生活垃圾衛(wèi)生填埋場(chǎng)庫區(qū)循環(huán)利用技術(shù)研究

宮渤海，于銘，徐家英，宋霽，畢延霞，姜震，高偉杰，龐立習(xí)，黃修國

（1.青島市環(huán)境衛(wèi)生科研所，山東青島266071；2.青島市市容環(huán)境衛(wèi)生管理中心，山東青島266071；3.青島市固體廢棄物處置有限公司，山東青島266071）

生活垃圾衛(wèi)生填埋場(chǎng)庫區(qū)循環(huán)利用技術(shù)研究

宮渤海1，于銘1，徐家英1，宋霽2，畢延霞3，姜震1，高偉杰3，龐立習(xí)1，黃修國1

（1.青島市環(huán)境衛(wèi)生科研所，山東青島266071；2.青島市市容環(huán)境衛(wèi)生管理中心，山東青島266071；3.青島市固體廢棄物處置有限公司，山東青島266071）

針對(duì)不同填埋年限的垃圾特性進(jìn)行了研究，并通過對(duì)2007—2010年各年度填埋的垃圾開挖和堆肥，研究其特性變化情況；同時(shí)通過對(duì)當(dāng)日進(jìn)場(chǎng)垃圾進(jìn)行模擬填埋實(shí)驗(yàn)，研究其特性變化；總結(jié)可行的生活垃圾衛(wèi)生填埋場(chǎng)庫區(qū)循環(huán)利用技術(shù)。

生活垃圾；衛(wèi)生填埋場(chǎng)；循環(huán)利用

穩(wěn)定化的城市垃圾填埋場(chǎng)庫區(qū)具有2項(xiàng)重要的資源可供利用，一是寶貴的土地資源，二是已穩(wěn)定的礦化垃圾，這2者都有很好的開發(fā)利用前景。在此基礎(chǔ)上，國內(nèi)外一些國家開始探索對(duì)封場(chǎng)時(shí)間較長的填埋場(chǎng)內(nèi)已穩(wěn)定垃圾進(jìn)行開挖后，再用篩分設(shè)備進(jìn)行分選，從中獲取礦化垃圾、可回收利用資源等。對(duì)騰空的場(chǎng)地重新規(guī)劃建設(shè)填埋場(chǎng)或改作其它用途，由此發(fā)展的相關(guān)技術(shù)即舊填埋場(chǎng)開采及場(chǎng)地復(fù)用技術(shù)［1-13］。

填埋場(chǎng)開采復(fù)用技術(shù)的實(shí)踐起始于20世紀(jì)50年代的以色列特拉維夫市垃圾填埋場(chǎng)。20世紀(jì)80年代美國和歐洲一些國家陸續(xù)開展了垃圾填埋場(chǎng)開采工作。國內(nèi)上海、深圳等地個(gè)別垃圾填埋場(chǎng)在此方面做了一些嘗試。

國內(nèi)城市普遍面臨填埋場(chǎng)庫容資源緊張、新建項(xiàng)目選址困難的局面，因此，充分挖掘現(xiàn)有填埋場(chǎng)的潛力，探索填埋場(chǎng)庫容的循環(huán)利用，延長填埋場(chǎng)的生命周期，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義和內(nèi)在需求。筆者以青島市小澗西垃圾填埋場(chǎng)為具體研究對(duì)象，開展垃圾填埋場(chǎng)填埋庫區(qū)循環(huán)利用技術(shù)研究，結(jié)合現(xiàn)有填埋庫區(qū)的使用情況，提出循環(huán)利用現(xiàn)有填埋庫區(qū)資源的途徑和方法，并開展現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

1 試驗(yàn)場(chǎng)地

青島市小澗西生活垃圾衛(wèi)生填埋場(chǎng)（以下簡稱小澗西垃圾填埋場(chǎng)），擔(dān)負(fù)處理青島市區(qū)的全部生活垃圾，該填埋場(chǎng)于2002年建成并投入使用，一期填埋庫區(qū)庫容約7.10×106m3，目前已接近飽和；規(guī)劃建設(shè)的二期填埋區(qū)庫容約7.15×106m3，除一二期填埋庫區(qū)外，該場(chǎng)址已無填埋場(chǎng)擴(kuò)容空間。

2 衛(wèi)生填埋場(chǎng)填埋庫區(qū)垃圾開挖試驗(yàn)

2.1 采樣方法

以小澗西生活垃圾填埋場(chǎng)作為樣品的采樣對(duì)象，按照生活垃圾填埋時(shí)間的長短以及填埋場(chǎng)填埋作業(yè)資料，分別采集已經(jīng)填埋1、2、3、4 a的生活垃圾。每個(gè)填埋點(diǎn)使用挖掘機(jī)將表面覆蓋土挖開，采集相應(yīng)填埋年限的生活垃圾，每個(gè)采樣點(diǎn)至少采集100 kg垃圾。

2.2 樣品的制備與分析方法

垃圾樣品混勻4等分，縮分3次，取100 kg，并做好現(xiàn)場(chǎng)采樣記錄。樣品的分析根據(jù)GB/T 213—2008煤的發(fā)熱量測(cè)定方法和CJ/T 313—2009生活垃圾采樣和分析方法的有關(guān)內(nèi)容進(jìn)行，具體分析方法如表1所示。

表1 垃圾樣品分析方法

2.3 分析結(jié)果

對(duì)各年份的填埋垃圾開挖進(jìn)行分析后，與當(dāng)年原始填埋生活垃圾分析記錄對(duì)比，如表2～5所示。

表2 2007年填埋原始垃圾與現(xiàn)狀垃圾物理特性比較

表3 2008年填埋原始垃圾與現(xiàn)狀垃圾物理特性比較

表4 2009年填埋原始垃圾與現(xiàn)狀垃圾物理特性比較

表5 2010年填埋原始垃圾與現(xiàn)狀垃圾物理特性比較

可以看出，垃圾經(jīng)過一定時(shí)間的填埋后，其特性與當(dāng)年填埋的原始垃圾相比變化較顯著，其中有機(jī)物明顯減少，熱值明顯提高，垃圾成分中無機(jī)物和塑膠類的含量明顯升高。

2.4 分析結(jié)論

1）開挖垃圾和填埋原始垃圾物理垃圾成分相比較，有機(jī)物降解很快，填埋3 a和4 a的生活垃圾有機(jī)物難以分出，含量基本為0。

2）開挖垃圾和填埋原始垃圾物理特性相比較，變化顯著，熱值明顯加大，垃圾成分中無機(jī)物和塑膠類的含量明顯升高。

3）不同填埋年限的開挖垃圾特性，變化規(guī)律一致。

4）開挖垃圾特性顯示，垃圾的含水率、熱值和密度的變化不僅和填埋年限有關(guān)，還和當(dāng)年填埋的原始垃圾的特性、填埋場(chǎng)填埋狀態(tài)有關(guān)。

5）現(xiàn)場(chǎng)開挖有污水，現(xiàn)場(chǎng)有臭味，現(xiàn)場(chǎng)污染要進(jìn)行控制。

3 庫區(qū)循環(huán)堆肥試驗(yàn)

3.1 開挖垃圾堆肥試驗(yàn)方案

在填埋場(chǎng)將已填埋1、2、3、4 a的生活垃圾開挖，簡單控水后的垃圾平均分成2部分，送往堆肥廠一部分進(jìn)行靜止堆肥，另一部分進(jìn)行氧-溫度聯(lián)合控制動(dòng)態(tài)好氧堆肥。

3.1.1 靜態(tài)發(fā)酵

將垃圾堆成條堆，每年的垃圾堆成1堆，共4個(gè)條堆，標(biāo)記標(biāo)識(shí)。堆肥條堆采用三角條垛形式，單個(gè)條堆底底寬4.0m，高2.0m，長10m，體積40m3。

3.1.2 氧—溫度聯(lián)合控制動(dòng)態(tài)發(fā)酵

將2007年和2009年填埋的生活垃圾進(jìn)行好氧堆肥實(shí)驗(yàn)，堆成條堆標(biāo)記標(biāo)識(shí)，強(qiáng)制通風(fēng)，發(fā)酵過程為氧—溫度聯(lián)合控制，發(fā)酵中間過程監(jiān)測(cè)溫度。

堆肥條堆采用三角條垛形式，單個(gè)條堆底寬4.0 m，高2.0 m，長10 m，體積40 m3，管道為HDPE管道，按一定間距分布通風(fēng)孔，實(shí)驗(yàn)中風(fēng)機(jī)的起停通過氧含量在線檢測(cè)自動(dòng)控制。

3.1.3 堆肥后篩分

試驗(yàn)進(jìn)行到60 d時(shí)，進(jìn)行粒徑篩分，篩孔粒徑設(shè)計(jì)為60、40、10 mm，數(shù)據(jù)分5組展示：堆肥后混合垃圾、60 mm以上的垃圾分析、60～40 mm的垃圾分析、40～10mm以及10mm以下的垃圾分析。

3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.2.1 堆肥過程中不同填埋年限的生活垃圾含水率變化

開挖出不同填埋年限的生活垃圾進(jìn)行靜態(tài)堆肥，自然好氧發(fā)酵，監(jiān)測(cè)發(fā)酵過程中的含水率，其變化曲線如圖1。從圖1可以看出，不同填埋年限的生活垃圾雖然含水率不同，但是變化的趨勢(shì)都呈明顯下降。到堆肥到30 d時(shí)，2009和2010年填埋的生活垃圾都在34%左右，與堆肥初期的含水率相差不大，是由于發(fā)酵過程中產(chǎn)生水分，但堆肥60 d時(shí)，含水率大幅度下降。2007和2008年填埋的生活垃圾含水率逐漸下降，到30 d發(fā)酵期含水率就降到30%以下，到60 d堆肥結(jié)束時(shí)，含水率降到15.67%和12.11%。

圖1 靜態(tài)堆肥過程中垃圾含水率變化曲線

將開挖的2009年和2007年生活垃圾進(jìn)行溫度—氧控堆肥，監(jiān)測(cè)發(fā)酵過程中的含水率，其變化曲線如圖2。

圖2 填埋垃圾靜態(tài)和溫度—氧控堆肥過程中含水率變化比較

從堆肥過程中的含水率變化來看，溫度-氧控堆肥可以較快地降低堆肥垃圾的含水率，提高垃圾的可燃性。而且填埋時(shí)間長的生活垃圾堆肥含水率明顯低于填埋時(shí)間短的生活垃圾，更適于垃圾燃燒。

3.2.2 堆肥過程中溫度的變化

開挖出不同填埋年限的生活垃圾進(jìn)行靜態(tài)堆肥，自然好氧發(fā)酵，監(jiān)測(cè)發(fā)酵過程中的溫度，其變化曲線見圖3。

圖3 不同填埋時(shí)間的垃圾靜止堆肥發(fā)酵溫度變化

從圖3可以看出2007年和2008年填埋的生活垃圾發(fā)酵溫度變化不大，可能是由于這2份填埋垃圾有機(jī)物含量很低，發(fā)酵過程進(jìn)行很慢，變化不大。但2009年和2010年填埋的生活垃圾升溫較快，2010填埋的生活垃圾發(fā)酵溫度平穩(wěn)上升，到60 d發(fā)酵期結(jié)束，發(fā)酵溫度仍然較高，說明發(fā)酵過程仍在進(jìn)行。

從堆肥過程中的溫度變化來看，溫度—氧控堆肥可以較快地提高堆肥垃圾的發(fā)酵溫度，而且高溫維持時(shí)間長，使垃圾發(fā)酵更完全。而且填埋時(shí)間長的生活垃圾堆肥溫度明顯低于填埋時(shí)間短的生活垃圾，是因?yàn)樘盥駮r(shí)間長的生活垃圾有機(jī)物含量很低，發(fā)酵很難進(jìn)行，更容易趨向穩(wěn)定化，見圖4。

圖4 填埋垃圾靜態(tài)和溫度—氧控堆肥過程中溫度變化比較

3.2.3 不同填埋年限的開挖垃圾堆肥篩分后熱值的比較

將開挖的生活垃圾進(jìn)行靜止堆肥和溫度—氧控堆肥后，使用10、40、60 mm的手工分選篩對(duì)樣品進(jìn)行篩分，來比較不同篩分孔徑下不同填埋年限生活垃圾的濕基低位熱值變化。

1）不同填埋年限的開挖垃圾靜止堆肥濕基低位熱值比較。

如圖5所示，混合垃圾的熱值，填埋時(shí)間越早，相應(yīng)熱值越低，填埋時(shí)間越晚，反而熱值越高。60 mm孔徑以上的生活垃圾熱值變化和混合垃圾熱值變化一致，40～60 mm孔徑的生活垃圾中2007年填埋的生活垃圾熱值最高，10～40 mm孔徑的生活垃圾變化趨勢(shì)也是和混合垃圾一致。

2）不同填埋年限的開挖垃圾靜止—氧控堆肥垃圾低位熱值比較。

將開挖的生活垃圾進(jìn)行靜止堆肥和溫度—氧控堆肥后，使用10、40、60 mm的手工分選篩對(duì)樣品進(jìn)行篩分，來比較不同篩分孔徑下不同填埋年限生活垃圾的濕基低位熱值變化。如圖6所示，2009年填埋垃圾的溫度—氧控堆肥可以明顯的提高各孔徑篩分垃圾的熱值，2007的填埋垃圾也有提高，但不如2009年的顯著。堆肥后垃圾的熱值變化不僅取決于堆肥過程，也取決于填埋原始垃圾的特性。

圖5 不同填埋年限垃圾靜止堆肥濕基低位熱值比較

圖6 靜止—氧控堆肥垃圾低位熱值比較

3.3 分析結(jié)論

1）靜止和溫度—氧控堆肥比較實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，溫度—氧控堆肥可以較快地降低堆肥垃圾的含水率，提高垃圾的可燃性。而且溫度—氧控堆肥可以較快地提高堆肥垃圾的發(fā)酵溫度，高溫維持時(shí)間長，使垃圾發(fā)酵更完全。

2）堆肥后垃圾篩分試驗(yàn)結(jié)果表明，2010年填埋的垃圾，60 mm孔徑以上的生活垃圾濕基低位熱值最大。2009年的填埋垃圾，60 mm孔徑以上的垃圾熱值較高。2008年的填埋垃圾，60 mm孔徑以上以及40～60 mm孔徑的垃圾熱值較高。2007年填埋垃圾，40～60 mm孔徑垃圾熱值最高。

4 結(jié)論和建議

1）垃圾經(jīng)過一定時(shí)間的填埋后，其特性與當(dāng)年填埋的原始垃圾相比較變化顯著，其中有機(jī)物明顯減少，熱值明顯提高，垃圾成分中無機(jī)物和塑膠類的含量明顯升高。

2）實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，開挖垃圾的含水率、熱值和密度的變化不僅和填埋年限有關(guān)，還和當(dāng)年填埋的原始垃圾的特性、填埋場(chǎng)填埋狀態(tài)有關(guān)。

3）溫度—氧控堆肥可以較快地降低堆肥過程中垃圾的含水率，提高發(fā)酵溫度，提高堆肥效率，提高垃圾的可燃性。

4）篩分實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，通過合適的篩分孔徑，可以將發(fā)酵好的細(xì)土和熱值高的生活垃圾篩分開來，進(jìn)行不同的資源化利用。

5）整個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在青島市小澗西垃圾填埋場(chǎng)進(jìn)行填埋垃圾的重復(fù)利用理論依據(jù)可行，堆肥篩分技術(shù)可行。

6）建議對(duì)庫區(qū)循環(huán)利用過程的物料平衡和經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)進(jìn)行進(jìn)一步研究，并綜合考慮實(shí)施庫區(qū)循環(huán)利用對(duì)于已采用的沼氣發(fā)電項(xiàng)目的影響，研究具體實(shí)施方案。

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Recycling Technology Used in Municipal Solid Waste Sanitary Landfill Site

Gong Bohai1，Yu Ming1，Xu Jiaying1，Song Ji2，Bi Yanxia3，Jing Zhen1，Gao Weijie3，Pang Lixi1，Huang Xiuguo1
（1.Qingdao Institute of Environmental Sanitation，QingdaoShandong266071；2.Qingdao Appearances and Environmental Sanitation Management Center，QingdaoShandong266071；3.Qingdao Solid Waste Treatment Co.Ltd.，Qingdao Shandong266071）

We studied the wastes characteristics of different landfill years.The characteristics changes of municipal solid waste from 2007 to 2010 were studied through excavating and composting.At the same time，the simulated landfill experiment wascarried out to study the characteristic changesofthe day waste.The feasible recycling technology of the municipal solid waste sanitary landfill reservoir wassummarized.

municipal solid waste；sanitary landfill；recycling

X705

A

1005-8206（2017）03-0038-04

宮渤海（1972—），高級(jí)工程師，長期從事環(huán)衛(wèi)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)劃編制、課題研究、工程管理等工作。

2016-01-08