生活垃圾生物反應(yīng)器填埋技術(shù)

1、生活垃圾生物反應(yīng)器填埋技術(shù)走出垃圾衛(wèi)生填埋的困境*孫 冬第一作者：孫 冬，男，1975年生，碩士研究生，助理工程師，主要從事固體廢物處理技術(shù)研究及工程設(shè)計(jì)。* 中國(guó)工程物理研究院科學(xué)技術(shù)基金（20050545）。 蒲 實(shí)2 母曉東2(1.中國(guó)工程物理研究院環(huán)保工程研究中心，四川 綿陽(yáng) 621900；2.四川恒泰環(huán)境技術(shù)有限責(zé)任公司，四川 綿陽(yáng) 621900）摘要 通過(guò)對(duì)城市生活垃圾衛(wèi)生填埋處理方式過(guò)程中存在的種種不足和所面臨的困境做了詳細(xì)的敘述，同時(shí)介紹了生活垃圾生物反應(yīng)器填埋技術(shù)的種種優(yōu)勢(shì)和不同類型的生物反應(yīng)器填埋技術(shù)的特點(diǎn)，結(jié)合我國(guó)垃圾處理處置現(xiàn)狀，得出生物反應(yīng)器填埋技術(shù)是走出我國(guó)垃圾填埋

2、處理困境的有效方式。關(guān)鍵詞 衛(wèi)生填埋困境 生物反應(yīng)器填埋技術(shù) 好氧生物反應(yīng)器填埋技術(shù) 厭氧生物反應(yīng)器填埋技術(shù)Bioreactor landfill: an effective way out of the dilemma of municipal solid waste sanitary landfill Sun Dong1，Pu Shi2，Mu Xiaodong2. (1.Institute of Environmental Protection Engineering，China Academy of Engineering Physics，Mianyang Sichuan 621900；

3、2.Sichuan Entech Environmental Technology Co. Ltd.，Mianyang Sichuan 621900)Abstract: Municipal solid waste (MSW) disposal by conventional sanitary landfill meets with lots of drawbacks during operation and gets itself into a dilemma, which is related in details. A comparison is made between sanitary

4、 landfill and bioreactor landfill. It finds that the bioreactor landfill has many advantages over sanitary landfill and different types of bioreactor landfill differs in their characteristics. In combination with the current status of MSW disposal in China, thus a conclusion is drawn that bioreactor

5、 landfill is an effective way out of the dilemma of MSW conventional sanitary landfill. Keywords: Sanitary landfill Bioreactor landfill Aerobic bioreactor landfill Anaerobic bioreactor landfill1 城市生活垃圾衛(wèi)生填埋處理現(xiàn)狀及困境城市生活垃圾衛(wèi)生填埋處置方式由于具有技術(shù)可靠，工藝簡(jiǎn)單，管理方便；投資相對(duì)較省，運(yùn)行費(fèi)用低；適用范圍廣，對(duì)生活垃圾成分無(wú)嚴(yán)格要求，能完全消納進(jìn)場(chǎng)垃圾等一系列優(yōu)點(diǎn)，在許多地區(qū)和國(guó)

6、家都得到了廣泛的運(yùn)用。如1993年美國(guó)填埋處理量占垃圾總處理量的69.241，英國(guó)1999年垃圾填埋處理占垃圾總處理量的67，1991在德國(guó)年垃圾填埋處理量占垃圾總處理量的60，在西班牙占75，而我國(guó)在2001年統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示垃圾填埋處理量占垃圾總處理量的80。盡管垃圾衛(wèi)生填埋處理技術(shù)擁有以上一系列的優(yōu)點(diǎn)和得到了廣泛的運(yùn)用，然而現(xiàn)行傳統(tǒng)的“干穴式”（Dry Tomb）衛(wèi)生填埋技術(shù)要求填埋過(guò)程中實(shí)行單元填埋、每日覆土、中場(chǎng)覆土，封場(chǎng)時(shí)再用自然土和粘土甚至土工膜組成最終覆蓋層，嚴(yán)格按照上述要求施工的填埋場(chǎng)封場(chǎng)后就成了一個(gè)垃圾的“干墓穴”，由于濕度減少，微生物的活性減弱甚至停止，場(chǎng)內(nèi)垃圾的生物降解是一

7、個(gè)無(wú)任何控制的自然降解過(guò)程，封場(chǎng)后很長(zhǎng)一段時(shí)間（數(shù)十年）內(nèi)垃圾保持不變或者變化很小。此時(shí)的垃圾填埋場(chǎng)是一個(gè)潛在的污染源，一旦填埋場(chǎng)的覆蓋層和防滲層部分功能失效，其污染特性必將暴露無(wú)疑。這種垃圾填埋形式實(shí)際上人為制造了一個(gè)定時(shí)炸彈，其實(shí)質(zhì)只是將當(dāng)代人產(chǎn)生的垃圾這一污染源轉(zhuǎn)移給了下一代或后幾代，這不符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略要求?，F(xiàn)行的垃圾衛(wèi)生填埋技術(shù)存在占地面積大的缺點(diǎn)之外，還存在如下幾個(gè)無(wú)法避免的缺陷，由此嚴(yán)重的制約了垃圾衛(wèi)生填埋技術(shù)的進(jìn)一步推廣和運(yùn)用。1.1 傳統(tǒng)填埋場(chǎng)滲濾液水質(zhì)、水量波動(dòng)較大，處理難度大現(xiàn)行垃圾填埋場(chǎng)滲濾液產(chǎn)量直接受進(jìn)入場(chǎng)內(nèi)的大氣降水量的影響，一般填埋場(chǎng)運(yùn)營(yíng)期間滲濾液產(chǎn)量大，封場(chǎng)后

8、滲濾液量相應(yīng)減少；雨季滲濾液產(chǎn)量大，旱季滲濾液量則較少。受垃圾組分，大氣降雨量的影響，填埋場(chǎng)滲濾液水質(zhì)水量季節(jié)性波動(dòng)顯著；受填埋垃圾分解階段的影響，填埋初期滲濾液有機(jī)污染物濃度特別高，垃圾填埋后期污染物濃度則逐漸降低。由于一般填埋場(chǎng)據(jù)城市污水處理廠距離較遠(yuǎn)，即使較近大量高污染物特征的滲濾液也會(huì)對(duì)城市污水處理系統(tǒng)的正常運(yùn)行帶來(lái)沖擊，故一般填埋場(chǎng)都建設(shè)有獨(dú)立滲濾液處理系統(tǒng)。但包括物理、化學(xué)、生物處理法等工藝在內(nèi)的滲濾液處理系統(tǒng)都無(wú)法適應(yīng)不斷變化的滲濾液水質(zhì)和水量的要求，經(jīng)常要求隨季節(jié)以及填埋階段的不同改建滲濾液處理系統(tǒng)或?qū)ο到y(tǒng)的有關(guān)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。1.2 傳統(tǒng)填埋場(chǎng)滲濾液污染強(qiáng)度高，二次污染嚴(yán)重

9、傳統(tǒng)填埋場(chǎng)滲濾液不僅污染種類繁多，成分復(fù)雜，同時(shí)污染物濃度極高。部分填埋場(chǎng)滲濾液COD可能高達(dá)近十萬(wàn)mg/L，氨氮濃度也可能高達(dá)近萬(wàn)mg/L，要使組分復(fù)雜，污染物濃度高的滲濾液排放前達(dá)到有關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)的要求，必須對(duì)其進(jìn)行深度處理。深度處理費(fèi)用之高，令很多填埋場(chǎng)的運(yùn)行管理者望而止步。2001年7月國(guó)家環(huán)?？偩窒掳l(fā)了關(guān)于開展生活垃圾處理設(shè)施環(huán)境影響調(diào)查和監(jiān)測(cè)的通知（環(huán)辦200172號(hào)），對(duì)全國(guó)垃圾處理設(shè)施的污染排放情況及其對(duì)周圍環(huán)境的影響展開調(diào)查，調(diào)查結(jié)果顯示，我國(guó)垃圾衛(wèi)生填埋場(chǎng)滲濾液排放、地下水水質(zhì)及無(wú)組織排放等無(wú)一家達(dá)到生活垃圾填埋場(chǎng)污染控制標(biāo)準(zhǔn)（GB 168871997）之規(guī)定，且二次污染程度

10、較高2。1.3 傳統(tǒng)填埋場(chǎng)封場(chǎng)后維護(hù)監(jiān)管期長(zhǎng)、風(fēng)險(xiǎn)大、費(fèi)用高、不利于場(chǎng)地及時(shí)復(fù)用盡管傳統(tǒng)填埋場(chǎng)不時(shí)有雨水進(jìn)入，但受季節(jié)影響進(jìn)入水量分布不均、受填埋場(chǎng)所布設(shè)的覆蓋層影響使進(jìn)入場(chǎng)內(nèi)水分分布地點(diǎn)不均，因而填埋垃圾得不到均勻的、快速的降解，垃圾體的污染特征長(zhǎng)期存在。美國(guó)EPA要求填埋場(chǎng)封場(chǎng)后監(jiān)管30年，但有專家認(rèn)為現(xiàn)行部分垃圾填埋場(chǎng)封場(chǎng)100年后還有大量垃圾未得到有效降解，仍對(duì)周圍環(huán)境構(gòu)成潛在威脅。長(zhǎng)時(shí)間填埋場(chǎng)監(jiān)管期不僅增加滲濾液處理、監(jiān)測(cè)以及其他系統(tǒng)的維護(hù)費(fèi)用，還增大了滲濾液收集系統(tǒng)、防滲層等系統(tǒng)失效的可能，從而增加了潛在的二次污染風(fēng)險(xiǎn)。1.4 傳統(tǒng)填埋場(chǎng)產(chǎn)氣期滯后且歷時(shí)較長(zhǎng)，產(chǎn)氣量小，資源化率低傳

11、統(tǒng)填埋場(chǎng)進(jìn)入甲烷化階段所需時(shí)間長(zhǎng)，還因滲濾液連續(xù)排放而損失大量可轉(zhuǎn)化為甲烷氣體的有機(jī)物，從而降低填埋場(chǎng)甲烷氣體總產(chǎn)量；由于產(chǎn)氣期較長(zhǎng)而降低了產(chǎn)甲烷速率，使填埋場(chǎng)在甲烷總量減少的同時(shí)還延長(zhǎng)了回收甲烷氣體所需時(shí)間，因而降低了回收甲烷氣體作為能源的經(jīng)濟(jì)效益。目前，除杭州、廣州和深圳已在利用填埋場(chǎng)氣體發(fā)電外，其余100多個(gè)填埋場(chǎng)都將填埋氣體在燃燒后排放或直接排放，造成資源的嚴(yán)重浪費(fèi)和對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響。1.5 傳統(tǒng)填埋場(chǎng)垃圾處理費(fèi)用高由于傳統(tǒng)填埋場(chǎng)的以上不足之處，自然就直接導(dǎo)致較高的單位垃圾填埋處理處置費(fèi)用，不利于這一垃圾處置方式在更大范圍的推廣和運(yùn)用。2 生活垃圾生物反應(yīng)器填埋技術(shù)2.1 技術(shù)優(yōu)勢(shì)36

12、鑒于傳統(tǒng)垃圾填埋技術(shù)以上一系列不足之處和生物技術(shù)在環(huán)境保護(hù)中的廣泛運(yùn)用，二十世紀(jì)后期歐美及日本等國(guó)家開始另一種改進(jìn)的填埋場(chǎng)方式即生物反應(yīng)器填埋技術(shù)的研究。生物反應(yīng)器填埋技術(shù)根據(jù)填埋垃圾被微生物降解的機(jī)理和過(guò)程，利用填埋場(chǎng)這一天然的微生物活動(dòng)場(chǎng)所，通過(guò)一系列手段優(yōu)化填埋場(chǎng)內(nèi)部環(huán)境使其成為一個(gè)可控生物反應(yīng)器，為微生物大量繁殖提供一個(gè)最優(yōu)的生存空間。生物反應(yīng)器填埋技術(shù)不僅對(duì)填埋場(chǎng)產(chǎn)生的滲濾液能實(shí)現(xiàn)很大程度的場(chǎng)內(nèi)就地凈化，還為填埋場(chǎng)的提前穩(wěn)定創(chuàng)造了良好條件，同時(shí)還增加了填埋氣體回收利用的經(jīng)濟(jì)效益，明顯提高垃圾的生物降解速度和效率，從而提高垃圾的資源化、無(wú)害化水平。生活垃圾生物反應(yīng)器填埋技術(shù)較現(xiàn)行垃圾衛(wèi)

13、生填埋技術(shù)的主要優(yōu)勢(shì)：（1）通過(guò)滲濾液回灌，讓滲濾液進(jìn)一步參與生物反應(yīng)，降低其污染物濃度，從而降低滲濾液的處理難度和處理費(fèi)用；（2）加速生活垃圾的微生物降解過(guò)程，從而增加填埋場(chǎng)的有效容積；（3）通過(guò)控制填埋場(chǎng)內(nèi)部的溫度和濕度等條件，提高填埋氣體的產(chǎn)氣率和產(chǎn)氣量，從而提高生活垃圾的資源化率；（4）加速填埋垃圾的穩(wěn)定過(guò)程，從而降低填埋場(chǎng)的運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用，并進(jìn)一步降低對(duì)周圍環(huán)境的二次污染風(fēng)險(xiǎn)等。由此可見生物反應(yīng)器填埋技術(shù)具有傳統(tǒng)衛(wèi)生填埋技術(shù)不可比擬的優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)如今生物反應(yīng)器填埋技術(shù)在世界各國(guó)得到了廣泛的運(yùn)用，如美國(guó)EPA已著手修改現(xiàn)有的垃圾管理法規(guī)以推廣這一新型的垃圾填埋技術(shù)。同樣在1979年，生活垃圾

14、半好氧生物反應(yīng)器填埋技術(shù)被由日本健康福利部頒布的廢物最終處置導(dǎo)則采用，該工藝還在馬來(lái)西亞、印尼、菲律賓及巴西等國(guó)被廣泛運(yùn)用，同時(shí)該技術(shù)的培訓(xùn)課程也在亞太地區(qū)逐步開展。2.2 生活垃圾生物反應(yīng)器填埋技術(shù)的不同形式及其特點(diǎn)生活垃圾生物反應(yīng)器填埋技術(shù)根據(jù)填埋工藝不同可分為好氧、厭氧、好氧厭氧及半好氧四種生物反應(yīng)器填埋技術(shù)。與傳統(tǒng)的衛(wèi)生填埋技術(shù)相比較，四種生物反應(yīng)器填埋技術(shù)都有各自的特點(diǎn)。2.2.1 好氧生物反應(yīng)器填埋技術(shù)好氧生物反應(yīng)器填埋技術(shù)是將滲濾液、其他液體及空氣等根據(jù)場(chǎng)內(nèi)垃圾生物降解需要，通過(guò)一種可控的方式加入至填埋場(chǎng)，概念圖見圖1。這樣不僅大大地加快填埋垃圾生物降解和穩(wěn)定速率，減少危害最大的

15、溫室氣體甲烷的排放，同時(shí)降低滲濾液污染強(qiáng)度和處理費(fèi)用。國(guó)外研究表明，好氧生物反應(yīng)器填埋場(chǎng)的生活垃圾達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間在24年左右，溫室氣體減少50%90%。由于需要強(qiáng)制通風(fēng)供氧、滲濾液回灌及其他控制形式，故單位時(shí)間內(nèi)運(yùn)行費(fèi)用很高。由于運(yùn)行維護(hù)時(shí)間大大縮短，故總的運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用同傳統(tǒng)的衛(wèi)生填埋技術(shù)相比，相差不大。圖1 好氧生物反應(yīng)器填埋場(chǎng)概念圖2.2.2 厭氧生物反應(yīng)器填埋技術(shù)厭氧生物反應(yīng)器填埋技術(shù)是通過(guò)向填埋垃圾體回灌滲濾液和注入其他的液體以保持填埋場(chǎng)內(nèi)最佳的濕度條件，可生物降解垃圾在缺氧的條件下進(jìn)行厭氧降解，同時(shí)快速產(chǎn)生富含CH4的填埋氣體，概念圖見圖2。它具有加速填埋垃圾降解和穩(wěn)定，減輕滲濾液有

16、機(jī)污染強(qiáng)度，增大甲烷氣體產(chǎn)量、產(chǎn)生速率，進(jìn)而提高甲烷氣體回收利用效益等優(yōu)勢(shì)，資源化率高，垃圾達(dá)到穩(wěn)定化時(shí)間在410年左右，CH4氣體產(chǎn)量增加約200250，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用較低。缺點(diǎn)是滲濾液氨氮濃度長(zhǎng)期偏高，不利于滲濾液的生物處理。圖2 厭氧生物反應(yīng)器填埋場(chǎng)概念圖2.2.3 好氧厭氧生物反應(yīng)器填埋技術(shù)好氧厭氧生物反應(yīng)器填埋技術(shù)是對(duì)上層新填埋垃圾進(jìn)行強(qiáng)制通風(fēng)供氧，下層垃圾仍按厭氧方式運(yùn)行，概念圖見圖3。主要目的在于降低新填埋垃圾中易降解物酸化后對(duì)厭氧垃圾層的危害，同時(shí)向場(chǎng)內(nèi)的濕度和其他環(huán)境條件進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)填埋垃圾的無(wú)害化和資源化。垃圾達(dá)到穩(wěn)定化時(shí)間和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用間于好氧和厭氧生物反應(yīng)器填埋技術(shù)之

17、間。圖3 好氧厭氧生物反應(yīng)器填埋場(chǎng)概念圖2.2.4 半好氧生物反應(yīng)器填埋技術(shù)7半好氧型生物反應(yīng)器填埋場(chǎng)利用填埋場(chǎng)內(nèi)外氣體壓力差，通過(guò)自然進(jìn)風(fēng)方式維持滲濾液收集管、排氣管及中間覆土周圍一定區(qū)域垃圾層的好氧狀態(tài)，使部分垃圾實(shí)現(xiàn)好氧降解，同時(shí)向場(chǎng)內(nèi)回灌滲濾液和其他液體，概念圖見圖4。其兼具好氧生物反應(yīng)器填埋場(chǎng)的部分優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)建設(shè)成本和運(yùn)行費(fèi)用同傳統(tǒng)的衛(wèi)生填埋技術(shù)相比差別不大，二次污染程度低。圖4 半好氧生物反應(yīng)器填埋場(chǎng)概念圖3 我國(guó)城市生活垃圾處理現(xiàn)狀分析2000年統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示我國(guó)垃圾產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到了1.4億t，然而能達(dá)到真正意義上的、符合環(huán)境衛(wèi)生要求處理的垃圾只有3%左右8，大部分垃圾仍是通過(guò)簡(jiǎn)單的

18、“堆填”來(lái)消納。垃圾的“堆填”實(shí)際上是垃圾在某處的“存放”，它通常既不設(shè)防襯層，也無(wú)滲濾液收集處理和填埋氣利用設(shè)施，因而，并沒(méi)有改變垃圾對(duì)環(huán)境的污染狀況。由于我國(guó)環(huán)保資金投入和垃圾焚燒技術(shù)等方面的限制，尤其在我國(guó)中西部地區(qū)，垃圾低位熱值低，含水率高等特點(diǎn)，要大力推廣垃圾焚燒處理還有很長(zhǎng)一條路要走。同時(shí)我國(guó)未實(shí)現(xiàn)垃圾分類收集、運(yùn)輸和處理，垃圾堆肥處理中仍有許多問(wèn)題還未解決，導(dǎo)致堆肥產(chǎn)品肥效低，產(chǎn)品中含有大量的玻璃粹渣，農(nóng)民用戶對(duì)此反應(yīng)強(qiáng)烈，市場(chǎng)前景黯淡。有關(guān)媒體對(duì)四川省第一批利用國(guó)債建設(shè)的近十個(gè)垃圾綜合處理廠（堆肥焚燒或者堆肥填埋）進(jìn)行了調(diào)查，結(jié)果顯示僅有個(gè)別垃圾處理廠能正常運(yùn)行，究其原因之一是

19、堆肥產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)不到預(yù)期的效果，市場(chǎng)受挫，垃圾廠變成了堆放垃圾的垃圾場(chǎng)，造成財(cái)力、物力和人力資源的巨大浪費(fèi)。而我國(guó)地幅遼遠(yuǎn)，自然條件千變?nèi)f化，有許多地方具備了建設(shè)填埋場(chǎng)的天然地理?xiàng)l件。2000年建設(shè)部、國(guó)家環(huán)?？偩帧⒖萍疾柯?lián)合制定了城市生活垃圾處理及污染防治技術(shù)政策，其總則指出填埋處理是垃圾處理必不可少地最終處置手段，也是現(xiàn)階段乃至今后相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)的一種主要垃圾處理處置模式。4 結(jié)束語(yǔ)隨著生物技術(shù)的不斷進(jìn)步和完善以及人們能源與環(huán)境意識(shí)的加強(qiáng)，世界垃圾填埋技術(shù)已從傳統(tǒng)的以貯留垃圾為主向多功能方向發(fā)展，即一個(gè)垃圾填埋場(chǎng)應(yīng)同時(shí)具有貯留垃圾、隔斷污染、生物降解和資源恢復(fù)等多個(gè)功能。我國(guó)也應(yīng)緊跟世界垃

20、圾填埋技術(shù)的發(fā)展新趨勢(shì)，大力研發(fā)生活垃圾生物反應(yīng)器填埋技術(shù)。鑒于我國(guó)現(xiàn)有生活垃圾處理處置技術(shù)現(xiàn)有水平和基本國(guó)情，考慮到經(jīng)濟(jì)性和可操作性，我國(guó)當(dāng)前應(yīng)在回灌型生物反應(yīng)器填埋技術(shù)方面加大研發(fā)和運(yùn)用力度。筆者認(rèn)為當(dāng)前研究的重點(diǎn)應(yīng)放在：（1）日覆蓋層和中間覆蓋層材料的選擇，確保適當(dāng)?shù)耐笟庑院退麧B透系數(shù)；（2）不同回灌形式（表面噴灑、水平管/溝回灌、豎井回灌以及混合回灌等）各自的適用條件和每種回灌形式的定量計(jì)算；（3）滲濾液回灌量、時(shí)間、頻率的確定；（4）由于滲濾液回灌可能導(dǎo)致場(chǎng)內(nèi)產(chǎn)酸細(xì)菌的大量繁殖，產(chǎn)生大量的有機(jī)酸，造成環(huán)境酸的大量積累，從而抑止產(chǎn)甲烷細(xì)菌的生長(zhǎng)繁殖，因此還需解決如何有效調(diào)節(jié)場(chǎng)內(nèi)pH值的問(wèn)題；（5）由于垃圾填埋技術(shù)涉及到水力學(xué)、微生物學(xué)、環(huán)境工程學(xué)等多個(gè)學(xué)科，研發(fā)過(guò)程中應(yīng)運(yùn)用系