大型垃圾填埋场陈腐垃圾成分特性及开采利用研究——以江苏省某市生活垃圾填埋场为例

黄明生，李志华，孙雨清，翟艳丽，俞晓阳

（1.光大环保能源（苏州） 有限公司，江苏 苏州 215001；2.苏州市环境卫生管理处，江苏 苏州215001）

1 引言

由于城市生活垃圾成分复杂，存量垃圾体量巨大，在填埋处理过程中易形成多重污染，不仅影响生态环境和城市景观，还可能给周边百姓的生活带来影响。随着垃圾填埋场库容告罄，新建填埋场选址难度增大，城市土地资源严重匮乏，使得垃圾填埋场治理与生态恢复迫在眉睫。鉴于目前我国对大型生活垃圾填埋场陈腐垃圾的综合处理及其环境整治仍处于空白，大型垃圾填埋场陈腐垃圾的处理及其周边环境的提档升级是个亟待解决的难题。因此，掌握填埋场陈腐垃圾组成和特性、研究陈腐垃圾筛分及综合利用方法、探讨土地资源的二次利用及生态环境提升是一项具有现实意义的工作。

2 填埋场基本情况及陈腐垃圾成分特性

2.1 填埋场基本情况

该填埋场按照CJJ 17—2004 城市生活垃圾卫生填埋技术标准建设，总占地50 hm2，自1993 年投运，负责接纳全市生活垃圾，截至2018 年累计填埋量已超过1.0×107t。虽然目前该市生活垃圾处置以焚烧为主、填埋为辅，但填埋场仍面临库容不足、无地扩建的问题，且垃圾进场填埋期间影响区域生态环境，周边百姓投诉不断。

2.2 陈腐垃圾成分特性

为改善区域生态环境，当地政府出台了生态环境综合整治规划，提高该地区垃圾焚烧处理能力，实现生活垃圾的全焚烧、零填埋，并且进一步研究历年填埋陈腐垃圾的综合利用及其环境提档升级。一般来说，填埋陈腐垃圾的组分主要包括腐殖土、塑料、砖石、橡胶、纺织类、玻璃、金属等，但不同填埋龄的陈腐垃圾各组分含量可能不尽相同，不同的筛分工艺筛出的各组分进行资源化利用的方式也各不相同［1］。因此，陈腐垃圾的取样分析和筛分对于后期综合利用至关重要。

该填埋场垃圾主要来源是市区的生活垃圾，分区域按年份进行填埋，每个区域最深约18 m，底部铺有防渗膜。该填埋场2013 年以前填埋区域已进行生态复绿，因此根据现场实际情况，取样区域为2013—2018 年填埋区，每一年份取3 个点，结果取平均值；陈腐垃圾采用旋转钻机钻取，最大取样深度为12 m。检测方法参考CJ/T 313—2009 生活垃圾采样和分析方法以及CJ/T 96—2013生活垃圾化学特性通用检测方法。

2.2.1 陈腐垃圾物理组成

表1 为陈腐垃圾及新鲜垃圾物理组成。

由表1 可知，该填埋场陈腐垃圾以有机物为主，主要分为厨余类、纸类、橡胶类、纺织类、木竹类等；而2019 年新鲜垃圾则厨余类占比较大，达到42.11%，其次是橡胶类、纸类和纺织类等。陈腐垃圾可燃物占比都较高，达77.33%～80.69%。

表1 陈腐垃圾及新鲜垃圾物理组成 %

2.2.2 陈腐垃圾热值

表2 为陈腐垃圾湿基低位热值。

表2 陈腐垃圾湿基低位热值 kJ/kg

由表2 可知，随着填埋年限的增加，陈腐垃圾有机物逐步降解，其热值呈现逐步下降的趋势。陈腐垃圾经过筛分后，其热值总体上呈增加的趋势，可与新鲜垃圾混合掺烧。

3 填埋场开发利用规划

大型垃圾填埋场综合利用方向见表3。

表3 大型垃圾填埋场综合利用方向

大型垃圾填埋场一般具有填埋时间长、垃圾来源及成分变化大、场地稳定性不一致等特点。一般来说垃圾填埋龄8～10 a 以上陈腐垃圾会发生矿化，其易降解物质完全或接近完全降解，垃圾自身几乎不再产生渗滤液、填埋气和异味［2］，因此，针对不同的填埋时间以及填埋区域需要确定不同的综合利用方式和景观化改造目标。

目前，该市生活垃圾填埋场60 m 标高以下水平拓展区的生态修复项目已全部建设完成，该区主要填埋了2013 年以前的生活垃圾。2013—2017年填埋区只是封场未进行生态治理；80 m 标高区域东侧规划作为飞灰专用库区，西侧为当前填埋区，且剩余库容不足2 a。因此，根据该填埋场当前利用状况以及后续功能规划，针对不同区域提出了不同的综合治理规划：①60 m 标高及以下区域已复绿并形成生态公园雏形，可进一步改造为山地运动环保生态公园；②2013—2017 年填埋区陈腐垃圾可开采筛分后回收利用，陈腐垃圾综合利用后可释放土地资源，用于建设生态景观等，实现环境提档升级；③当前填埋区由于时间较近，在该市焚烧厂焚烧能力提升达到生活垃圾全量焚烧并有一定余量的前提下，该部分陈腐垃圾因其成分性质与新鲜的原生垃圾相近，可直接挖出焚烧；该区域陈腐垃圾处理后可增加填埋场库容作为备用或填埋飞灰等非原生生活垃圾等。

4 陈腐垃圾开挖及分选处理

陈腐垃圾开采及综合利用主要包括3 个方面：①项目勘察，主要包括水文地质资料收集、场地勘察、布点取样、存量垃圾组分分析、存量垃圾体量计算以及安全环境风险识别等；②开采分选，主要包括陈腐垃圾开采、筛分分选、填埋气抽排、渗滤液处置和臭气治理等；③筛分后的垃圾综合利用，主要分为筛上物焚烧、腐殖土回用、砖石瓦块破碎回用、金属回收利用等。陈腐垃圾开采、分选及综合利用技术路线见图1。

图1 陈腐垃圾开采、分选及综合利用技术路线示意

4.1 项目勘察

针对大型生活垃圾填埋场，首先需要了解填埋场的基本情况，包括填埋场的历史、方位、区域构造、占地、填埋时间、使用和封场、环境及安全防护措施等情况。其次，需对填埋垃圾进行分片区调研，了解各区域垃圾的来源和成分类型、填埋时间、堆存量、堆体形状和深度等。此外，还需利用现有资料调查垃圾填埋场周边地质、水文、环境条件，确认填埋场地理位置及边界经纬坐标，初步计算垃圾填埋场面积和范围［3］。进一步核查填埋区内地上植被、管网线缆、排水沟等构筑物以及地下管线、地下构筑物分布情况。在上述基础上，编制勘察方案计划，对填埋场分区域、分点位、分层次进行现场勘探、取样并分析，陈腐垃圾勘察应对垃圾填埋场的地质特征、地下水情况和垃圾特性等进行全面诊断，明确堆体垃圾的填埋年份、填埋深度、含水率、物化组分、渗滤液水位及污染物浓度、填埋气含量及成分等一系列指标。通过勘察确认填埋场陈腐垃圾的存量和分布范围；并对陈腐垃圾的成分进行全面分析，最终才能判断陈腐垃圾综合利用的可行性，并为陈腐垃圾的处理处置方式以及填埋场的场地修复和环境提档升级提供技术依据［4］。

4.2 陈腐垃圾开采

1） 开挖工艺。由于填埋场面积大，垃圾存量大，在全面开采利用前，首先要确定填埋场可开采利用区域；制定降水、排水措施；开挖深度过大的，要制定加固方案；确定地下管线走向位置，做好防护准备。将填埋区域划分为若干个单一的开采单元，分片区分单元逐一开采分选利用［5］。垃圾开采工艺较简单，主要包括开采、堆条和倒运3 个阶段，需注意开采过程中的渗滤液、雨水和填埋气控制等。控制作业面面积，未作业区采用HDPE 膜临时覆盖。结合堆体及周围环境现状，垃圾开采过程由上而下分层分段实施。一方面通过减小作业面降低开采的安全风险和环境风险；另一方面使开采出来的陈腐垃圾量与分类处理设施能力相匹配，使其得到最大限度的资源化利用。由于填埋场一般属政府运营及管理单位，陈腐垃圾的开采及分选处理建议以政府为主导，企业进行技术参与。

2） 安全及环保措施。针对垃圾堆体开挖过程中可能出现的渗滤液积聚和雨水导排问题，利用现有散水坡度，每层开挖从高处向低处进行，以保证高处开挖的同时，低处原散水系统仍能有效工作。局部出现雨水或渗滤液积聚的情况时应及时抽排处理。开挖过程中，安排专人在挖方活动区域内定时检测甲烷气体及有害气体含量、定时监测堆体稳定性，以便及时采取必要的应对措施，有效控制污染的发生和安全隐患的消除。结合小单元小面积开挖工艺，作业面臭气可采用喷洒除臭剂的方式控制，非作业区气体控制通过及时覆盖的方式解决，能有效地减少臭气污染，降低环境风险。

4.3 陈腐垃圾分选

由于陈腐垃圾成分复杂，且在填埋过程中持续厌氧发酵，许多可燃成分逐步被降解，随着填埋时间增加呈现渣量大、灰分高、热值低的特点。近1～2 a 的陈腐垃圾性质可能与新鲜垃圾差别不太大可直接进入焚烧厂掺烧，而填埋多年的陈腐垃圾由于热值低、灰分高，直接掺烧对焚烧工况及设备长周期运行有较大的影响，因此需进行筛分预处理。按照物质的大小、比重等不同进行分离，将陈腐垃圾中的腐殖土、石块、金属等与可燃物分别筛选出来，筛分后的可燃物进入焚烧厂掺烧，其他成分分类回收利用［6］。

陈腐垃圾一般的筛选工作流程及原理：装载机将开采出的陈腐垃圾从临时堆放点装入破碎机，经破碎后由皮带输送入碟形筛进行筛分，分出的物质分为筛上物和筛下物。筛上物主要为可燃物和砖瓦石块，筛下物主要为腐殖土。筛上物通过皮带输送机输送至风选机中进行风力筛选，能够被风吹起的为可燃物（以塑料制品为主）；质量较大的砖瓦石块直接沉落到皮带机上集中堆积收集。由于筛下物中还含有一定的可燃物，因而将这部分垃圾再次送至筛孔直径更小的星形筛进行二次筛分，进一步分离出可燃物和砖瓦石块。除了物理筛分和风选机，还可视情况增加磁选机进行金属筛选，回收陈腐垃圾中的铁。筛分工艺路线见图2。

图2 陈腐垃圾筛分工艺路线示意

4.4 陈腐垃圾资源化利用

陈腐垃圾在填埋过程中进行厌氧发酵，垃圾中的厨余、脂类、纸品及植物等有机物被逐步降解，垃圾组分与新鲜垃圾相比已经发生质的变化。一般来说，陈腐垃圾筛分后主要为可燃物、腐殖土、少量金属、玻璃和砖瓦石块［7］。

1） 可燃物。塑料、竹木纸类和纺织纤维等可燃物质具有可燃性，该部分可燃物收集打包或制成垃圾衍生燃料（RDF） 后送至就近的垃圾焚烧发电厂与新鲜的原生垃圾掺烧，从而实现陈腐垃圾的无害化、减量化和资源化。

2） 惰性物。惰性物主要是腐殖土、砖瓦石块和少量金属。腐殖土内含氮、磷、钾等多种活性微量元素和多种微生物，是配制土壤营养肥的优质配料，可用作园林绿化营养土，或者代替土壤作填埋场日常覆盖材料，既可节约材料成本，还可就地取材；砖石瓦块等经粉碎后与辅料混合，可作道路基建的一般建筑材料。金属经筛分收集后可直接回收利用。

5 结论与建议

1） 生活垃圾填埋场近几年的陈腐垃圾可燃物占比较高，筛分后的可燃物热值与新鲜垃圾相差不大，可送入垃圾焚烧厂焚烧，腐殖土、金属和砖瓦石块等可回收利用。生活垃圾填埋场可开采利用价值较高，开采后的陈腐垃圾可筛分处理实现无害化、减量化和资源化。

2） 生活垃圾填埋场中陈腐垃圾的开采和综合利用可极大地再生填埋库容，缓解垃圾围城困境和新建填埋场的压力。同时，可结合填埋场填埋历史和土地功能规划，针对不同填埋区域提出不同的开发治理途径。

3） 对于土地稀缺、价值较高的地区，原本处于近郊的填埋场亦逐步成为城市副中心的核心发展区，大型生活垃圾填埋场再作为城市废物的终端收纳场所已不合时宜，对其开发利用不仅可解决陈腐垃圾占地和环境影响问题，还会改善区域的生态环境，进而盘活区域土地的规划利用，大幅提升周边土地价值。