浏览次
Excavation and Recycle of Aged Refuse in MSW Landfill
Xia Jin-yu
Abstract: Sanitary landfilling is the main approach for MSW disposal in China. The dilemmas on MSW management for most of Chinese cities are that numerous dumping sites have been surrounding urban district and the siting selection for new landfill has become more and more difficult, so the development of excavation and recycling technology for stabilized refuse seem to be very significant and usable. In this paper the development of landfill excavation technology was reviewed, then the reasons and the aims, the excavation planning and technological measures for stabilized landfill excavation have been introduced. A cost-effective analysis was applied to evaluate the feasibility for excavating and recycling in stabilized landfill. Based on these technologies, about 75%～80% of previous landfill capacity could be recovered. Meanwhile comprehensive utilization for the stabilized refuse was presented, and the feasibility of in-situ ecological restoration in excavated landfill was discussed.
Keywords:;stabilized landfill; excavation and recycle; ecological restoration in-situ
1、引言
我国2006城市生活垃圾及粪便的清运量已达到1.7亿吨，且以每年8%～10%的速度迅速增加。我国城市生活垃圾处置方式主要以卫生填埋为主，处置的垃圾量占总量的80%以上，由于卫生填埋处置投资相对较低、运行管理相对简便，今后一段相当长的时间内，我国垃圾处理仍将以卫生填埋为主。
如今土地资源紧张，土地价格上涨，新建填埋场不但选址难，占地大，征地费用也很大，据估算，建一个完全符合目前国家标准的卫生填埋场的费用大约在4000万元以上，但使用寿命只有10～15年。对已封场或废弃不用的卫生垃圾填埋场或堆场进行二次开采和资源化利用，是破解存量垃圾围城和新建填埋场选址困难问题有效途径（以下文中所指的填埋场均为生活垃圾卫生填埋场或简易堆场）。在这方面，国外虽然都有一些相关的报道和实践，但国内相对较少。
2、填埋场开采技术的发展历史
生活垃圾填埋场的开采实践始于20世纪50年代。以色列对特拉维夫市的生活垃圾填埋场进行开采 ，填埋场开采的概念也因此而产生。填埋场开采，就是利用传统的表面挖掘技术将填埋场内的垃圾挖出来，回收利用其中的金属、玻璃、塑料、土壤和土地等的一个过程[1]。自此以后，在美国和欧洲一些陆续开展了开采工作，较成功的一些案例有：美国弗罗里达的Naples卫生填埋场、纽约的Edinburgh卫生填埋场、Frey Farm卫生填埋场、德国斯图加特Burghof卫生填埋场。在中国只有上海老港生活垃圾填埋场和深圳盐田生活垃圾填埋场在此方面做了一些初步的尝试。
3、填埋场开采
3.1、开采原因
a、城镇生活垃圾的产生量越来越大，需要更多的填埋容量，占用更多的土地，这在土地资源紧张的今天实现起来较为困难。
b、填埋场封场后，若不进行持续长期的监测、管理，其产生的渗沥液会对地下水构成威胁。
3.2、开采目的
a、回收金属、土壤等可利用的物质，腾出可观的填埋容量，接受更多的新的垃圾，使填埋场使用年限增长。陈腐垃圾开采、筛分后，可以得到50-60%的有机细料，10-15%的可回收利用的物品（塑料、玻璃、金属等），大约有20-25%的粗料需回填到填埋场中去，腾出75-80%的填埋空间用于填埋新鲜生活垃圾。
b、提高填埋场的建设标准。对那些污染控制不达标的填埋场，开采后可进行改造，增加防渗层，从根本上解决渗滤液对地下水的污染。
c、可以改变填埋场用地性质，适应城市化的发展需求。
Naples填埋场开采的目的主要是获得填埋场的日覆盖土材料，降低填埋场的封场费用和责任，降低对地下水污染的风险，回收可燃和可再生利用物质。Edinburgh填埋场开采的主要目的是避免封场的责任，减少填埋场的“生态足迹”,希望能从中回收到一定的能源和可再生利用物质。因为填埋场周围的土壤资源丰富，所以，开采出的土壤运出场外，加工成建筑材料。Frey Farm填埋场开采的主要目的也是回收可利用物质。实验分析证明，Frey Farm填埋场开采出来的物质具有很高的热值，适合焚烧获得能源。开采出来的物质有56%转化为能源，41%作为土壤回收利用，只有3%的再填埋[2～3]. Burghof填埋场开采工程的主要意义就在于它验证了填埋场开采在经济和技术上的可行性以及工程对操作人员及周围环境的影响程度。
3.3、填埋场开采方案的实施
3.3.1、开采的必要前提条件
填埋场开采的前提条件概括起来就是填埋场必须达到稳定化。所谓的稳定化主要指：垃圾封场数年后，垃圾中以降解完全或接近完全降解。垃圾填埋场表面沉降量非常小。不再产生异味，垃圾自然产生的渗沥液很少或不产生。垃圾中的可生物降解物质（BDM）下降到3%以下。此时，便可认为垃圾基本上稳定了。
3.3.2、基础资料的收集[2～3]
a、填埋场场地及周围环境的调查。包括地理位置、地形、地貌特征等，周围环境的稳定性，水文和气候资料、当地居民生活饮食和习惯、燃料结构、初步确定填埋垃圾的主要成分。现场确认可用土壤、可回用物料、可燃垃圾以及危险废物的比例。
b、向有关部门询问城市区域规划计划和土地征用计划。大多数填埋场都在近郊，按现有的城市发展速度，近郊地区很有可能在城市发展规划之列。
c、城市环境卫生专项规划资料。通过走访环卫所等环境卫生机构，了解生活垃圾的产生量及其变化情况、垃圾的主要成份、垃圾的收集和处理处置方式。
d、查阅相关的法律法规，了解填埋场开采的实施细则。
e、调查垃圾资源化利用的途径以及国家对此是否有特殊的扶持政策。
经过这一环节，可以初步确定适合开采的填埋场，但这个数量可能会比较大，因此还需要利用费用-效益分析方法来降低数量。
3.3.3、费用-效益分析
填埋场开采的主要经济效益有：a、增加了填埋场的接纳容量。b、避免了填埋场封场后的管理监测费用。c、降低了对周围环境的修复责任。d、获得土地资源。e、避免新建和扩建费用。f、出售可回收利用的物料获得的收益。
填埋场开采利用的费用主要有：a、场地调查费用。b、租用或购买开采设备的费用。c、租用或购买人身安全设备费用。d、支付劳动力的费用。e、设备燃料和维修费用。f、不可回收利用物料的再处置费用。g、工作人员安全培训的费用。h、其他不可预见的费用，如事故风险的处理。
经过费用效益分析后，符合要求的填埋场数量显著降低。在荷兰，研究人员利用费用-效益分析方法，再配合现场调查和数据分析，将最初的147个初步符合开采要求的填埋场将低至4个[4]。
3.3.4、开采过程
填埋场的开采主要是以采矿和选矿技术为基础，由于开采目的和场地特征的不同，开采方式有多种方式，但总体来说，填埋场的开采主要有以下几个步骤：
a、挖掘
先用挖掘机将填埋场中的稳定化垃圾挖出来，再由前装式装载机将垃圾堆成堆条，并分离出其中的大块物质。堆成堆条的目的是让挖出来的垃圾进行二次发酵，便于后续的运输和处理。
b、筛分
物料经传送带进入滚筒筛，初次筛分，筛上物被运走，筛下物则进入振动筛，二次筛分。在筛分的过程中可进行部分物料的回收利用。
c、可再生物料的利用和不可再生物料的填埋。
图1德国斯图加特Burghof填埋场的开采流程。
如分离出来的土壤可用作填埋场的日覆盖土、城市绿化营养土等重。塑料等可燃物可焚烧获得热能。对于那些不可回用的物质，则要进行妥善的处置，避免造成二次污染。
图1为德国斯图加特Burghof填埋场的开采流程[5]，这个流程较为完整地体现了以上三个步骤。
3.4、开采过程对环境影响分析及安全控制措施
3.4.1、环境影响的指示因子
评价开采过程对环境影响的指示因子有：TSP、噪音、有毒有害气体对大气的污染、对地下水和饮用水的污染、滑坡、塌陷、病原体引起的流行疾病等。
3.4.2、环境影响及安全控制措施
由于填埋场多年来完全处于一个封闭的厌氧环境，沼气和硫化氢等气体积累，在开采的过程中，就会将这些气体释放出来。CH4在空气中的浓度达到15%，就会爆炸。H2S是具有恶臭且有剧毒的气体，人体吸收少量的H2S气体，就会使人体产生中毒现象。吸入浓度过高时甚至可导致死亡。在开采的过程中要随时对这些气体进行监测。对于开采出来的有毒有害物质要避免操作人员直接接触，应采用机械设备将其运往特定场所处置。另外，某个单元的填埋场的开采活动可能会破坏周边填埋单元的结构完整性，从而引起不均匀的沉降或塌方。
3.4.3、建立操作人员安全保护机制及措施
在进行填埋场开采工程之前，必须建立一套完整的安全保护机制和突发事件的应急预案措施，保证操作人员的人身安全。所有的操作人员也都必须接受安全和突发事件应急反应培训。一般包括：a、危险废物的知情权。b、呼吸防护设备。c、工作空间的安全保障。d、粉尘和噪音的控制。e、事故预防和处理培训。f、坚持做工作记录。
4、矿化垃圾的综合利用
开采出来的矿化垃圾能否得到有效的利用，直接关系到填埋场开采的经济效益。 矿化垃圾的利用途径一般有以下几个方面：
a、废弃物料的回收利用
矿化垃圾中的塑料、玻璃等物质可占到2%～5%，将这些物料销售给有关部门，作为工业原料进行再生产，可获得一定的经济效益。砖头、石块等大块物质约占 30%左右，可用作建筑材料和铺路材料等。
b、用作填埋场的日覆盖土和封场用土
目前我国大部份填埋场的覆盖土都购买郊区的农田土壤。这不仅增加了填埋场的运营成本，还降低了农业生产力。开采出来的矿化垃圾经过筛分后得到细料土壤。若能就地取材，循环利用，将细料土壤用作日覆盖土和最终覆土，既能实现资源的有效利用，又大大降低了填埋场的操作成本。另外，矿化垃圾具有疏松的多孔结构，是一种类似堆肥的腐殖土，有很强的吸附和生物脱臭作用。将矿化垃圾用作覆盖土材料能有效地去除新鲜垃圾产生的臭气。Claire[6]等人还发现，除臭速率随垃圾堆积密度的提高而增加，在堆积密度为740 kg／m3 时，恶臭的去除率达到了97％
c、用作城市绿化的营养土
矿化垃圾经过多年的厌氧发酵，除一些金属、玻璃、砖头、石块等无机物和纤维素等难降解的有机物之外，大部分有机物得到充分的降解，使矿化垃圾成为一种含有丰富有机质和多种营养元素的类似腐殖土的颗粒状土壤物质。经过筛分后便可得到有机肥料。这些有机肥料可用作城市绿化的营养用土，种植花草树木。这样就在一定程度上缓解城市土壤缺乏的压力。
d、作为生物反应床的填料
赵由才等对填埋龄为13年和9年的矿化垃圾的基本特性进行了研究[7]。表明，矿化垃圾呈疏松多孔结构，有机质的质量分数高达10%，每100g干垃圾中的阳离子交换量更是高达0.069mol以上，比一般的土壤高出好几倍。比表面积大，小于0.25mm细粒的质量分数也较一般的沙土高出近十倍。饱和水力渗透系数很高，与中砂土和砂、砾混合土相近。微生物种类丰富，数量多。所以，矿化垃圾可作为废水处理的填料介质。
5、填埋场的原位生态修复
对填埋场进行修复不仅可以减轻对周围环境的危害，还可以达到视觉美化的效果。
在国外，对填埋场的生态修复的实践进行的较早，比较成功的案例有以色列的Hiriya填埋场的修复[8]。包括两个部分：工程修复和视觉修复。工程修复是指将环境危险因子如温室气体排放，滑坡、渗沥液等对环境的影响降低到最小水平。视觉修复是指将填埋场改造为适合将来发展的状态，
El Yahoudia 填埋场[9]是突尼斯第一个实施填埋场资源化的实践基地。主要填埋生活垃圾、惰性垃圾、污水处理厂的污泥以及医疗和工业垃圾。填埋场的总面积有100公顷，其中有30公顷已建成为娱乐场所，剩余的70公顷拟建一个绿色公园和温室植物培养所。在方案实施前，已经进行了现场钻孔调查，以确定场地的地质和水文情况、垃圾的水平和垂直分层情况、垃圾的主要成分和降解程度、渗沥液和填埋气体的组成及数量。
近年来，国内在这方面也有了初步的实践。同济大学赵由才等在上海老港垃圾填埋场进行了花卉和树苗培植试验，不仅改善了周边环境之外，还取得了一定的经济效益。
6、结论
由于土地资源紧缺与城市垃圾产量迅速增加的矛盾日益突出，对已封场或废弃不用的垃圾填埋场进行二次开采和资源化利用，是破解存量垃圾围城和新建填埋场选址困难问题的有效途径。
