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我国城市生活垃圾产生量逐年增加，卫生填埋仍是当前最主要的处理方式。据《中国统计年鉴2010》数据，2009年我国城市生活垃圾年清运量为1.57亿t，其中0.89亿t通过填埋方式处理，占垃圾无害化处理总量的79.5%[1]。尽管填埋处理方式具有成本较低、技术相对成熟的优点，但仍存在一系列环境与社会问题[2]。随着我国城市生活垃圾中厨余、废纸等有机组分含量的逐年增加，垃圾含水率也呈现逐渐升高的趋势[3]。高含水率、易腐性生活垃圾的快速降解可产生大量的垃圾填埋气体（Landfillgas，简称LFG），使垃圾填埋场蕴藏着巨大的资源化潜力。LFG资源的合理、高效回收，可获得资源、环境与社会的多重效益，已成为城市管理者所关注的问题。
1 LFG资源化现状及存在问题
1.1 LFG资源化现状
我国LFG开发利用始于20世纪80年代，经过20多年的发展，LFG资源化水平与规模已有显著提高。特别是随着1997年《京都议定书》的签订，全球政府间温室气体减排合作不断深入，为我国LFG资源化开发提供了先进经验和大量的资金回报，极大地刺激了LFG利用工作的开展[4]，[5]。
截至2010年12月，我国已有53个LFG利用项目得到了国家发改委批准，并与国外政府或公司签订了LFG利用及温室气体减排量交易协议，预计CH4总减排量可达751.2万t/a。目前，北京、上海、杭州、南京等地垃圾填埋场相继建立了LFG发电工程，LFG回收与利用设施不断完善，并获得了良好的经济效益。1998~2010年，我国LFG发电总装机容量变化情况如图1所示。
图1 1998~2010年我国LFG发电总装机容量变化情况
我国LFG资源化开发利用，一方面受到“清洁发展机制”的推动；另一方面与国家相关政策的大力支持密不可分。2002年11月18日，《中国城市垃圾填埋气体收集利用国家行动方案》出台，国家鼓励私营企业和国际商业企业参加LFG收集发电项目并给予优先支持，极大地推动了国内LFG资源化开发；2006年1月1日《中华人民共和国可再生能源法》正式实施，随后国家又相继出台了《可再生能源发电有关管理规定》、《可再生能源发电价格与费用分摊管理试行办法》、《关于可再生能源发展专项资金暂行管理办法》和《电网企业全额收购可再生能源电量监管办法》等法律法规，明确了生物质发电电价优惠、上网电量全额收购和电力调度优先等鼓励政策。这些国家法规的相继出台为LFG开发利用提供了可靠的政策保障，使我国LFG资源化回收项目数量及LFG发电装机总容量都有了迅速增长。
1.2 LFG资源化问题研究
尽管国外资金技术及国家鼓励政策的支持很大程度上推动了我国LFG资源化开发，但我国LFG资源化工作仍存在一系列的问题。
（1）LFG资源化开发项目数量少
国内LFG资源化成藏理论及开发技术的不成熟使LFG规模性开发的经济效益较低、环境效益不显著，导致地方政府不够重视，因此，严重抑制了LFG利用项目数量的快速增长。2005年，黄毅对我国20多个省市的54座生活垃圾填埋场LFG回收利用状况进行了调查，结果表明：在54座生活垃圾填埋场中，以LFG回收发电的仅4座，占7%；而LFG收集后直接排放的有46座，占86%[6]。据统计，截至2010年底，我国已有450座垃圾填埋场，其中进行LFG开发利用的填埋场只有30余座，不足卫生填埋场总量的7%。可见，我国多数填埋场在对LFG收集后由于无法利用而采取直接排放，难以达到垃圾填埋场温室气体减排及LFG规模性资源化开发的目的。
（2）LFG回收利用率极低
随着我国城市生活垃圾产生量及填埋处理量的不断增加，全国450余座垃圾填埋场LFG产生潜力巨大，如果这些LFG的60%用来收集发电，总装机容量可达600万kW以上，LFG回收可获得的经济、环境和社会效益十分可观。然而，截止到2010年底，我国建成并投入使用的LFG发电设备总装机容量仅为6.5万kW，LFG资源回收利用率不足1.5%。
LFG回收利用率低，一方面，受传统垃圾填埋场结构及作业方式不适于LFG资源化开发的影响，大量垃圾有机质组分通过微生物水解酸化作用进入渗滤液中积聚，这样既增大了填埋场渗滤液处理难度及环境污染隐患[7]，又造成填埋垃圾生物质的大量损失，降低了LFG的转化率；另一方面，LFG抽排井结构及布井方式不合理也直接导致大量LFG无法回收[8]，或因抽采气体中CH4浓度低而限制其利用范围。因此，如何在填埋场结构与作业方式优化的基础上，平衡LFG抽排设施投入与抽排效率提高两者间的关系，进一步提高LFG抽采量与抽排效率，是当前我国垃圾填埋场LFG资源化开发中面临的一个关键问题。
（3）LFG资源化技术设备不足
我国城市生活垃圾高含水率、高有机组分的特征使其厌氧降解及产气过程与国外垃圾相比存在较大的差异。照搬国外垃圾填埋场管理及LFG资源化技术方法，显然不能满足国内LFG开发的需求。当前，国内相关研究成果的技术转化率低，导致LFG资源化开发工艺尚不成熟，尤其是缺乏自主知识产权的LFG开发与资源化利用关键技术，严重影响了我国LFG资源化水平的提高[3]，[4]。
LFG资源化开发涉及到气体产生、收集、预处理及利用等多方面的内容。利用LFG发电的内燃机组需要较高的稳定性和较强的适应能力，国外机组价格昂贵，而国内机组多数不能满足要求。国内大城市投入大量市政资金引进国外的LFG发电机组，中小城市受财政限制而无力购买，这在一定程度上也限制了国内LFG资源化开发规模的扩大[9]。在LFG资源化开发经济产出相对较低的情况下，随着后京都议定书时代的到来，如果无法实现LFG资源回收与环境效应的兼顾统一，巨额的设备资金投入必将成为我国LFG资源化开发的重大阻碍。
2LFG规模性资源化开发对策
2.1实现垃圾填埋场资源环境问题的协调统一
垃圾填埋场稳定化即垃圾生物质在填埋体系厌氧微生物作用下由固相水解进入液相，再由液相经甲烷化作用转化为LFG并迁移出填埋场的过程。从图2来看，垃圾填埋场碳元素的生物地球化学迁移过程中液相有机碳7与气相有机碳10迁移转化过程的损失是造成填埋场周围环境污染及CH4温室气体排放的根源，同时也是造成填埋场LFG生成潜力下降及回收率低的根本原因。要提高垃圾填埋场的LFG资源化水平，实现LFG规模性资源化开采的同时获得良好的经济效益，就需要尽可能地减少液相有机碳7与气相有机碳10的损失量，使填埋体系碳元素向可收集的气相有机碳⑾方向迁移转化，这样就可以使垃圾填埋场的环境污染控制与LFG资源化开发问题协调统一。
图2垃圾填埋场碳元素生物地球化学迁移转化模式
1-固相碳；2-固相补充碳；3-固相无机碳；4-固相有机碳；5-液相有机碳；6-固相腐殖质碳；7-液相损失有机碳；8-液相补充有机碳；9-气相有机、无机碳；10-气相损失有机、无机碳；11-气相回收有机、无机碳；12-气相释放无机碳
垃圾填埋场资源环境问题的协调统一，不仅可以为LFG资源化技术探索提供全新的研究思路，而且可使地方政府更加重视LFG的资源化回收工作。通过减少液相生物质损失、增加LFG产生量、提高LFG采收率的一系列工程技术措施，不仅可以显著提高LFG的资源化水平，还可同时解决填埋场环境污染问题。对于地方政府而言，LFG回收不仅可获得一定的经济回报，更重要的是可较好地解决填埋场环境污染所带来的一系列社会问题，因此必将极大地激发其资源化利用的热情，推动全国范围内LFG资源化开发的进程。
2.2大力推广渗滤液回灌为核心的填埋处理工艺
垃圾填埋场渗滤液无组织迁移情况下的液相生物质损失是造成填埋场周围土壤、水体污染及LFG产生潜力下降的根本原因。渗滤液收集回灌，一方面可大幅度减少液相生物质损失量，降低垃圾填埋场对周围环境的影响能力；另一方面对维持填埋场LFG资源蕴藏潜力，保障LFG资源化开发的顺利进行也具有重要的意义。
在垃圾填埋场中，上部填埋单元新鲜垃圾在水解酸化菌作用下产生大量富含有机质的渗滤液，下部填埋单元半腐熟垃圾中产甲烷菌的代谢活性较强，但由于液相有机质与产甲烷微生物间缺乏有效的接触而抑制了LFG的快速产生。基于渗滤液回灌的填埋场内部流体运移不仅可以将上部填埋单元产生的液相生物质携带至下部填埋单元进行产甲烷分解，还可起到调节填埋体系生物地球化学环境Eh，pH因子的作用，在一定程度上实现了填埋体系水解酸化菌与产甲烷菌的协同协调，对于缩短填埋场稳定化周期、减少LFG无组织迁移损失量、提高垃圾生物质气相转化率均具有重要的意义。在我国垃圾填埋场中大力推广渗滤液自体或异体回灌为核心的生物反应器填埋处理工艺，不仅可以显著降低填埋场环境影响能力及污染控制难度，还可为LFG的回收利用提供相对稳定的资源蕴藏潜力及资源产出过程。
2.3不断优化生物反应器填埋结构与作业方式
我国城市生活垃圾高含水率、高有机质含量及易腐性的特点决定了其在填埋场适宜的生物地球化学环境下能够快速降解，且一次性填埋产气过程具有滞后时间短、产气峰值高、高峰持续时间短、产气速率不稳定的特征，这对我国LFG资源化开发带来了诸多不利的影响。
生物反应器填埋场结构差异影响到渗滤液回灌过程中的携带、冲刷及调节能力，控制着厌氧微生物作用下的垃圾生物质气相转化过程。此外，填埋体系结构中产气层、储集层及封盖层间的空间配置及组合关系也控制着LFG的保存及迁移，生物反应器填埋结构优化对提高LFG资源化采收率具有重要的意义。垃圾填埋场作业过程中，渗滤液回灌方式、回灌量及回灌频率等因素在一定程度上控制着到填埋体系多种微生物代谢的协同性及稳定性，气体抽排方式、抽排层位及抽排时间因素决定着LFG抽排效率，也影响到LFG规模性资源化开发的过程。
我国要实现垃圾填埋场LFG规模性资源化开发，首先要在模拟填埋试验与现场监测的基础上进行填埋垃圾降解规律及产气特征的研究，并不断优化以LFG资源化为目标的生物反应器填埋结构与作业方式。对LFG产生、储集、保存、抽排全过程进行人工干预，实现易腐性生活垃圾填埋场气体产生及运移过程的精细管理与控制，以提高垃圾生物质的气相转化率及LFG抽排效率。
2.4积极探索高效的LFG抽排装置及布井技术
LFG抽排效率的高低，一方面受垃圾填埋场结构与作业方式的影响，同时也受到LFG抽排井结构及布井合理性的控制。填埋场稳定化过程中，上覆物的重力压实及微生物降解作用使填埋垃圾体孔隙度及渗滤液逐渐下降，传统的LFG单井筒竖井抽采方式受抽排半径缩小而影响抽排效率逐渐降低，在一定程度上抑制了LFG资源化水平的提高。此外，垃圾填埋场LFG抽排井井距布置不合理，也直接导致LFG资源化投资额增大或抽排效率下降的问题。
因此，在生物反应器填埋场结构与作业方式优化的同时，还需要根据我国城市生活垃圾填埋降解过程中垃圾体的导水、导气性特征演化规律，积极探索新型、高效的LFG抽排井结构，并通过科学预测LFG抽排井的抽排影响半径进行合理布井[10]，[11]。在LFG抽排资金设备投入最少的情况下，获取较好的抽排效果。
3结论
（1）我国垃圾填埋场LFG资源蕴藏潜力巨大，“清洁发展机制”与国家政策法规的推动作用使我国LFG资源化水平显著提高，LFG发电设备总装机容量已超过6.5万kW。受地方政府重视程度不够、LFG资源化技术不成熟及回收利用设备价格昂贵等因素的影响，我国LFG资源化仍存在开发项目数量少、垃圾生物质气相转化率及回收利用率低的一系列问题，严重阻碍了当前我国LFG规模性资源化开发工作。
（2）在垃圾填埋场环境污染控制与LFG资源化开发问题协调统一的前提下，大力推广渗滤液回灌为核心的垃圾填埋处理工艺，不断优化生物反应器填埋结构与作业方式，积极探索高效的LFG抽排装置及合理布井方法，实现地方政府主动参与下的LFG高效产出及资源化回收，是促进我国LFG规模性资源化开发工作的根本措施。
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