吉水县填埋场生活垃圾开挖筛分及资源化利用分析

武海军 沈峰 郭胜英 王冬冬 李万金 李菁若

（1.中交一公局集团有限公司，北京 100024；2.重庆交通大学材料科学与工程学院，重庆 400074；3.招商局重庆交通科研设计院有限公司，重庆 400067）

1 引言

《中国城乡建设统计年鉴2020》统计显示，我国生活垃圾清运量达23 511.71 万t，市级卫生填埋场644 座，县级1 227 座，简易堆场5 000 座以上［1］。填埋逐渐成为我国城市生活垃圾的主要处理方式之一，但我国最初建造的填埋场多为非正规垃圾填埋场，均采用自然条件堆填，未按照垃圾卫生填埋场建设规范标准设计和建设边坡、顶部、底部防渗漏［2］，导致存量垃圾出现恶臭排放、地下水污染、蚊蝇滋生、土地占用等环境问题［3］。在不施加人工调控作用下，一般传统填埋场在封场后30～50 年才能完全稳定，导致土地长期被占用［4］。

当前我国城市生活垃圾以每年8%～15%的速度增长，大多数正规填埋场即将达到使用年限，卫生填埋场库容严重不足［5］。城市生活垃圾填埋场在厌氧环境下，存在甲烷（体积分数55%～56%）、二氧化碳（体积分数40%～45%）、含硫和含氮化合物等填埋气［6］，其中甲烷引起全球气候变暖潜值是二氧化碳的25 倍；且生活垃圾（如填埋、焚烧等）在转运及处理过程中产生的垃圾渗滤液污染物浓度高，生态风险较大［7］。

垃圾填埋场污染、占地以及生活垃圾资源化利用等已成为社会经济、环境保护和科技研究的重点［8］。对垃圾填埋场采取开挖、分质利用处理，是实现填埋场污染源负荷削减及填埋垃圾资源化利用的有效途径，不仅能避免周边生态环境污染，还可实现污染土地的再开发利用［9］。

本文以G105 吉安市吉水县醪桥至青原区草坪桥段改建工程项目一处陈年垃圾填埋场为例，探讨陈年垃圾填埋场生活垃圾开挖、筛分工艺。再根据垃圾的各组分粒径、理化性质等方面的差异，探讨垃圾资源化利用方式和应用可行性，为陈年垃圾填埋场生活垃圾的开挖筛分及资源化利用提供参考。

2 填埋场概况

G105 国道吉水县醪桥至青原区草坪桥段改建工程沿线途经一处陈年垃圾填埋场，该填埋场已使用20 多年。该垃圾填埋场一侧临近既有铁路，另一侧与生态园区相邻，距赣江直线距离为2 km。

该垃圾填埋场被山体包围且G105 隧道已经打通，考虑到一级公路要求流畅性及美观性，急需将填埋场进行处置。为满足改建工程对垃圾填埋场土地回收再利用的要求，并节约处置成本，该项目采用筛分＋资源处置方式对陈年垃圾填埋场进行开挖处理。

垃圾倾倒于山坡一处凹陷位置，整体呈坡形，整个垃圾填埋场占地150 m×100 m，高度参差不齐，最大高度达20 m。该垃圾填埋场已使用20 多年，垃圾种类为生活垃圾及少量建筑垃圾，由于露天存放无明显刺激性气味。经筛分后发现垃圾表面层（约3 m）轻质物较多，轻质物∶腐殖土∶石块体积比为40%∶40%∶20%。受日照风干作用，垃圾含水率为23%～30%。而表面层3 m 以下经筛分后发现轻质物∶腐殖土∶石块体积比为15%∶60%∶25%，含水率为30%～37%。为了防止该垃圾填埋场继续对周边环境造成污染，项目部将其实行封场处理，现场如图1 所示。

图1 垃圾填埋场实况

3 技术路线

3.1 开挖准备

江西省多雨且雨水集中于夏季，为保障各类机械设备的存放和正常运转，应在现场设置厂棚。首先采用挖掘机开挖处理，由于垃圾填埋场表面较干燥而底部含水率高，开挖时应分层分块进行；再由运料车将垃圾从东南向西北运输至垃圾晾晒区。此外，考虑到车械进出、场内设备运转噪声大及在筛分过程中出现扬尘情况，在开挖区西北向附近修建90 m×50 m 露天厂棚，高度为9 m。露天厂棚如图2所示。

图2 露天厂棚

此次工程暂估垃圾量为10 万m3，由于垃圾量大，设置2 条筛分线，9 h/d 工作制，可处理垃圾量1 400～1 600 t/d，所需车辆设备见表1。

表1 车辆设备

筛分设备见表2。

表2 筛分设备台

3.2 筛分工艺

该项目主要技术路线为：好氧曝气—开挖—晾晒—场内转运—筛分—场外转运，并辅以现场除尘、渗滤液收集等措施。筛分工艺流程如图3 所示。

图3 筛分工艺流程

陈腐垃圾经好氧曝气后由垃圾运输车运输至垃圾晾晒区域，晾晒排水减小含水率，后送至分选系统。分选系统包括筛分、磁选、风选、人工分选等。筛分过程中，首先通过挖掘机上料至振动给料机；振动给料机将大件物垃圾（粒径≥200 mm）分离出来，另外，振动给料机配有40 mm 的筛孔，透过40 mm 筛孔的筛下物为一级腐殖土，由于垃圾上料量较多，不少腐殖土粒径小于40 mm 而未被筛选出来，需使大于40 mm 的筛上物进入一级滚筒筛分机再次筛分，筛下物为一级腐殖土；经一级滚筒筛分机筛分后的筛上物，通过磁选分离出铁、风选机分选出轻质物，其余为无机骨料。

经振动给料机和一级滚筒筛分机筛分后的一级腐殖土洁净度不高，常混杂有不少轻质组分，但经一次筛分后土体变松散、塑料垃圾块小易风选，故设置了二次分选。首先，利用磁选机除铁，再经过二级滚筒筛分机二次筛分，最后进行风选和人工除杂减少轻质物含量，最终得到二级腐殖土。将风选除杂放在人工挑选前是因为经风选除杂后，其中的纸屑、塑料、干草等轻质物已被剔除，腐殖土的洁净度提高，可以降低人工挑选时的难度。

陈腐垃圾的腐殖土在进行筛分时，由于此类垃圾含水率较高，塑料膜、塑料袋等质轻体积大类物质会与腐殖土黏附且黏附力较大，塑料袋等同腐殖土一起通过筛孔，造成腐殖土纯净度不高。另外，塑料袋同腐殖土还可能堵塞振动给料机及滚筒筛分机的筛网，导致停机清理。为解决筛分腐殖土中纯净度不高及堵塞筛网等问题，对陈腐垃圾进行好氧曝气及晾晒排水处理，降低其含水率从而减小塑料及腐殖土的黏附力，进而让更少的塑料通过筛孔。生活垃圾中存在的塑料袋、膜等质轻体积大类物质不易降解，严重影响到腐殖土的资源化利用。为保障腐殖土的洁净度，本次处理工艺设置筛下物腐殖土二次筛分、风选，并进行人工除杂，使得腐殖土洁净度更高。筛分结果如图4 所示。

图4 筛分结果

垃圾含水率高将产生大量渗滤液，在开挖区及垃圾存放区均设置渗滤液收集池。根据垃圾填埋场规模及垃圾含水率，在垃圾填埋场南侧、西北侧均设置7 m×7 m×10 m 渗滤液收集池，在晾晒区设置5 m×5 m×10 m 渗滤液收集池，后经抽排运输至污水处理厂处理。

考虑到整个筛分生产线产生的扬尘大，不利于观察设备的运行情况且极大程度上影响到人工分选的舒适性，选用雾炮机设计远射程喷雾方案，以达到理想的粉尘治理效果。

3.3 大件物的破碎筛分

生活垃圾筛分过程中含有部分大件物，考虑到其含量不高，采用以下工艺流程开展建筑垃圾的破碎筛分，实现资源化利用，见图5。该工艺的主要设备包括磁选机、反击式破碎机、筛分机等。

图5 大件物破碎筛分工艺流程

反击式破碎机选用PF－1315型，最大给料尺寸为500 mm，设计破碎能力180 t/h。整套设备日运行9 h。生活垃圾由振动给料机筛选出的大件物（≥200 mm）进入破碎生产线。首先通过人工挑选将棍状、块状木头及铁分选出来，因为棍、块状铁、木头等不利于破碎系统的正常运行，且含铁物料等进入破碎设备或其他设备会造成设备的损坏。接着，大件物经磁选去除小块铁后，进入反击式破碎机，反击式破碎机利用高速冲击作用破碎物料。物料在反击式破碎机中受到“连锁”似的碎料作用力后破碎成小颗粒进入圆振动筛分机。该圆振动筛有3 层筛网，从上至下筛孔分别为31.5，10，5 mm，未达到尺寸要求的筛上物（≥31.5 mm）则进入反击式破碎机再次破碎，最终得到不同粒径的再生骨料。各级再生骨料经皮带机输送收集成堆，分别运至各自的储料槽已备资源化利用。

4 资源化利用分析

垃圾填埋场内生活垃圾的资源化利用，一方面可以减少温室气体的排放，从而降低全球变暖影响潜力，积极响应“双碳”政策；另一方面能显著节约能源且为填埋场节省填埋空间，减少城市土地的利用［10］。由破碎筛分工艺能得到腐殖土、再生骨料、铁、轻质物。

4.1 腐殖土利用

破碎筛分工艺得到的组分中腐殖土、轻质物含量高，在很大程度上影响生活垃圾的资源化利用。

以HJ 761—2015《固体废物有机质的测定灼烧减量法》测得腐殖土中有机质含量为15.4%，未达到《绿化种植土壤》要求（20%～80%），且低于《绿化用有机基质》要求（≥25%）。腐殖土有机质含量均未达到要求的原因是随填埋龄期增加腐殖土有机质含量逐渐减小。

根据《公路土工试验规程》酸碱度试验方法（水土比为1∶5）测得腐殖土pH 为7.51，呈弱碱性，在郑康琪对浙江省高龄期填埋场腐殖土测试结果（7.26～8.30）［1］、刘晓成对天子岭填埋场腐殖土测试结果（7.5～8.5）［11］、闫啸对扬州某填埋场测试结果（7.15～7.81）范围内［12］。原因是腐殖土浸出液pH 随填埋场龄期增长而逐渐增加，由中性向偏碱性发展。

腐殖土呈弱碱性，有机质含量达15.4%，说明腐殖土养分充足，有机质含量较常规土高，存在应用于与人接触较少的绿（林）地、道路绿化带等地的可能性。但由于成分复杂，可能存在重金属污染风险，应用前需测定重金属浸出情况。

4.2 再生骨料利用

振动给料机筛选的大件物及无机骨料分别经反击式破碎机破碎后进行筛分，所得的骨料既可做回填处理又可外售至制砖厂进行免烧砖制作。最终选择再生骨料分档并根据其粒径大小做再生砖及再生混凝土方向应用。

4.3 废铁利用

废铁是一种低碳能源，应用废铁炼钢可以减少“三废”产生，降低碳排放。磁选出的铁可以用化学溶剂或热的表面活性剂进行清洗，去除表面油污、铁锈等后外售至炼铁厂，也可直接外售至废品场。

4.4 废旧塑料利用

垃圾填埋场中的废旧塑料会随时间推移发生一定程度的降解，填埋时间超过7 年后的塑料，力学性能开始呈现下降趋势［13］。考虑到该垃圾填埋场生活垃圾存放年份久、塑料力学性能下降严重等因素，不将其重新加工为制品。因轻质物垃圾中可燃物含量高、热值大，且塑料在填埋场中的降解对热值没有显著影响。因此可将轻质物制备为垃圾衍生燃料（RDF），运输至发电厂进行焚烧发电。

最终垃圾资源化利用方向由图6 所示。

图6 垃圾资源化利用示意

5 结语

G105 国道修建过程中偶遇一处垃圾填埋场，基于道路修建的需要，急需对其进行治理。本文介绍了以何种筛分工艺对陈腐垃圾进行筛分，本次筛分工艺的特点是对生活垃圾进行了二次筛分，保证了腐殖土的洁净度。另外，根据各筛下物性质特点，指出其资源化利用方向。通过对腐殖土有机质含量、pH的测定，提出先测定腐殖土重金属浸出情况，后可将其应用于与人接触较少的绿（林）地、道路绿化带等。