利用焚燒富余能力釋放填埋庫容的研究
——以南方某市為例

張俊文

（廣州市城市管理技術(shù)研究中心，廣東 廣州 510170）

我國衛(wèi)生填埋場起步于1990年前后，2000年后高密度聚乙烯防滲膜（HDPE）技術(shù)逐漸得到廣泛應用，目前大部分已達到設(shè)計使用年限或者超負荷運行中，填埋庫容日益緊張。“十三五”全國城鎮(zhèn)生活垃圾無害化處理設(shè)施建設(shè)規(guī)劃（以下簡稱建設(shè)規(guī)劃）要求，到2020年底，設(shè)市城市生活垃圾焚燒處理能力占無害化處理總能力的50%以上，其中東部地區(qū)達到60%以上；具備條件的直轄市、計劃單列市和省會城市（建成區(qū)）實現(xiàn)原生垃圾“零填埋”[1]。建設(shè)規(guī)劃的實施標志著我國生活垃圾的處理方式從衛(wèi)生填埋為主轉(zhuǎn)變到以焚燒為主，而焚燒處理最終產(chǎn)物目前仍然需要進入填埋場處理。因此，城市生活垃圾處理系統(tǒng)對填埋庫容的需求是長期和必要的。

2020年國家發(fā)展改革委、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部及生態(tài)環(huán)境部聯(lián)合印發(fā)《城鎮(zhèn)生活垃圾分類和處理設(shè)施補短板強弱項實施方案》中強調(diào)：“各地在摸清垃圾填埋場剩余庫容的基礎(chǔ)上，合理規(guī)劃填埋場建設(shè)。原則上地級以上城市以及具備焚燒處理能力的縣（市、區(qū)），不再新建原生垃圾填埋場。”[2]對新建原生垃圾填埋場進行限制，加速原生垃圾衛(wèi)生填埋向焚燒處理轉(zhuǎn)變直至完全替代。在處理方式轉(zhuǎn)變的過程中，開展利用富余焚燒處理能力釋放填埋場庫容空間具有現(xiàn)實意義。以南方某市為例，對利用焚燒富余處理能力釋放填埋場庫容空間的問題進行討論與研究，為實現(xiàn)填埋庫容循環(huán)利用提供一種思路。

1 重要影響因素

1.1 富余焚燒處理能力

利用焚燒富余處理能力釋放填埋場庫容空間實現(xiàn)循環(huán)再利用，決定性因素是生活垃圾焚燒處理設(shè)施有富余的焚燒處理能力。

“十三五”期間，我國經(jīng)濟保持快速增長，人民生活水平穩(wěn)步提高，各地生活垃圾也在持續(xù)增長。據(jù)2021中國統(tǒng)計年鑒顯示，2020年生活垃圾清運量為235 11.7 萬t，較2017年增長9%。在城市無害化設(shè)施建設(shè)規(guī)劃時，一個城市的生活垃圾處理能力必須大于實際的生活垃圾清運量，確保整個城市生活垃圾無害化處理的實際需要。現(xiàn)今生活垃圾的處理方式由以衛(wèi)生填埋為主轉(zhuǎn)變?yōu)橐苑贌幚頌橹?，焚燒處理設(shè)施成為近年來建設(shè)規(guī)劃的重點，而生活垃圾焚燒處理能力的建設(shè)屬于整體規(guī)劃、分期實施。生活垃圾焚燒處理能力隨著設(shè)施分期實施呈現(xiàn)階梯式的增長，在未來一段時間內(nèi)階梯式增長的焚燒處理能力與逐年增長的生活垃圾量之間將出現(xiàn)富余能力，具體如圖1 所示。因此，可充分利用富余的焚燒處理能力釋放填埋場庫容空間，實現(xiàn)填埋場庫容循環(huán)再利用。

圖1 生活垃圾焚燒富余處理能力變化示意圖

1.2 焚燒工藝適應性

填埋場開挖出來的陳腐垃圾，其組分、熱值、灰分等指標應滿足焚燒工藝的要求，在不影響處理工況下可利用富余焚燒處理能力持續(xù)、穩(wěn)定處理陳腐垃圾，釋放填埋場庫容空間。

生活垃圾主要由廚余類、木竹類、紙類、紡織類、橡塑類、金屬類、玻璃類、磚瓦陶瓷類、灰土類等組成，經(jīng)填埋多年后逐步演變?yōu)殛惛?。其中，廚余類、紙類等屬于易腐物質(zhì)，占比逐年降低；木竹類和紡織類不易降解，而塑料、玻璃、金屬、磚瓦類等理化性質(zhì)較穩(wěn)定，屬于惰性物質(zhì)。陳腐垃圾的含水率與填埋時間成反比，隨著易腐物質(zhì)的降解逐步下降；易腐物質(zhì)的降解促使單位體積內(nèi)灰分和可燃物占比將逐年升高，熱值也較生活垃圾有所提高。

根據(jù)《城市生活垃圾處理及污染防治技術(shù)政策》（建城［2000］120 號）[3]、《生活垃圾焚燒爐及余熱鍋爐》（GB/T 18750—2008）[4]規(guī)定，要求焚燒進爐垃圾平均濕基低位熱值不低于5 000 kJ/kg，水分含量不宜大于50%，灰分含量不宜大于25%。一般陳腐垃圾的熱值和水分含量較容易滿足要求，而填埋時間越長灰分含量越高?？刹扇綗Ｊ竭M行處理，不需額外改進焚燒處理設(shè)施在用的焚燒工藝。

1.3 填埋堆體開挖條件

填埋場堆體開挖應滿足基本工程條件，包括但不限于：一是填埋場道路系統(tǒng)、電力系統(tǒng)和用水供應滿足開挖作業(yè)需求；二是填埋場具備完整的滲瀝液導排收集系統(tǒng)、填埋氣體收集系統(tǒng)和填埋場防滲系統(tǒng)；三是填埋場堆體開挖對堆體安全影響應在可控范圍內(nèi)；四是堆體開挖作業(yè)對周邊環(huán)境影響應在可控范圍內(nèi)。

1.4 填埋庫容空間再利用

一個城市的生活垃圾無論采用何種處理技術(shù)，填埋場是每一個城市不可缺少的垃圾處理設(shè)施，必須在任何時候都保持一定的填埋庫容空間。填埋場通過開挖陳腐垃圾焚燒處理騰出的庫容空間，一方面可用作城市生活垃圾處理的戰(zhàn)略儲備，應對突發(fā)事件帶來的應急填埋任務(wù)。另一方面，生活垃圾焚燒處理后產(chǎn)生的殘渣仍然需要進行填埋處置。殘渣中主要包括爐渣和飛灰，爐渣具有骨料特性，現(xiàn)階段多被制成環(huán)保磚和路基填充料，已廣泛得到應用。而根據(jù)《國家危險廢物名錄》（2021年版）[5]，飛灰只要滿足《生活垃圾填埋場污染控制標準》（GB 16889—2008）[6]的入場標準要求，可進入填埋場進行單獨分區(qū)填埋處置。因此，通過開挖摻燒陳腐垃圾釋放的填埋庫容空間，可用作城市生活垃圾處理的戰(zhàn)略儲備和飛灰的專區(qū)填埋處置。

2 南方某市的研究案例

2.1 生活垃圾焚燒富余處理能力測算

南方某市的生活垃圾處理能力包括焚燒處理能力、生化處理能力和就近就地分散處理3 部分，富余的焚燒處理能力為生活垃圾處理能力扣除生活垃圾清運量和生化處理產(chǎn)生的殘渣量。這部分富余的焚燒處理能力可用于填埋場陳腐垃圾開挖摻燒，以實現(xiàn)釋放填埋場庫容空間的目的。

根據(jù)《某市生活垃圾收運處理戰(zhàn)略系統(tǒng)規(guī)劃（2016—2035年）》對生活垃圾清運量的預測和焚燒處理設(shè)施的規(guī)劃安排，焚燒處理設(shè)施二期建設(shè)將于2023年完成并投產(chǎn)運營，同年將有富余的焚燒能力處理陳腐垃圾。焚燒處理設(shè)施二期假設(shè)在2023年1月1日全部達產(chǎn)運營，經(jīng)測算焚燒富余處理能力出現(xiàn)在2023—2028年，期間日均富余處理能力詳見表1。利用焚燒富余處理能力共計可摻燒1 044 萬t 陳腐垃圾，約釋放1 160 萬m3庫容空間（容重按0.9 t/m3計算），2029年開始焚燒富余處理能力消失。

表1 2023—2028年焚燒富余處理能力

2.2 陳腐垃圾物理特性及焚燒工藝適應性

對南方某市3 個填埋場進行陳腐垃圾物理特性研究，檢測不同齡期填埋場陳腐垃圾的物理組分、熱值、灰分和含水率等指標，討論陳腐垃圾對焚燒工藝的適應性。參照《生活垃圾采樣和分析方法》（CJ/T 313—2009）[7]相關(guān)規(guī)定，陳腐垃圾的物理組分如表2 所示，其中填埋場A 和B 均建于20 世紀80年代末90年代初，封場超過20年；填埋場C 建于2000年，2018年停止垃圾進場，現(xiàn)處于臨時覆蓋狀態(tài)。

表2 陳腐垃圾物理組分 %

陳腐垃圾物的焚燒特性如表3 所示，高齡期填埋場A、B 中陳腐垃圾含水率為36.18%～38.76%，干基高位熱值為10 552～14 225 kJ/kg，濕基低位熱值為6 026～7 606 kJ/kg，濕基灰分為35.52%～39.57%；填埋場C 中的陳腐垃圾含水率約為49.02%，干基高位熱值約為17 316 kJ/kg，濕基低位熱值約為6 046 kJ/kg，濕基灰分約為9.94%?？梢?，與原生活垃圾相比，陳腐垃圾隨著填埋時間增長逐步降解，含水率下降，灰分增加，熱值降低。

表3 陳腐垃圾焚燒特性

南方某市運營及在建焚燒設(shè)施的焚燒最低熱值為4 000～5 000 kJ/kg，最高熱值為9 500 kJ/kg。綜上所述，填埋場C 中的陳腐垃圾含水率小于50%，濕基低位熱值高于5 000 kJ/kg，灰分小于30%，滿足焚燒入爐要求同時也符合焚燒設(shè)施的設(shè)計工況熱值。南方某市在有富余焚燒處理能力期間，可選擇開挖填埋時間較短的陳腐垃圾，按比例與生活垃圾直接摻燒處理，不需經(jīng)篩分預處理。因目前國內(nèi)對陳腐垃圾的摻燒研究較少，具體的摻燒比例仍然需要進一步實驗研究獲取，并實施動態(tài)調(diào)整。

2.3 填埋場堆體開挖條件及庫容循環(huán)利用

南方某市與填埋場C 類似的填埋場有3 個，交通條件、供水供電均可滿足開挖要求。該類填埋場均采用高密度聚乙烯防滲膜（HDPE）技術(shù)，具有完善的滲瀝液導排、收集和處理系統(tǒng)，能確保開挖過程中外溢的滲瀝液得到妥善收集。填埋場陳腐垃圾開挖可采用分層、分區(qū)的方式進行，一方面減少開挖對垃圾堆體的擾動，確保堆體安全穩(wěn)定；另一方面，降低填埋場除臭系統(tǒng)的壓力，減少對周邊環(huán)境的影響。

通過焚燒富余處理能力摻燒陳腐垃圾釋放出來的庫容空間，可用于飛灰固化物專區(qū)填埋和作為生活垃圾應急保障處置設(shè)施使用。利用焚燒富余處理能力共計可處理陳腐垃圾1.044×107t，約釋放庫容空間1.60×1106m7。南方某市焚燒處理設(shè)施全部達產(chǎn)運營，飛灰日產(chǎn)生量約為990 t/d，如果釋放的庫容空間單獨用于飛灰固化物專區(qū)填埋，可供使用超過30年。

3 結(jié)論

3.1 以南方某市為案例，對利用焚燒富余處理能力釋放填埋場庫容空間的問題進行討論與研究。經(jīng)過對富余的焚燒處理能力、焚燒工藝適應性、填埋堆體開挖條件和填埋庫容空間再利用等技術(shù)條件的分析，認為利用焚燒富余處理能力釋放填埋場庫容空間在滿足一定條件下技術(shù)上可行。

3.2 各填埋場因建設(shè)條件的差異，填埋堆體中的陳腐垃圾特性各不相同，應選擇填埋齡期較短，其含水率、熱值、灰分等重要指標滿足焚燒入爐垃圾的要求且符合焚燒設(shè)施的設(shè)計工況熱值。技術(shù)路線可以選擇滿足條件的陳腐垃圾，開挖后不經(jīng)篩分，直接與原生活垃圾摻燒處理。

3.3 南方某市根據(jù)填埋場陳腐垃圾和焚燒處理能力相關(guān)數(shù)據(jù)測算，未來將出現(xiàn)焚燒處理能力富余量，利用富余焚燒處理能力摻燒陳腐垃圾，一是有利于解決各焚燒終端處理設(shè)施處理缺口的燃眉之急，避免富余焚燒處理能力閑置造成浪費，充分發(fā)揮生活垃圾焚燒終端處理設(shè)施的綜合效益；二是有利于消除垃圾填埋場對周邊環(huán)境潛在的污染風險；三是有利于挖掘填埋場陳腐垃圾潛在價值，實現(xiàn)生活垃圾減量化、無害化、資源化處置；四是有利于實現(xiàn)填埋場庫容再利用，提升飛灰固化物專區(qū)填埋處理能力，擴充生活垃圾應急保障處置設(shè)施的儲備庫容，保障城市的安全運行。