吉水縣填埋場生活垃圾開挖篩分及資源化利用分析

武海軍 沈峰 郭勝英 王冬冬 李萬金 李菁若

（1.中交一公局集團有限公司，北京 100024；2.重慶交通大學材料科學與工程學院，重慶 400074；3.招商局重慶交通科研設計院有限公司，重慶 400067）

1 引言

《中國城鄉建設統計年鑒2020》統計顯示，我國生活垃圾清運量達23 511.71 萬t，市級衛生填埋場644 座，縣級1 227 座，簡易堆場5 000 座以上［1］。填埋逐漸成為我國城市生活垃圾的主要處理方式之一，但我國最初建造的填埋場多為非正規垃圾填埋場，均采用自然條件堆填，未按照垃圾衛生填埋場建設規范標準設計和建設邊坡、頂部、底部防滲漏［2］，導致存量垃圾出現惡臭排放、地下水污染、蚊蠅滋生、土地占用等環境問題［3］。在不施加人工調控作用下，一般傳統填埋場在封場后30～50 年才能完全穩定，導致土地長期被占用［4］。

當前我國城市生活垃圾以每年8%～15%的速度增長，大多數正規填埋場即將達到使用年限，衛生填埋場庫容嚴重不足［5］。城市生活垃圾填埋場在厭氧環境下，存在甲烷（體積分數55%～56%）、二氧化碳（體積分數40%～45%）、含硫和含氮化合物等填埋氣［6］，其中甲烷引起全球氣候變暖潛值是二氧化碳的25 倍；且生活垃圾（如填埋、焚燒等）在轉運及處理過程中產生的垃圾滲濾液污染物濃度高，生態風險較大［7］。

垃圾填埋場污染、占地以及生活垃圾資源化利用等已成為社會經濟、環境保護和科技研究的重點［8］。對垃圾填埋場采取開挖、分質利用處理，是實現填埋場污染源負荷削減及填埋垃圾資源化利用的有效途徑，不僅能避免周邊生態環境污染，還可實現污染土地的再開發利用［9］。

本文以G105 吉安市吉水縣醪橋至青原區草坪橋段改建工程項目一處陳年垃圾填埋場為例，探討陳年垃圾填埋場生活垃圾開挖、篩分工藝。再根據垃圾的各組分粒徑、理化性質等方面的差異，探討垃圾資源化利用方式和應用可行性，為陳年垃圾填埋場生活垃圾的開挖篩分及資源化利用提供參考。

2 填埋場概況

G105 國道吉水縣醪橋至青原區草坪橋段改建工程沿線途經一處陳年垃圾填埋場，該填埋場已使用20 多年。該垃圾填埋場一側臨近既有鐵路，另一側與生態園區相鄰，距贛江直線距離為2 km。

該垃圾填埋場被山體包圍且G105 隧道已經打通，考慮到一級公路要求流暢性及美觀性，急需將填埋場進行處置。為滿足改建工程對垃圾填埋場土地回收再利用的要求，并節約處置成本，該項目采用篩分＋資源處置方式對陳年垃圾填埋場進行開挖處理。

垃圾傾倒于山坡一處凹陷位置，整體呈坡形，整個垃圾填埋場占地150 m×100 m，高度參差不齊，最大高度達20 m。該垃圾填埋場已使用20 多年，垃圾種類為生活垃圾及少量建筑垃圾，由于露天存放無明顯刺激性氣味。經篩分后發現垃圾表面層（約3 m）輕質物較多，輕質物∶腐殖土∶石塊體積比為40%∶40%∶20%。受日照風干作用，垃圾含水率為23%～30%。而表面層3 m 以下經篩分后發現輕質物∶腐殖土∶石塊體積比為15%∶60%∶25%，含水率為30%～37%。為了防止該垃圾填埋場繼續對周邊環境造成污染，項目部將其實行封場處理，現場如圖1 所示。

圖1 垃圾填埋場實況

3 技術路線

3.1 開挖準備

江西省多雨且雨水集中于夏季，為保障各類機械設備的存放和正常運轉，應在現場設置廠棚。首先采用挖掘機開挖處理，由于垃圾填埋場表面較干燥而底部含水率高，開挖時應分層分塊進行；再由運料車將垃圾從東南向西北運輸至垃圾晾曬區。此外，考慮到車械進出、場內設備運轉噪聲大及在篩分過程中出現揚塵情況，在開挖區西北向附近修建90 m×50 m 露天廠棚，高度為9 m。露天廠棚如圖2所示。

圖2 露天廠棚

此次工程暫估垃圾量為10 萬m3，由于垃圾量大，設置2 條篩分線，9 h/d 工作制，可處理垃圾量1 400～1 600 t/d，所需車輛設備見表1。

表1 車輛設備

篩分設備見表2。

表2 篩分設備臺

3.2 篩分工藝

該項目主要技術路線為：好氧曝氣—開挖—晾曬—場內轉運—篩分—場外轉運，并輔以現場除塵、滲濾液收集等措施。篩分工藝流程如圖3 所示。

圖3 篩分工藝流程

陳腐垃圾經好氧曝氣后由垃圾運輸車運輸至垃圾晾曬區域，晾曬排水減小含水率，后送至分選系統。分選系統包括篩分、磁選、風選、人工分選等。篩分過程中，首先通過挖掘機上料至振動給料機；振動給料機將大件物垃圾（粒徑≥200 mm）分離出來，另外，振動給料機配有40 mm 的篩孔，透過40 mm 篩孔的篩下物為一級腐殖土，由于垃圾上料量較多，不少腐殖土粒徑小于40 mm 而未被篩選出來，需使大于40 mm 的篩上物進入一級滾筒篩分機再次篩分，篩下物為一級腐殖土；經一級滾筒篩分機篩分后的篩上物，通過磁選分離出鐵、風選機分選出輕質物，其余為無機骨料。

經振動給料機和一級滾筒篩分機篩分后的一級腐殖土潔凈度不高，常混雜有不少輕質組分，但經一次篩分后土體變松散、塑料垃圾塊小易風選，故設置了二次分選。首先，利用磁選機除鐵，再經過二級滾筒篩分機二次篩分，最后進行風選和人工除雜減少輕質物含量，最終得到二級腐殖土。將風選除雜放在人工挑選前是因為經風選除雜后，其中的紙屑、塑料、干草等輕質物已被剔除，腐殖土的潔凈度提高，可以降低人工挑選時的難度。

陳腐垃圾的腐殖土在進行篩分時，由于此類垃圾含水率較高，塑料膜、塑料袋等質輕體積大類物質會與腐殖土黏附且黏附力較大，塑料袋等同腐殖土一起通過篩孔，造成腐殖土純凈度不高。另外，塑料袋同腐殖土還可能堵塞振動給料機及滾筒篩分機的篩網，導致停機清理。為解決篩分腐殖土中純凈度不高及堵塞篩網等問題，對陳腐垃圾進行好氧曝氣及晾曬排水處理，降低其含水率從而減小塑料及腐殖土的黏附力，進而讓更少的塑料通過篩孔。生活垃圾中存在的塑料袋、膜等質輕體積大類物質不易降解，嚴重影響到腐殖土的資源化利用。為保障腐殖土的潔凈度，本次處理工藝設置篩下物腐殖土二次篩分、風選，并進行人工除雜，使得腐殖土潔凈度更高。篩分結果如圖4 所示。

圖4 篩分結果

垃圾含水率高將產生大量滲濾液，在開挖區及垃圾存放區均設置滲濾液收集池。根據垃圾填埋場規模及垃圾含水率，在垃圾填埋場南側、西北側均設置7 m×7 m×10 m 滲濾液收集池，在晾曬區設置5 m×5 m×10 m 滲濾液收集池，后經抽排運輸至污水處理廠處理。

考慮到整個篩分生產線產生的揚塵大，不利于觀察設備的運行情況且極大程度上影響到人工分選的舒適性，選用霧炮機設計遠射程噴霧方案，以達到理想的粉塵治理效果。

3.3 大件物的破碎篩分

生活垃圾篩分過程中含有部分大件物，考慮到其含量不高，采用以下工藝流程開展建筑垃圾的破碎篩分，實現資源化利用，見圖5。該工藝的主要設備包括磁選機、反擊式破碎機、篩分機等。

圖5 大件物破碎篩分工藝流程

反擊式破碎機選用PF－1315型，最大給料尺寸為500 mm，設計破碎能力180 t/h。整套設備日運行9 h。生活垃圾由振動給料機篩選出的大件物（≥200 mm）進入破碎生產線。首先通過人工挑選將棍狀、塊狀木頭及鐵分選出來，因為棍、塊狀鐵、木頭等不利于破碎系統的正常運行，且含鐵物料等進入破碎設備或其他設備會造成設備的損壞。接著，大件物經磁選去除小塊鐵后，進入反擊式破碎機，反擊式破碎機利用高速沖擊作用破碎物料。物料在反擊式破碎機中受到“連鎖”似的碎料作用力后破碎成小顆粒進入圓振動篩分機。該圓振動篩有3 層篩網，從上至下篩孔分別為31.5，10，5 mm，未達到尺寸要求的篩上物（≥31.5 mm）則進入反擊式破碎機再次破碎，最終得到不同粒徑的再生骨料。各級再生骨料經皮帶機輸送收集成堆，分別運至各自的儲料槽已備資源化利用。

4 資源化利用分析

垃圾填埋場內生活垃圾的資源化利用，一方面可以減少溫室氣體的排放，從而降低全球變暖影響潛力，積極響應“雙碳”政策；另一方面能顯著節約能源且為填埋場節省填埋空間，減少城市土地的利用［10］。由破碎篩分工藝能得到腐殖土、再生骨料、鐵、輕質物。

4.1 腐殖土利用

破碎篩分工藝得到的組分中腐殖土、輕質物含量高，在很大程度上影響生活垃圾的資源化利用。

以HJ 761—2015《固體廢物有機質的測定灼燒減量法》測得腐殖土中有機質含量為15.4%，未達到《綠化種植土壤》要求（20%～80%），且低于《綠化用有機基質》要求（≥25%）。腐殖土有機質含量均未達到要求的原因是隨填埋齡期增加腐殖土有機質含量逐漸減小。

根據《公路土工試驗規程》酸堿度試驗方法（水土比為1∶5）測得腐殖土pH 為7.51，呈弱堿性，在鄭康琪對浙江省高齡期填埋場腐殖土測試結果（7.26～8.30）［1］、劉曉成對天子嶺填埋場腐殖土測試結果（7.5～8.5）［11］、閆嘯對揚州某填埋場測試結果（7.15～7.81）范圍內［12］。原因是腐殖土浸出液pH 隨填埋場齡期增長而逐漸增加，由中性向偏堿性發展。

腐殖土呈弱堿性，有機質含量達15.4%，說明腐殖土養分充足，有機質含量較常規土高，存在應用于與人接觸較少的綠（林）地、道路綠化帶等地的可能性。但由于成分復雜，可能存在重金屬污染風險，應用前需測定重金屬浸出情況。

4.2 再生骨料利用

振動給料機篩選的大件物及無機骨料分別經反擊式破碎機破碎后進行篩分，所得的骨料既可做回填處理又可外售至制磚廠進行免燒磚制作。最終選擇再生骨料分檔并根據其粒徑大小做再生磚及再生混凝土方向應用。

4.3 廢鐵利用

廢鐵是一種低碳能源，應用廢鐵煉鋼可以減少“三廢”產生，降低碳排放。磁選出的鐵可以用化學溶劑或熱的表面活性劑進行清洗，去除表面油污、鐵銹等后外售至煉鐵廠，也可直接外售至廢品場。

4.4 廢舊塑料利用

垃圾填埋場中的廢舊塑料會隨時間推移發生一定程度的降解，填埋時間超過7 年后的塑料，力學性能開始呈現下降趨勢［13］。考慮到該垃圾填埋場生活垃圾存放年份久、塑料力學性能下降嚴重等因素，不將其重新加工為制品。因輕質物垃圾中可燃物含量高、熱值大，且塑料在填埋場中的降解對熱值沒有顯著影響。因此可將輕質物制備為垃圾衍生燃料（RDF），運輸至發電廠進行焚燒發電。

最終垃圾資源化利用方向由圖6 所示。

圖6 垃圾資源化利用示意

5 結語

G105 國道修建過程中偶遇一處垃圾填埋場，基于道路修建的需要，急需對其進行治理。本文介紹了以何種篩分工藝對陳腐垃圾進行篩分，本次篩分工藝的特點是對生活垃圾進行了二次篩分，保證了腐殖土的潔凈度。另外，根據各篩下物性質特點，指出其資源化利用方向。通過對腐殖土有機質含量、pH的測定，提出先測定腐殖土重金屬浸出情況，后可將其應用于與人接觸較少的綠（林）地、道路綠化帶等。