[科普中國]-可持續(xù)生活垃圾填埋技術(shù)

概念

隨著當(dāng)今可持續(xù)發(fā)展呼聲的日漸高漲，傳統(tǒng)填埋場也面臨著一場技術(shù)與理念上的改革。我們可以從技術(shù)選擇的角度理解和擴(kuò)展可持續(xù)發(fā)展的定義，近似認(rèn)為可持續(xù)就是建立極少產(chǎn)生廢料和污染物的工藝或技術(shù)系統(tǒng)，盡可能接近“零排放”或是一種“密閉式”工藝方法。基于以上理解，美國的Keith Knox, Knox Associates，首先將把這種思路引入到固體廢棄物處置管理中，提出可持續(xù)發(fā)展填埋場的思想首先要對總體的環(huán)境目標(biāo)原則做出明確的說明，即填埋處置最終要達(dá)到的目標(biāo)、效果以及實現(xiàn)目標(biāo)的時間界定其次要建立一系列可控制的技術(shù)指標(biāo)，把模糊的環(huán)境與發(fā)展問題定量化、具體化。

1986年瑞士環(huán)保部門最早對總體目標(biāo)作了描述即每一世代必須采取必要措施使填埋處置的固體廢棄物達(dá)到“最終貯存質(zhì)量”，（Final Storage Quality, FSQ）標(biāo)準(zhǔn)，即排放到環(huán)境空氣、水、土壤中的物質(zhì)不需要進(jìn)一步處理便可為環(huán)境所接受，并且明確指出一個世代時間為30年。丹麥在1992年的垃圾及回收利用政府行動計劃書中也清楚規(guī)定每一個世代要使他們這一代的垃圾在填埋處置30年后不需要管理或監(jiān)測。奧地利、英國等也分別對總體目標(biāo)做出了規(guī)定。這些原則、目標(biāo)的制定對這些國家固體廢棄物的管理實踐起到了顯著的指導(dǎo)作用。為實現(xiàn)總體目標(biāo)，各個國家要根據(jù)本國具體情況建立一套切實可行的定量指標(biāo)體系。比如英國，主要從以下三個方面制定“最終貯存質(zhì)量”技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：垃圾降解殘余物特性分析指標(biāo)、氣體指標(biāo)、滲濾液性質(zhì)指標(biāo)。1

礦化垃圾生活垃圾一旦填埋到填埋場，就發(fā)生一系列的生物降解和物理化學(xué)轉(zhuǎn)化。垃圾成分、壓實密度、填埋年齡及填埋深度、填埋場地理位置、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(jìn)程。填埋場封場數(shù)年后(在南方一般至少在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1～5 mm/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，此時的垃圾填埋場可以認(rèn)為達(dá)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。因此我國礦化垃圾的資源非常充足。

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(dǎo)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(jī)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(yīng)器填料或介質(zhì)，而且有著其他介質(zhì)(如土壤)所無法比擬的優(yōu)越性能。

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，所需填埋場的面積越來越大。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(jìn)行開采，這不僅可以充分利用礦化垃圾中的有機(jī)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的使用年限。

影響組成的因素在生活垃圾產(chǎn)量劇增的同時，垃圾的組成比也發(fā)生了很大的變化。影響城市生活垃圾組成的主要因素有三個：一是城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展水平；二是城市居民的生活習(xí)慣；三是城市的燃料結(jié)構(gòu)等。經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、生活水平較高的城市，有機(jī)物如廚余、紙張、塑料、橡膠的含量均較高。以燃煤為主的北方城市，受采暖期影響，垃圾中煤渣、沙石所占的份額較多。許多國家城市居民的日常食品改為冷凍、干縮、預(yù)制的成品和半成品，家庭垃圾中的有機(jī)物，如瓜皮、果核等大為減少；而各類紙張或塑料包裝物、金屬、玻璃器皿以及廢舊家用電器等品種大大增加。

生物反應(yīng)器填埋場在傳統(tǒng)的衛(wèi)生填埋場中，垃圾的生物降解是一個無任何控制的自然降解過程。由于垃圾組成成分復(fù)雜，物理、化學(xué)和生物特性差異很大，以及垃圾填埋場結(jié)構(gòu)設(shè)計上的問題，其無法為微生物提供適宜的生長條件，垃圾的生物降解過程因而受到限制，因此，現(xiàn)行傳統(tǒng)的衛(wèi)生填埋場除了占地面積大之外，還具有降解過程緩慢、穩(wěn)定化時間長、降解不完全、產(chǎn)氣率低、滲濾液成分復(fù)雜，且難以處理等缺點。

生物反應(yīng)器填埋場是通過有目的的控制手段強(qiáng)化微生物過程從而加速垃圾中易降解和中等易降解有機(jī)組分轉(zhuǎn)化和穩(wěn)定的一種垃圾衛(wèi)生填埋場運行方式。這些控制手段包括液體(水、滲濾液)注入、備選覆蓋層設(shè)計、營養(yǎng)添加、pH值調(diào)節(jié)、溫度調(diào)節(jié)和供氧等。生物反應(yīng)器型填埋技術(shù)與傳統(tǒng)衛(wèi)生填埋場的本質(zhì)不同在于其生物降解過程是加以控制的。一個填埋單元就是一個小型的“可控生物反應(yīng)器”(controlled bioreactor)。許多這樣的填埋單元構(gòu)成的填埋場就是一個大型生物反應(yīng)器。它具有生物降解速度快，穩(wěn)定化時間短，填埋氣產(chǎn)氣量高、收集完全，一般無需復(fù)雜的滲濾液處理設(shè)施等特點。