（环境工程专业论文）可持续生活垃圾填埋处置及资源化过程中几个重要问题研究.pdf

摘要 目前实现生活垃圾的可持续填埋及生活垃圾的资源化意义重大。由于生活垃 圾成分复杂，密度小，孔隙度大，容易发生较大的沉降变形，因此研究填埋场的 沉降问题将有助于最大限度的提高填埋场的填埋库容。同时，目前还不能实现生 活垃圾源头分类收集，所以生活垃圾中较多的有用物质将随之被埋掉，造成极大 浪费。要实现生活垃圾资源化，必需先对生活垃圾进行分选预处理。这样一方面 实现资源化，一方面明显减小生活垃圾占用填埋场的库容。另外，生活垃圾被填 埋后，填埋场的稳定性如何将直接影响到填埋场的安全，所以本文对填埋场的稳 定性也进行了研究。 通过本文的研究，发现了影响填埋场沉降的“瓶子”效应：为了研究生活垃圾 填埋场的沉降变形，考虑到生活垃圾中存在大量的易降解有机物，故引入有机物 降解的体积残余率，推导了与有机物降解相关联的填埋场沉降模型。采用老港填 埋场沉降观测数据对模型进行校正，其结果与实测沉降数据吻合较好。利用该沉 降模型预测了填埋场的长期沉降：填埋场中生活垃圾稳定的年限约8 年。该模型 推导简单，参数的物理意义明显。 为了实现生活垃圾的资源化，本文分别研究了滚筒筛筛分和风力分选机分选。 在分析物料在各分选设备中的运动规律及其在运动过程中受力的基础上，建立了 适用于生活垃圾分选的滚筒筛筛分和风力分选机分选的模型，并进行模拟计算， 计算结果和实验数据吻合的较好，表明模型正确。经过研究认为：滚筒筛的临界 转速取决于被筛分的物料：物料的静摩擦角 9 0 0 ，滚筒筛存在临界转速；否则， 不存在。 为了最大限度的实现生活垃圾的填埋，特别是滩涂地区等有缺陷的地基土上 的填埋，提出了高维卫生填埋的概念，即所谓高维卫生填埋是指采取一定工程措 施，通过对卫生填埋场场址天然条件下存在着的缺陷进行人为改造，采取系列工 程措施防止与控制渗滤液和场址区地下水间的交换以及控制填埋体与大气间的 交换，最大限度提高卫生填埋场的垃圾填埋高度，以达到其填埋的极限高度，实 现以最小的填埋面积获得最大的填埋库容( 达到极限库容) ，并保证填埋场的卫 生安全与稳定，从而达到节省大量土地的目的。 以上研究结果改变了人们对传统填埋场的认识，提出了生活垃圾填埋场可循 环利用的新理念。对平原型或滩涂型高维卫生填埋场有了全新的认识：它是一个 面积巨大的“填埋高度、填埋容量达到极限的生活垃圾中转站”。这里的填埋场 再也不是传统意义上的填埋场，一改往日填埋场占地面积大( 高维填埋可以节约 大量的土地) 、污染严重( 实现卫生填埋) 、而且土地长期得不到有效利用( 可以 循环再利用) 等缺点。 关键词：生活垃圾“瓶子“效应沉降模型分选高维卫生填埋 2 a bs t r a c t a tp r e s e n t ，t h ea c h i e v e m e n to fs u s t a i n a b l es o l i dw a s t el a n d f i l la n ds o l i dw a s t e r e s o u r c e si so fg r e a ts i g n i f i c a n c e o na c c o u n to ft h ec o m p l e x c o m p o s i t i o no ft h es o l i d w a s t e ，s m a l ld e n s i t y ，l a r g ep o r o s i t y ，v u l n e r a b i l i t yo fs e t t l e m e n ta n dd e f o r m a t i o n ，t h e s t u d yo ft h el a n d f i l ls e t t l e m e n tw i l lh e l pt oi m p r o v ec a p a c i t yo ft h el a n d f i l lt ot h e g r e a t e s t a tt h es f l m et i m e ，m o r eu s e f u lm a t e r i a li nt h es o l i dr e f u s ew i l lb eb u r i e d ， c a u s i n gg r e a tw a s t e ，d u et os o l i dw a s t eh a sn o tb e e nc o l l e c t e da c c o r d i n gt or e s o u r c e s t oa c h i e v es o l i dw a s t er e c y c l i n g ，s o l i dw a s t em u s tb ec a r r i e do u to nt h ep r e - s o r t i n g ， 8 0t h a to no n eh a n d ，s o l i dw a s t ei sr e c y c l e d ；o nt h eo n eh a n d ，t h es t o r a g ec a p a c i t yo f t h el a n d f i l ls i t eo c c u p i e db ys o l i dw a s t ei ss i g n i f i c a n t l yr e d u c e d i na d d i t i o n ，s i n c e s t a b i l i t yo fl a n d f i l lw i l lh a v ead i r e c ti m p a c to nt h es a f e t yo fl a n d f i l l ，t h es t a b i l i t yo f l a n d f i l la l s oi ss t u d i e di nt h i sa r t i c l e i nt h i sw o r k ，t h e ”b o t t l c ”e f f e c ti n f l u e n c e dt h es e t t l e m e n to fl a n d f i l li sf o u n d c o n s i d e r i n gt h ee x i s t e n c eo fal a r g en u m b e ro fo r g a n i cm a t t e r se a s yt od e g r a d ei nt h e w a s t e ，t h er e s i d u a lr a t eo fo r g a n i cm a t t e rd e g r a d a t i o ni si n t r o d u c e dd u r i n gt h es t u d yo f t h el a n d f i l ls e t t l e m e n ta n dd e f o r m a t i o n , a n dt h el a n d f i l ls e t t l e m e n tm o d e la s s o c i a t e d 、加t l lo r g a n i cm a t t e rd e g r a d a t i o ni sd e d u c t e d t h eo b s e r v a t i o n a ld a t ai nl a o g a n g l a n d f i l li su s e dt oc h e c kt h em o d e l ，a n dt h er e s u l t sm a t c hw i t ht h em e a s u r e dd a t aw e l l t h em o d e la b o u ts e t t l e m e n ti s a p p l i e dt op r e d i c tt h el o n g - t e r ms e t t l e m e n to ft h e l a n d f i l l ，a n di ti sf o u n dt h a ts o l i dw a s t el a n d f i l lc o u l db es t a b l ei na b o u t8y e a r s t h e d e d u c t i o no ft h em o d e li ss i m p l e ，a n dt h ep h y s i c a lm e a n i n g so ft h ep a r a m e t e r sa r e c l e a r i no r d e rt oa c h i e v et h es o l i dw a s t er e c y c l i n g ，t h es e p a r a t i o no ft r o m m e ls c r e e n e ra n d w i n ds e p a r a t o ri ss t u d i e di nt h i sp a p e r b a s e do nt h ea n a l y s i so ft h em a t e r i a l s m o v e m e n t si nt h es o r t i n ge q u i p m e n t sa n dt h ef o r c ei nt h ep r o c e s s ，t h em o d e l a p p l i c a b l et o t r o m m e ls c r e e n e ra n dw i n ds e p a r a t o rf o rs o l i dw a s t e s o r t i n gi s e s t a b l i s h e d ，a n ds i m u l a t i o nc a l c u l a t i o ni sc a r r i e do u t t h er e s u l t sm a t c he x p e r i m e n t a l d a t aw e l l ，i n d i c a t i n gt h a tt h em o d e li sc o r r e c t t h er e s e a r c ha l s of i n d st h a tt h ec r i t i c a l s p e e do ft r o m m e ls c r e e n e ri sd e t e r m i n e db yt h em a t e r i a l w h e nt h es t a t i cf r i c t i o n a n g l ei sn o tl e s st h a n9 0o rt h ec r i t i c a ls p e e de x i s t s ；o t h e r w i s e ，i td o e sn o te x i s t f o rt h es a k eo fr e a l i z i n gt h es o l i dw a s t el a n d f i l l f u r t h e s t ，p a r t i c u l a r l yl a n d f i l lo i l d e f e c t i v ef o u n d a t i o ns u c ha st h eb e a c ha r e a , ac o n c e p to fh i g h o r d e rs a n i t a r yl a n d f i l l i sb r o u g h tu p t h es o c a l l e dh i g h o r d e rs a n i t a r yl a n d f i l lr e f e r st oa r t i f i c i a l l ym o d i f y i n g t h ed e f e c t se x i s t e di nt h es a n i t a r yl a n d f i l lu n d e rt h en a t u r a lc o n d i t i o n s s e r i e so f m e a s u r e sa r ec a r r i e do u tt op r e v e n ta n dc o n t r o lt h ee x c h a n g eo fl e a c h a t ea n d u n d e r g r o u n dw a t e ri nt h el a n d f i l ls i t ea r e a , a sw e l la st h ee x c h a n g eo ft h el a n d f i l lb o d y a n dt h ea t m o s p h e r e m e a n w h i l e ，t h el a n d f i l lh e i g h ti sr a i s e dt ot h em a x i m u mi no r d e r t oa c h i e v ei t su l t i m a t eh e i g h to ft h el a n d f i l l h e r e b yt h el a r g e s tl a n d f i l lc a p a c i t y ( c a p a c i t yl i m i t ) i nt h es m a l l e s ta r e ao fl a n d f i l li sr e a l i z e d ，a tt h es a m et i m e ，t h es a f e t y ， h e a l t ha n ds t a b i l i t yo fl a n d f i l li sg u a r a n t e e d ，h e n c e ，al a r g en u m b e ro fl a n d sa r es a v e d t h er e s u l t sa b o v eh a v ec h a n g e dp e o p l e st r a d i t i o n a lu n d e r s t a n d i n go ft h el a n d f i l l ，a n d p u tu pan e wi d e at h a ts o l i dw a s t el a n d f i l lc a nb er e c y c l e d p l a i no rb e a c h - t y p e h i g h o r d e rs a n i t a r yl a n d f i l l sa r ek n o w nw i t l lan e wa w a r e n e s s ：i ti saw a s t et r a n s f e r s t a t i o nw i t hh u g ea r e a , l i m i t e dl a n d f i l lh e i g h ta n dc a p a c i t y t h el a n d f i l lh e r ei sn o l o n g e rt h et r a d i t i o n a ll a n d f i l l i nt h ep a s t ，t h el a n d f i l lh a sm a n ys h o r t c o m i n g s ，s u c ha s l a r g ea r e a , s e r i o u sp o l l u t i o n , w a s t e f u ll a n d sw h i c ha r en o te f f e c t i v e l yu s e df o ral o n g t i m e ，a n ds oo i l b u tn o wh i g h - o r d e rl a n d f i l lc a ns a v eal o to fl a n d ，b eh e a l t h y ，a n dc a n h er e c y c l e d k e y w o r d s ：s o l i dw a s t e ； b o t t l e e f f e c t ；s e t t l e m e n tm o d e l ；s e p a r a t i o n ；h i g h o r d e r s a n i t a r yl a n d f i l l 2 1 1 研究背景 第一章绪言 由于生活垃圾卫生填埋场建设周期短，投资相对较低，适应程度高，抗冲击 负荷能力强，并且容易分期投入，管理方便，现场运行比较简单等原因，在我国 生活垃圾处理中得到广泛应用。目前( 2 0 0 5 年统计) 我国共有各类生活垃圾处 理厂( 场) 4 7 9 座，其中生活垃圾卫生填埋场3 6 5 座，年处理能力6 6 7 2 万吨， 约为8 2 4 ，占绝对主导地位。根据我国目前的经济现状和未来的发展趋势， 在今后相当长的时间里，卫生填埋仍然是我国处理生活垃圾最重要的方法之一。 根据我国有关政策，在有土地利用条件的地区，应首选卫生填埋处理技术， 且填埋是一种必不可少的最终处置方式。长期以来，我国城市生活垃圾大都采用 简易堆放处理。 1 9 9 3 年以前，9 5 的生活垃圾都采用简易堆放方式处置。简 易堆场点多分散，规模大小不一，技术水平普遍较低。由于对堆场生活垃圾稳定 化规律认识严重不足，未能采取有效污染控制措施，导致堆场渗滤液污染状况触 目惊心，垃圾露天堆放甚至焚烧对大气造成严重污染，生活垃圾和土地资源严重 浪费。随着我国城市建设的高速发展，垃圾填埋用地日益紧张，填埋场对周边环 境的污染问题也日益受到群众关注。不少城市都发生了填埋场周边居民因不满填 埋场污染环境与填埋场发生纠纷的事件。如何控制填埋场二次污染问题，实现填 埋场的可持续利用，改善填埋场周边环境，已成为关系到我国城市和社会经济健 康发展的重要问题。 在生活垃圾焚烧和填埋处置工艺中，卫生填埋工艺凭借其建设投资省和运行 成本低的经济优势，目前在世界上许多国家得到了广泛应用，成为发展中国家生 活垃圾的主流处置方式：在国土面积较大的发达国家中，也有许多国家采用卫生 填埋方法。 目前，我国迫切需要解决现有生活垃圾卫生填埋场的实现可持续填埋以及实 现生活垃圾资源化问题。由于生活垃圾含有丰富的有机物，其中的易降解有机物 被填埋后被不断分解，从而使其体积不断减小，发生沉降；另外，生活垃圾在外 荷载作用下，物料颗粒的位置将不断被调整，从而发生沉降变形。研究生活垃圾 在填埋场中的沉降问题将最大限度的提高填埋场的库容。尽管这样可以最大限度 的提高填埋场的库容，但是我国目前生活垃圾的源头分类收集几乎为零，所以生 活垃圾中较多的有用物质将被随之埋掉，无法实现资源化。要实现生活垃圾的资 源化，必需在生活垃圾被处理( 焚烧、堆肥、填埋) 前，先对生活垃圾进行分选， 然后按照不同的组分进行不同的处置，以实现物尽其用( 资源化) ，没有利用价 值的物质以及其他处理方式的残余物用来填埋。这需要对生活垃圾的分选进行研 究，从而实现资源化，同时有力地减小生活垃圾占用填埋场的库容。另外，生活 垃圾被填埋后，填埋场的稳定性如何将直接影响到填埋场的安全，所以也必须对 填埋场的稳定性进行研究。 在可持续生活垃圾填埋处置及资源化领域中，生活垃圾的分解、渗滤液的降 解、填埋场的沉降、填埋场的防渗、生活垃圾的分选、矿化垃圾的开采利用、简 易堆场的修复问题等是关系到能否实现生活垃圾可持续填埋和资源化的重要问 题。其中，生活垃圾的分解、渗滤液的降解、填埋场的防渗、矿化垃圾的开采利 用、简易堆场的修复等问题已经进行深入研究，获得了较为丰硕的研究成果。而 对于填埋场的沉降、生活垃圾的分选等问题，虽然也进行了一定的研究，但是还 没有达成一定的共识。所以本文选择这样几个问题进行研究，将有效地促进生活 垃圾的可持续填埋及资源化的实现。 1 2 课题来源 本研究课题来源于国家“8 6 3 高新技术创新性项目“中小型生活垃圾卫生 填埋场甲烷减排过程控制与工程示范( n o 2 0 0 7 a a 0 6 2 3 4 9 ) ”、教育部2 0 0 5 年重 大科技项目“污水厂污泥生物反应器填埋技术与稳定化过程研究( n o 3 0 5 0 0 5 ) 、 中国一瑞士国际合作项目“生活垃圾智能分选技术的计算机仿真优化研究 ( n o 0 4 2 3 0 7 0 4 6 ) 、上海市科委2 0 0 5 年重大专项“老港填埋场生态修复与土地 资源循环利用技术与示范( n o 0 5 d z l 2 0 0 3 ) ”、国家科技部世博专项和上海市科 委2 0 0 5 年重大专项“世博园区废弃物循环利用成品制造集成技术与示范( n o 0 5 d z l 2 1 8 1 ) 以及荣获上海市2 0 0 8 年科技进步奖一等奖的项目“可持续生活 垃圾填埋处置及资源化研究与应用”。 2 1 3 研究内容 本工作报告在阅读大量参考文献的基础上，利用丰富的实验数据，对可持续 生活垃圾填埋处置和资源化进行全面研究，推导了相关问题的计算公式，建立了 相关计算模型。主要研究内容如下： ( 1 ) 推导了生活垃圾填埋场沉降模型 在分析前人生活垃圾填埋场沉降模型的基础上，考虑到生活垃圾中存在大量 的易降解有机物，故引入有机物降解的体积残余率，推导出考虑有机物降解的填 埋场沉降模型。该模型简单方便，且其中的各参数有明确的物理意义。 ( 2 ) 建立了生活垃圾分选模型 在大量实验数据的基础上，根据物料在分选工具中运动的规律及其在运动过 程中的受力分析，建立了适用于生活垃圾分选的滚筒筛筛分和风力分选机分选的 模型，并进行相应的模拟计算，计算结果和实验数据吻合的较好，表明模型正确。 ( 3 ) 计算了生活垃圾填埋场边坡的稳定性 针对上海老港四期填埋场的特殊情况高维卫生填埋( 填埋深度4 5m ) ， 给出了高维卫生填埋的定义，并对其边坡稳定性进行数值模拟与计算，以确保填 埋场的安全运行。计算结果表明，老港四期填埋场是稳定的。 通过以上研究，对填埋场有了全新的认识，提出了可持续性的新填埋场概念。 第二章可持续生活垃圾填埋处置及资源化研究进展 2 1 概述 2 1 1 我国生活垃圾现状 2 0 世纪8 0 年代以来? 由于我国经济的高速发展，城市化水平的迅速提高， 城市规模的日渐扩大，居民收入与消费水平的日益增长，导致我国城市生活垃圾 ( 以下的生活垃圾均指城市生活垃圾) 的产量也在不断增加。 l 、全国现状 据统计，我国城市数量由1 9 7 8 年的1 9 3 个增加到2 0 0 3 年的6 6 0 个；城 市人口由1 7 亿增加到5 2 亿；城市化率已由1 9 9 3 年的2 8 提高到2 0 0 3 年的4 0 5 。与之对应，1 9 9 3 2 0 0 3 年间的生活垃圾、粪便清运量见表2 1 ，且 2 0 0 5 年达到1 9 5 亿吨。另外我国还有2 3 0 0 多座县城，其生活垃圾量并未统 计，估计年产o 仙5 亿吨。城市历年的生活垃圾堆积量高达6 6 亿吨，侵占 3 5 亿多平方米的土地，已有2 3 的大中城市被垃圾包围，有1 4 的城市不得不 把解决生活垃圾危机的途径延伸到乡村。尤其是生活垃圾的二次污染问题，导致 城乡结合带区域生态环境恶化。另外，有统计表明全国生活垃圾的年增长速度达 到5 8 。 表2 - 11 9 9 3 2 0 0 3 年全国垃圾、粪便清运量( 单位：万吨) 年份 1 9 9 31 9 9 4 1 9 9 5 1 9 9 61 9 9 71 9 9 8 2 0 0 12 0 0 22 0 0 3 f 同也里 1 1 9 5 9 1 2 3 3 71 3 0 7 71 3 7 5 51 3 8 2 71 4 2 2 31 6 4 5 71 6 7 9 81 8 3 3 2 ( 数据来源：1 9 9 7 1 9 9 8 、2 0 0 l 一2 0 0 3 年中国环境状况公告) 大量的生活垃圾如果得不到有效、及时的处理，将对城市生态环境及周边的 水体、大气、土壤等造成严重的污染，同时造成生活垃圾资源的浪费。 2 、上海市现状 作为国际大都市的上海，经济发达、人口密度高，故上海市生活垃圾产量也 位居全国各大城市之首。 按照上海市固体废物处置发展规划，这里所指的上海市区生活垃圾的范 4 围主要包括黄浦区、静安区、卢湾区、徐汇区、长宁区、虹口区、普陀区、闸北 区、杨浦区、闵行区、宝山区以及南汇、奉贤等区域产生的生活垃圾，下面称之 为规划区生活垃圾。 据统计，2 0 0 5 年规划区生活垃圾清运量约为1 0 3 6 4 吨日。据市容环卫局 提供的预测数据，2 0 1 0 年规划区生活垃圾清运量为1 2 6 0 0 吨日。 随着高分子合成材料、各种印刷品、塑料制品、各种材质包装物的大量使用， 生活垃圾成分发生了很大的变化，愈来愈复杂。1 9 9 0 年到2 0 0 3 年，上海市的生 活垃圾中塑料成分从4 0 升至1 3 3 3 ，纸类成分从4 o 升至9 2 3 ，果 皮类成分1 0 8 升至1 4 0 8 ，厨余垃圾成分从7 1 9 降至5 1 8 2 。 2 1 2 生活垃圾处理目标 我国生活垃圾的污染控制研究起步较晚，开始于上世纪8 0 年代初期。由于 技术力量和经济力薄弱，现阶段还不可能在较大范围内实现“资源化”。为此在总 结国内外经验的基础上，提出了以“减量化”、“资源化”、“无害化”作为控制生活 垃圾污染的技术控制政策，在一段时间内以“无害化”为主，随着经济、技术和管 理体制的发展逐步从“无害化”向“资源化”过渡。 ( 1 ) 减量化 生活垃圾的减量化任务主要是通过适宜的手段减少和减小生活垃圾的数量 和体积。这一任务的实现，需从两方面着手：一是对生活垃圾进行处理和利用， 二是减少生活垃圾的产生量。 对生活垃圾进行处理和利用属于生产过程的末端，主要是通过各种手段使 垃圾减少体积或重量，如：生活垃圾采用焚烧法处理后，体积可减少8 0 到9 0 ， 余烬便于运输和处置。同样压实、破碎可达到减量化目的。 减少生活垃圾的产生量，是采用的源头控制，尽量减少或不排生活垃圾， 需从资源的综合开发和生产过程中的物质资料的综合利用着手。同时有必要通过 政府颁布法律、法规以推广3 r 思想( r e d u c e ，r e u s e 和r e c y c l e ) ，从量和质两 方面对生产、流通、消费等环节加以限制，从而减少生活垃圾的排放量。 ( 2 ) 资源化 生活垃圾资源化的基本任务是采取工艺措施从生活垃圾中回收有用的物质 和能源。生活垃圾处理的最主要目标是治理环境污染，资源利用的前提也应是以 不造成二次污染为限度。如果以二次污染为代价，那么这种利用就是没有意义的。 例如，对垃圾中的废塑料进行分选、清洗、造粒后出售，具有一定的经济效益， 但是如果考虑清洗废水带来的二次污染，这种利用不一定是经济的。在垃圾资源 化过程中一定要避免污染转移。 ( 3 ) 无害化 生活垃圾无害化处理的基本任务是将生活垃圾通过工程处理，达到不危害 人体健康、不污染周围自然环境( 包括原生环境和次生环境) 的目的。目前，生 活垃圾的无害化处理工程已发展成为- - 1 7 崭新的工程技术。诸如生活垃圾的焚 烧、卫生填埋、堆肥、粪便的厌氧发酵等。但是对生活垃圾进行无害化处理时也 必须看到无害化处理的通用性是有限的，都有其局限性，如焚烧垃圾要求生活垃 圾具有较高的热值，发酵需要生活垃圾中有机物含量高；而且通常会产生二次污 染，如填埋会产生渗滤液，污染地下水；焚烧会产生致癌物质。 2 1 3 生活垃圾处理方式 按照生活垃圾无害化处理方式的不同，生活垃圾的处理主要有卫生填埋法、 焚烧法、堆肥法和资源化综合处理法。其它的生活垃圾则采用堆放法进行处置。 生活垃圾处理按处理工艺不同分为物理方法、化学方法及生物化学方法三类。就 处理对象而言，又分为混合垃圾处理、单一成分垃圾处理。无论是处理方式还是 处理技术，生活垃圾处理与资源化还存在许多问题。国内外生活垃圾处理与资源 化产业还处于发展之中，远未达到完善的程度。 ( 1 ) 生活垃圾填埋 生活垃圾的填埋处置可以划分为传统填埋与卫生填埋两个阶段。 传统垃圾填埋，实质上不能称作为填埋，严格意义上讲就是生活垃圾的简易 堆放。它是利用坑、塘等天然洼地，将垃圾集中堆置在一起，不进行任何覆盖， 无灭菌、除臭、防污染等措施处理的堆填方式，这是一种无任何二次污染控制措 施可言的生活垃圾处置方法。由于生活垃圾是一种成分极其复杂的废弃物，在物 理、化学和生物降解作用下，会逐渐腐烂和生物降解，同时产生有严重危害的渗 滤水，有爆炸可能性的沼气，以及产生垃圾表面的不均匀沉降等。特别是渗滤液， 污染物的浓度非常高，毒性非常大。渗滤液渗透到地下水后，地下水的重金属和 有毒有害有机物将严重超过国家标准。沼气在简易堆体及其周围四处迁移，很容 易在某个地方积累到5 1 5 的体积浓度爆炸范围。另外堆放场不进行任何形式 的覆盖，其周围臭气熏天，蚊蝇孳生，环境极其恶劣。我国采用堆放法处置生活 垃圾的比例正在逐步降低，目前大约占7 0 。 针对生活垃圾简易堆放存在的严重弊端，英国和美国等国家率先采用卫生填 埋法处置生活垃圾，其处理场地称为卫生填埋场。 卫生填埋是“利用工程手段，采取有效技术措施，防止渗滤液及有害气体对 水体和大气的污染，并将垃圾压实减容至最小，填埋占地面积也最小。在每天操 作结束或每隔一定时间用土覆盖。使整个过程对公共卫生安全及环境均无危害的 一种土地处理垃圾方法”。在建设和运行卫生填埋场的过程中，如果严格按照卫 生填埋场的标准进行，产生二次污染的概率很低。因此，卫生填埋是一种可靠、 卫生和安全的生活垃圾处理方法。 卫生填埋场的建造比较复杂。针对渗滤液进入地下，将污染土壤及其地下水， 在卫生填埋场的底部和周围必须铺设防渗性能很高的防渗材料防渗系统；同 时设有渗滤液收集与排出系统、填埋气的导排系统以及日覆盖和终场覆盖系统 等。防渗系统一般分为单层粘土防渗、单层土工膜防渗、双层土工膜防渗、单层 复合防渗、双层复合防渗等。防渗效果最好是双层复合防渗系统。渗滤液导排系 统：由于大气降水、地表径流、生活垃圾中的含水以及有机物的降解等，会产生 大量的渗滤液，渗滤液可通过导排系统收集并排出。填埋气导排系统：生活垃圾 中的有机物降解会产生大量的甲烷( 沼气) 和二氧化碳气体，这些气体也必须进 行收集与排出。排出的气体可作为其他能源加以利用。 卫生填埋法是无害化处理生活垃圾最简单、费用较低的方法，同时具有建设 投资少、处理垃圾量大以及可以快速解决生活垃圾的出路问题等优点。 填埋技术作为生活垃圾的最终处置方法，目前的应用非常广泛。在发展中国 家，9 9 以上的生活垃圾采用卫生填埋( 或简易堆场) 处理；对于国土面积较大 的发达国家，也有许多国家采用卫生填埋方法。在现阶段的中国，生活垃圾填埋 仍然是大都数城市解决生活垃圾出路的主要方法。9 9 以上的生活垃圾是采用 卫生填埋或简易堆场进行处理或处置的。我国的许多城市建设了生活垃圾卫生填 埋场，如杭州、福州、南昌、深圳、广州、北京、漳州、厦门、泉州等。不过， 也有许多城市仍然采用简易堆放处置垃圾。至2 0 0 5 年底，我国年生活垃圾清运 量为1 5 亿吨，已建成生活垃圾卫生填埋场3 6 5 座( 其中大部分为中小型填埋 场) ，正在使用中的堆场上千座，填埋生活垃圾估计为1 0 亿吨。预计我国在未来 的十年内将有1 0 0 0 座中小型生活垃圾卫生填埋场，日填埋生活垃圾5 0 万吨以上。 预计在十一五期间，新增卫生垃圾填埋场3 1 7 座，新增填埋规模1 3 6 万吨日。 目前卫生填埋面临的最大挑战是渗滤液的低成本高效率处理问题。渗滤液初 始浓度c o d 一般高达1 0 0 0 0 - - 5 0 0 0 0m g r l ，而国家最新排放标准为c o d 3 0 0m g l 以上。 采取各种预防措施的生活垃圾卫生填埋法，最大程度上减少了填埋场对周 围环境的污染，同时该法处理生活垃圾量大，从而为城市化的社会发展提供了垃 圾出路的保证，而且填埋场的开发利用( 如填埋气体的有效利用) 也可带来巨大 的经济效益，所以无论从环境还是从社会与经济角度进行考察，卫生填埋场的建 立都是必须和必要的。 ( 2 ) 生活垃圾焚烧 生活垃圾焚烧处理是一种生活垃圾的高温热处理技术，其最大优点是减量化 和无害化程度高。把生活垃圾作为固体燃料投放到垃圾焚烧炉中，生活垃圾在温 度为8 5 0 的第一燃烧室焚烧后，产生的烟气再通过温度为1 2 0 0 的第二燃烧室 彻底焚烧和破坏二恶英及氯苯( c b ) 、氯酚( c p ) 、多环芳香烃化合物( p a h ) 等化合物，最后采用各种方法进一步去除酸性气体( 氯化氢、二氧化硫、氮氧化 物等) 、烟尘等。在该过程中生活垃圾的体积大幅度减小，燃烧气可以作为热能 回收利用，性质稳定的残渣可直接填埋。但是生活垃圾焚烧要满足一定的条件， 即生活垃圾要达到一定的热值：当垃圾低位热值 5 0 0 0l d 埏时，则燃烧效果较好。生活垃圾低位热值 一般在3 3 4 4 8 3 5 0u 蚝范围内，垃圾中含水率 5 0 ，因此己具备焚烧的条件。 近年来随着我国生活垃圾中有机可燃组分比例不断增加，生活垃圾( 或经简 单处理后的生活垃圾) 的低位热值基本满足不添加外来燃料能自行维持燃烧的要 求，如深圳市垃圾低位热值据检测最高可达7 2 0 0k j k g ；北京、上海、广州以及 沿海大中城市垃圾热值已达4 5 0 0k j k g 以上：内地一些中等城市垃圾热值也在 4 0 0 0k j k g 以上。 对焚烧技术研究开发最早的是德国，随后许多发达国家如美国、英国等也进 行了这方面的研究工作。我国在生活垃圾焚烧技术的研究方面起步较晚，焚烧技 术已成为我国生活垃圾处理产业的发展热点，目前在东南沿海城市、省会城市等 经济发达地区发展较快。2 0 0 5 年底，已建( 在建) 生活垃圾焚烧厂6 6 座，处理 能力3 2 2 万们。十一五期间，新增城市生活垃圾焚烧项目总处理能力为6 7 1 万 能，项目数量为8 4 个，其中7 0 集中在东部地区。估计新增设施投资2 3 5 亿元。 生活垃圾焚烧是以环境保护为根本出发点的，其次才是能源利用。因此，在 进行生活垃圾焚烧时，最重要的是环境保护的需要。生活垃圾焚烧过程，特别是 重金属和某些气态污染物的产生过程和这些污染物在气相和固相( 底灰) 之间的 分配，对于二次污染控制技术的发展有重要指导意义。 国际上经常采用的垃圾焚烧炉型一般为回转窑和机械炉排，该炉型炉体简 单、运行可靠、对焚烧物适应性强，基本上可实现固体物料垃圾的彻底焚烧。 生活垃圾焚烧厂的吨投资在4 0 7 0 万元。投资规模大是制约焚烧法应用的主 要原因。其次，垃圾焚烧后，资源被彻底破坏，飞灰和底灰处理也是比较困难的。 虽然可以认为焚烧法产生的热量利用也是一种资源化，但这种资源化方法代价太 高。 生活垃圾焚烧产生的热量用于发电或供热。 ( 3 ) 生活垃圾堆肥 生活垃圾堆肥是一种综合处理生活垃圾的方法。生活垃圾中的易腐有机物如 厨余、果皮、树叶等，可以通过沤肥、强制通风的好氧堆肥、隔绝空气的厌氧堆 肥等措施使有机废物熟化和稳定化，同时杀灭有害病菌，从而达到无害化。传统 的沤肥比厌氧堆肥时间长，一般需要2 0 天以上，但耗能少、成本低。 堆肥化就是利用自然界广泛分布的细菌、放线菌、真菌等微生物，以及由人 工培养菌等，在一定的人工条件下，有控制地促进来源于生物的有机垃圾发生生 物稳定作用，使可被生物降解的有机物转化为稳定的腐殖质的生物化学过程。生 活垃圾经过堆肥化处理，制得的成品叫做堆肥。它是呈深褐色、质地疏松、有泥 土气味的物质，形同泥炭，腐殖质含量很高，故也称为“腐殖土”，是一种具有一 定肥效的土壤改良剂和调节剂。 通风高温好氧堆肥可使有机物快速稳定化和无害化，一般的堆肥时间为5 1 0 天。但由于需要通风，耗电量大，平均每吨成品堆肥耗电量在1 0 1 5 。因此，好 氧堆肥成本较高。 另外，传统的堆肥肥效太低，大约1 0 0 - 1 5 0 吨有机肥相当于1 吨普通复合化 肥。但是堆肥可以当作低级的肥料或土壤团粒调节使用，可减少化肥的施加量， 对绝大多数的土壤结构具有明显的改良作用。 由于我国生活垃圾没有实行源头分类以及后续分选工作困难，导致目前我国 生活垃圾采用堆肥处理方式遇到的问题主要是：进场生活垃圾的成分难以控 制；生活垃圾堆肥的肥效低，以至于产品的销路不畅。 ( 4 ) 生活垃圾综合处理 所谓综合处理，就是把卫生填埋、焚烧、堆肥等多种垃圾处理系统进行有机 结合，综合成一体的垃圾处理方式。该种处理方法可以因地制宜，充分发挥各种 垃圾处理系统的优势，扬长避短，从而真正实现生活垃圾的无害化、减量化和资 源化。其基本思路是：先将垃圾进行初步筛分，去除其中的灰分或不可堆肥的无 机质用做填埋或生产建材；然后对筛上物进行严格的分拣，回收可循环利用的物 质，有机质运至发酵仓进行高温堆肥，可燃物运去焚烧，焚烧所产生的热量用于 堆肥的烘干和复合肥的造粒。实现这种思路的措施就是建造垃圾综合处理厂。 任何一种垃圾处理技术都有各自的优势和局限性，都只是针对生活垃圾中 某些组份，而并非生活垃圾的全部，单靠一种处理技术难以满足数量日益增多， 成份日益复杂的生活垃圾的处理要求。生活垃圾组成不稳定、变化大，单种的垃 圾处理技术抗冲击力小，所以生活垃圾的处理发展方向是多元化垃圾综合处理系 统，针对不同的垃圾采用不同的处理方式。 综上所述，基于现阶段我国经济条件及技术条件的限制，绝大部分的生活 垃圾仍采用填埋进行处理，焚烧与堆肥仅处理少量生活垃圾，并且堆肥及焚烧后 的残渣最终也要通过填埋处置，因此，卫生填埋将是我国生活垃圾处理的主流， 即使在一些经济发达的国家，填埋也占较大的比例。 现阶段，我国生活垃圾的处理方式主要是填埋，同时辅以堆肥和焚烧。 2 2 生活垃圾降解与填埋场沉降研究进展 生活垃圾成分非常复杂，主要由无机物和有机物组成。主要成分包括蔬菜、 果皮、肉骨、纸类、竹木、塑料、橡胶、织物、砖瓦、渣土、陶瓷、玻璃、金属 等，其中砖瓦、渣土、陶瓷等为无机物，不随时间的延长而发生成份的改变；而 蔬菜、果皮、肉骨、废纸、竹木、纤维、塑料、橡胶等为有机物，这类物质随着 填埋时间的延长，在一定的条件下将发生各种变化，从而导致质量和体积的减少， 特别是蔬菜、果皮等易腐物质更易减少，这种生活垃圾中有机物的变化过程为有 机物的降解。有机物的质量和体积的减少将引起生活垃圾填埋场的沉降，特别是 在填埋初期，有机物降解引起的沉降最为明显。生活垃圾填埋场填埋结束后在很 长的一段时间内仍会发生较大的沉降，这种长期的沉降由有机物的降解和物理蠕 变、压缩变形等共同引起的。因此，有人吧有机质生物降解导致的填埋场沉降归 纳为两个方面：( 1 ) 生活垃圾中固体部分丧失导致组元体积减少而引起的沉降变 形；( 2 ) 固体骨架因降解作用而软化破坏，导致其结构重新调整而引起的沉降变 形。 生活垃圾降解是垃圾填埋场沉降的最主要影响因素，有机物的降解是一个时 间过程，不同的有机物，其降解速率也不一样，因此，要全面了解生活垃圾的沉 降变形，就应该研究生活垃圾中有机物降解的规律。所以在讨论填埋场沉降之前， 先探讨生活垃圾降解。 2 2 1 生活垃圾的降解 某国际环保机构在上世纪9 0 年代曾给出生活垃圾中的某些成分自行降解的 时间估计表，认为生活垃圾自行降解的时间长短依材质、环境温度、湿度、酸度 和数量而不同。这里摘录部分数据：( 1 ) 面纸3 个月，木质素是纸张的最主 要成份，他的分子比细菌的分子大很多，所以很难分解，在潮湿的地方，大概需 要花3 个月，如果是干燥的地方，耗时就更长。( 2 ) 火柴棍6 个月，白杨树 制成的火柴棍及其头上的磷，在潮湿的环境中，受到细菌或食木虫的侵蚀之后， 最快也要6 个月才会自行分解消失；( 3 ) 铁罐1 0 年，金属制品变成氧化物 才会渐渐腐蚀，上釉和加锡的铁片经过两个下雨的夏天后，只能氧化2 1 0 微米的 厚度。( 4 ) 塑料打火机1 0 0 年。( 5 ) 塑料瓶一一1 0 0 年以上，原料越好，越 能耐湿度和化学药物的塑料制品越耐腐蚀。( 6 ) 玻璃瓶一0 0 0 年，玻璃瓶是 非常难以自行消失的，玻璃的成分是沙、碳酸钠、石灰及其他添加物，这些都是 微生物无法直接降解的。由以上可以看出生活垃圾中的某些物质是很难自行降解 的，而且相对于填埋场的利用年限而讲，可以近似认为，这类物质是不可降解的。 生活垃圾填埋场中的有机物一般经历好氧降解、兼性好氧降解及厌氧降解三 个阶段的降解，填埋场垃圾的降解是物理、化学和生化作用等共同作用的结果， 但降解过程以生物降解过程为主。 生活垃圾的降解主要受生活垃圾中可降解组分有机物含量控制，同时 还受填埋作业的方式、含水率、相对湿度、环境温度、p h 值等条件等外在因素 的影响。 对生活垃圾的降解的研究多是依靠室内实验模拟，样品可以是实际的生活 垃圾，也可以是人工配置的垃圾；极少数是现场实验。有关评价生活垃圾降解程 度的指标有很多，主要包括挥发份、总糖、纤维素、半纤维素、木质素、b d m 等，其中生活垃圾降解产气量和所产气体组分的变化能间接地反映生化降解的进 程。 胡敏云等在分析垃圾填埋场中b o d 、c o d 含量随填埋时间变化的基础上， 提出了有机物降解计算公式。 罗锋设计并制作了填埋场反应器装置，进行了渗滤液回灌模拟等试验，研究 了生物反应器各参数对生活垃圾降解的影响规律，从降解产物的变化规律可以间 接反应生活垃圾中有机降解随时间的变化过程。 为了加快生活垃圾的降解，朱青山等在生活垃圾中加入不同的添加剂氮、 磷、钾，研究生活垃圾的降解沉降过程，结果表明氮、磷和钾的加入能促进垃圾 降解，从而缩短稳定化时间，并回归出沉降随时间变化的关系曲线。 赵由才等对上海老港垃圾填埋场中生活垃圾的降解情况进行研究，通过4 0 个月的监测，