可持續(xù)的生活垃圾填埋技術(shù)——礦化垃圾的表征與利用摘要本文從科學發(fā)展觀的指導思想出發(fā)，根據(jù)生活垃圾填埋場生物降解理論，比較全面地論述我國可持續(xù)的生活垃圾處理技術(shù)，認為生活垃圾填埋場是一座巨大的生物反應器，礦化垃圾是反應器的產(chǎn)物，可以綜合利用；而作為反應器本身，填埋場可以不斷的進行循環(huán)使用。因此，通過填埋場的填埋－開采與利用－再填埋的過程，不僅實現(xiàn)了生活垃圾的綜合利用，而且充分利用了土地填埋特有的低投資、低處理成本、易管理的優(yōu)勢，解決了傳統(tǒng)填埋法占地大、資源無法回收利用、潛在污染時間長的缺點。1前言我國現(xiàn)有700座中等規(guī)模以上的城市，3100多座縣城，以及31000座小鎮(zhèn)。在這些城鎮(zhèn)里，居住著3.5億居民。按照每天每人日產(chǎn)生活垃圾1千克計，每天可產(chǎn)生35萬噸生活垃圾，而1年就是1.3億噸。如果加上市郊居民，城市居民人口估計有4億以上，年產(chǎn)生活垃圾超過1.5億噸。生活垃圾經(jīng)過適當壓縮后，比重在0.8噸/立方米。因此，1.5億噸生活垃圾相當于1.9億立方米。根據(jù)我國目前的經(jīng)濟現(xiàn)狀和未來的發(fā)展趨勢，在今后的相當長的時間里，衛(wèi)生填埋仍然是我國處理生活垃圾最重要的方法。一個城市在選擇生活垃圾出路時，首先應該考慮的是衛(wèi)生填埋。衛(wèi)生填埋場是衛(wèi)生填埋的載體，其建設(shè)周期短，投資相對較低，并且可以分段投入，管理方便，現(xiàn)場運行比較簡單。另外，從可持續(xù)發(fā)展來看，生活垃圾選擇填埋場填埋，事實上是一種以資源的形式保存給后代，待一次資源枯竭或科學技術(shù)發(fā)展后，人們可以對填埋在衛(wèi)生填埋場中的垃圾資源進行開采和重新利用。應用衛(wèi)生填埋方法處理生活垃圾的國家很多。在發(fā)展中國家，99%以上的生活垃圾采用衛(wèi)生填埋（或簡單堆放場）處理，對于國土較大的發(fā)達國家，也有許多國家采用衛(wèi)生填埋方法。在我國，99%以上的生活垃圾是采用衛(wèi)生填埋或簡單堆放進行處理或處置的。在建設(shè)和運行衛(wèi)生填埋場過程中，如果嚴格按照衛(wèi)生填埋場的標準進行，是不可能產(chǎn)生二次污染的。因此，衛(wèi)生填埋是一種可靠、衛(wèi)生和安全的生活垃圾處理方法。衛(wèi)生填埋法在我國的應用時間已有十幾年的歷史。十幾年來，我國許多科研部門和應用單位積極探索適合我國的生活垃圾衛(wèi)生填埋技術(shù)，取得了許多寶貴經(jīng)驗。我國地域廣闊，南北和東西的氣候、生活習慣等差異很大，生活垃圾中的含水率、組成等也有很大差別。比如，南方的生活垃圾含水率就比北方的高。因此，在進行生活垃圾衛(wèi)生填埋時，應根據(jù)當?shù)氐膶嶋H情況，確定滲濾液和沼氣的收集與處理設(shè)施的設(shè)計與建設(shè)方案，以及封場后的管理期限等。2生活垃圾填埋場穩(wěn)定化與礦化垃圾的形成長期以來同濟大學對生活垃圾填埋場穩(wěn)定化過程進行了深入系統(tǒng)的研究。結(jié)果表明，垃圾成分、壓實密度、填埋年齡及填埋深度、填埋場地埋位置、水文氣象條件等均會影響垃圾的降解速度，從而也影響填埋場穩(wěn)定化進程。研究發(fā)現(xiàn)，填埋場封場數(shù)年后(在上海一般至少在8-10年以上，北方地區(qū)10-15年以上)，垃圾中易降解物質(zhì)完全或接近完全降解，垃圾填埋場表面沉降量非常小（如小于1-5mm/a），垃圾自然產(chǎn)生的滲濾液和氣體量極少或不產(chǎn)生，垃圾中可生物降解含量（BDM）下降到3%以下，滲濾液COD濃度下降到25-50mg/L以下，此時的垃圾填埋場可以認為達到穩(wěn)定化狀態(tài)，所形成的垃圾被稱為礦化垃圾。在上海市，這種礦化垃圾至少有4000萬噸（老港垃圾填埋場2000萬噸，市區(qū)和郊區(qū)歷年來的堆場、江鎮(zhèn)堆場等近2000萬噸）。北京、天津、廣州等城市所堆存的礦化垃圾估計也有幾千萬噸。三峽庫區(qū)、大運河兩岸也存在已經(jīng)搬遷或急需搬遷的幾千萬噸礦化垃圾。因此礦化垃圾的資源非常充足，可以認為是取之不竭用之不盡的。研究結(jié)果還表明，礦化垃圾有較大的比表面積、松散的結(jié)構(gòu)、較好的水力傳導和滲透性能、較好的陽離子交換能力等。另外，礦化垃圾中微生物數(shù)量龐大、種類繁多，由于其特殊的形成歷程，這些微生物尤以多階段降解性微生物為主，可降解諸如纖維素、半纖維素、多糖和木質(zhì)素等難降解有機物，因此是一種性能非常優(yōu)越的生物介質(zhì)，完全適合作為一種優(yōu)良的生物反應器填料或介質(zhì)，而且有著其它介質(zhì)（如土壤）所無法比擬的優(yōu)越性能。經(jīng)過反復檢驗和驗證，礦化垃圾中不含O型口蹄疫病毒、致病性大腸桿菌、沙門氏菌、鏈球菌和金黃色葡萄糖球菌等有害病原菌和細菌?？梢钥隙ǖ氖?，生活垃圾在堆場或填埋場填埋若干年后所形成的礦化垃圾是無害的，可以安全開采和利用。事實上，絕大部分的垃圾填埋場均建于市郊。隨著城市的發(fā)展，幾乎每個城市的垃圾產(chǎn)生量都在增加，所需的填埋場之面積越來越大。但對于寸土寸金的城市，要不斷地提供新的填埋場以滿足需要是非常困難的，甚至是不可能的。解決這個問題的一個重要而且可行的方法就是把礦化垃圾進行開采，這不僅可以充分利用礦化垃圾中的有機肥料和可回收物品，還可以對騰出的空間重新填入新垃圾，從而極大地延長填埋場使用年限。建設(shè)一座填埋場所需投資一般在4000萬元以上，使用年限僅為10-15年。我國有些填埋場（如上海老港填埋場）已使用多年，當中的一部分垃圾已成為礦化垃圾，完全可開采利用，即把填埋場作為垃圾的中轉(zhuǎn)處理場所，而不是最終的歸宿。根據(jù)申請人的研究結(jié)果，礦化垃圾開采、篩分后，可以得到50-60%的有機細料（以下簡稱礦化垃圾），5-15%的可回收利用的物品（塑料、玻璃、金屬等），25－30％的化學纖維和橡膠等，因此一般有80%左右的垃圾可被利用；礦化垃圾除了作為優(yōu)越的生物介質(zhì)用于處理有機廢水外，還是一種肥料,可用于種植草皮和樹木，也可以作為園林綠化的有機肥料，這在上海市當前大規(guī)模綠化運動中是很有意義的?？苫厥瘴锲方?jīng)適當處理后（清洗等），可以出售給有關(guān)廠家再生利用，經(jīng)濟與社會效益相當明顯。表1是2003年對上海市老港填埋場1990年至1998年填埋的垃圾進行篩分分析的結(jié)果。表1老港填埋場垃圾開采組分分析樣品來源名稱細堆肥粗大料垃圾總重（kg）可開挖深度15mm-4mmm<15mm90年1#單元樣品重量（kg）29003260262087800.90m百分比（kg）33.037.129.892年16#單元樣品重理（kg）28603040238082801.68m百分比（kg）34.536.728.794年15#單元樣品重理（kg）422034004620131401.50m百分比（kg）32.132.735.296年25#單元樣品重理（kg）156019606970104901.36m百分比（kg）14.918.766.498年7#單元樣品重理（kg）980780354053000.90m百分比（kg）18.514.766.8平均百分比百分比（%）26.628.045.4在篩分過程中，發(fā)現(xiàn)挖出的潮濕垃圾不能立即篩分，必須經(jīng)過晾曬后才能進行。篩分出的粗大料沒有多大利用價值，可作為回填料。每開采100噸礦化垃圾，可得礦化垃圾細料55噸。每開采10000噸礦化垃圾，所騰出的空間可以回填7000－8000噸新鮮生活垃圾。就上海市老港填埋場來講，雖然沒有達到衛(wèi)生填埋場標準，但噸基建投資仍然達36元。因此，礦化垃圾開采與利用，這對于土地嚴重缺乏的上海市來說，是非常有現(xiàn)實意義的。盡可能延長填埋場的使用壽命，無論是節(jié)約土地資源和建設(shè)填埋場的龐大投資，還是解決上海市生活垃圾出路問題，均有重大意義。礦化垃圾開采已經(jīng)成為歐盟國家和日本等國家的重要研究與實踐領(lǐng)域。由于歷史原因，國內(nèi)外均存在大量生活垃圾堆場。目前，這些堆場已經(jīng)穩(wěn)定化，可以開采。同時，由于這些堆場的環(huán)境已經(jīng)受到嚴重污染，因此必須對已經(jīng)穩(wěn)定化的礦化垃圾進行開采，并對完成開采后的堆場土地進行生態(tài)修復，使土地具有利用價值。另外，我國各地曾經(jīng)一度陷入“垃圾包圍城市”的惡劣環(huán)境，全國所有城市均存在數(shù)量不同的垃圾堆場。隨著城市規(guī)模的擴大，原來是垃圾堆場的地方，如今卻要成為建設(shè)用地。解決這些堆存了上百萬噸的垃圾出路，是堆場土地利用的前提（另外還有環(huán)境修復）。上海市某地鐵站旁的垃圾堆場，有礦化垃圾100萬噸。房地產(chǎn)公司早已看上這塊寶地，但這座堆場的搬遷一直無法解決。為此，房地產(chǎn)公司出資600萬元，把礦化垃圾運至另外一個建筑工地隨便攤鋪而消納掉，造成比較嚴重的環(huán)境污染。如果已經(jīng)完全掌握礦化垃圾開采與利用，該堆場的搬遷與土地修復利用就會更加科學和經(jīng)濟。類似這樣的堆場在上海市有近10多座，規(guī)模小些的堆場有100多座。這些堆場均面臨搬遷的境地。3礦化垃圾生物反應床處理滲濾液垃圾填埋場產(chǎn)生的滲濾液之處理一直是世界上公認的難題。目前，我國有生活垃圾填埋場700座，日產(chǎn)滲濾液4－8萬噸，其中經(jīng)過處理而達到國家二級排放標準(COD<300mg/L)的滲濾液比例不高于10％。主要原因是滲濾液處理所用的是生活污水的處理工藝，處理效果差，運行困難，處理成本偏高，填埋場難于接受。如果按照COD計算，這些滲濾液相當于80－160萬噸生活污水。滲濾液處理難已經(jīng)嚴重制約我國生活垃圾處理技術(shù)的發(fā)展，嚴重影響填埋場的正常運行。在700多座生活垃圾填埋場中，絕大部分沒有建設(shè)滲濾液處理設(shè)施，滲濾液任意排放到周圍環(huán)境中去，嚴重污染土壤、地表水和地下水。然而，即使那些少數(shù)建設(shè)了滲濾液處理設(shè)施的填埋場，由于采用的處理工藝不適合于滲濾液的有效處理，流程長，管理復雜，處理成本偏高，大部分處理設(shè)施均處于停頓狀態(tài)。近2年來所建設(shè)的大部分生活垃圾填埋場基本上緩建滲濾液處理設(shè)施，已經(jīng)有滲濾液處理設(shè)施的填埋場，也急需對現(xiàn)有設(shè)施進行改造?？梢哉J為，全國各地的填埋場均等待著高效、低成本的滲濾液處理方法的誕生。本文認為，沿用傳統(tǒng)的生活污水處理工藝處理滲濾液是很困難的，繼續(xù)朝著這個方向研究滲濾液處理技術(shù)也是很難取得突破性進展的。自1995年以來，同濟大學就利用礦化垃圾含有大量的具有很強生存和降解能力的微生物的特性，以礦化垃圾為生物填料制造出礦化垃圾生物反應床，并用這種反應床處理滲濾液、畜禽廢水等。實驗室小試（100L/天滲濾液，連續(xù)運行4年）、老港填埋場中試（16噸滲濾液/天，連續(xù)運行3年），研究表明，礦化垃圾生物反應床確實可以有效處理滲濾液，處理過程中僅產(chǎn)生極少量的、極易脫水的污泥。課題組認為，礦化垃圾生物反應床處理滲濾液，是一種全新的方法，是滲濾液處理技術(shù)研究與應用方面的突破，非常有發(fā)展前景。表2各級礦化垃圾生物反應床處理滲濾液的典型結(jié)果（100噸滲濾液/天）進水水質(zhì)CODCr(mmg/L)10100－122000BOD5/CODDCr值0.21－0.335氨氮(mg/LL)1010-18000連續(xù)運行時間自2002年10月月起第一級出水水質(zhì)COD(mgg/L)2580－32000BOD5/CODDCr值0.20－0.334氨氮(mg/LL)348-450第一級COD去除除率(%))70-75第一級氨氮去除率率(%)61-65第二級出水水質(zhì)CODCr(mmg/L)550-750BOD5/CODDCr值氨氮(mg/LL)100-120第二級COD累計計去除率((%)75－82第二級氨氮累計去去除率(%%)66－85第三級出水水質(zhì)CODCr(mmg/L)250-350BOD5/CODDCr值氨氮(mg/LL)10-20第三級COD累計計去除率((%)97－98第三級氨氮累計去去除率(%%)95－99表2是在老港填埋場現(xiàn)場進行的100噸滲濾液/天的三級礦化垃圾生物反應床的運行結(jié)果。從表中可以看出，礦化垃圾反應床各方面運行狀態(tài)良好，再加上良好的外部環(huán)境條件，滲濾液處理達到了比較理想的效果。滲濾液COD、BOD、NH3-N去除效果顯著，礦化垃圾反應床運行穩(wěn)定，三級出水可以達到國家滲濾液二級排放標準。目前正在老港填埋場現(xiàn)場進行的50－100噸滲濾液/天的三級礦化垃圾生物反應床的運行結(jié)果與表2完全一致。礦化垃圾生物反應床應用實例（1）上海市老港填埋場100噸滲濾液/日國家“863“高新技術(shù)示范工程項目（2003年5月開始運行——現(xiàn)在）（2）山東省即墨市生活垃圾填埋場70噸滲濾液/日處理工程（2004年7月開始運行——現(xiàn)在）（3）山東省蓬萊市生活垃圾填埋場60噸滲濾液/日處理工程（將于2004年10月竣工并投入運行）（4）上海市老港填埋場400噸滲濾液/日處理工程（已經(jīng)完成初步設(shè)計，2004年11月開始施工）（5）馬鞍山市生活垃圾填埋場150噸滲濾液/日處理工程（正在設(shè)計，2004年年底開始施工）5結(jié)論最近一段時間以來，人們對填埋法處理生活垃圾持批評態(tài)度，主要原因是認為填埋法占地面積大，滲濾液處理難，資源被埋在地下，潛在污染時間長等。然而，人們也逐步認識到，生活垃圾堆肥和焚燒技術(shù)所存在的高成本和潛在污染同樣不容忽視。盡管填埋法存在上述問題，可絕大多數(shù)的城鎮(zhèn)仍然采用填埋法處理生活垃圾。本文認為，生活垃圾填埋場是一座巨大生物反應器，因此，對填埋場中礦化垃圾進行開采利用，把騰出的空間填埋新的生活垃圾，完全實現(xiàn)了填埋場的可持續(xù)利用，從而解決了傳統(tǒng)意義上的填埋法占地大、資源利用率低的缺點。顯然，生活垃圾填埋——礦化垃圾利用——生活垃圾再填埋，是生活垃圾填埋技術(shù)的發(fā)展，適合我國當前的社會與經(jīng)濟水平，值得推廣應用。參考文獻趙由才、龍燕、張華主編，《固體廢物處理與資源化叢書——生活垃圾衛(wèi)生填埋技術(shù)》，化學工業(yè)出版社，北京，2004年2月趙由才主編，《危險廢物處理技術(shù)》，化學工業(yè)出版社，北京，2003年9月趙由才主編，《環(huán)境工程化學》，化學工業(yè)出版社，北京，2003年7月趙由才主編，《實用環(huán)境工程手冊–固體廢物污染控制與資源化》，化學工業(yè)出版社，北京，2002年5月趙由才主編，《生活垃圾資源化原理與技術(shù)》，化學工業(yè)出版社，北京，2002年1月趙由才，黃仁華主編，《生活垃圾衛(wèi)生填埋場現(xiàn)場運行指南》，化學工業(yè)出版社，北京，2001年2月張益，趙由才主編，《生活垃圾焚燒技術(shù)》，化學工業(yè)出版社，北京，2000年8月趙由才，朱青山主編，《城市生活垃圾衛(wèi)生填埋場技術(shù)與管理手冊》，化學工業(yè)出版社，北京，1999年8月ZhaoYoucaiandShaoFang，Useofanaged-refusebiofilterforthetreatmentoffromf