垃圾填埋場修復技術應用

王海萍，耿 國

(北京德普新源科技發展有限公司，北京 100027)

1 引言

隨著我國社會經濟的發展，城鎮化水平日益提高，城市生活垃圾也隨之快速增長，嚴重影響了城鎮居民生活，造成環境污染。目前生活垃圾主要的處理方式還是以填埋為主、焚燒為輔。垃圾填埋技術作為垃圾的最終處置方法，仍然是現在大部分城市處理生活垃圾的主要方法。由于我國垃圾填埋場技術起步較晚，現存垃圾填埋場存在很多環境污染問題，急需相關垃圾填埋場修復技術進行處理，以減少現存垃圾填埋場對環境的污染。

2 垃圾填埋場簡介

根據環保措施(如場底防滲設計、分層壓實、每天覆蓋要求、填埋氣排導設施、滲濾液處理設施、蟲害防治措施等)是否齊全、是否滿足現有環保標準來判斷，我國現有的生活垃圾填埋場可分為以下三個等級[1]。

簡易填埋場(Ⅳ級填埋場)：我國這幾十年一直使用的填埋場，主要特征是基本沒有任何環保措施，目前我國約有50%的填埋場屬于此類填埋場，該類填埋場基本沒有工程措施，或僅有部分工程措施，沒有執行環保標準。

受控填埋場(Ⅲ級填埋場)：此類型填埋場在我國約占30%，III級填埋場為半封閉型填埋場，該類填埋場主要特征是配備部分環保設施，不齊全，或者是環保設備齊全，但是不能完全達到環保標準。

衛生填埋場(Ⅰ、Ⅱ級填埋場)：這是我國目前大多數城市開始采用的填埋技術，此類填埋場能對滲濾液和填埋氣體進行控制，被發達國家普遍采用，主要特征是有完善環保措施。

垃圾填埋場主要污染為滲濾液和填埋氣。

2.1 垃圾填埋場滲濾液

滲濾液的產生主要來自幾個方面：降雨降雪入滲、外部地表水的入滲、地下水的入滲、垃圾自身的水分、覆蓋材料中的水分、有機物分解生成水。

針對滲濾液，一般有下面幾種形式[2]：①直接排入或者運輸到城市的污水處理廠進行污水處理；②將滲濾液循環回注至原垃圾填埋場；③經過必要的預處理工藝之后通過管網匯入城市污水處理廠，與城市污水合并處理；④在垃圾填埋場建造污水處理站，對滲濾液進行現場處理。

2.2 垃圾填埋場填埋氣

填埋場氣體是生活垃圾中的有機物在填埋過程中發酵產生的，產量和性質與填埋場的結構、填埋工藝、垃圾的水分含量以及填埋的時間、氣體壓力等有關[3]。一般，垃圾組分中有機物含量越多、填埋區容積越大、填埋越深、填埋場的密封程度越好、收集氣體的設施設計合理，產生的垃圾填埋氣體量越高。

填埋氣體的產生可分為5個階段[4]：第一階段：好氧階段，復雜的有機物通過微生物分級成簡單有機物，簡單有機物通過好氧分解為小分子物質或者CO2，在此階段填埋場中的氧氣幾乎被耗盡。第二階段：過渡階段，氧氣被耗盡后，厭氧環境形成，水解作用在此階段占主要地位，復雜有機物在微生物作用下水解、發酵，產生CO2、H2和可溶性物質。第三階段：產酸階段，該階段主要產生CO2、少量H2，滲濾液中COD、BOD急劇升高，重金屬以離子形式存在與滲濾液中，滲濾液中含有大量的可產氣的有機物和營養物質。第四階段：產甲烷階段，甲烷產生率穩定，滲濾液中COD、BOD逐漸降低，重金屬離子濃度降低。第五階段：填埋場穩定階段，幾乎沒有氣體產生，滲濾液及廢物的性質穩定，填埋場中的微生物量很貧乏。以上五個階段不是絕對孤立的，有互相作用、互相依托。

填埋氣的主要組份為CH4和CO2，填埋氣的利用方式主要有以下幾種：鍋爐燃料，民用或工業燃氣，汽車燃料，發電，化工原料。

3 垃圾填埋場現狀

中國存在大量老舊的簡易填埋場，急需進行封場處理，垃圾填埋場對環境及周邊社區的負面影響主要體現在以下方面[5]。

(1) 生活垃圾長時間裸露堆放，不及時處理，導致蚊蟲滋生，臭氣散發，污染空氣質量。此外，在厭氧條件下分解有機物，往往會伴隨著有害氣體的產生，造成對環境的二次污染。更嚴重的是，產生的甲烷氣體在濃度含量達到一定程度時極易爆炸，誘發火災。

(2) 對分解生活垃圾的過程中產生的滲濾液處理不當，嚴重的威脅到了周圍的環境，土壤和地下水。

(3) 填埋作業程序不規范，導致污染問題和周圍環境的惡臭問題。

(4) 不注重填埋氣的回收利用，造成大氣污染和資源浪費。

(5) 垃圾處理不當，部分垃圾直接填埋于土壤，嚴重污染了土壤。

4 垃圾填埋場修復技術

對于現存的垃圾填埋場，主要有以下兩種垃圾填埋場修復方式。

原位好氧修復方式：當老生活垃圾填埋場短期內有場地利用要求時，可采用原位好氧技術加快堆體的穩定化，修復目的應不低于《生活垃圾填埋場穩定化場地利用技術要求》GB/T 25179-2010中的規定的中度利用要求。

異位開采修復方式：填埋場規劃為場地高度利用時，工程內容應包括(但不限于)開挖前的好氧預處理；滲濾液導排與處理工程(當垃圾堆體有滲濾液積存時)；地下水帷幕阻斷工程(當地下水受到填埋場污染時)；垃圾堆體開采；開采的垃圾分選機篩上物處置與利用(需要時)等工藝單元。

針對需要利用且填埋氣含量不達標的垃圾填埋場，無論是原位好氧修復還是異位開采修復，均需要用到填埋場的好氧修復技術。

4.1 垃圾填埋場好氧修復技術

好氧修復技術，在歐美等發達國已被成功應用20多年，我國的首個實例是北京黑石頭消納場。該技術廣泛應用在有墊層或無墊層的正規或非正規的垃圾填埋場。

垃圾填埋場的好氧修復技術的基本原理是將垃圾填埋場看作一個巨大的容器，在垃圾填埋場中插入注氣井、注液井、排氣井。主要設備為高壓風機，通過注氣井向垃圾堆體中注入空氣，利用空氣中的氧氣來參與垃圾堆體中的有機物降解反應，在氧氣和水的作用下，通過好氧反應、化學反應，使垃圾堆體中的有機物快速的降解，同時將收集到的垃圾滲濾液回注至原垃圾堆體內，使堆體內可降解有機物在合適的含氧量、溫度和濕度的環境下，經過微生物作用被迅速降解，使垃圾快速達到穩定狀態，縮短垃圾的分解時間，大幅降低原垃圾中的污染物濃度，降低垃圾填埋場其對周圍環境的污染。

4.2 好氧修復技術案例介紹

垃圾填埋場修復已經成熟，國內外已有多種成功案例。截止目前，在美國已經實施的垃圾填埋場好氧修復項目有20多個，典型項目主要由美國Florida州New River區垃圾填埋場(NRRL)、美國Arizona州Tucson市的Rio Nuevo垃圾填埋場、美國Kentucky州Louisville市的Outer Loop垃圾填埋場等。意大利VERONA省的Legnago垃圾填埋場也使用了好氧修復技術。在國內最早采用好氧修復技術的垃圾填埋場為北京市石景山區的黑石頭垃圾消納場，該填埋場占地面積約200畝，填埋容量約140萬m3。由北京清華紫光泰和通環保技術有限公司對該垃圾填埋場進行環保治理，采用好氧修復加速穩定化治理，該項目運行時間24個月，治理目標為：可降解有機物的含量小于5%，堆體CH4的含量小于5%，地面沉降率小于0.5%[6]。

武漢金口垃圾填埋場502萬m3庫區通過好氧生物反應器，加速老填埋場穩定化的生態修復技術[7，8]。將老垃圾填埋場成功修復，變身為園博會。該修復工程內容包括堆體的整形、堆體的覆蓋、地下防滲墻的建設、好氧修復系統的安裝及調試，填埋氣和滲瀝液倒排、收集、檢測系統、DTRO成套設備及輔助設施、濃縮液處理設施、填埋氣體火炬燃燒系統(含脫硫、儲氣罐)，填埋氣體氧化燃燒系統等。

垃圾填埋場好氧修復技術中的填埋氣還可以采用生物過濾器除掉，例如來自奧地利的IUT垃圾填埋場好氧修復技術，該公司的好氧修復系統(Smell-Well System簡稱SWS系統)將空氣加壓送入垃圾填埋場，同時填埋場已生成氣體將通過特殊布排的管路，經生物過濾器凈化處理。早在1992年，該技術就在德國路德維希堡市采用。2005年對位于沙迦Sharjah的填埋場進行修復，該項目是當時世界范圍內最大的填埋場修復項目，修復后在該垃圾填埋場原址建成了學校與公路等基礎設施。2007年對加拿大魁北克Depot Rive North填埋場進行了垃圾填埋場好氧修復與深度挖掘，成功對該填埋場進行了擴容處理。該技術的工藝流程見圖1。

圖1 IUT SWS系統工藝流程

空氣先被注入潮濕的生物過濾器加熱，富含營養菌后通過鋼管進入填埋體內。與此同時，另外一臺生物過濾器隨時捕捉和清洗空氣和混合氣體產生的污染物。為防止填埋體內空氣通道的產生以實現持續曝氣效果，同時防止抽取混合氣體的管道系統的冷凝和堵塞，該方案會定時改變氣體流向。

在整個處理流程中，保持生物過濾器和填埋場的合理濕度非常重要。SWS系統特別針對復雜的濕度環境需求設計，用來控制工藝流程。水從填埋堆里抽出，通過生物過濾器蒸發成為水蒸汽，再循環返回到填埋場內，形成閉環。額外的水通過特殊收集系統被收集起來。采用這種方式運行的操作系統無需向生物過濾器內添加水。該技術填埋體穩定性的普通限值為：CH4<0.1 Vol%；CO2<0.3 Vol%；O2>19.0 Vol%；該技術安全挖掘的普通限值為：CH4<1 Vol%；CO2<0.5 Vol%；O2>17.0 Vol%。

4.3 垃圾填埋場修復技術前景

好氧降解垃圾填埋場穩定化技術，是使垃圾快速降解，加速原有垃圾穩定化的一種技術。國外現場工程實例較多。這種技術不僅能夠用于我國封場后的簡易垃圾填埋場快速穩定化，也適用于封場后普通的垃圾衛生填埋場，同時還能夠應用在需要后續利用的垃圾填埋場的建設。

5 結語

我國垃圾衛生填埋技術起步較晚，20世紀80年代以前，我國的生活垃圾相關技術規范相對滯后，大量的生活垃圾經過非規范填埋或者隨意堆放，導致目前我國存在大量的簡易垃圾填埋場。這些簡易垃圾填埋場大部分位于城市的郊區，在這類填埋場內不存在防滲處理系統和填埋氣的回收系統，給周圍的環境造成了嚴重污染，同時這類填埋場的存在也占用了大量的土地資源。隨著不斷擴大的城市規模，原郊區的簡易填埋場有些已經處于城市新的建設區或者新城核心區范圍內，通過圾填埋場修復技術可以獲得土地資源，同時還可以回收可用資源，減少填埋場對周圍環境的污染，降低或者免除垃圾填埋場封場費用和日后的填埋場維護管理費用，開采出的可利用垃圾經過分類可以焚燒或回收，而修復后的場底可用于建設公園和綠地，促進城市可持續發展。