wu C，Shimaoka T， Nakayama H，et al. Influence of aeration modes on leachate characteristic of landfills that adopt the aerobic–anaerobic landfill method[J]. Waste management，2014（1）：101-111.

[3] Raga R， Cossu R. Landfill aeration in the framework of a reclamation project in Northern Italy[J].Waste management，2014（3）：683-691.

[4]李睿.填埋垃圾原位好氧加速稳定化技术研究[D].北京：清华大学，2013.

[5] Morello L， Raga R， Lavagnolo M C， et al. The S. An. A.R concept： Semi-aerobic， Anaerobic，Aerated bioreactor landfill[J]. Waste Management，2017（5）：193-202.

[6] Chung J， Kim S， Baek S， et al. Acceleration of aged-landfill stabilization by combining partial nitrification and leachate recirculation： a field-scale study[J]. Journal of hazardous materials，2015（285）：436-444.

[7]Sun X，Zhang H，Cheng Z. Use of bioreactor landfill for nitrogen removal to enhance methane production through ex situ simultaneous nitrification-denitrification and in situ denitrification[J]. Waste Management， 2017（66）：97-102.

[8]曹麗，陈娜，胡朝辉，等.垃圾填埋场：世界最大的生态修复案例：以武汉市金口垃圾填埋场为例[J].城市管理与科技，2016（3）：24-27.

[9]邵靖邦，唐嵘，阐霏，等.好氧降解加速垃圾填埋场稳定化技术[C]//矿化垃圾资源化利用与填埋场绿化技术研讨会论文集.2011.

[10] Liu L， Ma J， Xue Q， et al. The in situ aeration in an old landfill in China： Multi-wells optimization method and application[J]. Waste Management，2018（76）： 614-620.