[科普中国]-可持续生活垃圾填埋技术

概念

随着当今可持续发展呼声的日渐高涨，传统填埋场也面临着一场技术与理念上的改革。我们可以从技术选择的角度理解和扩展可持续发展的定义，近似认为可持续就是建立极少产生废料和污染物的工艺或技术系统，尽可能接近“零排放”或是一种“密闭式”工艺方法。基于以上理解，美国的Keith Knox, Knox Associates，首先将把这种思路引入到固体废弃物处置管理中，提出可持续发展填埋场的思想首先要对总体的环境目标原则做出明确的说明，即填埋处置最终要达到的目标、效果以及实现目标的时间界定其次要建立一系列可控制的技术指标，把模糊的环境与发展问题定量化、具体化。

1986年瑞士环保部门最早对总体目标作了描述即每一世代必须采取必要措施使填埋处置的固体废弃物达到“最终贮存质量”，（Final Storage Quality, FSQ）标准，即排放到环境空气、水、土壤中的物质不需要进一步处理便可为环境所接受，并且明确指出一个世代时间为30年。丹麦在1992年的垃圾及回收利用政府行动计划书中也清楚规定每一个世代要使他们这一代的垃圾在填埋处置30年后不需要管理或监测。奥地利、英国等也分别对总体目标做出了规定。这些原则、目标的制定对这些国家固体废弃物的管理实践起到了显著的指导作用。为实现总体目标，各个国家要根据本国具体情况建立一套切实可行的定量指标体系。比如英国，主要从以下三个方面制定“最终贮存质量”技术标准：垃圾降解残余物特性分析指标、气体指标、渗滤液性质指标。1

矿化垃圾生活垃圾一旦填埋到填埋场，就发生一系列的生物降解和物理化学转化。垃圾成分、压实密度、填埋年龄及填埋深度、填埋场地理位置、水文气象条件等均会影响垃圾的降解速度，从而也影响填埋场稳定化进程。填埋场封场数年后(在南方一般至少在8～10年以上，北方地区10～15年以上)，垃圾中易降解物质完全或接近完全降解，垃圾填埋场表面沉降量非常小(如小于1～5 mm/a)，垃圾自然产生的渗滤液和气体量极少或不产生，垃圾中可生物降解含量(BDM)下降到3%以下，此时的垃圾填埋场可以认为达到稳定化状态，所形成的垃圾被称为矿化垃圾。

在上海市，这种矿化垃圾至少有4000万吨(老港垃圾填埋场2000万吨，市区和郊区历年来的堆场、江镇堆场等近2000万吨)。北京、天津、广州等城市所堆存的矿化垃圾估计也有几千万吨。三峡库区、大运河两岸也存在已经搬迁或急需搬迁的几千万吨矿化垃圾。因此我国矿化垃圾的资源非常充足。

矿化垃圾有较大的比表面积、松散的结构、较好的水力传导和渗透性能、较好的阳离子交换能力等。另外，矿化垃圾中微生物数量庞大、种类繁多，由于其特殊的形成历程，这些微生物尤以多阶段降解性微生物为主，可降解诸如纤维素、半纤维素、多糖和木质素等难降解有机物，因此是一种性能非常优越的生物介质，完全适合作为一种优良的生物反应器填料或介质，而且有着其他介质(如土壤)所无法比拟的优越性能。

事实上，绝大部分的垃圾填埋场均建于市郊。随着城市的发展，几乎每个城市的垃圾产生量都在增加，所需填埋场的面积越来越大。但对于寸土寸金的城市，要不断地提供新的填埋场以满足需要是非常困难的，甚至是不可能的。解决这个问题的一个重要而且可行的方法就是把矿化垃圾进行开采，这不仅可以充分利用矿化垃圾中的有机肥料和可回收物品，还可以对腾出的空间重新填入新垃圾，从而极大地延长填埋场的使用年限。

影响组成的因素在生活垃圾产量剧增的同时，垃圾的组成比也发生了很大的变化。影响城市生活垃圾组成的主要因素有三个：一是城市经济的发展水平；二是城市居民的生活习惯；三是城市的燃料结构等。经济发达、生活水平较高的城市，有机物如厨余、纸张、塑料、橡胶的含量均较高。以燃煤为主的北方城市，受采暖期影响，垃圾中煤渣、沙石所占的份额较多。许多国家城市居民的日常食品改为冷冻、干缩、预制的成品和半成品，家庭垃圾中的有机物，如瓜皮、果核等大为减少；而各类纸张或塑料包装物、金属、玻璃器皿以及废旧家用电器等品种大大增加。

生物反应器填埋场在传统的卫生填埋场中，垃圾的生物降解是一个无任何控制的自然降解过程。由于垃圾组成成分复杂，物理、化学和生物特性差异很大，以及垃圾填埋场结构设计上的问题，其无法为微生物提供适宜的生长条件，垃圾的生物降解过程因而受到限制，因此，现行传统的卫生填埋场除了占地面积大之外，还具有降解过程缓慢、稳定化时间长、降解不完全、产气率低、渗滤液成分复杂，且难以处理等缺点。

生物反应器填埋场是通过有目的的控制手段强化微生物过程从而加速垃圾中易降解和中等易降解有机组分转化和稳定的一种垃圾卫生填埋场运行方式。这些控制手段包括液体(水、渗滤液)注入、备选覆盖层设计、营养添加、pH值调节、温度调节和供氧等。生物反应器型填埋技术与传统卫生填埋场的本质不同在于其生物降解过程是加以控制的。一个填埋单元就是一个小型的“可控生物反应器”(controlled bioreactor)。许多这样的填埋单元构成的填埋场就是一个大型生物反应器。它具有生物降解速度快，稳定化时间短，填埋气产气量高、收集完全，一般无需复杂的渗滤液处理设施等特点。