生活垃圾填埋場開采篩分處置技術(shù)研究
——以臥旗山垃圾填埋場為例

葛恩燕，胡 超

（1.浙江省城市化發(fā)展研究中心，浙江 杭州310000；2.寧波市生活垃圾分類指導(dǎo)中心，浙江 寧波315000）

1 引言

填埋作為城市生活垃圾處置的最重要手段之一，有效地解決了城市固體廢物的排放問題，為城市建設(shè)和發(fā)展作出了重要貢獻(xiàn)。但隨著城市化進(jìn)程加快、人口增加，垃圾產(chǎn)生量也逐漸增大，達(dá)到每年數(shù)億噸的規(guī)模［1］。而隨著城市區(qū)域的逐步擴(kuò)大，許多原本位于城郊的垃圾填埋場已成為城市邊緣甚至是城市的中心，“垃圾圍城”等現(xiàn)象嚴(yán)重影響了城鄉(xiāng)人居環(huán)境［2］。目前，仍有諸多生活垃圾以簡易填埋的方式進(jìn)行處理，如在城區(qū)周邊選擇地層防滲條件稍好的區(qū)域進(jìn)行垃圾堆放［3］。簡易填埋方式一般缺少規(guī)范的底部防滲系統(tǒng)和氣體導(dǎo)排措施，遠(yuǎn)未達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范要求，極易對周圍水體、大氣及土壤環(huán)境產(chǎn)生二次污染和安全隱患［4］，增加周邊居民的健康風(fēng)險(xiǎn)［5］。如浙江省2020 年已實(shí)現(xiàn)生活垃圾“零填埋”，經(jīng)初步估計(jì)，浙江省約有90 座已退役城市生活垃圾填埋場，共積存超過1.0×108t 的生活垃圾，如何快速降解和處置存量垃圾，減少其對周邊環(huán)境影響，釋放土地利用空間成為了亟待解決的難題。

2011 年，國務(wù)院印發(fā)的《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)城市生活垃圾處理工作意見的通知》中明確指出要開展生活垃圾填埋場所存量垃圾的生態(tài)修復(fù)工作，制定治理計(jì)劃并限期進(jìn)行清理與改造，為此采用適宜的技術(shù)對填埋場進(jìn)行科學(xué)、有效的治理，也進(jìn)一步被提上了日程。開采篩分技術(shù)作為一種有效的治理技術(shù)，因其可以徹底清除垃圾、消除污染源、騰出可利用土地，且能實(shí)現(xiàn)填埋垃圾的資源化而備受關(guān)注。本研究針對生活垃圾填埋場治理技術(shù)進(jìn)行概述及工藝比選，對開采篩分處置技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢及適用范圍進(jìn)行分析，并結(jié)合應(yīng)用實(shí)例對開采篩分處置技術(shù)的可行性和有效性進(jìn)行論述。

2 垃圾填埋場治理技術(shù)

目前，常見的生活垃圾填埋場治理技術(shù)主要有原位封場技術(shù)、整體搬遷減量技術(shù)、好氧穩(wěn)定化技術(shù)及開采篩分技術(shù)。治理技術(shù)的選擇通常根據(jù)場地污染源特征、污染現(xiàn)狀、污染擴(kuò)散途徑、污染控制要求、危害風(fēng)險(xiǎn)、治理目標(biāo)、經(jīng)濟(jì)及社會效益、資金籌措等情況而定。

2.1 原位封場技術(shù)

原位封場治理技術(shù)是在原有填埋場上，對垃圾堆體進(jìn)行整形，修建坡面平臺，做好污染防滲、雨水阻隔、滲濾液和填埋氣導(dǎo)排系統(tǒng)，最后進(jìn)行垃圾堆體覆蓋和植被恢復(fù)工作，消除堆體安全隱患，減少對周邊環(huán)境的污染［6］。原位封場技術(shù)具有施工周期可控、操作與管理簡便等優(yōu)勢，但其穩(wěn)定化時(shí)間長，對環(huán)境存在長期影響，且無法實(shí)現(xiàn)場地開發(fā)再利用。該技術(shù)適用于規(guī)模較大、具備封場條件的填埋場。

2.2 整體搬遷減量技術(shù)

整體搬遷減量技術(shù)是指將填埋場的陳腐垃圾整體挖出，搬運(yùn)至新建填埋場、其他正規(guī)填埋場或焚燒發(fā)電廠進(jìn)行規(guī)范化處置的技術(shù)［7］。整體搬遷減量技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是對垃圾填埋物污染危害治理較為徹底，實(shí)現(xiàn)場地開發(fā)再利用；缺點(diǎn)是沒有考慮垃圾的資源化利用，治理和處置成本較高，且開挖過程中易產(chǎn)生二次污染。該技術(shù)適用于附近有正規(guī)垃圾處理廠且運(yùn)輸距離適當(dāng)、接納處置費(fèi)用合理，尤其適用于規(guī)模較小的垃圾填埋場。

2.3 好氧穩(wěn)定化技術(shù)

好氧穩(wěn)定化技術(shù)是通過設(shè)置注氣井、注液井及抽氣井等，向堆體內(nèi)注入空氣，排出二氧化碳等氣體，使堆體中有機(jī)物在適宜條件下發(fā)生好氧降解反應(yīng)，從而使堆體快速達(dá)到穩(wěn)定化狀態(tài)，消除對環(huán)境的污染風(fēng)險(xiǎn)［8］。好氧穩(wěn)定化技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是有機(jī)物好氧降解后惡臭氣體減少和爆炸風(fēng)險(xiǎn)降低，并顯著縮短堆體穩(wěn)定化時(shí)間；缺點(diǎn)是污染治理不徹底，治理工程費(fèi)用較高。該技術(shù)適用于規(guī)模較大，與居民區(qū)、環(huán)境敏感區(qū)距離較遠(yuǎn)的填埋場。

2.4 開采篩分技術(shù)

開采篩分技術(shù)是借助篩分系統(tǒng)，將從填埋場挖出的陳腐垃圾按照粒徑、密度、形狀等性狀差異進(jìn)行分離，之后根據(jù)篩分得到的不同成分物料的性質(zhì)分別進(jìn)行資源化再利用［9］。開采篩分技術(shù)可實(shí)現(xiàn)填埋場垃圾的減量化，消除垃圾填埋場對周邊地表環(huán)境及地下水的污染風(fēng)險(xiǎn)，恢復(fù)生態(tài)環(huán)境，且能實(shí)現(xiàn)土地的開發(fā)再利用。

2.5 治理技術(shù)綜合比選

綜上所述，通過對比以上4 種治理技術(shù)可知：原位封場技術(shù)、整體搬遷減量技術(shù)和好氧穩(wěn)定化技術(shù)均無法同時(shí)實(shí)現(xiàn)場地開發(fā)再利用及陳腐垃圾資源化利用的目標(biāo)；而垃圾開采篩分技術(shù)具有減量化、無害化及資源化的優(yōu)勢，治理效果較徹底，在有效控制臭氣及土壤、地下水污染的同時(shí)，還能發(fā)揮填埋垃圾的剩余價(jià)值，實(shí)現(xiàn)垃圾的減量化和資源化利用，徹底消除填埋場地的污染源，加速周邊生態(tài)環(huán)境的恢復(fù)，且能快速盤活土地，滿足規(guī)劃用地需求。

3 開采篩分技術(shù)

3.1 國內(nèi)外開采篩分技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

從20 世紀(jì)90 年代開始，美國佛羅里達(dá)Naples填埋場，紐約Edinburg 填埋場、Frey Farm 填埋場，以色列特拉維夫市赫利亞生活垃圾填埋場等就成功進(jìn)行了開采修復(fù)運(yùn)行［10］。美國Edinburg 小鎮(zhèn)的填埋場啟用于1969年，主要接收鎮(zhèn)內(nèi)的生活垃圾，關(guān)閉于1991年，共占地2.02 hm2，是無防滲的垃圾填埋場。1989 年，紐約州議會指導(dǎo)能源局啟動一個(gè)研究項(xiàng)目來評估填埋垃圾回收的可行性，選取Edinburg 小鎮(zhèn)的填埋場中0.405 hm2進(jìn)行篩分并作為填埋垃圾回收利用示范項(xiàng)目，在垃圾開挖期間，進(jìn)行持續(xù)的環(huán)境監(jiān)測，主要指標(biāo)均在可控范圍，并定期監(jiān)測臭氣，沒有發(fā)現(xiàn)臭氣逸散到工作區(qū)外的現(xiàn)象［11］。

我國由于開采篩分技術(shù)儲備與推廣、政策扶持、機(jī)制引導(dǎo)相對不成熟，在陳腐垃圾理化性質(zhì)分析、開采篩分技術(shù)、資源化綜合利用等方面仍在持續(xù)完善中［12］。近年來，少量填埋場積極探索開采篩分處置方式，如北京市對大興區(qū)一簡易垃圾填埋場進(jìn)行開采篩分處理，總垃圾量8.8×105m3，總投資約4.69 億元，綜合處理單價(jià)約為532 元，有效解決填埋場臭氣擾民、污染環(huán)境，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了無害化前提下的陳腐垃圾資源化利用［13］。另外，采用開采篩分處置技術(shù)的還有保定市某填埋場、貴州市某簡易填埋場、浙江溫州臥旗山填埋場等。

3.2 開采篩分技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢

開采篩分技術(shù)可有效治理土壤、地下水污染，改善周邊生態(tài)環(huán)境，大幅削減存量垃圾體積，有效解決各地填埋場庫容緊張難題，釋放土地利用空間，具有良好的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會效益；同時(shí)，根據(jù)不同物料的性質(zhì)差異，綜合利用多級變徑、風(fēng)壓風(fēng)速可調(diào)的多級高效篩分系統(tǒng)，可有效分離混合物料，各類篩分產(chǎn)物依據(jù)特性可采用不同的方式進(jìn)行資源化利用，實(shí)現(xiàn)變廢為寶。

3.3 開采篩分技術(shù)適用范圍

開采篩分技術(shù)可較為徹底地實(shí)現(xiàn)污染治理，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)場地的再開發(fā)利用。該技術(shù)使用范圍較廣，主要適用于填埋年限較長、垃圾中的纖維素和半纖維素類物質(zhì)基本降解完成的填埋場。此外，該技術(shù)還要求篩分分離后的各物料具備實(shí)現(xiàn)資源化利用的途徑，且在開采過程中必須做好二次污染防治措施。

4 垃圾填埋場開采篩分處置技術(shù)應(yīng)用案例

目前，我國垃圾填埋場治理技術(shù)發(fā)展迅速，針對不同填埋場的治理技術(shù)適用性研究均有應(yīng)用報(bào)道。本研究主要闡述垃圾填埋場開采篩分技術(shù)應(yīng)用案例。溫州市臥旗山垃圾填埋場位于鹿城區(qū)雙嶼街道牛嶺村（圖1），始建于1983 年，2002 年填埋場達(dá)到飽和后實(shí)行簡易封場。據(jù)初步勘查，臥旗山垃圾填埋場地面以上垃圾約有7.6×105m3，占地面積約為4.32 hm2。填埋場為簡易填埋，未設(shè)置環(huán)保措施，周邊分布有鞋業(yè)制造廠、居民區(qū)、宿舍公寓、公園、地表水體等環(huán)境敏感點(diǎn)，存在較大的安全和環(huán)境污染隱患。為實(shí)現(xiàn)原址開發(fā)再利用，改善周邊生態(tài)環(huán)境的目標(biāo)，對填埋垃圾進(jìn)行開挖、篩分和綜合利用是一種必然的選擇。

圖1 溫州市臥旗山垃圾填埋場地理位置示意Figure 1 Location schematic of Woqishan landfill in Wenzhou City

場地內(nèi)的取樣調(diào)查結(jié)果表明：勘查深度內(nèi)垃圾主要為雜填土、生活垃圾和工業(yè)垃圾（皮革邊角料為主）。填埋垃圾中的腐殖土約占66.54%，有機(jī)質(zhì)含量高，生物可降解性總體較差且區(qū)域分布不均衡。填埋氣中甲烷含量較高，氨和臭氣污染嚴(yán)重，滲濾液中污染物指標(biāo)均超過規(guī)定限值。填埋場存量垃圾污染風(fēng)險(xiǎn)級別為“高”，周邊環(huán)境地下水的COD、氨氮、總大腸菌群等存在超標(biāo)現(xiàn)象。

4.1 建設(shè)內(nèi)容

項(xiàng)目工程建設(shè)內(nèi)容主要包括：臨時(shí)垃圾處理站建設(shè)、滲濾液收集及處理、填埋氣導(dǎo)排收集及處理、垃圾開挖及運(yùn)輸、垃圾篩分處置、篩分產(chǎn)物消納處置、除塵、除臭等。設(shè)計(jì)處理規(guī)模：垃圾篩分2 500 m3/d、滲濾液150 m3/d、腐殖土800 t/d、渣礫120 t/d、篩上輕質(zhì)物250 t/d、玻璃12 t/d、金屬8 t/d。

4.2 治理工藝流程

開采篩分技術(shù)主要包括開挖和篩分兩階段，即對填埋場陳腐垃圾進(jìn)行開挖后運(yùn)送至臨時(shí)垃圾處理站，隨后通過多級高效篩分系統(tǒng)進(jìn)行篩分。其中，腐殖土經(jīng)無害化處理后用作綠化種植土；渣礫經(jīng)漂洗、破碎后用于路基填石；篩上輕質(zhì)物（平均水分＜50%，平均灰分含量＜30%，平均濕基低位熱值＞5 000 kJ/kg）外運(yùn)至焚燒發(fā)電廠進(jìn)行綜合處置；金屬和玻璃經(jīng)物質(zhì)回收公司回收處理。開采篩分過程中產(chǎn)生的滲濾液經(jīng)收集后采用“二級碟管式反滲透工藝”處理，出水達(dá)標(biāo)后納入市政污水管網(wǎng)。開挖過程中產(chǎn)生的廢氣經(jīng)收集處理達(dá)標(biāo)后排放。本開采篩分工程的治理技術(shù)路線如圖2所示。

圖2 溫州市臥旗山垃圾填埋場開采篩分治理技術(shù)路線示意Figure 2 Technical route schematic for mining，screening and treatment of Woqishan landfill in Wenzhou City

4.2.1 垃圾開挖與運(yùn)輸

采用挖掘機(jī)將陳腐垃圾挖出并裝入自卸卡車的車廂內(nèi)，隨后運(yùn)送至篩分設(shè)備處。在開挖過程中采取“分區(qū)、分層、自上而下”的開挖方式。垃圾開挖工程工序?yàn)椋涸O(shè)備進(jìn)場、場地平整、施工放線、開挖支護(hù)施工工作面、垃圾開挖（距離原狀土30～50 cm 改用人工開挖）、土方平整、工程驗(yàn)收，在整個(gè)開挖過程中需做好滲濾液和雨污導(dǎo)排工作。

4.2.2 垃圾篩分處置

對經(jīng)過4.2.1過程處理后的垃圾進(jìn)行篩分處置，包括預(yù)篩分和人工分選。首先將挖掘的垃圾運(yùn)送至篩分設(shè)備處，通過勻料機(jī)進(jìn)入預(yù)篩分機(jī)進(jìn)行預(yù)篩分，預(yù)篩分后的篩下物進(jìn)入傳送皮帶進(jìn)行人工分選，將部分垃圾分類揀出。人工分選后的垃圾再通過磁選機(jī)、滾筒式篩分、風(fēng)選系統(tǒng)等六級高效綜合分離，得到腐殖土、渣礫、篩上輕質(zhì)物、金屬和玻璃等物品。篩分工藝流程見圖3。

圖3 篩分工藝流程示意Figure 3 Screening process schematic

4.2.3 滲濾液收集與處理

填埋垃圾分區(qū)開挖中設(shè)置滲濾液臨時(shí)集水坑，將垃圾堆體中滲濾液匯集到臨時(shí)集水坑內(nèi)，然后輸送至調(diào)節(jié)池，經(jīng)兩級碟管式反滲透設(shè)備進(jìn)行處理，出水達(dá)標(biāo)后納入市政污水管網(wǎng)。濃縮結(jié)晶體送溫州市生態(tài)材料綜合處置中心處置。

4.2.4 除塵、除臭收集與處理

在垃圾篩分車間設(shè)置吸風(fēng)口對篩分現(xiàn)場的廢氣進(jìn)行收集處理后達(dá)標(biāo)排放。由于填埋場的氨和臭氣污染比較嚴(yán)重，在垃圾開挖和裝車過程中，現(xiàn)場采取除塵和除臭處理，確?，F(xiàn)場施工生產(chǎn)環(huán)境的安全。

4.3 治理效益分析

臥旗山垃圾填埋場治理采用開采篩分技術(shù)進(jìn)行處置，滲濾液、臭氣等二次污染可控，工程投資適中，對周邊環(huán)境影響較小，修復(fù)周期較短，污染控制措施可行。通過治理工作的開展大幅減少了填埋場對周邊環(huán)境的污染，釋放了土地利用空間后，化解了“鄰避”問題，治理后場地滿足城區(qū)結(jié)構(gòu)功能調(diào)整，有利于促進(jìn)區(qū)域開發(fā)進(jìn)程。同時(shí)，在對陳腐垃圾的開采篩分過程中，將分離出的輕質(zhì)物、腐殖土、金屬等組分分類再利用，最終實(shí)現(xiàn)近8.0×105m3垃圾安全開挖和高效篩分，約超過4.0×105t 腐殖土、超過1.0×105t 骨料以及近3.0×105t輕質(zhì)物實(shí)現(xiàn)資源化利用，充分利用了陳腐垃圾的剩余價(jià)值，經(jīng)濟(jì)、社會及環(huán)境效益良好。

開采篩分整治前后的溫州市臥旗山垃圾填埋場如圖4 和圖5 所示。根據(jù)《掌上鹿城》報(bào)道，城市爛瘡“臥旗山垃圾填埋場”的異位生態(tài)化治理，通過對開采篩分產(chǎn)物的資源化利用，不僅實(shí)現(xiàn)了垃圾山到“生態(tài)股”的轉(zhuǎn)變，并盤活土地資源60畝（1 畝≈0.067 hm2）以上，地塊的再開發(fā)利用將產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)溫州西部生態(tài)新城有機(jī)更新和高質(zhì)量發(fā)展。

圖4 整治前溫州市臥旗山垃圾填埋場Figure 4 Woqishan landfill in Wenzhou City before remediation

圖5 整治后溫州市臥旗山垃圾填埋場Figure 5 Woqishan landfill in Wenzhou City after remediation

4.4 案例評價(jià)

1）通過在溫州市臥旗山垃圾填埋場開展綜合治理工程，總結(jié)得到開采篩分處置技術(shù)的工藝流程包括垃圾開挖與運(yùn)輸，垃圾篩分處置，滲濾液收集與處理以及除塵、臭氣收集與處理4個(gè)階段。

2）根據(jù)溫州市臥旗山垃圾填埋場綜合處理工程，對開采篩分處置技術(shù)的社會、經(jīng)濟(jì)與環(huán)境效益進(jìn)行分析測算：有效解決了臭氣擾民、地下水污染等環(huán)境隱患，化解“鄰避”問題；實(shí)現(xiàn)超過4.0×105t 腐殖土、超過1.0×105t 骨料以及近3.0×105t 輕質(zhì)物的資源化利用；盤活土地資源4 hm2以上，產(chǎn)生顯著經(jīng)濟(jì)效益，為溫州西部生態(tài)新城的順利建設(shè)作出了貢獻(xiàn)。

3）根據(jù)填埋場現(xiàn)狀情況，在填埋場地穩(wěn)定化程度較高、垃圾填埋年限較長、篩下物出路能解決且治理周期允許的條件下，適宜采用開采篩分技術(shù)進(jìn)行處理，以實(shí)現(xiàn)填埋場庫容騰退、污染源清除、篩分物料資源化以及土地開發(fā)再利用。

5 開采篩分技術(shù)未來發(fā)展方向和前景分析

在生態(tài)文明建設(shè)要求日益提高、國家政策逐步出臺、人民環(huán)保意識提高及城市快速發(fā)展的背景下，可徹底消除污染源、騰出可用土地的開采篩分技術(shù)勢必會得到更加廣泛的應(yīng)用，在我國存量垃圾填埋場綜合整治及無廢城市建設(shè)工作進(jìn)程中也將發(fā)揮重要作用。今后一段時(shí)間，填埋場開采篩分技術(shù)主要有以下幾個(gè)細(xì)分技術(shù)仍需加強(qiáng)研究和攻關(guān)：

1）快速高效前置預(yù)處理技術(shù)。我國垃圾填埋場，特別是簡易填埋場缺少合理有效的液氣導(dǎo)排系統(tǒng)，堆體內(nèi)部積聚的填埋氣含量和滲濾液液位普遍較高，存在液氣阻滯現(xiàn)象，直接開挖安全隱患大、臭氣擴(kuò)散嚴(yán)重且垃圾濕度高，不利于后續(xù)篩分。開發(fā)快速高效的前置預(yù)處理技術(shù)，迅速降低垃圾堆體滲濾液水位及填埋氣含量，為后續(xù)安全開挖及高效篩分創(chuàng)造有利條件，是未來開采篩分治理現(xiàn)場應(yīng)用過程中需要重點(diǎn)解決的一個(gè)問題。

2）多維度精細(xì)高效篩分。我國陳腐垃圾普遍具有物料組分復(fù)雜、濕黏團(tuán)聚、分散性低的特點(diǎn)，傳統(tǒng)的篩分設(shè)備適用性差，篩分過程易堵孔、分離精度低，篩分質(zhì)量差，極大地影響篩分產(chǎn)物后續(xù)消納利用。針對陳腐垃圾特性，進(jìn)行篩分設(shè)備的針對性改進(jìn)優(yōu)化及創(chuàng)新設(shè)計(jì)，提升篩分性能，通過多級分選降低單次分選負(fù)荷，提升分選效率，解決物料團(tuán)聚裹挾、分離精度差的問題，提高輕質(zhì)物和腐殖土純凈度，降低含渣量，是實(shí)現(xiàn)篩分產(chǎn)物資源化利用的關(guān)鍵。

3）多途徑資源化利用。陳腐垃圾一般包含輕質(zhì)物、腐殖土、骨料、金屬等成分，輕質(zhì)物具有較高的熱值，進(jìn)入垃圾焚燒廠處理不僅消除潛在污染，同時(shí)通過發(fā)電的形式回收大量能源，實(shí)現(xiàn)資源化利用；腐殖土是陳腐垃圾的主要成分，可占垃圾總量的50%以上，腐殖土中富含有機(jī)質(zhì)以及氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素，能為土壤提供養(yǎng)分并增強(qiáng)植物的抗逆性，是一種良好的植物生長基質(zhì)，開發(fā)綠色、低成本的腐殖土無害化改良藥劑和技術(shù)工藝，探索其在園林綠化、山體修復(fù)、草坪種植等方面的基質(zhì)化利用技術(shù)，實(shí)現(xiàn)草炭、土壤等自然資源替代是腐殖土資源化利用的重要方向。垃圾中骨料有效分離后則以市政填方、道路路基、建筑材料等方式進(jìn)行利用，金屬可回收進(jìn)行二次加工。