大型垃圾填埋場(chǎng)陳腐垃圾成分特性及開采利用研究
——以江蘇省某市生活垃圾填埋場(chǎng)為例

黃明生，李志華，孫雨清，翟艷麗，俞曉陽

（1.光大環(huán)保能源（蘇州） 有限公司，江蘇 蘇州 215001；2.蘇州市環(huán)境衛(wèi)生管理處，江蘇 蘇州215001）

1 引言

由于城市生活垃圾成分復(fù)雜，存量垃圾體量巨大，在填埋處理過程中易形成多重污染，不僅影響生態(tài)環(huán)境和城市景觀，還可能給周邊百姓的生活帶來影響。隨著垃圾填埋場(chǎng)庫容告罄，新建填埋場(chǎng)選址難度增大，城市土地資源嚴(yán)重匱乏，使得垃圾填埋場(chǎng)治理與生態(tài)恢復(fù)迫在眉睫。鑒于目前我國對(duì)大型生活垃圾填埋場(chǎng)陳腐垃圾的綜合處理及其環(huán)境整治仍處于空白，大型垃圾填埋場(chǎng)陳腐垃圾的處理及其周邊環(huán)境的提檔升級(jí)是個(gè)亟待解決的難題。因此，掌握填埋場(chǎng)陳腐垃圾組成和特性、研究陳腐垃圾篩分及綜合利用方法、探討土地資源的二次利用及生態(tài)環(huán)境提升是一項(xiàng)具有現(xiàn)實(shí)意義的工作。

2 填埋場(chǎng)基本情況及陳腐垃圾成分特性

2.1 填埋場(chǎng)基本情況

該填埋場(chǎng)按照CJJ 17—2004 城市生活垃圾衛(wèi)生填埋技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，總占地50 hm2，自1993 年投運(yùn)，負(fù)責(zé)接納全市生活垃圾，截至2018 年累計(jì)填埋量已超過1.0×107t。雖然目前該市生活垃圾處置以焚燒為主、填埋為輔，但填埋場(chǎng)仍面臨庫容不足、無地?cái)U(kuò)建的問題，且垃圾進(jìn)場(chǎng)填埋期間影響區(qū)域生態(tài)環(huán)境，周邊百姓投訴不斷。

2.2 陳腐垃圾成分特性

為改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境，當(dāng)?shù)卣雠_(tái)了生態(tài)環(huán)境綜合整治規(guī)劃，提高該地區(qū)垃圾焚燒處理能力，實(shí)現(xiàn)生活垃圾的全焚燒、零填埋，并且進(jìn)一步研究歷年填埋陳腐垃圾的綜合利用及其環(huán)境提檔升級(jí)。一般來說，填埋陳腐垃圾的組分主要包括腐殖土、塑料、磚石、橡膠、紡織類、玻璃、金屬等，但不同填埋齡的陳腐垃圾各組分含量可能不盡相同，不同的篩分工藝篩出的各組分進(jìn)行資源化利用的方式也各不相同［1］。因此，陳腐垃圾的取樣分析和篩分對(duì)于后期綜合利用至關(guān)重要。

該填埋場(chǎng)垃圾主要來源是市區(qū)的生活垃圾，分區(qū)域按年份進(jìn)行填埋，每個(gè)區(qū)域最深約18 m，底部鋪有防滲膜。該填埋場(chǎng)2013 年以前填埋區(qū)域已進(jìn)行生態(tài)復(fù)綠，因此根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，取樣區(qū)域?yàn)?013—2018 年填埋區(qū)，每一年份取3 個(gè)點(diǎn)，結(jié)果取平均值；陳腐垃圾采用旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)鉆取，最大取樣深度為12 m。檢測(cè)方法參考CJ/T 313—2009 生活垃圾采樣和分析方法以及CJ/T 96—2013生活垃圾化學(xué)特性通用檢測(cè)方法。

2.2.1 陳腐垃圾物理組成

表1 為陳腐垃圾及新鮮垃圾物理組成。

由表1 可知，該填埋場(chǎng)陳腐垃圾以有機(jī)物為主，主要分為廚余類、紙類、橡膠類、紡織類、木竹類等；而2019 年新鮮垃圾則廚余類占比較大，達(dá)到42.11%，其次是橡膠類、紙類和紡織類等。陳腐垃圾可燃物占比都較高，達(dá)77.33%～80.69%。

表1 陳腐垃圾及新鮮垃圾物理組成 %

2.2.2 陳腐垃圾熱值

表2 為陳腐垃圾濕基低位熱值。

表2 陳腐垃圾濕基低位熱值 kJ/kg

由表2 可知，隨著填埋年限的增加，陳腐垃圾有機(jī)物逐步降解，其熱值呈現(xiàn)逐步下降的趨勢(shì)。陳腐垃圾經(jīng)過篩分后，其熱值總體上呈增加的趨勢(shì)，可與新鮮垃圾混合摻燒。

3 填埋場(chǎng)開發(fā)利用規(guī)劃

大型垃圾填埋場(chǎng)綜合利用方向見表3。

表3 大型垃圾填埋場(chǎng)綜合利用方向

大型垃圾填埋場(chǎng)一般具有填埋時(shí)間長、垃圾來源及成分變化大、場(chǎng)地穩(wěn)定性不一致等特點(diǎn)。一般來說垃圾填埋齡8～10 a 以上陳腐垃圾會(huì)發(fā)生礦化，其易降解物質(zhì)完全或接近完全降解，垃圾自身幾乎不再產(chǎn)生滲濾液、填埋氣和異味［2］，因此，針對(duì)不同的填埋時(shí)間以及填埋區(qū)域需要確定不同的綜合利用方式和景觀化改造目標(biāo)。

目前，該市生活垃圾填埋場(chǎng)60 m 標(biāo)高以下水平拓展區(qū)的生態(tài)修復(fù)項(xiàng)目已全部建設(shè)完成，該區(qū)主要填埋了2013 年以前的生活垃圾。2013—2017年填埋區(qū)只是封場(chǎng)未進(jìn)行生態(tài)治理；80 m 標(biāo)高區(qū)域東側(cè)規(guī)劃作為飛灰專用庫區(qū)，西側(cè)為當(dāng)前填埋區(qū)，且剩余庫容不足2 a。因此，根據(jù)該填埋場(chǎng)當(dāng)前利用狀況以及后續(xù)功能規(guī)劃，針對(duì)不同區(qū)域提出了不同的綜合治理規(guī)劃：①60 m 標(biāo)高及以下區(qū)域已復(fù)綠并形成生態(tài)公園雛形，可進(jìn)一步改造為山地運(yùn)動(dòng)環(huán)保生態(tài)公園；②2013—2017 年填埋區(qū)陳腐垃圾可開采篩分后回收利用，陳腐垃圾綜合利用后可釋放土地資源，用于建設(shè)生態(tài)景觀等，實(shí)現(xiàn)環(huán)境提檔升級(jí)；③當(dāng)前填埋區(qū)由于時(shí)間較近，在該市焚燒廠焚燒能力提升達(dá)到生活垃圾全量焚燒并有一定余量的前提下，該部分陳腐垃圾因其成分性質(zhì)與新鮮的原生垃圾相近，可直接挖出焚燒；該區(qū)域陳腐垃圾處理后可增加填埋場(chǎng)庫容作為備用或填埋飛灰等非原生生活垃圾等。

4 陳腐垃圾開挖及分選處理

陳腐垃圾開采及綜合利用主要包括3 個(gè)方面：①項(xiàng)目勘察，主要包括水文地質(zhì)資料收集、場(chǎng)地勘察、布點(diǎn)取樣、存量垃圾組分分析、存量垃圾體量計(jì)算以及安全環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別等；②開采分選，主要包括陳腐垃圾開采、篩分分選、填埋氣抽排、滲濾液處置和臭氣治理等；③篩分后的垃圾綜合利用，主要分為篩上物焚燒、腐殖土回用、磚石瓦塊破碎回用、金屬回收利用等。陳腐垃圾開采、分選及綜合利用技術(shù)路線見圖1。

圖1 陳腐垃圾開采、分選及綜合利用技術(shù)路線示意

4.1 項(xiàng)目勘察

針對(duì)大型生活垃圾填埋場(chǎng)，首先需要了解填埋場(chǎng)的基本情況，包括填埋場(chǎng)的歷史、方位、區(qū)域構(gòu)造、占地、填埋時(shí)間、使用和封場(chǎng)、環(huán)境及安全防護(hù)措施等情況。其次，需對(duì)填埋垃圾進(jìn)行分片區(qū)調(diào)研，了解各區(qū)域垃圾的來源和成分類型、填埋時(shí)間、堆存量、堆體形狀和深度等。此外，還需利用現(xiàn)有資料調(diào)查垃圾填埋場(chǎng)周邊地質(zhì)、水文、環(huán)境條件，確認(rèn)填埋場(chǎng)地理位置及邊界經(jīng)緯坐標(biāo)，初步計(jì)算垃圾填埋場(chǎng)面積和范圍［3］。進(jìn)一步核查填埋區(qū)內(nèi)地上植被、管網(wǎng)線纜、排水溝等構(gòu)筑物以及地下管線、地下構(gòu)筑物分布情況。在上述基礎(chǔ)上，編制勘察方案計(jì)劃，對(duì)填埋場(chǎng)分區(qū)域、分點(diǎn)位、分層次進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘探、取樣并分析，陳腐垃圾勘察應(yīng)對(duì)垃圾填埋場(chǎng)的地質(zhì)特征、地下水情況和垃圾特性等進(jìn)行全面診斷，明確堆體垃圾的填埋年份、填埋深度、含水率、物化組分、滲濾液水位及污染物濃度、填埋氣含量及成分等一系列指標(biāo)。通過勘察確認(rèn)填埋場(chǎng)陳腐垃圾的存量和分布范圍；并對(duì)陳腐垃圾的成分進(jìn)行全面分析，最終才能判斷陳腐垃圾綜合利用的可行性，并為陳腐垃圾的處理處置方式以及填埋場(chǎng)的場(chǎng)地修復(fù)和環(huán)境提檔升級(jí)提供技術(shù)依據(jù)［4］。

4.2 陳腐垃圾開采

1） 開挖工藝。由于填埋場(chǎng)面積大，垃圾存量大，在全面開采利用前，首先要確定填埋場(chǎng)可開采利用區(qū)域；制定降水、排水措施；開挖深度過大的，要制定加固方案；確定地下管線走向位置，做好防護(hù)準(zhǔn)備。將填埋區(qū)域劃分為若干個(gè)單一的開采單元，分片區(qū)分單元逐一開采分選利用［5］。垃圾開采工藝較簡單，主要包括開采、堆條和倒運(yùn)3 個(gè)階段，需注意開采過程中的滲濾液、雨水和填埋氣控制等。控制作業(yè)面面積，未作業(yè)區(qū)采用HDPE 膜臨時(shí)覆蓋。結(jié)合堆體及周圍環(huán)境現(xiàn)狀，垃圾開采過程由上而下分層分段實(shí)施。一方面通過減小作業(yè)面降低開采的安全風(fēng)險(xiǎn)和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)；另一方面使開采出來的陳腐垃圾量與分類處理設(shè)施能力相匹配，使其得到最大限度的資源化利用。由于填埋場(chǎng)一般屬政府運(yùn)營及管理單位，陳腐垃圾的開采及分選處理建議以政府為主導(dǎo)，企業(yè)進(jìn)行技術(shù)參與。

2） 安全及環(huán)保措施。針對(duì)垃圾堆體開挖過程中可能出現(xiàn)的滲濾液積聚和雨水導(dǎo)排問題，利用現(xiàn)有散水坡度，每層開挖從高處向低處進(jìn)行，以保證高處開挖的同時(shí)，低處原散水系統(tǒng)仍能有效工作。局部出現(xiàn)雨水或滲濾液積聚的情況時(shí)應(yīng)及時(shí)抽排處理。開挖過程中，安排專人在挖方活動(dòng)區(qū)域內(nèi)定時(shí)檢測(cè)甲烷氣體及有害氣體含量、定時(shí)監(jiān)測(cè)堆體穩(wěn)定性，以便及時(shí)采取必要的應(yīng)對(duì)措施，有效控制污染的發(fā)生和安全隱患的消除。結(jié)合小單元小面積開挖工藝，作業(yè)面臭氣可采用噴灑除臭劑的方式控制，非作業(yè)區(qū)氣體控制通過及時(shí)覆蓋的方式解決，能有效地減少臭氣污染，降低環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。

4.3 陳腐垃圾分選

由于陳腐垃圾成分復(fù)雜，且在填埋過程中持續(xù)厭氧發(fā)酵，許多可燃成分逐步被降解，隨著填埋時(shí)間增加呈現(xiàn)渣量大、灰分高、熱值低的特點(diǎn)。近1～2 a 的陳腐垃圾性質(zhì)可能與新鮮垃圾差別不太大可直接進(jìn)入焚燒廠摻燒，而填埋多年的陳腐垃圾由于熱值低、灰分高，直接摻燒對(duì)焚燒工況及設(shè)備長周期運(yùn)行有較大的影響，因此需進(jìn)行篩分預(yù)處理。按照物質(zhì)的大小、比重等不同進(jìn)行分離，將陳腐垃圾中的腐殖土、石塊、金屬等與可燃物分別篩選出來，篩分后的可燃物進(jìn)入焚燒廠摻燒，其他成分分類回收利用［6］。

陳腐垃圾一般的篩選工作流程及原理：裝載機(jī)將開采出的陳腐垃圾從臨時(shí)堆放點(diǎn)裝入破碎機(jī)，經(jīng)破碎后由皮帶輸送入碟形篩進(jìn)行篩分，分出的物質(zhì)分為篩上物和篩下物。篩上物主要為可燃物和磚瓦石塊，篩下物主要為腐殖土。篩上物通過皮帶輸送機(jī)輸送至風(fēng)選機(jī)中進(jìn)行風(fēng)力篩選，能夠被風(fēng)吹起的為可燃物（以塑料制品為主）；質(zhì)量較大的磚瓦石塊直接沉落到皮帶機(jī)上集中堆積收集。由于篩下物中還含有一定的可燃物，因而將這部分垃圾再次送至篩孔直徑更小的星形篩進(jìn)行二次篩分，進(jìn)一步分離出可燃物和磚瓦石塊。除了物理篩分和風(fēng)選機(jī)，還可視情況增加磁選機(jī)進(jìn)行金屬篩選，回收陳腐垃圾中的鐵。篩分工藝路線見圖2。

圖2 陳腐垃圾篩分工藝路線示意

4.4 陳腐垃圾資源化利用

陳腐垃圾在填埋過程中進(jìn)行厭氧發(fā)酵，垃圾中的廚余、脂類、紙品及植物等有機(jī)物被逐步降解，垃圾組分與新鮮垃圾相比已經(jīng)發(fā)生質(zhì)的變化。一般來說，陳腐垃圾篩分后主要為可燃物、腐殖土、少量金屬、玻璃和磚瓦石塊［7］。

1） 可燃物。塑料、竹木紙類和紡織纖維等可燃物質(zhì)具有可燃性，該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燒發(fā)電廠與新鮮的原生垃圾摻燒，從而實(shí)現(xiàn)陳腐垃圾的無害化、減量化和資源化。

2） 惰性物。惰性物主要是腐殖土、磚瓦石塊和少量金屬。腐殖土內(nèi)含氮、磷、鉀等多種活性微量元素和多種微生物，是配制土壤營養(yǎng)肥的優(yōu)質(zhì)配料，可用作園林綠化營養(yǎng)土，或者代替土壤作填埋場(chǎng)日常覆蓋材料，既可節(jié)約材料成本，還可就地取材；磚石瓦塊等經(jīng)粉碎后與輔料混合，可作道路基建的一般建筑材料。金屬經(jīng)篩分收集后可直接回收利用。

5 結(jié)論與建議

1） 生活垃圾填埋場(chǎng)近幾年的陳腐垃圾可燃物占比較高，篩分后的可燃物熱值與新鮮垃圾相差不大，可送入垃圾焚燒廠焚燒，腐殖土、金屬和磚瓦石塊等可回收利用。生活垃圾填埋場(chǎng)可開采利用價(jià)值較高，開采后的陳腐垃圾可篩分處理實(shí)現(xiàn)無害化、減量化和資源化。

2） 生活垃圾填埋場(chǎng)中陳腐垃圾的開采和綜合利用可極大地再生填埋庫容，緩解垃圾圍城困境和新建填埋場(chǎng)的壓力。同時(shí)，可結(jié)合填埋場(chǎng)填埋歷史和土地功能規(guī)劃，針對(duì)不同填埋區(qū)域提出不同的開發(fā)治理途徑。

3） 對(duì)于土地稀缺、價(jià)值較高的地區(qū)，原本處于近郊的填埋場(chǎng)亦逐步成為城市副中心的核心發(fā)展區(qū)，大型生活垃圾填埋場(chǎng)再作為城市廢物的終端收納場(chǎng)所已不合時(shí)宜，對(duì)其開發(fā)利用不僅可解決陳腐垃圾占地和環(huán)境影響問題，還會(huì)改善區(qū)域的生態(tài)環(huán)境，進(jìn)而盤活區(qū)域土地的規(guī)劃利用，大幅提升周邊土地價(jià)值。