MSW填埋滲濾液及填埋氣的處理處置

1、MSW填埋滲濾液及填埋氣的處理處置李 滿1 徐海宏2（1 中國礦業(yè)大學 2 華北科技學院）摘 要 MSW的傳統(tǒng)處理方法非但不能實現(xiàn)能源和資源的回收利用，而且本身也會造成嚴重的空氣、水體以及土壤等方面污染。筆者分析了國內(nèi)外MSW堆放、填埋等代表性工藝中存在的高濃度有機滲濾液的收集與處理、填埋氣的回收利用等問題，并就我國MSW填埋場的良性運營提出了建議。關鍵詞 MSW 衛(wèi)生填埋 生物處理一、MSW潔凈處理的緊迫性隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，人民生活水平的提高及人口絕對數(shù)量的增長，我國已經(jīng)成為生活垃圾的高產(chǎn)國。2003年，我國城市生活垃圾(MSW)清運量為14857萬噸，比2002年增加了8.8%；其中生活

2、垃圾無害化處理量為7550萬噸，生活垃圾無害化處理率為50.8%1。生活垃圾大多堆放在城市周圍，對城市的生態(tài)環(huán)境構成嚴重的威脅。全國668座城市中至少有200個以上處于MSW包圍之中，在城市周圍歷年堆存的MSW總量已達到60億t，侵占了約5億多平方米的土地2。MSW是寶貴的資源，研究表明，利用1.4億t的MSW發(fā)電，可以節(jié)約2333萬t煤炭；將1.4億t的MSW進行堆肥處理，可生產(chǎn)1.5億t的有機肥；MSW的合理利用可為我國創(chuàng)造2500億元/年的價值3。在全球資源和能源不足的情況下，科學開發(fā)、利用和處理處置MSW，實現(xiàn)其資源化和能源化利用已經(jīng)成為我國經(jīng)濟發(fā)展和改善環(huán)境質(zhì)量的迫切需要。二、填埋技

3、術在MSW處理中的主導地位填埋(landfill)作為城市固體廢物(MSW)處置的一種主要方式，誕生于20世紀30年代，成型于60年代。經(jīng)過70余年的發(fā)展，已經(jīng)形成一套比較完整的填埋工藝，稱之為“衛(wèi)生填埋場”(Sanitary Landfill)。衛(wèi)生填埋技術在國外得到了普遍應用，成為大多數(shù)國家主要的MSW處理方法，美國的垃圾衛(wèi)生填埋率為75%，英國高達88%4。我國衛(wèi)生填埋場的建設大約始于20世紀80年代，填埋是目前我國主要的MSW處理手段，占MSW處理量的79%2。采用合理的技術工藝，可以生產(chǎn)填埋氣以回收能源。每噸MSW每年產(chǎn)生的CH4約為1.25.9m3，填埋氣體產(chǎn)出持續(xù)時間為1080年

4、或更長5。對于一個每年填埋量在100萬t左右的填埋場，每天要產(chǎn)生320016000m3的CH 46，收集起來的CH4可用以發(fā)電。目前世界上共有20多個國家的270多個垃圾填埋場進行填埋氣的回收利用。據(jù)估算，美國可以年產(chǎn)570億m3的沼氣，利用價值為45億美元7。但在我國填埋氣的利用技術還并不成熟，只有杭州、廣州、北京等地開發(fā)利用了填埋氣。三、我國低效的MSW填埋處理（一）MSW填埋場污染普遍目前，由于我國相當一部分MSW被露天堆放或簡易填埋(dump)，缺乏完善的填埋氣和滲濾液收集、排導和處理設施，導致MSW填埋場較為嚴重的環(huán)境問題。國家環(huán)?？偩钟?001年7月發(fā)出關于開展生活垃圾處理設施環(huán)境

5、影響調(diào)查和監(jiān)測的通知，調(diào)查統(tǒng)計結果表明：在被調(diào)查的329個MSW處理處置設施中，完全符合“生活垃圾填埋場工程設計環(huán)境保護要求”的衛(wèi)生填埋場有16個，占4.9%；基本符合標準要求（具有防滲工程、能進行氧化塘或沉淀池處理）的衛(wèi)生填埋場有115個，占34.9%；簡易垃圾填埋場有157個，占47.7%。監(jiān)測結果表明，按生活垃圾填埋場污染控制標準之規(guī)定，還沒有一家MSW填埋場所排放污染物的全部指標均達到國家標準。其中：(1)各填埋場的滲濾液中，化學需氧量CODCr、氨氮、大腸菌值超標現(xiàn)象普遍?；瘜W需氧量的超標率為55.1%，超標倍數(shù)為0.1111；氨氮的超標率為60.4%，超標倍數(shù)為0.1915；大腸菌

6、值的超標率為37.9%。(2) 各填埋場地下水中，氨氮超標較為普遍，超標率為38.3%，超標倍數(shù)為0.1583。(3)各填埋場無組織排放廢氣中，氨的超標率為10.8%，超標倍數(shù)為0.0511.5；硫化氫的超標率為7.6%，超標倍數(shù)為0.524。（二）防滲的技術困惑MSW填埋工藝涉及到轉(zhuǎn)運、推鋪、壓實、覆蓋、復墾、滲濾液處理、沼氣處理、防滲、惡臭防治等過程，滲濾液的產(chǎn)生和處理往往是困擾MSW填埋的一個主要問題。MSW滲濾液的產(chǎn)生是復雜的物理、化學及生物過程，受到氣候條件、水文地質(zhì)條件、垃圾特性、填埋工藝及場齡等諸多因素的影響。滲濾液是一種高濃度的有機廢水，研究表明，滲濾液中COD的濃度最高可達到

7、90000mg/L，BOD最高可達到38000mg/L；滲濾液中含有汞、鉻、鎘、鉛等多種有毒、有害的重金屬離子；滲濾液中氨氮濃度很高，往往占總氮含量的90%以上。為防止?jié)B濾液污染環(huán)境，MSW填埋場的主體設計一般有4個基本部分: 底部防滲材料系統(tǒng)(bottom liner)、底部滲濾液排導系統(tǒng)(leachate collection system)、單元覆蓋系統(tǒng)(cell and daily cover material)及最終覆蓋系統(tǒng)(cover)。MSW填埋場最常用的防滲材料是粘土，目前人工合成的柔性膜也被用作填埋場的防滲材料，此類柔性膜包括：高密度聚乙烯(HDPC)、聚氯乙烯(PVC)、氯

8、化氯乙烯(CPE)、氯丁橡膠等。但是這些材料的防滲效果并不理想，據(jù)美國EPA的一項研究揭示，粘土的滲漏量可達到3.4L/ m2·d；由于柔性膜受到有機溶劑、臭氧、土壤細菌等諸多方面的影響而易破裂，制造工藝中形成的針孔和安裝時形成的縫隙也會形成滲漏通道，可使高密度聚氯乙烯(HDPE)的滲漏率達到200l/hm2·a。美國環(huán)保局(EPA)曾對全美填埋場的安全狀況進行了一次大規(guī)模調(diào)查，結果表明，有86%的被調(diào)查填埋場已經(jīng)存在著滲濾液污染周邊地下水的問題，并得出了“即使采用最好的襯料，所有的填埋場也都會滲漏”的結論。除美國以外的澳大利亞、馬來西亞、意大利及尼日利亞等國也都出現(xiàn)了MS

9、W滲濾液污染地下水或地表水的問題。四、MSW填埋技術思考一般大型MSW填埋場的使用年限都在10年以上，有的填埋場的服務期可以達到超過4050年，由于存在著MSW滲濾液污染周圍環(huán)境及地下水的威脅，對MSW填埋工藝的設計要延伸考慮幾十年。（一）滲濾液的減量技術減少滲濾液產(chǎn)生量應該是MSW填埋技術研究中的一個重要發(fā)展方向，通過優(yōu)化單元覆蓋層的“防滲屏障” (impermeable barrier)效應，可以阻止或減少降水的垂向入滲，減輕降水對MSW的淋濾，構成了降水及滲濾液垂向滲透的水力學屏障，降低滲濾液排泄量。徐則民對MSW填埋結構中單元覆蓋層(daily cover material)的研究表明

10、，單元覆蓋層的防滲技術可以簡化處理程序、降低處置場建設及運行總成本、遏止填埋場污染地質(zhì)環(huán)境。（二）MSW填埋場空間利用率約占MSW處理總量90%的MSW填埋法占用著寶貴的土地資源，調(diào)整填埋工藝，減少填埋占地是填埋技術研究的又一個方向。我國填埋場的空間利用系數(shù)較低(平均為2030m3/m2)，與現(xiàn)代化固體廢棄物填埋場的5070m3/m2的空間利用系數(shù)差距較大。高位堆填作業(yè)可以減少土地資源的浪費，也可為固體廢棄物填埋的資源化利用創(chuàng)造條件。（三）MSW處理的微生物技術微生物技術應用于填埋工藝已成為近年來MSW填埋技術研究的一個重要領域，“生物反應器”型垃圾填埋(Bioreactor Landfill

11、)和“填埋生物反應器”(Landfill Bioreactor)是把每個填埋單元當作一個小型的可控“生物反應器”，許多這樣的填埋單元構成的填埋場就是一個大的生物反應器，通過滲濾液的循環(huán)、水分調(diào)節(jié)、養(yǎng)分調(diào)理等措施，為微生物提供盡可能適宜的生長條件，使每個填埋單元中的微生物數(shù)量和活性大大提高，從而加快垃圾的生物降解速度，縮短穩(wěn)定化時間，提高填埋氣的產(chǎn)生量。據(jù)報道，與常規(guī)衛(wèi)生填埋方法相比，“生物反應器”型垃圾填埋場的穩(wěn)定化時間可縮短5倍以上。填埋氣產(chǎn)量提高75%，填埋用地減少約20%。據(jù)美國環(huán)境保護局(EPA)估計，若美國有一半的垃圾填埋場應用該技術，除了可節(jié)約大量垃圾填埋用地外，每年還可以多生產(chǎn)相

12、當于3600萬桶石油的能量。為此，該技術將是未來垃圾衛(wèi)生填埋技術的發(fā)展方向。MSW好氧填埋可以部分或全部解決填埋氣(LFG)和滲濾液污染問題，通過改善好氧填埋的溫度、濕度、pH、通氣性能等因素，可使好氧填埋的處理效果達到最佳。李兵等利用粉煤灰對好氧填埋方式進行改進，探討粉煤灰在MSW好氧填埋中的應用，使好氧填埋場的通風環(huán)境、pH值達到優(yōu)化調(diào)節(jié)，并且能夠更有效地凈化滲濾液。生物產(chǎn)氫技術也可作為MSW能源再利用的一個手段，該技術已經(jīng)受到世界各國的普遍重視，包括英國、荷蘭、加拿大、印度、意大利和中國都相繼在生物產(chǎn)氫領域開展了研究。生物產(chǎn)氫的方法可分為細菌發(fā)酵法和光合生物法。利用固體廢棄物中的有機質(zhì)發(fā)

13、酵產(chǎn)氫還停留在實驗室的探索性研究階段，但已成為產(chǎn)氫領域的一個研究熱點。五、MSW填埋場的良性運營在我國，MSW填埋處理存在著設計不完善、工藝簡單、操作不規(guī)范、垃圾利用率和資源轉(zhuǎn)化率低、污染嚴重等技術工藝問題，同時還存在著融資渠道單一、資金投入不足、制度不健全、監(jiān)督管理不力、環(huán)保設施不到位等運行管理問題。MSW處理還屬于計劃經(jīng)濟模式的社會公益事業(yè)，政府出資基本上是MSW填埋場運行的唯一資金來源，難以滿足垃圾無害化和資源化的要求。另外，缺乏競爭機制、公眾參與不足、行政監(jiān)管不到位等等，也是導致MSW填埋場運營不暢的重要原因，我國的垃圾綜合治理產(chǎn)業(yè)化任重道遠。實現(xiàn)MSW填埋場的良性運營，優(yōu)化環(huán)保產(chǎn)業(yè)是一個系統(tǒng)工程。需要加強環(huán)境警示教育，增強各級政府治理MSW的責任感；發(fā)揮各級環(huán)境管理部門和監(jiān)測站的監(jiān)管作用，建立必要的MSW處理環(huán)