生活垃圾填埋场存量垃圾原位封场与异地转运环境影响分析

陈 芊，张 垒

(成都市规划设计研究院，成都 610041)

前 言

改革开放以来，随着物质生活水平的不断提高，每年产生的生活垃圾数量也成倍增加，生活垃圾填埋技术因其技术发展成熟、管理方便、处理量大、投资成本低等优点，成为我国处理生活垃圾的主要手段[1-2]。垃圾填埋虽然一定程度上解决了生活垃圾的处理问题，但是近年来其弊端也越来越受重视，老旧垃圾填埋场存量垃圾带来的问题主要包括：垃圾渗滤液的不断累积、简易封场后受雨水冲刷会导致扬尘和填埋垃圾逸散气体、部分区域裸露垃圾带来的恶臭及景观问题[3-4]。

为了解决老旧生活垃圾填埋场库容饱和后产生的各类问题，国内外的治理主要分为原位治理和异位治理两大类。原位治理主要采用原位封场处理和原位好氧降解处理。原位封场处理采取覆盖封场、垂直和水平防渗措施、渗滤液收集和处理以及填埋气体的导排、燃烧或利用等措施，使非正规垃圾填埋场中污染的无序排放被人为控制，变成有序排放[5]。原位好氧降解处理是根据好氧填埋反应器原理，将渗滤液、其他液体及空气等根据场内垃圾生物降解需要，改变填埋场中的物理和化学条件，建立符合微生物生长的环境，通过一种可控的方式加入至填埋场。异位治理的主要手段为全量转运异地处置和原位筛分异地处置[6]。全量转运异地处置是将存量垃圾开挖后，不经过筛分直接转运至相应场所处理或利用。原位筛分异地处置针对满足条件的垃圾填埋场，进行陈腐垃圾开挖、筛分、转运等处理，对不同类型组分进行就地处理或者转运、暂存和资源化利用。

本文选择攀枝花市一老旧生活垃圾填埋场，该填埋场库容已满，停止接收生活垃圾，并进行了简易封场。选择应用较为广泛的原位封场处理和原地筛分异地转运处理，对两种处理方式的环境影响进行对比分析。

1 填埋场及处理方案概况

1.1 填埋场概况

该垃圾填埋场地处一沟谷中，场区东西向宽约300m，南北向长约600m，中间地带为地势较低的坡地。从1986年起，该生活垃圾填埋场作为攀枝花市主要生活垃圾填埋场之一，负责接纳周边片区的生活垃圾进行简易填埋。由于当时国内还没有垃圾填埋的相关标准和规范，该填埋场也未履行环境影响评价手续，除在填埋场下方建有一浆砌石垃圾坝及一容积约1 000m3的渗滤液调节池外，填埋场再未采取任何防渗、导排及渗滤液处理等环保措施，故该填埋场实质上就是一个垃圾堆放场。

为解决上述污染问题和填埋场剩余库容不多的问题，1998年在该生活垃圾填埋场库区旁另行新建了一处城市生活垃圾处理厂，对此后进入该填埋场的生活垃圾采取分选、堆肥和焚烧等无害化、资源化措施进行处理，处理后剩余的以砖石等无机物为主的垃圾残渣和焚烧炉渣再送至该填埋场进行填埋。

2007年，由于该生活垃圾填埋场已填埋作业至设计终场标高，在对该垃圾填埋场进行简单封场后，该生活垃圾填埋场关闭，不再接受垃圾填埋。截止2007年为止，填埋场填埋库区占地约76.52亩，填埋垃圾库容约200万m3。

表1 该垃圾填埋场垃圾构成及分类Tab.1 Composition and classification of waste in the landfill (%)

注：可堆腐物包括有机物中动植物和无机物中灰渣土。

从表1可以看出，该生活垃圾填埋场入场垃圾中灰渣土等无机物成分含量高达80.5%；动植物等有机物含量为19.6%，垃圾填埋场入场垃圾中有机物含量总体不高；生活垃圾中可堆腐物约占垃圾总量的79%～87%，平均占垃圾总量的84%。可堆腐物垃圾中有机物垃圾平均占23%，无机物垃圾平均占77%。

1.2 处理方案简介

1.2.1 原位封场处理

该生活垃圾填埋场封场管理工程项目由主体工程、配套工程、生产管理与生活服务设施等构成。具体包括以下内容：

(1)主体工程：垃圾堆体整治、封场覆盖、填埋气体导排与处理系统、渗滤液导排与处理系统、截洪系统、绿化与植被恢复等。

(2)配套工程：供配电、给排水、消防和通信等(垃圾填埋场利用原有设施)。

(3)生产管理与生活服务设施：办公用房等(垃圾填埋场利用原有设施)。

1.2.2 异地转运处理

好氧稳定+原位筛分+分类转运异地处理目主要包括以下几个子项：污染扩散阻隔工程、好氧快速稳定化系统、全量开挖筛分系统、分类转运处理系统等(下图)。

图 原位筛分异地转运处理技术路线图Fig. Roadmap of in-situ screening technology and transshipment

2 环境影响分析

2.1 大气环境影响

2.1.1 原位封场处理

该填埋场中大部分垃圾填埋时间均已在10年以上，垃圾堆体处于甲烷发酵阶段向成熟阶段过渡，封场期产生的填埋气体中主要成份为CO2和CH4，含有少量NH3和H2S等恶臭气体。封场后最大年产填埋气体量为112.3万m3，甲烷的体积分数按50%计算，则封场后第1～5年、第10年、第15年、第20年甲烷产生源强如表2所示。

表2 甲烷产生源强Tab.2 Source of CH4

从表2可以看出，封场施工结束后，垃圾气体中的CH4产生速率呈逐渐下降趋势，因此，当甲烷浓度降低到无法点燃处理时，填埋气体不会对周围环境产生影响；通过类比类似项目，预计10年甲烷浓度降低到无法点燃。

根据填埋场中填埋垃圾组分、填埋时间等垃圾填埋场情况，主要的恶臭产生源来自填埋库区和渗滤液调节池。考虑气体处理措施及运行情况，对恶臭气体源强进行估算。项目封场后最大产气年填埋气体量为112.3万m3，其中氨气(NH3)的平均体积百分比为0.000 9%、密度为0.597 1kg/m3，硫化氢(H2S)的平均体积百分比为0.000 2%、密度为1.19kg/m3。同时在封场后期，填埋气体经生物除臭设施处理直接外排，过滤脱臭效率在65%以上，由此得出填埋场最大产气年氨气排放浓度为2.3×10-4kg/h，硫化氢排放浓度为8.9×10-5kg/h。封场后第1～5年、第10年、第15年、第20年恶臭源强见表3、表4。

表3 氨气排放源强 Tab.3 Source of NH3

表4 硫化氢排放源强Tab.4 Source of H2S

续表4

封场年份填埋气产量(万m3/a)H2S产量(万m3/a)H2S密度(kg/m3)产生源强(kg/h)364.150.032 11.71×10-4448.480.024 31.541.29×10-4536.640.018 39.75×10-5101.680.000 94.80×10-6150.410.000 21.07×10-6200.105.0×10-52.66×10-7

封场工程完工时，恶臭气体(H2S、NH3)均满足《恶臭污染物排放标准》(GB14554-93)中二级标准(新扩改建)，再加之施工结束后，对垃圾堆体进行植物种植，因此，封场期渗滤液调节池产生的恶臭气体不会超过恶臭排放标准，对周围大气环境影响较小。

2.1.2 异位转运处理

异位转运处理产生废气的阶段主要集中在施工期，包括施工期扬尘、开挖作业产生的恶臭气体、好氧稳定化处理抽气废气和垃圾分选后电加热熔融过程分解会产生有机废气。

正常工况下，本项目大气环境影响污染点源及面源参数分别见表5、表6。

表5 点源污染源正常排放参数一览表Tab.5 Normal emission parameters of point source pollution sources

表6 面源污染源正常排放参数一览表Tab.6 Normal emission parameters of non-point source pollution sources

选用《环境影响评价技术导则大气环境》(HJ2.2-2008)中的推荐模式SCREEN3估算结果作为本项目污染物对下风向的环境影响结果。本项目投产后，对周围环境保护目标浓度预测及达标情况分析见表7。

表7 环境保护目标浓度预测及达标情况一览表Tab.7 Concentration prediction and standard achievement of environmental potection Targets

续表7

环境保护目标(方位,距离)污染物排放量(mg/m3)标准值(mg/m3)占标率(%)达标情况非甲烷总烃0.032 822.01.64达标保护目标2(N,280m)氨0.004 670.202.34达标硫化氢0.001 070.011.07达标粉尘0.003 4840.3×1030.39达标非甲烷总烃0.042 052.02.10达标保护目标3(NE,441m)氨0.003 620.201.81达标硫化氢0.000 830.010.83达标粉尘0.003 2790.3×1030.37达标非甲烷总烃0.039 552.01.98达标保护目标4(SE,250m)氨0.004 850.202.43达标硫化氢0.001 110.011.11达标粉尘0.003 4260.3×1030.27达标非甲烷总烃0.041 342.02.07达标

通过对比表2～表6中两种方案的污染物排放源强，可以看出原位封场处理的污染物排放明显少于异地转运处理。原位封场处理在运营期产生的填埋气体、恶臭气体(氨、硫化氢)浓度小于异地转运处理开挖阶段产生的污染物浓度，且原位封场处理产生的废气逐年减少；与此同时，异地转运处理垃圾转运焚烧仍需进一步落实，垃圾焚烧产生的废气量较大，且持续时间较长。

2.2 地表水环境影响

2.2.1 原位封场处理

施工期废水主要包括3部分：一是工程施工中产生的生产废水，设备冲洗废水产生量约为2.2m3/d，施工废水经沉淀、隔油、除渣后回用；二是工程施工人员产生的生活污水，主要含CODCr、BOD5、氨氮、SS等污染物质，产生量约1.2m3/d；三是施工期渗滤液，期对原垃圾填埋场进行封场施工时，产生的渗滤液约为11.2m3/d，产生的渗滤液经露天导排明沟排入渗滤液调节池。为避免施工期调节池渗滤液满溢，施工期间吸污车一天运输4次，渗滤液运输量为24m3/d。

封场后垃圾填埋场库区内不设管理生活区，填埋场劳动定员按4人计，生活污水产生量约为0.19m3/d。生活污水主要污染物为CODCr、NH3-N等。生活污水排入渗滤液调节池，与渗滤液一起处理。在本项目封场完成后，渗滤液产生量约为4 333.2m3/a，每天平均产生量约为11.87m3。在封场后，随着时间的增加，垃圾渗滤液中的有机物浓度将进一步降低。封场期产生渗滤液经新建的渗滤液导排系统收集进入场区原调节池，由吸污车定期转运。

2.2.2 异地转运处理

废水主要包括渗滤液、化验废水、生活污水；施工期废水污染源包括洗料废水、保湿、冲洗与设备清洗废水等。与原位封场处理相同，均选择将渗滤液收集转运。目前渗垃圾填埋场渗滤液产生量为23.8m3/d，因工程采用全量开挖方式，所产生渗滤液全部转运。生活废水产生量为5m3/d，产生量较小，而且以蒸发损耗为主，基本没有排放。施工区的洗料废水用量较大，经过沉淀后可全部回用，不外排；地面冲洗和设备清洗废水由于量非常小，集中收集回用后用于施工洗料或通过蒸发损耗，不外排。

表8 两种处理方案废水量对比Tab.8 Comparison of wastewater quantity between two treatment schemes (m3/d)

对比两种方案，从渗滤液每日产生量、转运量，以及工程施工、渗滤液转运、降雨带来的渗滤液风险等方面综合考虑，原位封场处理对地表水环境的影响好于异地转运处理。

2.3 地下水环境影响

2.3.1 原位封场处理

分正常工况和风险事故两种工况进行预测。各工况设计及参数选取见表9。

表9 填埋场渗滤液下渗量工况表Tab.9 Leachate Infiltration conditions of landfill

各工况下废水渗漏量及污染源强结果见表10。

表10 污染物源强数据Tab.10 Source of pollution

对封场维护管理期正常工况下污染物的变化趋势进行数值模拟，模拟计算结果显示，由于正常工况下防渗条件极好，污染物下渗量极小，至施工期结束，并呈现出衰减趋势。正常工况下，不同时间污染物浓度统计见表11。

表11 正常工况下污染物浓度最大浓度与时间关系表Tab.11 Relationship between maximum concentration of pollutants and time under normal conditions (mg/L)

风险事故设计为填埋场覆盖层防渗系统完全失效，覆盖系统对降雨入渗的阻隔作用减弱，此时下渗量明显增加至7.16m3/d。发生风险事故，应及时采取措施。本次模拟计算为填埋场覆盖层防渗系统完全失效至40年，对地下水环境的影响预测。风险事故下，不同时间污染物浓度见表12。

表12 事故事故工况下污染物浓度最大浓度与时间关系表Tab.12 Relationship between maximum concentration of pollutants and time under accident conditions (mg/L)

2.3.2 异地转运处理

正常工况下采用人工防渗、与雨污分流等措施，根据治理目标，现有垃圾堆体渗滤液通过污水处理站处理后由原有建设单位用罐车将废水运送至二滩垃圾处理中心(盐边分厂)深度处理，处理达标后排放。开挖工程进行过程中，每日产生的垃圾渗滤液均会外运，因此，在正常工况下不会对地下水环境造成影响。

由于2007年该填埋场关闭封场时覆盖材料中未采用粘土或土工膜等防渗材料，封场后大气降水入渗后仍导致较大量的渗滤液产生。根据填埋场资料，目前垃圾填埋场渗滤液产生量约为23.8m3/d，其中CODMn的含量为296mg/L，项目所在地水文地质条件中，渗滤系数0.007～0.065 8m/d，有效孔隙度0.2，纵向弥散度20m2/d，横向弥散度2m2/d，含水层厚度小于60m。

地下水环境影响预测采用平面连续点源一维稳定流动二维水动力弥散模型，数学模型表示为：

式中：x,y—计算点处的位置坐标；t—时间，d；

C(x,y,t)—t时刻x,y处的示踪剂质量浓度，mg/L；

M—承压含水层厚度，m；

mt—单位时间注入示踪剂的质量，kg/d；

u—水流速度，m/d；

n—有效孔隙度，量纲为1；

DL—纵向弥散系数，m2/d；

DT—横向y方向的弥散系数，m2/d；

π—圆周率；

K0(β)—第二类零阶修正贝塞尔函数；

在事故工况下，覆盖系统仅为中间简易覆盖功效，面积占总面积100%。此时渗滤液产生量为23.8m3/d，产生的渗滤液30%下渗进入地下水系统，下渗量为7.16 m3/d。事故工况下，不同时间污染物浓度见表13。

从表13可以看出，当工程施工期发生事故时，短时间内地下水污染物含量超标近6倍，在工程持续的两年时间内，地下水环境无法得到恢复。

综合上述结果，在对地下水环境的影响上看，原位封场处理的污染轻、时间长；异地转运处理的污染重、时间短。

3 结 语

结合上述分析结果，针对库容饱和的老旧生活垃圾填埋场，就目前主流的技术手段而言，原位封场处理的综合环境影响优于开挖筛分的异地转运处理方式。与此同时，在选择处理工艺时，还应对工程带来的社会影响、环境风险和经济损益进行分析比较，选择最优方案。

在对老旧生活垃圾填埋场存量垃圾进行处理时，要做好信息公开、稳定群众的工作，在工程实施过程中，应严格按照各项法律法规及规章制度完成相应的环境保护措施，减少对周边环境和居民的影响，达到改善当地环境的目的。