生活垃圾填埋堆體開挖、篩分異味控制措施研究

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作者中城環(huán)境 范曉平、董學(xué)光、陳曉偉、封科、孫廉杰、劉京

中城環(huán)境第二事業(yè)部固廢填埋團(tuán)隊(duì)由范曉平、董學(xué)光、康哲、邢麗娜、楊思成、封科、陳曉偉、孫廉杰、劉京等一批環(huán)保固廢領(lǐng)域優(yōu)秀人才組成。曾先后參與國(guó)內(nèi)多項(xiàng)固廢填埋場(chǎng)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)編制、新建、綜合治理、封場(chǎng)生態(tài)修復(fù)等相關(guān)咨詢、設(shè)計(jì)、研究工作。

2023年10月11日，中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布《2022年城鄉(xiāng)建設(shè)統(tǒng)計(jì)年鑒》和《2022年城市建設(shè)統(tǒng)計(jì)年鑒》。2022年我國(guó)現(xiàn)有生活垃圾填埋場(chǎng)444座，日處理能力215167t；生活垃圾焚燒廠648座，日處理能力804670t。與2012年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)相比，全國(guó)垃圾焚燒處理量占比由25%提升至近80%；填埋處理量占比由72%下降至12%。

生活垃圾填埋方式逐漸被淘汰，但停止填埋或即將停止填埋的垃圾填埋場(chǎng)仍需進(jìn)行綠色低碳治理。據(jù)E20研究院統(tǒng)計(jì)，2023年中標(biāo)的生活垃圾填埋場(chǎng)（工程和運(yùn)營(yíng)類）項(xiàng)目累計(jì)423個(gè)，其中垃圾填埋場(chǎng)新建項(xiàng)目只有33個(gè)，其余均是存量垃圾填埋場(chǎng)治理項(xiàng)目。

存量生活垃圾含有大量有機(jī)成分和硫、氮等元素，在填埋熟化降解過(guò)程會(huì)產(chǎn)生大量異味惡臭氣體，如NH3、H2S、硫醇等。填埋場(chǎng)釋放氣體中，非甲烷有機(jī)物體積分?jǐn)?shù)小于1%，但成分復(fù)雜、毒性強(qiáng)，是填埋場(chǎng)釋放的重要惡臭物質(zhì)和臭氧前體物。填埋氣聚積和遷移存在風(fēng)險(xiǎn)。填埋場(chǎng)存在堆體滲濾液導(dǎo)排不暢等問(wèn)題，大部分填埋場(chǎng)的導(dǎo)氣管在作業(yè)期即已失效。如果封場(chǎng)工程中未進(jìn)行必要的處理，填埋氣存在聚積與遷移的風(fēng)險(xiǎn)。

封場(chǎng)工程或篩分治理工程進(jìn)行垃圾堆體開挖時(shí)，會(huì)大量釋放異味惡臭氣體以及甲烷等易爆氣體，影響周邊環(huán)境。因此，需采取相應(yīng)措施對(duì)惡臭氣體進(jìn)行收集處理，降低垃圾堆體開挖對(duì)周邊環(huán)境的影響。

一、生活垃圾填埋工藝形式

隨著生活垃圾填埋場(chǎng)的逐步發(fā)展，衛(wèi)生填埋處理工藝不斷革新，好氧衛(wèi)生填埋、厭氧衛(wèi)生填埋以及準(zhǔn)好氧衛(wèi)生填埋工藝均具有自身適用范圍和優(yōu)缺點(diǎn)。衛(wèi)生填埋場(chǎng)采用不同工藝時(shí)，垃圾降解和穩(wěn)定化過(guò)程也不同。

1. 好氧衛(wèi)生填埋工藝

好氧衛(wèi)生填埋工藝主要對(duì)新鮮空氣進(jìn)行加壓，將其沿井管注入垃圾深處。此過(guò)程可以將垃圾中的甲烷、二氧化碳等氣體抽出，同時(shí)將垃圾填埋場(chǎng)產(chǎn)生的滲濾液回灌至垃圾堆體，激活垃圾中的好氧微生物，營(yíng)造好氧生物反應(yīng)環(huán)境。

一般微生物在好氧環(huán)境下活動(dòng)明顯增強(qiáng)，有機(jī)物在滲濾液中的降解速率提高，從而加快垃圾的降解及穩(wěn)定化進(jìn)程。但是由于好氧填埋需要采用強(qiáng)制通風(fēng)方式，運(yùn)行期間需要消耗大量能量用于輸送空氣，經(jīng)濟(jì)性較低，適用性不高。

2. 厭氧衛(wèi)生填埋工藝

我國(guó)衛(wèi)生填埋一般采用厭氧衛(wèi)生填埋工藝，該工藝在衛(wèi)生填埋場(chǎng)設(shè)置防滲層、滲濾液導(dǎo)排系統(tǒng)以及填埋氣體導(dǎo)排系統(tǒng)，在填埋作業(yè)期間實(shí)施日覆蓋、中間覆蓋和最終封場(chǎng)，衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)較高，可以解決衛(wèi)生填埋場(chǎng)對(duì)環(huán)境造成的二次污染。

3. 準(zhǔn)好氧衛(wèi)生填埋工藝

準(zhǔn)好氧衛(wèi)生填埋工藝將導(dǎo)氣空間、排水空間用作為通風(fēng)的通道，從而增大堆體內(nèi)部的好氧區(qū)域，使有機(jī)物加速分解，有利于填埋場(chǎng)滲濾液水質(zhì)改善和堆體穩(wěn)定化。

準(zhǔn)好氧衛(wèi)生填埋工藝對(duì)運(yùn)營(yíng)單位要求比較高，投資成本介于好氧衛(wèi)生填埋和厭氧衛(wèi)生填埋之間，但產(chǎn)生的甲烷氣體少，不利于甲烷氣體的燃燒利用。

二、填埋場(chǎng)不同階段填埋氣產(chǎn)生情況

填埋場(chǎng)產(chǎn)生臭氣的主要成分是含氮化合物、硫化物、烴類及芳香烴、鹵代烴以及酮醇醛酚等含氧有機(jī)物。垃圾在填埋期間產(chǎn)生氣體的主要成分為二氧化碳40.0%、甲烷55.0%、氫0.1%、氮3.5%、硫化氫0.5%、一氧化碳0.1%。同時(shí)還含有微量的甲苯、二甲苯、氯甲烷、硫醇、氯乙烯、己烷等有毒惡臭有機(jī)氣體。填埋條件差異引起填埋過(guò)程的生物反應(yīng)、化學(xué)反應(yīng)程度不同，導(dǎo)致填埋氣體組分產(chǎn)生微量變化。

我國(guó)生活垃圾中，有機(jī)垃圾部分占比在50%以上，填埋場(chǎng)內(nèi)部微生物的厭氧降解活動(dòng)使大部分有機(jī)垃圾轉(zhuǎn)化為氣態(tài)最終產(chǎn)物——甲烷和二氧化碳。甲烷和二氧化碳是造成溫室效應(yīng)的主要因素，兩種氣體成分體積占填埋氣體總量的95%~99%。根據(jù)世界資源研究所2016年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，全球溫室氣體排放中，源自垃圾填埋場(chǎng)的排放量占2%。根據(jù)美國(guó)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，垃圾填埋場(chǎng)產(chǎn)生的甲烷約占全世界每年5億t量中的2200萬(wàn)~3600萬(wàn)t。

生活垃圾填埋半年到一年時(shí)，填埋垃圾降解進(jìn)入?yún)捬醢l(fā)酵穩(wěn)定階段，填埋氣體產(chǎn)生速率最大，氣體中甲烷含量最高。生活垃圾填埋場(chǎng)的填埋氣體產(chǎn)生可以分為5個(gè)階段。

·第一階段為初始填埋階段，堆體內(nèi)存在氧氣，此階段發(fā)生好氧反應(yīng)，生成氣體主要為二氧化碳。

·第二階段，堆體內(nèi)氧氣消耗基本完成，垃圾開始厭氧發(fā)酵，這個(gè)階段生成氣體主要為氫氣和二氧化碳，此時(shí)無(wú)甲烷產(chǎn)生。

·第三階段甲烷產(chǎn)量快速增長(zhǎng)，甲烷菌等微生物活性提高，將第二階段的氫氣耗盡，此階段氣體的甲烷比例逐漸上升，二氧化碳比例逐漸下降，兩者均達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定平衡值。

·第四階段氣體主要成分穩(wěn)定，甲烷和二氧化碳的比例穩(wěn)定，直至堆體內(nèi)垃圾有機(jī)質(zhì)成分降解完成。

·入第五階段，甲烷和二氧化碳比例逐漸減少，氧氣和氮?dú)獗壤厣?/p>

根據(jù)中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布的城鄉(xiāng)建設(shè)統(tǒng)計(jì)年鑒數(shù)據(jù)，分析得出目前國(guó)內(nèi)大部分生活垃圾填埋場(chǎng)的填埋氣產(chǎn)氣階段已進(jìn)入或?qū)⑦M(jìn)入第四階段。第四階段主要為厭氧反應(yīng)，在甲烷和二氧化碳產(chǎn)生量趨于穩(wěn)定的同時(shí)，惡臭氣體的產(chǎn)生量也趨于穩(wěn)定，并富集在堆體里。

三、生活垃圾填埋場(chǎng)案例分析

某填埋場(chǎng)占地面積約76666.67m2，自1998年開始被用作填埋生活垃圾，2018年停止填埋作業(yè)，填埋量為90萬(wàn)m3。由于填埋場(chǎng)場(chǎng)底防滲層破損，存在安全隱患，為了消除環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)隱患，整治遺留多年的環(huán)境問(wèn)題，本工程采用篩分異位處理工藝對(duì)填埋場(chǎng)進(jìn)行治理。

根據(jù)場(chǎng)地調(diào)查結(jié)果，填埋場(chǎng)覆蓋膜揭開后惡臭氣味明顯，表層10m垃圾填埋時(shí)間短、腐熟化程度低，堆體內(nèi)生化反應(yīng)強(qiáng)烈，且堆體在厭氧狀態(tài)下，產(chǎn)生和積聚了大量甲烷等易燃易爆氣體和H2S、NH3等惡臭氣體，直接開挖易出現(xiàn)嚴(yán)重的安全事故，對(duì)周圍環(huán)境和人們的身體健康造成危害。

根據(jù)國(guó)內(nèi)同類工程經(jīng)驗(yàn)，好氧快速穩(wěn)定化作為加速厭氧填埋場(chǎng)穩(wěn)定的有效方式，可以通過(guò)曝氣提高好氧微生物活性，加速有機(jī)垃圾分解腐熟，控制惡臭環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)好氧穩(wěn)定化，甲烷和惡臭氣體含量顯著下降，從源頭控制約80%以上異味的產(chǎn)生，垃圾填埋場(chǎng)開挖過(guò)程不會(huì)產(chǎn)生較持久、擴(kuò)散面積較大的異味，主要以短時(shí)異味控制為主。因此本工程采用“開挖前好氧預(yù)處理+開挖時(shí)除臭+篩分時(shí)控臭+密閉運(yùn)輸至焚燒廠”的臭氣控制措施。填埋場(chǎng)治理工藝流程如圖1所示。

圖1 填埋場(chǎng)治理工藝流程

1. 開挖前堆體調(diào)查數(shù)據(jù)分析

填埋氣體中甲烷的平均含量為21.16%，有機(jī)質(zhì)平均含量為47.66%，含水率平均為40.27%（垃圾堆體內(nèi)滲濾液水位為1.4~7.9m）。填埋場(chǎng)輕質(zhì)物濕基低位熱值平均值為2038kJ/kg，須通過(guò)添加輔助燃料才能實(shí)現(xiàn)焚燒處理；垃圾成分中塑料類（19%）和紡織類（13%）含量均高于周邊城市垃圾。造成塑料和紡織類垃圾成分含量高的主要原因是填埋場(chǎng)的垃圾中可能混入了部分工業(yè)廢料。某填埋場(chǎng)垃圾成分如表1所示。

表1 某填埋場(chǎng)垃圾成分

2. 開挖前好氧預(yù)處理

好氧預(yù)處理是在填埋堆體中埋設(shè)注氣井、注液井（或?qū)⒁后w直接傾倒在垃圾堆體上）和排氣井，利用風(fēng)機(jī)通過(guò)注氣井向垃圾填埋場(chǎng)中注入新鮮空氣，在氧氣和水的參與下，垃圾中的可降解有機(jī)物快速降解，同時(shí)收集并回灌滲濾液至堆體，使堆體中的有機(jī)物在適宜的含氧量、溫度、濕度條件下，經(jīng)好氧微生物的作用快速降解，迅速達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

通過(guò)好氧穩(wěn)定化處理可以提高垃圾中有機(jī)物的分解速率，減少有害和有氣味氣體的釋放，減少滲濾液產(chǎn)量，加快填埋場(chǎng)穩(wěn)定化進(jìn)程，對(duì)改造填埋場(chǎng)、控制污染具有重大意義。好氧穩(wěn)定化結(jié)束后，好氧狀態(tài)仍然能夠保持約6周，在此時(shí)段內(nèi)進(jìn)行堆體開挖，將有效削減臭氣和甲烷等有害氣體對(duì)工人的影響。

3. 開挖時(shí)除臭

由于垃圾堆體長(zhǎng)期處于厭氧狀態(tài)，產(chǎn)生諸多惡臭污染物，形成垃圾堆體惡臭污染來(lái)源。開挖過(guò)程中，垃圾暴露面的擴(kuò)大導(dǎo)致堆體內(nèi)部惡臭氣體大面積擴(kuò)散，對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生較大的臭氣影響。因此，采用以下措施控制開挖時(shí)惡臭氣味

·開挖時(shí)，非開挖區(qū)域采用HDPE膜進(jìn)行全場(chǎng)覆蓋，控制惡臭氣體擴(kuò)散；

·開挖前通過(guò)采取強(qiáng)制通風(fēng)措施降低垃圾堆體異/臭味，垃圾堆體由厭氧狀態(tài)轉(zhuǎn)化為好氧狀態(tài)，降低堆體中惡臭、甲烷氣體含量；

·開挖前進(jìn)行堆體降水處理，抽出滲濾液，開挖出的垃圾就地晾曬，降低轉(zhuǎn)運(yùn)垃圾含水率，降低惡臭和二次污染擴(kuò)散隱患；

·開挖時(shí)制定合理的開挖方案，盡可能縮短開挖時(shí)間，從而減少異/臭味垃圾裸露時(shí)間；

·根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，使用防滲膜覆蓋基坑開挖面及裸露的異/臭味垃圾，減少異/臭味污染物的擴(kuò)散；

·嚴(yán)格限制挖掘機(jī)和運(yùn)輸車輛的活動(dòng)范圍和車速，減少異/臭味擴(kuò)散；

·定期向空氣中噴灑除臭藥劑；

·對(duì)場(chǎng)地內(nèi)堆放的垃圾及時(shí)覆蓋。

4. 篩分時(shí)控臭

篩分現(xiàn)場(chǎng)及臨時(shí)堆料（垃圾、篩下物等）會(huì)導(dǎo)致臨時(shí)性輕微異味及揚(yáng)塵，因此對(duì)篩分車間進(jìn)行密閉處理。為了防爆及保證一定的工作環(huán)境，進(jìn)行通風(fēng)換氣。篩分車間采用噴霧殺菌除臭系統(tǒng)、化學(xué)洗滌除臭系統(tǒng)進(jìn)行降塵除臭。除臭區(qū)域臭氣通過(guò)管道系統(tǒng)集中收集，送至室外化學(xué)洗滌除臭車間進(jìn)行除臭處理。篩分時(shí)異味控制措施如下

·建設(shè)密閉垃圾處理車間，處理車間設(shè)有除臭、尾氣收集裝置，減少篩分過(guò)程對(duì)周邊環(huán)境的影響；

·篩分工序采用機(jī)械化施工，減少人工作業(yè)，減少異/臭味對(duì)施工人員的危害。

·臭氣收集處理系統(tǒng)加固定式除臭風(fēng)炮；

·暫存垃圾及篩分產(chǎn)物進(jìn)行覆蓋處理，專用皮帶管廊輸送垃圾，皮帶管廊封閉處理；

·定期排查皮帶管廊連接處，防止臭氣泄漏；

·皮帶管廊使用前做氣密性試驗(yàn)，確保密閉后方可使用。

5. 密閉運(yùn)輸至焚燒廠

篩分物外運(yùn)消納應(yīng)采用密閉式運(yùn)輸車運(yùn)輸。

·運(yùn)輸前，應(yīng)將篩分物用打包機(jī)進(jìn)行壓縮，檢查運(yùn)輸車的完整性和密閉性，并調(diào)查確定運(yùn)輸路線；

·篩分物裝車后，應(yīng)對(duì)車輛整體噴灑除臭藥劑，近距離確認(rèn)無(wú)臭后運(yùn)輸；

·運(yùn)輸過(guò)程中，應(yīng)沿確定好的路線行進(jìn)，嚴(yán)格遵守交通規(guī)則；

·運(yùn)輸至目的地后，應(yīng)對(duì)車輛進(jìn)行沖洗，并噴灑除臭藥劑，確保無(wú)臭后返程。

四、結(jié)語(yǔ)

隨著填埋場(chǎng)使用期到達(dá)或庫(kù)容飽和，大量不同規(guī)模的垃圾填埋場(chǎng)將進(jìn)入封場(chǎng)治理階段。但是在垃圾開挖、晾曬及篩分的過(guò)程中，臭氣散逸嚴(yán)重影響現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)工人的身體健康及周邊居民的生活環(huán)境，導(dǎo)致生活垃圾填埋場(chǎng)治理工程被投訴，異味控制措施成為生活垃圾填埋場(chǎng)治理工程的重要工作。隨著人民對(duì)周邊環(huán)境要求的不斷提高，管理層面將更加重視對(duì)生活垃圾填埋場(chǎng)治理過(guò)程中的異味控制工作，為異味控制及除臭技術(shù)市場(chǎng)提供了新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

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原文標(biāo)題:生活垃圾填埋堆體開挖、篩分異味控制措施研究