垃圾填埋場好氧生態(tài)修復(fù)技術(shù)在低溫地區(qū)的運用研究

武漢景弘生態(tài)環(huán)境股份有限公司 王浩文，邵靖邦，徐濤

垃圾填埋場好氧生態(tài)修復(fù)技術(shù)是把垃圾填埋場建設(shè)成為一個巨大的好氧生物反應(yīng)器，通過人為通入空氣，給堆體造成有氧環(huán)境，在好氧環(huán)境下，通過微生物加速垃圾生物降解的成套治理技術(shù)。其基本原理是將垃圾填埋場視為一個巨大的“反應(yīng)器”，在填埋堆體中通過埋設(shè)注氣井、抽氣井和滲濾液抽排井，使用鼓風機將新鮮空氣加壓后通過管道和注氣井注入垃圾堆體深處，并把堆體中的二氧化碳等填埋氣體抽出，凈化后排放[1]。同時，監(jiān)控反應(yīng)堆體溫度與垃圾氣體成分，充分調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù)，將收集的滲瀝液和其他液體回注至垃圾堆體，激活垃圾中的微生物再生，以此營造一個比較理想的有氧環(huán)境，使好氧微生物反應(yīng)達到最佳狀態(tài)，從而加速垃圾場場地穩(wěn)定[2]。

與傳統(tǒng)厭氧修復(fù)技術(shù)（即封場技術(shù)）相比，好氧修復(fù)技術(shù)的最大優(yōu)勢是治理周期短，在2-3年內(nèi)即可實現(xiàn)填埋場地的穩(wěn)定化目標。此外，通過導(dǎo)入垃圾滲瀝液回灌技術(shù)，溫度、濕度及氣體成分監(jiān)控技術(shù)的運用，好氧修復(fù)后的填埋場可以達到《生活垃圾填埋場穩(wěn)定化場地利用技術(shù)要求》中的規(guī)定利用標準。該技術(shù)在國際上相對成熟，在美國、德國、意大利等國已成功應(yīng)用。但在我國的研究起步較晚，首個實例是北京黑石頭消納場[3][4]，以及全國目前最大的垃圾填埋場好氧生態(tài)修復(fù)項目，即武漢金口垃圾填埋場好氧生態(tài)修復(fù)工程，也是目前修復(fù)后利用最好的好氧生態(tài)修復(fù)項目[5]。

好氧修復(fù)技術(shù)在工程運用中，具有很多限制條件及影響因素，例如垃圾堆體的溫度、濕度、堆體的滲濾液水位等，本研究主要針對外界環(huán)境的溫度變化對好氧技術(shù)的影響，來說明該技術(shù)在北方高嚴寒地區(qū)的應(yīng)用前景。

一、工程案例

（一）工程概況

本研究主要以安新縣留村垃圾填埋場好氧生態(tài)修復(fù)項目為背景來研究，該項目位于安新鎮(zhèn)留村安新縣實驗中學(xué)西北面，占地面積67畝，垃圾堆體面積45畝，垃圾平均深度6米，總垃圾堆放量約25萬立方米，項目于2016年3月4日正式開工建設(shè)，2019年12月18日完成該項目的治理運行驗收。工程采取好氧生態(tài)修復(fù)工藝，修復(fù)周期24個月。

（二）主要工程內(nèi)容

主要工程內(nèi)容有：（1）建井工程：抽氣井29個、注氣井35個、監(jiān)測井9個和滲濾液收集井5個；（2）管道安裝約6000m；（3）覆土工布完成約10000m2；（4）現(xiàn)場土方覆蓋、回填約25000m3；（5）管理房一座；（6）設(shè)備安裝約40臺（套）；（7）好氧修復(fù)運行18個月。

（三）治理目標

根據(jù)合同要求，本項目在運行完成之后要求達到《生活垃圾填埋場穩(wěn)定化場地利用技術(shù)要求》（GB/T-251792010）規(guī)定的中度利用要求，價標準如下：

（1）填埋場有機質(zhì)含量：低于16%。

（2）堆體沉降：相對均勻，10-30cm/a。

（3）堆體中填埋氣甲烷濃度：1-5%。

（四）運行過程

安新縣留村垃圾填埋場的修復(fù)運行從2018年5月21日開始，截至2019年12月15日，連續(xù)運行18個月，累計540天，12,960小時。為保證快速達到治理效果，設(shè)備前期均滿負荷運行，后期運行負荷適當降低。累計注入空氣25,920,000立方米，滲濾液回灌4,800立方米，滲濾液收集約4,800立方米。

在項目運行過程中分三個階段對垃圾堆體進行檢測，主要包括CH4，有機質(zhì)含量及堆體沉降量。每日對堆體溫度進行監(jiān)測。

二、結(jié)果與討論

（一）溫度監(jiān)測結(jié)果

1.環(huán)境溫度

根據(jù)安新地方氣象局監(jiān)測數(shù)據(jù)，統(tǒng)計了項目運行期間冬季的大氣溫度數(shù)據(jù)，即2019年10月份至2020年3月份的溫度，見下圖，其中包括平均高溫、平均低溫即極限低溫。從圖1中可以看出安新縣整個冬季平均低溫均在0℃以下，極限低溫甚至在-14℃。

圖1 安新縣冬季溫度分布圖

2.堆體溫度

項目在運行過程中對堆體溫度實施在線實時監(jiān)控，本文截取了項目2018年10月份至2019年3月份的溫度數(shù)據(jù)，見表1。

表1 項目垃圾堆體監(jiān)測的平均溫度

從環(huán)境溫度與堆體溫度對比圖可以看出，堆體溫度與環(huán)境溫度有相同的趨勢線，但是堆體溫度總體與要高于環(huán)境溫度，且相對比較穩(wěn)定，受環(huán)境溫度影響較小，總體保持在15℃-25℃，適宜好氧微生物生存。（見圖2）

圖2 環(huán)境溫度與堆體溫度對比圖

（二）垃圾有機質(zhì)含量

分別于2016年4月23日、2019年1月23日、2019年7月18日及2018年11月11日對安新縣留村垃圾填埋場好氧修復(fù)區(qū)域進行了垃圾有機質(zhì)樣品采集。分別進行分析檢測，單次采樣總數(shù)30個，樣品數(shù)量和分布符合國家標準要求。

根據(jù)第三方公司北京新奧環(huán)標理化分析測試中心檢測結(jié)果，經(jīng)過好氧修復(fù)運行，垃圾填埋場中垃圾的有機質(zhì)含量明顯下降。運行6個月后，垃圾有機質(zhì)的含量從17.82%降低至13.82%；運行12個月后，垃圾有機質(zhì)含量降低為11.02%；運行18個月之后，垃圾有機質(zhì)含量降低為9.01%，達到了標準規(guī)定的中度利用垃圾有機質(zhì)含量要求，甚至接近高度利用要求。

從趨勢上分析，垃圾有機質(zhì)含量變化有明顯下降趨勢，且處于指數(shù)狀態(tài)下降，即在運行前一階段下降速率較快，最后垃圾堆體已經(jīng)基本穩(wěn)定。（見表2、圖3）

表2 項目運行階段有機質(zhì)數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

圖3 垃圾有機質(zhì)平均降解趨勢

（三）堆體沉降

堆體年平均沉降觀測為第三方檢測公司的河北大地數(shù)字信息技術(shù)有限公司，根據(jù)其2019年3月20日和2019年10月21日的觀測成果報告，截至2019年10月31日，年平均沉降為2.9cm，其中（2019.03-2019.10）平均沉降1.7cm。治理前期堆體沉降較明顯，隨后沉降趨勢變緩。達到了標準規(guī)定的中度利用垃圾沉降要求，甚至接近高度利用要求。（見表3、圖4）

表3 項目運行階段有堆體沉降數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

圖4 垃圾堆體沉降趨勢圖

（四）環(huán)境空氣質(zhì)量及垃圾氣體成分

1.環(huán)境空氣質(zhì)量

2019年12月3日由北京新奧環(huán)標理化分析測試中心對治理區(qū)域進行了環(huán)境空氣質(zhì)量檢測，結(jié)果顯示兩期5個點位的二氧化硫、可吸入顆粒物、二氧化氮、硫化氫、臭氣濃度滿足國家標準《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》GB3095-2012的二級標準及《惡臭污染物排放標準》GB14554-93“惡臭污染物廠界標準值二級新擴改建”標準值：20。（見表4）

表4 項目運行階段環(huán)境空氣質(zhì)量檢測數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

2.垃圾填埋氣體成分

垃圾填埋場氣體成分分析主要以甲烷濃度判斷，其背景值填埋氣體甲烷濃度平均為5.69%，最高達10.3%。

在修復(fù)運行期間，垃圾氣體在線檢測儀（AEMS）實時對填埋氣體濃度進行監(jiān)測，結(jié)果顯示填埋氣體中甲烷含量在開始運行第1個月內(nèi)迅速下降至5%以下，隨后甲烷含量進一步減小，目前甲烷含量低于0.5%，部分現(xiàn)場監(jiān)測點的甲烷濃度略高，最大值為1.68%，低于5%。（見表5、圖5）

表5 項目運行階段垃圾甲烷氣體檢測數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

圖5 垃圾填埋氣甲烷平均降解趨勢圖

二氧化碳、一氧化碳、硫化氫濃度在運行期間有一定波動性，但總體趨勢為逐漸下降。

三、結(jié)論

（1）項目在冬季運行時，堆體溫度與環(huán)境溫度有相同的趨勢線，但是堆體溫度總體與要高于環(huán)境溫度，且相對比較穩(wěn)定，受環(huán)境溫度影響較小，總體保持在15℃-25℃，適宜好氧微生物生存。

（2）好氧生態(tài)修復(fù)工藝對垃圾填埋場治理效果顯著：有機質(zhì)含量有明顯下降趨勢，且處于指數(shù)狀態(tài)下降，即在運行前一階段下降速率較快，最后垃圾堆體已經(jīng)基本穩(wěn)定；氣體中甲烷含量在開始運行第1個月內(nèi)迅速下降至5%以下，隨后甲烷含量進一步減小，且趨于穩(wěn)定，其他氣體總體為下降趨勢；堆體沉降在治理前期較為明顯，隨后沉降趨勢變緩。

（3）生活垃圾填埋場好氧修復(fù)工藝在北方低溫地區(qū)仍然有較好的處理效果，在工程結(jié)束后，治理的檢測結(jié)果均能滿足設(shè)計要求，即：填埋場有機質(zhì)含量：低于16%；堆體沉降：相對均勻，10-30cm/a；堆體中填埋氣甲烷濃度：1-5%。