可持續(xù)的生活垃圾填埋技術(shù)-礦化垃圾的表征與利用

可持續(xù)的生活垃圾填埋技術(shù)——礦化垃圾的表征與利用摘要本文從科學(xué)發(fā)展觀的指導(dǎo)思想出發(fā)，根據(jù)生活垃圾填埋場(chǎng)生物降解理論，比較全面地論述我國(guó)可持續(xù)的生活垃圾處理技術(shù)，認(rèn)為生活垃圾填埋場(chǎng)是一座巨大的生物反應(yīng)器，礦化垃圾是反應(yīng)器的產(chǎn)物，可以綜合利用；而作為反應(yīng)器本身，填埋場(chǎng)可以不斷的進(jìn)行循環(huán)使用。因此，通過(guò)填埋場(chǎng)的填埋－開(kāi)采與利用－再填埋的過(guò)程，不僅實(shí)現(xiàn)了生活垃圾的綜合利用，而且充分利用了土地填埋特有的低投資、低處理成本、易管理的優(yōu)勢(shì)，解決了傳統(tǒng)填埋法占地大、資源無(wú)法回收利用、潛在污染時(shí)間長(zhǎng)的缺點(diǎn)。1前言我國(guó)現(xiàn)有700座中等規(guī)模以上的城市，3100多座縣城，以及31000座小鎮(zhèn)。在這些城鎮(zhèn)里，居住著3.5億居民。按照每天每人日產(chǎn)生活垃圾1千克計(jì)，每天可產(chǎn)生35萬(wàn)噸生活垃圾，而1年就是1.3億噸。如果加上市郊居民，城市居民人口估計(jì)有4億以上，年產(chǎn)生活垃圾超過(guò)1.5億噸。生活垃圾經(jīng)過(guò)適當(dāng)壓縮后，比重在0.8噸/立方米。因此，1.5億噸生活垃圾相當(dāng)于1.9億立方米。根據(jù)我國(guó)目前的經(jīng)濟(jì)現(xiàn)狀和未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，在今后的相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間里，衛(wèi)生填埋仍然是我國(guó)處理生活垃圾最重要的方法。一個(gè)城市在選擇生活垃圾出路時(shí)，首先應(yīng)該考慮的是衛(wèi)生填埋。衛(wèi)生填埋場(chǎng)是衛(wèi)生填埋的載體，其建設(shè)周期短，投資相對(duì)較低，并且可以分段投入，管理方便，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行比較簡(jiǎn)單。另外，從可持續(xù)發(fā)展來(lái)看，生活垃圾選擇填埋場(chǎng)填埋，事實(shí)上是一種以資源的形式保存給后代，待一次資源枯竭或科學(xué)技術(shù)發(fā)展后，人們可以對(duì)填埋在衛(wèi)生填埋場(chǎng)中的垃圾資源進(jìn)行開(kāi)采和重新利用。應(yīng)用衛(wèi)生填埋方法處理生活垃圾的國(guó)家很多。在發(fā)展中國(guó)家，99%以上的生活垃圾采用衛(wèi)生填埋（或簡(jiǎn)單堆放場(chǎng)）處理，對(duì)于國(guó)土較大的發(fā)達(dá)國(guó)家，也有許多國(guó)家采用衛(wèi)生填埋方法。在我國(guó)，99%以上的生活垃圾是采用衛(wèi)生填埋或簡(jiǎn)單堆放進(jìn)行處理或處置的。在建設(shè)和運(yùn)行衛(wèi)生填埋場(chǎng)過(guò)程中，如果嚴(yán)格按照衛(wèi)生填埋場(chǎng)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，是不可能產(chǎn)生二次污染的。因此，衛(wèi)生填埋是一種可靠、衛(wèi)生和安全的生活垃圾處理方法。衛(wèi)生填埋法在我國(guó)的應(yīng)用時(shí)間已有十幾年的歷史。十幾年來(lái)，我國(guó)許多科研部門和應(yīng)用單位積極探索適合我國(guó)的生活垃圾衛(wèi)生填埋技術(shù)，取得了許多寶貴經(jīng)驗(yàn)。我國(guó)地域廣闊，南北和東西的氣候、生活習(xí)慣等差異很大，生活垃圾中的含水率、組成等也有很大差別。比如，南方的生活垃圾含水率就比北方的高。因此，在進(jìn)行生活垃圾衛(wèi)生填埋時(shí)，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況，確定滲濾液和沼氣的收集與處理設(shè)施的設(shè)計(jì)與建設(shè)方案，以及封場(chǎng)后的管理期限等。2生活垃圾填埋場(chǎng)穩(wěn)定化與礦化垃圾的形成長(zhǎng)期以來(lái)同濟(jì)大學(xué)對(duì)生活垃圾填埋場(chǎng)穩(wěn)定化過(guò)程進(jìn)行了深入系統(tǒng)的研究。結(jié)果表明，垃圾成分、壓實(shí)密度、填埋年齡及填埋深度、填埋場(chǎng)地埋位置、水文氣象條件等均會(huì)影響垃圾的降解速度，從而也影響填埋場(chǎng)穩(wěn)定化進(jìn)程。研究發(fā)現(xiàn)，填埋場(chǎng)封場(chǎng)數(shù)年后(在上海一般至少在8-10年以上，北方地區(qū)10-15年以上)，垃圾中易降解物質(zhì)完全或接近完全降解，垃圾填埋場(chǎng)表面沉降量非常小（如小于1-5mm/a），垃圾自然產(chǎn)生的滲濾液和氣體量極少或不產(chǎn)生，垃圾中可生物降解含量（BDM）下降到3%以下，滲濾液COD濃度下降到25-50mg/L以下，此時(shí)的垃圾填埋場(chǎng)可以認(rèn)為達(dá)到穩(wěn)定化狀態(tài)，所形成的垃圾被稱為礦化垃圾。在上海市，這種礦化垃圾至少有4000萬(wàn)噸（老港垃圾填埋場(chǎng)2000萬(wàn)噸，市區(qū)和郊區(qū)歷年來(lái)的堆場(chǎng)、江鎮(zhèn)堆場(chǎng)等近2000萬(wàn)噸）。北京、天津、廣州等城市所堆存的礦化垃圾估計(jì)也有幾千萬(wàn)噸。三峽庫(kù)區(qū)、大運(yùn)河兩岸也存在已經(jīng)搬遷或急需搬遷的幾千萬(wàn)噸礦化垃圾。因此礦化垃圾的資源非常充足，可以認(rèn)為是取之不竭用之不盡的。研究結(jié)果還表明，礦化垃圾有較大的比表面積、松散的結(jié)構(gòu)、較好的水力傳導(dǎo)和滲透性能、較好的陽(yáng)離子交換能力等。另外，礦化垃圾中微生物數(shù)量龐大、種類繁多，由于其特殊的形成歷程，這些微生物尤以多階段降解性微生物為主，可降解諸如纖維素、半纖維素、多糖和木質(zhì)素等難降解有機(jī)物，因此是一種性能非常優(yōu)越的生物介質(zhì)，完全適合作為一種優(yōu)良的生物反應(yīng)器填料或介質(zhì)，而且有著其它介質(zhì)（如土壤）所無(wú)法比擬的優(yōu)越性能。經(jīng)過(guò)反復(fù)檢驗(yàn)和驗(yàn)證，礦化垃圾中不含O型口蹄疫病毒、致病性大腸桿菌、沙門氏菌、鏈球菌和金黃色葡萄糖球菌等有害病原菌和細(xì)菌?？梢钥隙ǖ氖?，生活垃圾在堆場(chǎng)或填埋場(chǎng)填埋若干年后所形成的礦化垃圾是無(wú)害的，可以安全開(kāi)采和利用。事實(shí)上，絕大部分的垃圾填埋場(chǎng)均建于市郊。隨著城市的發(fā)展，幾乎每個(gè)城市的垃圾產(chǎn)生量都在增加，所需的填埋場(chǎng)之面積越來(lái)越大。但對(duì)于寸土寸金的城市，要不斷地提供新的填埋場(chǎng)以滿足需要是非常困難的，甚至是不可能的。解決這個(gè)問(wèn)題的一個(gè)重要而且可行的方法就是把礦化垃圾進(jìn)行開(kāi)采，這不僅可以充分利用礦化垃圾中的有機(jī)肥料和可回收物品，還可以對(duì)騰出的空間重新填入新垃圾，從而極大地延長(zhǎng)填埋場(chǎng)使用年限。建設(shè)一座填埋場(chǎng)所需投資一般在4000萬(wàn)元以上，使用年限僅為10-15年。我國(guó)有些填埋場(chǎng)（如上海老港填埋場(chǎng)）已使用多年，當(dāng)中的一部分垃圾已成為礦化垃圾，完全可開(kāi)采利用，即把填埋場(chǎng)作為垃圾的中轉(zhuǎn)處理場(chǎng)所，而不是最終的歸宿。根據(jù)申請(qǐng)人的研究結(jié)果，礦化垃圾開(kāi)采、篩分后，可以得到50-60%的有機(jī)細(xì)料（以下簡(jiǎn)稱礦化垃圾），5-15%的可回收利用的物品（塑料、玻璃、金屬等），25－30％的化學(xué)纖維和橡膠等，因此一般有80%左右的垃圾可被利用；礦化垃圾除了作為優(yōu)越的生物介質(zhì)用于處理有機(jī)廢水外，還是一種肥料,可用于種植草皮和樹(shù)木，也可以作為園林綠化的有機(jī)肥料，這在上海市當(dāng)前大規(guī)模綠化運(yùn)動(dòng)中是很有意義的?？苫厥瘴锲方?jīng)適當(dāng)處理后（清洗等），可以出售給有關(guān)廠家再生利用，經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益相當(dāng)明顯。表1是2003年對(duì)上海市老港填埋場(chǎng)1990年至1998年填埋的垃圾進(jìn)行篩分分析的結(jié)果。表1老港填埋場(chǎng)垃圾開(kāi)采組分分析樣品來(lái)源名稱細(xì)堆肥粗大料垃圾總重（kg）可開(kāi)挖深度15mm-4mmm<15mm90年1#單元樣品重量（kg）29003260262087800.90m百分比（kg）33.037.129.892年16#單元樣品重理（kg）28603040238082801.68m百分比（kg）34.536.728.794年15#單元樣品重理（kg）422034004620131401.50m百分比（kg）32.132.735.296年25#單元樣品重理（kg）156019606970104901.36m百分比（kg）14.918.766.498年7#單元樣品重理（kg）980780354053000.90m百分比（kg）18.514.766.8平均百分比百分比（%）26.628.045.4在篩分過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)挖出的潮濕垃圾不能立即篩分，必須經(jīng)過(guò)晾曬后才能進(jìn)行。篩分出的粗大料沒(méi)有多大利用價(jià)值，可作為回填料。每開(kāi)采100噸礦化垃圾，可得礦化垃圾細(xì)料55噸。每開(kāi)采10000噸礦化垃圾，所騰出的空間可以回填7000－8000噸新鮮生活垃圾。就上海市老港填埋場(chǎng)來(lái)講，雖然沒(méi)有達(dá)到衛(wèi)生填埋場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)，但噸基建投資仍然達(dá)36元。因此，礦化垃圾開(kāi)采與利用，這對(duì)于土地嚴(yán)重缺乏的上海市來(lái)說(shuō)，是非常有現(xiàn)實(shí)意義的。盡可能延長(zhǎng)填埋場(chǎng)的使用壽命，無(wú)論是節(jié)約土地資源和建設(shè)填埋場(chǎng)的龐大投資，還是解決上海市生活垃圾出路問(wèn)題，均有重大意義。礦化垃圾開(kāi)采已經(jīng)成為歐盟國(guó)家和日本等國(guó)家的重要研究與實(shí)踐領(lǐng)域。由于歷史原因，國(guó)內(nèi)外均存在大量生活垃圾堆場(chǎng)。目前，這些堆場(chǎng)已經(jīng)穩(wěn)定化，可以開(kāi)采。同時(shí)，由于這些堆場(chǎng)的環(huán)境已經(jīng)受到嚴(yán)重污染，因此必須對(duì)已經(jīng)穩(wěn)定化的礦化垃圾進(jìn)行開(kāi)采，并對(duì)完成開(kāi)采后的堆場(chǎng)土地進(jìn)行生態(tài)修復(fù)，使土地具有利用價(jià)值。另外，我國(guó)各地曾經(jīng)一度陷入“垃圾包圍城市”的惡劣環(huán)境，全國(guó)所有城市均存在數(shù)量不同的垃圾堆場(chǎng)。隨著城市規(guī)模的擴(kuò)大，原來(lái)是垃圾堆場(chǎng)的地方，如今卻要成為建設(shè)用地。解決這些堆存了上百萬(wàn)噸的垃圾出路，是堆場(chǎng)土地利用的前提（另外還有環(huán)境修復(fù)）。上海市某地鐵站旁的垃圾堆場(chǎng)，有礦化垃圾100萬(wàn)噸。房地產(chǎn)公司早已看上這塊寶地，但這座堆場(chǎng)的搬遷一直無(wú)法解決。為此，房地產(chǎn)公司出資600萬(wàn)元，把礦化垃圾運(yùn)至另外一個(gè)建筑工地隨便攤鋪而消納掉，造成比較嚴(yán)重的環(huán)境污染。如果已經(jīng)完全掌握礦化垃圾開(kāi)采與利用，該堆場(chǎng)的搬遷與土地修復(fù)利用就會(huì)更加科學(xué)和經(jīng)濟(jì)。類似這樣的堆場(chǎng)在上海市有近10多座，規(guī)模小些的堆場(chǎng)有100多座。這些堆場(chǎng)均面臨搬遷的境地。3礦化垃圾生物反應(yīng)床處理滲濾液垃圾填埋場(chǎng)產(chǎn)生的滲濾液之處理一直是世界上公認(rèn)的難題。目前，我國(guó)有生活垃圾填埋場(chǎng)700座，日產(chǎn)滲濾液4－8萬(wàn)噸，其中經(jīng)過(guò)處理而達(dá)到國(guó)家二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)(COD<300mg/L)的滲濾液比例不高于10％。主要原因是滲濾液處理所用的是生活污水的處理工藝，處理效果差，運(yùn)行困難，處理成本偏高，填埋場(chǎng)難于接受。如果按照COD計(jì)算，這些滲濾液相當(dāng)于80－160萬(wàn)噸生活污水。滲濾液處理難已經(jīng)嚴(yán)重制約我國(guó)生活垃圾處理技術(shù)的發(fā)展，嚴(yán)重影響填埋場(chǎng)的正常運(yùn)行。在700多座生活垃圾填埋場(chǎng)中，絕大部分沒(méi)有建設(shè)滲濾液處理設(shè)施，滲濾液任意排放到周圍環(huán)境中去，嚴(yán)重污染土壤、地表水和地下水。然而，即使那些少數(shù)建設(shè)了滲濾液處理設(shè)施的填埋場(chǎng)，由于采用的處理工藝不適合于滲濾液的有效處理，流程長(zhǎng)，管理復(fù)雜，處理成本偏高，大部分處理設(shè)施均處于停頓狀態(tài)。近2年來(lái)所建設(shè)的大部分生活垃圾填埋場(chǎng)基本上緩建滲濾液處理設(shè)施，已經(jīng)有滲濾液處理設(shè)施的填埋場(chǎng)，也急需對(duì)現(xiàn)有設(shè)施進(jìn)行改造。可以認(rèn)為，全國(guó)各地的填埋場(chǎng)均等待著高效、低成本的滲濾液處理方法的誕生。本文認(rèn)為，沿用傳統(tǒng)的生活污水處理工藝處理滲濾液是很困難的，繼續(xù)朝著這個(gè)方向研究滲濾液處理技術(shù)也是很難取得突破性進(jìn)展的。自1995年以來(lái)，同濟(jì)大學(xué)就利用礦化垃圾含有大量的具有很強(qiáng)生存和降解能力的微生物的特性，以礦化垃圾為生物填料制造出礦化垃圾生物反應(yīng)床，并用這種反應(yīng)床處理滲濾液、畜禽廢水等。實(shí)驗(yàn)室小試（100L/天滲濾液，連續(xù)運(yùn)行4年）、老港填埋場(chǎng)中試（16噸滲濾液/天，連續(xù)運(yùn)行3年），研究表明，礦化垃圾生物反應(yīng)床確實(shí)可以有效處理滲濾液，處理過(guò)程中僅產(chǎn)生極少量的、極易脫水的污泥。課題組認(rèn)為，礦化垃圾生物反應(yīng)床處理滲濾液，是一種全新的方法，是滲濾液處理技術(shù)研究與應(yīng)用方面的突破，非常有發(fā)展前景。表2各級(jí)礦化垃圾生物反應(yīng)床處理滲濾液的典型結(jié)果（100噸滲濾液/天）進(jìn)水水質(zhì)CODCr(mmg/L)10100－122000BOD5/CODDCr值0.21－0.335氨氮(mg/LL)1010-18000連續(xù)運(yùn)行時(shí)間自2002年10月月起第一級(jí)出水水質(zhì)COD(mgg/L)2580－32000BOD5/CODDCr值0.20－0.334氨氮(mg/LL)348-450第一級(jí)COD去除除率(%))70-75第一級(jí)氨氮去除率率(%)61-65第二級(jí)出水水質(zhì)CODCr(mmg/L)550-750BOD5/CODDCr值氨氮(mg/LL)100-120第二級(jí)COD累計(jì)計(jì)去除率((%)75－82第二級(jí)氨氮累計(jì)去去除率(%%)66－85第三級(jí)出水水質(zhì)CODCr(mmg/L)250-350BOD5/CODDCr值氨氮(mg/LL)10-20第三級(jí)COD累計(jì)計(jì)去除率((%)97－98第三級(jí)氨氮累計(jì)去去除率(%%)95－99表2是在老港填埋場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行的100噸滲濾液/天的三級(jí)礦化垃圾生物反應(yīng)床的運(yùn)行結(jié)果。從表中可以看出，礦化垃圾反應(yīng)床各方面運(yùn)行狀態(tài)良好，再加上良好的外部環(huán)境條件，滲濾液處理達(dá)到了比較理想的效果。滲濾液COD、BOD、NH3-N去除效果顯著，礦化垃圾反應(yīng)床運(yùn)行穩(wěn)定，三級(jí)出水可以達(dá)到國(guó)家滲濾液二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。目前正在老港填埋場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行的50－100噸滲濾液/天的三級(jí)礦化垃圾生物反應(yīng)床的運(yùn)行結(jié)果與表2完全一致。礦化垃圾生物反應(yīng)床應(yīng)用實(shí)例（1）上海市老港填埋場(chǎng)100噸滲濾液/日國(guó)家“863“高新技術(shù)示范工程項(xiàng)目（2003年5月開(kāi)始運(yùn)行——現(xiàn)在）（2）山東省即墨市生活垃圾填埋場(chǎng)70噸滲濾液/日處理工程（2004年7月開(kāi)始運(yùn)行——現(xiàn)在）（3）山東省蓬萊市生活垃圾填埋場(chǎng)60噸滲濾液/日處理工程（將于2004年10月竣工并投入運(yùn)行）（4）上海市老港填埋場(chǎng)400噸滲濾液/日處理工程（已經(jīng)完成初步設(shè)計(jì)，2004年11月開(kāi)始施工）（5）馬鞍山市生活垃圾填埋場(chǎng)150噸滲濾液/日處理工程（正在設(shè)計(jì)，2004年年底開(kāi)始施工）5結(jié)論最近一段時(shí)間以來(lái)，人們對(duì)填埋法處理生活垃圾持批評(píng)態(tài)度，主要原因是認(rèn)為填埋法占地面積大，滲濾液處理難，資源被埋在地下，潛在污染時(shí)間長(zhǎng)等。然而，人們也逐步認(rèn)識(shí)到，生活垃圾堆肥和焚燒技術(shù)所存在的高成本和潛在污染同樣不容忽視。盡管填埋法存在上述問(wèn)題，可絕大多數(shù)的城鎮(zhèn)仍然采用填埋法處理生活垃圾。本文認(rèn)為，生活垃圾填埋場(chǎng)是一座巨大生物反應(yīng)器，因此，對(duì)填埋場(chǎng)中礦化垃圾進(jìn)行開(kāi)采利用，把騰出的空間填埋新的生活垃圾，完全實(shí)現(xiàn)了填埋場(chǎng)的可持續(xù)利用，從而解決了傳統(tǒng)意義上的填埋法占地大、資源利用率低的缺點(diǎn)。顯然，生活垃圾填埋——礦化垃圾利用——生活垃圾再填埋，是生活垃圾填埋技術(shù)的發(fā)展，適合我國(guó)當(dāng)前的社會(huì)與經(jīng)濟(jì)水平，值得推廣應(yīng)用。參考文獻(xiàn)趙由才、龍燕、張華主編，《固體廢物處理與資源化叢書(shū)——生活垃圾衛(wèi)生填埋技術(shù)》，化學(xué)工業(yè)出版社，北京，2004年2月趙由才主編，《危險(xiǎn)廢物處理技術(shù)》，化學(xué)工業(yè)出版社，北京，2003年9月趙由才主編，《環(huán)境工程化學(xué)》，化學(xué)工業(yè)出版社，北京，2003年7月趙由才主編，《實(shí)用環(huán)境工程手冊(cè)–固體廢物污染控制與資源化》，化學(xué)工業(yè)出版社，北京，2002年5月趙由才主編，《生活垃圾資源化原理與技術(shù)》，化學(xué)工業(yè)出版社，北京，2002年1月趙由才，黃仁華主編，《生活垃圾衛(wèi)生填埋場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行指南》，化學(xué)工業(yè)出版社，北京，2001年2月張益，趙由才主編，《生活垃圾焚燒技術(shù)》，化學(xué)工業(yè)出版社，北京，2000年8月趙由才，朱青山主編，《城市生活垃圾衛(wèi)生填埋場(chǎng)技術(shù)與管理手冊(cè)》，化學(xué)工業(yè)出版社，北京，1999年8月ZhaoYoucaiandShaoFang，Useofanaged-refusebiofilterforthetreatmentoffromf