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生态型填埋场理念探索及工程实践

  本文综述了我国垃圾填埋场的发展历史及现状,针对我国填埋场因历史发展留存的问题及目前普遍存在的问题,提出了“生态型填埋场”的概念,阐述了生态型填埋场建设的必要性,结合生态型填埋场工程应用阐明了生态型填埋场实践方法,实现填埋场绿色、经济、循环、数字化管理。

  卫生填埋场作为我国生活垃圾处置的主要方式之一,在过去数十年间承担着我国生活垃圾处置的主要任务,未来将作为兜底保障性措施长期存在。随着原生垃圾“零填埋”“碳达峰”“碳中和”等政策的出台,垃圾填埋场的未来发展方向成为新的关注点。本文综述了我国垃圾填埋场的发展历史及现状,针对我国填埋场因历史发展留存的问题及目前普遍存在的问题,提出了“生态型填埋场”的概念,阐述了生态型填埋场建设的必要性,结合生态型填埋场工程应用阐明了生态型填埋场实践方法,实现填埋场绿色、经济、循环、数字化管理。

  我国生活垃圾卫生填埋始于20世纪80年代末,近几十年来一直作为我国生活垃圾处置的最主要方式。传统的卫生填埋方式一般是生活垃圾、建筑垃圾、工业垃圾等通过直接填埋进行处置,若处置不当或者未按填埋相关要求处置会引发严重的环境污染问题,不仅造成填埋场区内环境污染,其产生的“邻避效应”影响填埋场周边的居民生活环境及土地资源利用价值。环保趋严对填埋场建设、运营带来了新的挑战,建设生态型填埋场可以增加垃圾填埋场的有效库容、延长填埋场的使用年限,降低垃圾产生的一系列不利影响,保障填埋场所在区域的土地资源的可持续化利用。

  我国生活垃圾卫生填埋技术主要经历了三个阶段:20世纪80年代以垂直防渗为主的卫生填埋场、20世纪90年代以水平防渗为主的卫生填埋场、21世纪垃圾卫生填埋技术、垃圾渗滤液处理技术及填埋气体利用技术完善的卫生填埋场,建设及配套标准见表1[1]。

  目前,生活垃圾处理方式主要分为卫生填埋、焚烧和堆肥。我国垃圾产生量逐年增加(图1),生活垃圾清运量由2003年的14856.5万吨增长至2020年的23511.7万吨,生活垃圾无害化处理量由2003年的7544.7万吨增长至2020年的23452.3万吨,无害化处理率由50.8%增长至99.7%,其中,卫生填埋占比由2003年的84.9%降低至2020年的33.1%。近年来,我国对环保日益重视,垃圾处理的“减量化、资源化、无害化”的水平逐渐提升,基本实现生活垃圾无害化处理。

  我国城市卫生填埋场的数量由2003年的457座增长至2020年的644座(图2);城市卫生填埋的处理能力由2003年的187092吨/日增长至2020年的337848吨/日,城市卫生填埋处理量由2003年的6404万吨增长至2020年的7772万吨(图3)。近年来随着垃圾焚烧处置方式的推行,填埋场的数量及处理水平增长较为缓慢[2],2017年垃圾填埋无害化处理量达到最大为12037.6万吨;2018年,填埋场总量及无害化处理能力达到最大值,拥有填埋场663座,无害化处理能力达到373498吨/日。

  随着国家“十二五”规划、“十三五”规划、《关于进一步加强城市生活垃圾焚烧处理工作的意见》等一系列相关政策的出台,生活垃圾焚烧处置能力不断提升,生活垃圾卫生填埋量将有所下降。卫生填埋处理能力占比从85.6%(2003年)下降至35.1%(2020年);卫生填埋处理量占比由84.9%(2003年)下降至33.1%(2020年)(图3)。2019年,生活垃圾卫生填埋量为10948.0万吨,占比45.6%;生活垃圾焚烧处置量12174.2万吨,占比50.7%(图3),焚烧处置量首次超过卫生填埋处置量。以垃圾焚烧为主体,以资源化为优先,以卫生填埋为兜底的固废末端处理大格局正在形成[3],卫生填埋作为生活垃圾处置的兜底保障性处置设施,将永久存在。

  传统的卫生填埋技术在一定程度上解决了垃圾处置的问题,但是它占据了大量的土地资源,带来了一系列的环境问题也直接或间接地影响人们的生产生活,作为新的污染源成为实现生态环境可持续发展的阻碍[4,5]。我国垃圾填埋场主要存在以下几个问题:

  传统的垃圾填埋场是由垃圾堆发展而来,在选址和建设方面没有进行严格的规划[6]。垃圾或简易堆放,或直接运至城外无序倾倒,没有完善的防渗措施及导气系统[7]。

  国内多数填埋场在运营的过程中存在管理不规范的情况,留下安全隐患,主要表现为接纳不规范垃圾、压实度不够、未按单元填埋作业、无填埋计划和方案、填埋场现场雨污混流、运行管理缺少技术性监督和检测手段等方面,会导致周边环境污染及燃烧、爆炸等安全隐患的发生[8]。

  填埋场对环境的影响主要体现在对空气、地下水和土壤造成的污染。填埋气体以二氧化碳和甲烷为主,不仅会加剧温室效应、污染空气、破坏植被,还具有爆炸的风险。垃圾渗滤液处理难度大,污染周边的地下水和土壤,影响居民的身体健康[9,10]。

  据统计全国城镇约有2000座卫生填埋场,有近50%的填埋场在满负荷运转,其中又有约一半的填埋场在超负荷运转[2]。《城镇生活垃圾分类和处理设施补短板强弱项实施方案》中提出原则上将不再新建原生生活垃圾填埋场,并且随着非正规生活垃圾填埋场治理工作的开展,使得正规填埋场负担加大。

  垃圾成分复杂,含有许多宝贵资源,如塑料、金属、纸、木制品、有机物、无机物等,可经处理后实现资源化利用。目前我国垃圾处理方式是混合收集后集中处理,不仅造成垃圾处理费用高,还使得垃圾中资源未得到有效利用。

  生态型填埋场是继传统卫生填埋场之后填埋技术发展的新阶段,集污染防渗隔离、填埋资源利用、生态修复于一体,多维技术综合集成应用的可持续、循环型填埋场(国作登字-2020-A-01092310)。

  我国城市垃圾产量正在逐年增长,有一半以上的城市陷入“垃圾围城”的困境,如何消除垃圾场的负面影响成为各大城市面临的主要问题[11]。生态型填埋场的建设经过科学选址,采取符合国家标准的工程措施,建成后进行规范的运营管理,按技术规范填埋作业,填埋饱和后进行封场和封场后的维护管理,全过程控制污染。

  生态型填埋场建设将实现生活垃圾填埋场有效利用库容增加,提高生活垃圾填埋气的收集及利用效率,降低渗滤液处理量进而降低填埋场运营费用,加速生活垃圾填埋场生态恢复,实现生活垃圾填埋场绿色、经济、可循环的有序发展,具有重要的社会效益、经济效益和环境效益。

  在十八大报告中将生态文明建设纳入社会主义总体布局,从“四位一体”上升到“五位一体”。2011年,国务院批准了住房和城乡建设部等16个部门印发的《关于进一步加强城市固体废物处理的工作意见》,力争到2030年达到城乡固体废物处理水平接近发达国家水平。目前“生态型填埋场”仍处于概念化阶段,填埋处置是我国生活垃圾终端处置的最主要方式之一,未来,将作为我国城市生活垃圾处置的兜底保障性措施长期存在,生态型填埋场的建设将有效保障垃圾填埋场不作为新的污染源存在,以及助力碳达峰、碳中和“3060”的目标实现。

  垃圾填埋场的生命周期主要分为三个阶段:建设阶段、运行阶段和封场修复阶段。

  垃圾填埋场应根据《生活垃圾卫生填埋场处理工程项目建设标准》(建标124-2009)建设,建设项目主要包括填埋场主体工程与设备、配套工程和生产管理与辅助设施及生活服务设施等,建设完成后进入运行阶段。

  卫生填埋场运行管理应符合《生活垃圾填埋场运行管理规范》(DB11/T 270-2014)。在运行阶段,生态型填埋场采用 “四色法”(国作登字-2020-L-01092309)对填埋场进行动态划分,即绿、黄、灰和橙,详见表2。

  通过“四色法”动态划分实现垃圾填埋场“五全法”管理,即“场区表面全密闭、雨污全分流、气液全收集、渗滤液全处理和气体全利用”进行填埋场作业管理。

  (1)厂区表面全密闭:使用HDPE膜(高密度聚乙烯膜)对垃圾堆体分区“全密闭”,将工艺除臭和药剂除臭相结合,有效降低臭气散逸。

  (2)雨污全分流:通过膜密闭和膜面雨水导排系统的构建实现雨污“全分流”,可降低约50%左右的渗滤液产量。

  (3)气液全收集:使填埋气和渗滤液快速、有序的排出垃圾堆体外并“全收集”,使垃圾堆体更加稳定和安全。

  (4)渗滤液全处理:收集到的渗滤液,采用生化处理+高级氧化技术进行“全处理”,处理后的水可用于园林灌溉和保洁。

  (5)气体全利用:在垃圾堆体内,构建立体填埋气收集系统,使得填埋气收集率达到90%以上,可用于填埋气发电。

  在填埋场停止使用后,对填埋场进行封场修复。卫生填埋场封场应按照《生活垃圾卫生填埋场封场技术规范》(GB51220-2017)进行规范封场。将垃圾堆体进行整形压实,依次完成导气系统、防渗隔离系统和雨水导排系统的建设,并增加粘土保护层和植被土层进行生态修复,可做成绿地公园、高尔夫球场等。

  填埋场封场后需设置封场监测系统,主要包括地下水、地表水、污水排放、填埋气监测、大气监测,以及垃圾堆体表面沉降监测设施等,根据监测目标确定监测频次,进行垃圾填埋场生态封场后的运营管理。

  生态型填埋场建设不仅能解决“垃圾围城”的困境,而且符合我国生态环境可持续发展的目标。卫生填埋作为生活垃圾处置的兜底保障性处置设施,将永久存在,而生态型填埋场在填埋气体控制、臭气治理和综合利用方面优势明显。随着国家环境保护要求的不断提升,建设生态型填埋场无论从经济上、资源利用上还是环境保护上都是十分必要而有益的,生态型填埋场具备广泛的推广应用前景。

  [3] 薛涛年度报告(下):垃圾分类之辩―四大博弈红蓝交织[EB/OL].

  [5] 乌斯哈乐. 城市废弃垃圾填埋场的景观再造与生态恢复研究―以呼和浩特市成吉思汗公园建设为例[J]. 内蒙古林业调查设计, 2020, 43(4):45-50.

  [7] 叶子易, 王杰. 城市垃圾填埋场的生态建设―以上海老港垃圾填埋场工程为例[J]. 园林, 2013, (12):34-37.

  [11] 吴美聪, 邵凤琴. 论建设垃圾卫生填埋场的生态意义[C]. 浙江杭州:首届长三角科技论坛―生态环境与可持续发展分论坛论文集, 2004.

  (中兰环保300854)科技股份有限公司,广东省固废危废污染隔离防渗系统工程技术研究中心)

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