論城市生活垃圾填埋處置及資源化利用的循環(huán)經濟產業(yè)模式

謝立強，尚光旭，陸文靜，劉彥君

（1.北京潤諾森環(huán)境工程有限公司，北京100071；2.中國環(huán)境保護產業(yè)協(xié)會，北京100037；3.清華大學環(huán)境學院，北京100084）

論城市生活垃圾填埋處置及資源化利用的循環(huán)經濟產業(yè)模式

謝立強1，尚光旭2，陸文靜3，劉彥君3

（1.北京潤諾森環(huán)境工程有限公司，北京100071；2.中國環(huán)境保護產業(yè)協(xié)會，北京100037；3.清華大學環(huán)境學院，北京100084）

提出了城市生活垃圾填埋處置及資源化利用的循環(huán)經濟產業(yè)模式，分析論述了該模式實施的關鍵點及其資源化優(yōu)勢，并通過案例估算突出其投資優(yōu)勢，最后提出了該模式產業(yè)化應用的發(fā)展建議。

生活垃圾；填埋；資源化利用；循環(huán)經濟；產業(yè)模式

隨著我國社會經濟的高速增長和城鎮(zhèn)化進程的快速推進，我國城市生活垃圾產生量呈現爆發(fā)式增長態(tài)勢。2010年我國城市生活垃圾產生量近1.6億t[1]，預估2015年和2020年我國城市生活垃圾產生量將分別達到1.92億t和2.33億t[2]。我國城市生活垃圾產生量的增速超過了城市生活垃圾處理能力的增速，導致垃圾圍城現象屢見不鮮，目前全國約2/3的城市面臨著垃圾圍城困境[3]，雖然政府已在城市生活垃圾處理方面做出了很大努力，但結果仍不盡如人意。2013年，全國設市城市生活垃圾清運量為1.73億t，無害化處理率為89.0%[4]，仍有1/10以上的城市生活垃圾未得到妥善的處理處置。

我國城市生活垃圾處理處置的主要方法包括填埋、焚燒和堆肥，尤以填埋為最主流的處置工藝[5，6]。然而生活垃圾的填埋、堆放和簡易填埋處理處置方式給城市用地造成了很大壓力。僅2011年，我國投入運行的城市和縣城生活垃圾衛(wèi)生填埋場就分別有547座和648座[7，8]。目前我國城市生活垃圾堆存占用的城市土地累計已超過5×108m2，每年由此造成的經濟損失達300億元[9]。由于城市生活垃圾產生量的爆發(fā)式增長，預計未來一段時間內，我國城市生活垃圾衛(wèi)生填埋場的數量也將持續(xù)快速增長，這會給城市用地緊張帶來更大的壓力。

自我國第一座正規(guī)城市生活垃圾衛(wèi)生填埋場——杭州天子嶺廢棄物處理總場于1991年投入使用以來，按生活垃圾填埋場平均運行時間10年估算，已封場的城市生活垃圾衛(wèi)生填埋場數量達千座以上，而非正規(guī)垃圾填埋場（包括垃圾堆存場和簡易填埋場）的數量更是數以萬計。以北京為例，已封場的垃圾衛(wèi)生填埋場就有10余座，垃圾存量在200 t以上的非正規(guī)垃圾填埋場數量更是多達1 000處[10]。如此之多的生活垃圾填埋場占用和浪費了大量的寶貴土地資源，造成生活垃圾填埋發(fā)展的瓶頸，急需發(fā)展一種可持續(xù)的生活垃圾處理處置模式，使之與構建和諧社會的目標相適應。

陳腐垃圾（即腐熟垃圾，也可稱為礦化垃圾）資源化處理技術的不斷成熟，為生活垃圾填埋場地的循環(huán)利用和腐熟垃圾的資源化利用提供了新思路和技術保障。文中提出了城市生活垃圾填埋處置及資源化利用的循環(huán)經濟產業(yè)模式，以期為生活垃圾填埋技術未來的發(fā)展提供新思路和新方向。

1 城市生活垃圾填埋處置及資源化利用的循環(huán)經濟產業(yè)模式

城市生活垃圾填埋處置及資源化利用的循環(huán)經濟產業(yè)模式的核心內容是：首先，將城市生活垃圾進行收集后按衛(wèi)生填埋方式進行處理處置，待填埋場封場達到穩(wěn)定化后，將陳腐垃圾開采出來進行資源化處理和利用，陳腐垃圾開采完畢后，原填埋場地可投入循環(huán)使用或留做他用，流程示意如圖1。

圖1 城市生活垃圾填埋處置及資源化利用的循環(huán)經濟產業(yè)模式流程示意圖

一般情況下，我國南方地區(qū)生活垃圾衛(wèi)生填埋場封場后8～10年、北方地區(qū)生活垃圾衛(wèi)生填埋場封場后10～15年后[11]， 非正規(guī)垃圾填埋場停用后10年左右，垃圾體中的大部分有機物可達到腐熟、礦化穩(wěn)定，原垃圾成為陳腐垃圾，此時可對填埋場陳腐垃圾進行分類及資源化利用，這樣既可獲取陳腐垃圾中的資源，又可騰出場地以備后用。此外，在填埋垃圾腐熟過程中，利用充氣抽氣技術可進一步縮短垃圾體腐熟、礦化的時間，節(jié)省時間成本，提高場地循環(huán)利用效率?？v觀城市生活垃圾填埋的整個產業(yè)鏈，城市生活垃圾填埋處置及資源化利用的循環(huán)經濟產業(yè)模式突破了傳統(tǒng)生活垃圾衛(wèi)生填埋場運營模式的諸多局限和困難，已然成為未來生活垃圾填埋運營發(fā)展的導向。

2 城市生活垃圾填埋處置及資源化利用循環(huán)經濟產業(yè)模式的實施

城市生活垃圾填埋處置及資源化利用循環(huán)經濟產業(yè)模式實施過程中的關鍵問題，包括陳腐垃圾的資源化處理和利用，以及場地循環(huán)利用過程中二次污染的防控。

2.1 陳腐垃圾資源化處理和利用

為保障陳腐垃圾的資源化處理和利用切實可行，首先要判斷生活垃圾填埋場是否達到腐熟、穩(wěn)定化狀態(tài)，這是實施陳腐垃圾資源化處理和利用的前提；其次，開采出來的陳腐垃圾應按資源化目標進行分類；第三，經過分類的陳腐垃圾分類資源需要可靠的消納和利用途徑。

2.1.1 生活垃圾填埋場穩(wěn)定程度的判定

生活垃圾填埋場可視為一個大型生物反應器，在垃圾降解過程中，大量填埋氣及滲濾液等污染物會從生活垃圾填埋場釋放到環(huán)境中。若場內生活垃圾尚未腐熟就對其進行開采，在開采過程中會有大量填埋氣產生，這些填埋氣聚集在填埋場內容易誘發(fā)爆炸等事故；此外，未腐熟的垃圾含水率較高，垃圾分散性差，不利于用物理手段對其進行資源化分類。

目前尚未形成完善的判定生活垃圾填埋場穩(wěn)定化的方法體系，可以通過以下方法對垃圾腐熟情況進行判別。首先，可以從生活垃圾填埋場封場后的時間長短初步估計填埋場的穩(wěn)定化程度。通常認為生活垃圾衛(wèi)生填埋場封場后經10～15年可基本達到礦化穩(wěn)定化[11]，非正規(guī)生活垃圾填埋場因填埋物料混雜，有機物含量相對低，其礦化穩(wěn)定化年限約10年；其次，可以通過監(jiān)測垃圾填埋體中填埋氣及滲濾液的產生情況來判斷。若衛(wèi)生填埋場的滲濾液導排收集系統(tǒng)和填埋氣導排收集系統(tǒng)內基本不再產生滲濾液和填埋氣，則可基本判斷填埋體已達到腐熟。在開采陳腐垃圾時，可以通過充氧曝氣[10]等工程措施，排除垃圾體內聚集的填埋氣以保障施工的安全性。此外，開采陳腐垃圾時還應考慮對垃圾體的穩(wěn)定性進行勘測，制定科學的開采方案，避免塌方、塌陷等事故的發(fā)生。

由于我國生活垃圾衛(wèi)生填埋僅有20多年的歷史，且大部分填埋場的設計使用年限都在10年以上，即使按建設和投入使用后10年封場，到目前為止垃圾填埋場最長的封場后時間也剛足10年，因此我國大部分生活垃圾衛(wèi)生填埋場目前尚未達到礦化穩(wěn)定化程度，故應慎重開采利用，并做好充分的準備工作?？紤]到我國非正規(guī)垃圾填埋場起步早、數量巨大，大部分此類填埋場已達到了礦化穩(wěn)定化，滿足開采利用條件，當前可將重點放在非正規(guī)生活垃圾填埋場的資源化處理和利用上。

2.1.2 陳腐垃圾資源化處理

開采陳腐垃圾前，應對其組成進行調查和分析，以確定具體的資源化處理和利用方案。

科學的分類是陳腐垃圾資源化利用的前提，陳腐垃圾資源化的主要技術手段是分選，可分為人工分選和物理機械分選。陳腐垃圾的分類較新鮮混合垃圾的分類容易得多，一般只要陳腐垃圾含水率不高于50%，即可對其進行較好的分類，若陳腐垃圾含水率較高，則需進行晾曬、通風等措施，降低其含水率后再進入分選工藝。

分選后的陳腐垃圾，一般可分為骨料（包括石塊、混凝土塊等）、廢金屬、廢塑料及垃圾腐殖土等4類，這幾類物料都可以再利用。各類物質分選所得物料的體積分數：骨料占5%～10%、廢舊金屬約占1%、廢塑料占20%～35%、垃圾腐殖土占50%～75%[10]。廢金屬一般采用磁選或電選，廢塑料等輕質物一般采用風力分選，骨料及垃圾腐殖土一般通過機械篩分設備分選。

2.1.3 陳腐垃圾分類資源利用

陳腐垃圾資源化分類所獲得的物料中，廢金屬可以直接出售給廢舊金屬回收單位，其余物料的利用則需要進一步加工處理才能獲得品質更高的資源化產品。骨料經清洗、破碎等處理后可用于制磚或作路基材料等。廢塑料經清洗處理后可用于制造垃圾衍生燃料（RDF）[12]，也可直接用作新鮮垃圾焚燒輔助燃料或氣化焚燒發(fā)電原料。由于廢塑料的焚燒易產生二惡英等致癌污染物，在其焚燒系統(tǒng)中應配置相應的煙氣治理設備設施，控制和削減煙氣中污染物含量，以保證焚燒煙氣達標排放。垃圾腐殖土可直接用作園林、山林綠化肥料[13]，或作為制作緩蝕磚肥、陶粒建材等的原料。垃圾腐殖土中的重金屬等污染物是其利用途徑拓展的瓶頸，可以考慮將腐殖土進行建材化利用，是既避免重金屬二次污染又易于快速實現其資源化利用的重要手段。

陳腐垃圾資源化處理及利用始于對非正規(guī)垃圾填埋場的治理。非正規(guī)垃圾填埋場與正規(guī)垃圾填埋場陳腐垃圾組成相近，但非正規(guī)垃圾填埋場有機物含量更低，同時垃圾分布不均勻，建筑渣土與生活垃圾混合填埋現象普遍[10]。目前，陳腐垃圾的資源化分類處理已在少數國內企業(yè)實現了工程化應用。

2.2 二次污染的防控

垃圾填埋過程中及封場管理階段均會產生大量滲濾液和填埋氣[14]，控制好這兩項主要污染物，就能控制好垃圾填埋場及陳腐垃圾開采中的二次污染。目前，生活垃圾填埋場滲濾液處理以及填埋氣體的控制仍是我國城市生活垃圾填埋場運行管理的難點和薄弱環(huán)節(jié)。

2.2.1 垃圾填埋氣控制

垃圾填埋氣直接排放進入大氣環(huán)境，不僅污染環(huán)境，造成安全隱患，而且危害周圍人群健康。目前，我國填埋氣利用方式主要為燃燒發(fā)電，但大多城市生活垃圾填埋場直接采用火炬燃燒的方式處理填埋氣。正規(guī)生活垃圾衛(wèi)生填埋場均設計有填埋氣導排和收集系統(tǒng)，利于填埋氣的收集利用。據統(tǒng)計，截至2012年底，我國建成并投運的填埋氣體發(fā)電廠約有50座，發(fā)電裝機容量達100 MW[7]。

當垃圾體達到礦化穩(wěn)定化程度后，開采陳腐垃圾前應取樣檢測陳腐垃圾釋放填埋氣量的情況，取樣應分網格布點、分層取樣。若垃圾體釋放填埋氣量較大，開采時將會威脅人體健康和施工安全，則需在垃圾體內布設填埋氣收集管道對填埋氣進行抽吸收集處理，盡量排出殘留于垃圾體中的填埋氣；若垃圾體釋放填埋氣量較小，開采時不會威脅人體健康和施工安全，則只需在垃圾體內布設一些管道，對垃圾體進行曝氣排出其中填埋氣即可。

2.2.2 垃圾滲濾液處理

垃圾滲濾液處理是填埋場運營管理的難點之一，無論是填埋場運行中或封場后，都會陸續(xù)產生一定量的垃圾滲濾液，垃圾滲濾液污染物濃度高，污染成分復雜，處理難度較高，典型處理工藝組合如“預處理+生物處理+膜分離（NF+RO）”、“低能耗機械壓縮蒸發(fā)（MVC）+離子交換（DI）”等工藝已有一些應用[14]。

陳腐垃圾開采時，對于正規(guī)衛(wèi)生填埋場的滲濾液，直接排入場內垃圾滲濾液處理設施進行處理后達標排放即可；對于非正規(guī)垃圾填埋場，若出現場底或其他位置有滲濾液集聚情況，需設管道將滲濾液抽出后送入滲濾液處理設施或設備進行處理后達標排放。

3 城市生活垃圾填埋處置及資源化利用循環(huán)經濟產業(yè)模式的優(yōu)勢

城市生活垃圾填埋處置及資源化利用的循環(huán)經濟產業(yè)模式，可使填埋場的功能由單純的貯存、消化垃圾轉變?yōu)槔幚砗唾Y源化利用的工廠，此種模式可以使垃圾的資源化利用價值最大化。該模式與填埋、焚燒、堆肥等[15]工藝特點的對比如表1所示。

由表1可看出，城市生活垃圾填埋處置及資源化利用循環(huán)經濟產業(yè)模式與當前主要的生活垃圾處理處置工藝相比，具有較為明顯的優(yōu)勢。以下案例可進一步具體化該模式的經濟優(yōu)勢。

如某城市日產垃圾1 800 t，若在離該城市某一距離處建設垃圾焚燒廠或者建設垃圾填埋場處理其生活垃圾，可粗略估算焚燒、常規(guī)填埋和垃圾填埋循環(huán)經濟模式的經濟效益。

（1）垃圾焚燒廠。建一座處理能力為1 800 t/d的垃圾焚燒發(fā)電廠，項目建設一次性投資約需8億元（不同地區(qū)地價差異明顯），垃圾焚燒工藝處理成本約200元/t，政府垃圾處理費補貼約100元/t，發(fā)電經濟效益約200元/t。若項目連續(xù)運行30年，則30年期焚燒項目經濟效益=（100+200-200）×1 800×365×30× 800 000 000≈11.7億元。

（2）常規(guī)垃圾填埋場。建一座處理能力為1 800 t/d的生活垃圾填埋場，若單一填埋場可滿足運行15年之需，若按30年期計，則需在第16年再建第二個同規(guī)模填埋場，相當于建兩個同樣的填埋場。兩個填埋場項目建設一次性投資約4億元，垃圾填埋處理成本約40元/t，政府垃圾處理費補貼100元/t。則30年期填埋項目經濟效益=（100-40）×1 800×365×30×400 000 000≈7.8億元。

（3）垃圾填埋循環(huán)經濟模式。建一座處理能力為1 800 t/d的生活垃圾填埋場，若單一填埋場可滿足運行15年之需，若按30年期計，則需在第16年再建第二個同規(guī)模填埋場，以輪換使用填埋場地。兩個填埋場項目建設一次性投資約4億元，垃圾填埋處理工藝處理成本約40元/t，政府垃圾處理費補貼100元/t。30年內的垃圾處理量=1 800×365×30=1 971萬t，若覆土按20%計，則垃圾填埋體約2 365萬t，若垃圾填埋體含水率按60%計，垃圾礦化后含水率約為45%計，則礦化后垃圾填埋體約為2 010萬t，陳腐垃圾治理費用政府補貼約100元/t，治理成本約50元/t，將垃圾填埋體進行資源化處理和利用產生的經濟效益約為100元/t。若30年內只有1個填埋場完成循環(huán)模式，則30年期填埋循環(huán)模式經濟效益=（100-40）×1 800×365× 30+（100+100-50）×20 100 000÷2-400 000 000≈22.9億元。

由上可知，填埋循環(huán)經濟產業(yè)模式經濟效益顯著，相比之下優(yōu)勢明顯，投資回收快；焚燒項目投資回收慢，且后續(xù)危險廢物（焚燒飛灰）處理處置費用高昂；常規(guī)填埋則不斷占用更多的土地。長期來看，生活垃圾衛(wèi)生填埋仍是經濟上較為合理的生活垃圾處理處置方式，若城市生活垃圾填埋處置及資源化利用的循環(huán)經濟產業(yè)模式能夠獲得大力推進，我國的生活垃圾處理處置發(fā)展將進入新紀元。

表1 填埋循環(huán)經濟模式與各工藝主要特點對比

4 結論及建議

城市生活垃圾填埋處置及資源化利用的循環(huán)經濟產業(yè)模式是一種立足于高效利用土地和實現垃圾高效資源化利用的模式，使垃圾填埋技術的發(fā)展有了新的突破口，可以使填埋工藝實現閉路循環(huán)，從而凸顯填埋工藝相較于焚燒和堆肥工藝的優(yōu)勢。該模式將成為我國垃圾填埋工藝未來發(fā)展的方向。但是，該模式的推廣應用尚處于萌芽階段，尚有以下難題有待解決。

（1）垃圾填埋體礦化穩(wěn)定化的判定條件尚需進行系統(tǒng)化研究，是否滿足判定條件是填埋場開采利用的前提。

（2）研發(fā)適用于特定不利條件下的陳腐垃圾分選的技術和設備，如含填埋氣量較高的垃圾、含水率偏高的陳腐垃圾、大件垃圾較多的陳腐垃圾等的分選技術和設備。

（3）急需研發(fā)地下水埋深較淺區(qū)域非正規(guī)垃圾填埋場治理的技術和裝備。

（4）急需研發(fā)出能充分利用廢塑料價值，又不會對環(huán)境造成二次污染的技術。

（5）垃圾腐殖土中含有重金屬，對其應用途徑的拓展形成制約，需進一步拓寬直接應用垃圾腐殖土的領域，同時，研發(fā)脫除垃圾腐殖土中重金屬的技術和裝備也至關重要。

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全國工業(yè)固體廢物綜合利用基地建設試點工作會在金昌召開

為深入推進工業(yè)固體廢物綜合利用基地建設試點工作，總結試點工作經驗，研究討論工業(yè)固廢資源綜合利用工作思路，2014年11月27—28日，工業(yè)和信息化部節(jié)能與綜合利用司在甘肅省金昌市組織召開全國工業(yè)固體廢物綜合利用基地建設試點工作會。有關省市工業(yè)和信息化主管部門負責同志，工業(yè)固體廢物綜合利用基地建設試點所在地工業(yè)和信息化主管部門負責同志，有關協(xié)會、企業(yè)代表及專家參加會議。

會上，國務院發(fā)展研究中心等單位的專家就資源綜合利用國家宏觀政策、相關技術、有關法規(guī)等方面做了專題報告，承德、朔州、鄂爾多斯、本溪、豐城、招遠、平頂山、河池、攀枝花、貴陽、個舊、金昌等基地分別介紹了基地建設情況，深入交流了基地建設經驗及存在的問題，提出了下一步工作措施。與會省市工業(yè)和信息化部門負責同志介紹了本省推進工業(yè)固廢資源綜合利用工作的做法、下一步思路和工作建議，與會代表就今后一個時期推進工業(yè)資源綜合利用工作進行了深入討論。工業(yè)和信息化部節(jié)能與綜合利用司黃建忠副巡視員做了總結講話，全面總結了工業(yè)固廢綜合利用基地試點工作，提出未來及“十三五”工業(yè)固廢資源綜合利用工作的基本考慮，明確了工作要求。

在會上，金昌集團公司與北京神霧集團公司簽訂了“銅尾渣綜合利用項目合作開發(fā)協(xié)議”，該項目采用神霧集團具有自主知識產權的蓄熱式轉底爐直接還原新工藝，項目的投產將大幅減少金川集團銅尾渣堆積問題，將對我國工業(yè)固體廢物的高效綜合利用起到重要的示范作用。會議還組織參觀了金川科技館、金川循環(huán)經濟展館，現場考察了金昌集團110萬t銅渣選礦及10萬t無機纖維等資源綜合利用項目。

Circular economy industrial pattern on disposal and resource utilization of municipal solid waste sanitary landfill

XIE Liqiang1,SHANG Guangxu2,LU Wenjing3,LIU Yanjun3
（1.Beijing Runnuosen Environmental Engineering Limited Company,Beijing 100071,China; 2.China Association of Environmental Protection Industry,Beijing 100037,China; 3.Tsinghua University School of Environment,Beijing 100084,China）

This paper proposed the circular economy industrial pattern on disposal and resource utilization and sanitary landfill of municipal solid waste,analyzed and discussed the implementation key points and resource advantages of this pattern.Then the case estimation was made to highlight the investment advantages of this pattern.Finally the development suggestions on industrial application of the pattern were put forward.

municipal solid waste;landfill;resource utilization;circular economy;industrial pattern

X799

A

1674-0912（2014）12-0011-05

2014－11－05）

環(huán)保公益性行業(yè)科研專項——固體廢物處置設施環(huán)境安全評價技術研究（201209022）

謝立強（1972-），男，寧夏中衛(wèi)人，大專學歷，工程師，專業(yè)方向：固廢處理與綜合利用，特別是城市生活垃圾處理及陳腐垃圾處理與綜合利用。