（环境工程专业论文）生物干燥技术在小涧西垃圾填埋场库区循环利用中的应用研究.pdf

生物干燥技术在小涧西垃圾填埋场库区循环利用中的应用 研究 摘要 本课题旨在研究并提出循环利用现有填埋库区资源的途径和方法，并开展现 场试验进行验证。通过成果的应用，可延长现有填埋场使用寿命、节省填埋场建 设投资，有效解决青岛市生活垃圾处理需求较高与土地资源较少的矛盾，提供与 在建的生活垃圾焚烧厂等后续资源化处理设施配套的循环利用技术手段，为青岛 市填埋资源的可持续利用奠定坚实的基础，为青岛市垃圾处理的可持续发展做出 贡献。课题成果可作为示范技术向全国类似城市推广。 课题通过填埋场施工作业资料的收集，分析各年度生活垃圾填埋的方位，并 对2 0 0 7 至2 0 1 0 年四个年度填埋的垃圾分别进行开挖，采用生活垃圾采样和分析方 法，对填埋数年后的含水率、容重、垃圾物理成分、热值等物理特性进行测定， 和初始填埋垃圾的特性进行比较，确定卫生填埋库区的垃圾状况，判定垃圾开挖 后的处理手段和资源再利用的方向。 在确定课题研究方向后，采用生物干燥技术，对2 0 0 7 至2 0 1 0 年各年度挖出的 垃圾进行堆肥处理，并采用筛分的方法，对处理后的垃圾进行分类，对其组分及 特征变化进行研究，对筛分后的垃圾利用途径进行分析探讨提高垃圾资源回收率 和提高垃圾热值的方法与手段，进而探讨垃圾填埋垃圾循环利用的可行性。同时， 通过对实验当日产生垃圾模拟简易填埋的方式，分析生活垃圾在填埋过程中的特 性变化。 通过实验证明，填埋场不同填埋年限的开挖垃圾特性变化规律一致。开挖垃 圾和填埋原始垃圾物理垃圾成分相比较，有机物降解很快，填埋3 年和4 年的生活 垃圾有机物难以分出，含量基本为0 。开挖垃圾的含水率、热值和容重的变化不 仅和填埋年限有关，还和当年填埋的原始垃圾的特性、填埋场填埋状态有关。 对各年度填埋垃圾的堆肥过程实验结果表明，对挖出的垃圾进行堆肥可以降 低垃圾的含水率，提高垃圾的可燃性，其中采用温度一氧控堆肥方式与静态堆肥 相比，效率较高，可以更快的降低堆肥垃圾的含水率，提高垃圾发酵温度和可燃 性。通过堆肥后的垃圾筛分实验结果表明，通过合适的筛分孔径，可以将发酵好 的细土和热值高的生活垃圾筛分开来，进行不同的资源化利用。 通过新鲜垃圾模拟简易填埋后垃圾物理特性比较，可以看出，简易模拟好氧 填埋可以提高垃圾热值，降低含水率和容重，有利于垃圾的焚烧。但是通过6 0 日模拟实验结果证明，垃圾通过短期填埋的方式，对垃圾的热值提高不明显。 整个实验结果表明，在青岛市小涧西垃圾填埋场进行填埋垃圾的重复利用理 论依据可行，通过堆肥后筛分的方式，对垃圾进行资源化利用可行。 关键词：生活垃圾；生物干燥；卫生填埋场；库区循环利用 t -， -i ih ed r yin go tm u nicip ais oiidw a s t e sa p pl ic a tio n r e s e a r c hins a nit a r yia n d fiiir e s e r v oira r e ac y cieu s e a b s t r a c t t h i ss u b j e c ta i m st or e s e a r c haw a y st or e c y c l et h ee x i s t i n gl a n d f i l l a r e ar e s o u r c e s ，a n dc o n d u c te x p e r i m e n tt ov a lid a t e t h r o u g ht h e a p p l i c a t i o no ft h er e s u l t s ，i tc a ne x t e n dt h e1 i f eo fe x i s t i n gl a n d f i l l ， s a v i n gl a n d f i11c o n s t r u c t i o ni n v e s t m e n t ，a n de f f e c t i v es o l u t et h e c o n t r a d i c t i o no ft h eq i n g d a om u n i c i p a lg a r b a g ed i s p o s a lh i g hd e m a n da n d 1i m i t e dl a n dr e s o u r c e s i ta l s oc a ns u p p l yr e c y c li n gt e c h n i q u e sf o rt h e s o l i d w a s t ei n c i n e r a t i o np l a n ti nc o n s t r u c t i o np r o c e s s i n gf a c i l i t i e s ，a n d l a yas o l i df o u n d a t i o nf o rt h es u s t a i n a b l eu s eo ft h el a n d f i l lr e s o u r c e s i no i n g d a oc i t y ，a n dm a k eac o n t r i b u t i o nt oo i n g d a om u n i c i p a lw a s t e d i s p o s a ls u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t t h es u bj e c tr e s u l t sc a nb eu s e da sa d e m o n s t r a t i o no ft e c h n o l o g yt op r o m o t es i m i l a rc i t i e st ot h en a t i o n t h r o u g ht h e1 a n d f i l lc o n s t r u c t i o no p e r a t i o n sd a t ac o l l e c t i o n ， a n a l y s i st h eo r i e n t a t i o no fe a c hy e a rl a n d f i l l e dg a r b a g e ，a n dd i gt h e g a r b a g ew h i c hl a n d f i1l e di n2 0 0 7 2 0 1 0 a p p l ys a m p li n ga n da n a l y s i s m e t h o d s ，t od e t e r m i n et h ep h y s i c a lc h a r a c t e r is t i c so ft h eg a r b a g e l a n d f i l la f t e rf e wy e a r s ，t a k et h em o i s t u r ec o n t e n t ，b u l kd e n s i t y ，w a s t e p h y s i c a lc o m p o s iti o n ，c a l o r i f i cv a l u ef o re x a m p l e t oc o m p a r ew i t ht h e i n i t i a lc h a r a c t e r i s t i c so ft h e1 a n d f i l lg a r b a g e d e t e r m i n et h el a n d f i l l s i t es i t u a t i o ni nt h er e s e r v o i ra r e a ，a n dt h em e a n so fd i s p o s i n go f i n t h eg a r b a g ea f t e re x c a v a t i o nd i r e c t i o na n dr e u s eo fr e s o u r c e s w h e nt h ed i r e c t i o no ft h er e s e a r c hi sd e f i n e d ，t h es u b j e c tu s e s c o m p o s tin g ，t op r o c e s st h eg a r b a g ew h ic hd u gu pe a c hy e a rf r o m2 0 0 7t o 2 0 1 0 ，a n dt h r o u g hs c r e e n i n g ，c l a s s if yt h eg a r b a g ea f t e rt r e a t m e n t ，a n d r e s e a r c hi t sc o m p o n e n t sa n dc h a r a c t e r i s t i c sc h a n g e t oa n a l y z et h ew a y t oi m p r o v i n gt h ew a s t er e s o u r c er e c o v e r ya n di m p r o v et h eg a r b a g eh e a t v a l u ea f t e rt h es c r e e np r o c e s s i o n ，t h e ne x p l o r et h ef e a s i b i l i t yo f l a n d f i l lg a r b a g er e c y c l i n g a tt h es a m et i m e a n a l y s i st h eg a r b a g e c h a r a c t e rc h a n g e st h r o u g ht h el a n d f i1lt r e a t m e n tb ye x p e r i m e n t t h ee x p e r i m e n tr e s u l t ss h o w t h a tt h ed is c i p li n eise q u a l l yf o rt h e d i f f e r e n tl a n d f i l la g eg a r b a g e t oc o m p a r et h ed e g r a d a t i o no fo r g a n i c m a t t e ro ft h eg a r b a g ea f t e re x c a v a t i o na n dt h eo r i g i n a ll a n d f i l lg a r b a g e ， t h es p e e di sq u i c k l y t h eo r g a n i cm a t t e risd i f f i c u l tt os e p a r a t ei n g a r b a g ew h ic h1a n d f i 1lf o rt h r e ey e a r sa n df o u ry e a r s ，t h ec o n t e n ta l m o s t i sz e r o e x c a v a t i o no fr e f u s et h em o i s t u r ec o n t e n t ，c a l o r i f i cv a l u ea n d b u l kd e n s i t yc h a n g e si sr e l a t e dn o to n l yk m d f i1 1u s e f u ll i f e ，b u ta l s o c h a r a c t e r i s t i c so ft h eo r i g i n a lg a r b a g ea n dt h e nl a n d f i l ls i t es i t u a t i o n t h er e s u l t so ft h ec o m p o s t i n ge x p e r i m e n to fe a c hy e a rs h o w st h a tt h e d r e d g e dw a s t eb yc o m p o s t i n gc a nr e d u c et h em o i s t u r ec o n t e n to ft h eg a r b a g e a n di m p r o v et h ef l a m m a b i1i t yo ft h eg a r b a g e ，i nw h i c ht h et e m p e r a t u r e o x y g e nc o n t r o lc o m p o s tin gc o m p a r e dw i t ht h es t a ticc o m p o s t ，c a nm o r e e f f i c i e n t l y ，r e d u c et h em o i s t u r ec o n t e n to ft h ec o m p o s tg a r b a g ef a s t e r a n di m p r o v eg a r b a g ef e r m e n t a t i o nt e m p e r a t u r ea n df l a m m a b i l i t y s c r e e n i n g e x p e r i m e n tr e s u l t ss h o wt h a tt h ea p e r t u r et h r o u g ha p p r o p r i a t es c r e e n i n g c a nb ef e r m e n t e df i n es o i1a n dah i g hc a l o r i f i cv a l u eg a r b a g es c r e e n i n g o p e nt od i f f e r e n tr e s o u r c eu t i l i z a t i o n t h ep h y s i c a lc h a r a c t e r i s t i c so ff r e s hg a r b a g ea f t e rg a r b a g es i m u l a t e s i m p l el a n d f i l ls h o w st h a tt h es i m p l es i m u l a t i o no fa e r o b i cl a n d f i l lc a n i m p r o v et h ec a l o r i f i cv a l u eo fg a r b a g e ，r e d u c i n gt h em o i s t u r ec o n t e n ta n d b u l kd e n s i t yw h i c hi sc o n d u c i v et ot h ei n c i n e r a t i o no fg a r b a g e b u tt h e 6 0 d a ys i m u l a t i o ne x p e r i m e n tr e s u l t sp r o v et h a tt h eg a r b a g el a n d f i l lb y s h o r t t e r mw a yt oi m p r o v et h ec a l o r i f i cv a l u eo fg a r b a g ei sn o to b v i o u s t h ee x p e r i m e n tr e s u l t ss h o wt h a tr e u s et h e o r e t i c a lb a s i so ft h e o i n g d a ox i a o j i a n x ig a r b a g el a n d f i l lf e a s i b l ea n dc o m p o s ta f t e rs i e v i n g 。 g a r b a g eu t i1i z a t i o nf e a s i b l e k e y w o r d s ：g a r b a g e ，d r y i n go f m u n i c i p a ls o l i dw a s t e s ，s a n i t a r yl a n d f i l l ，r e s e r v o i r a r e a c y c l eu s e 生物干燥技术在小涧西垃圾填埋场库区循环利用中的应用研究 1 引言 1 1 垃圾填埋场库区循环利用技术概述 1 1 1 技术概述 垃圾卫生填埋具有技术成熟可靠，工艺流程简单，运行管理方便，投资成本 较低，运行费用较少，适用范围广泛，对垃圾成分要求较少，可作最终处置等优点， 因而目前在世界多数国家城市生活垃圾的处理和处置中居重要地位，根据2 0 0 8 年统计，我国采用填埋处理的垃圾占全国垃圾处理量的9 0 9 6 ，仅有1 0 的垃圾通 过堆肥、焚烧等资源化处理形式进行处理，因此卫生填埋也是现阶段我国生活垃 圾处理主要方式乜3 。 垃圾填埋场一般占地面积较大，在目前土地资源越来越稀缺的情况下，垃圾 填埋场的填埋库区已成为十分珍贵的资源。而稳定化的城市垃圾填埋场库区具有 两项重要的资源可供利用，一是宝贵的土地资源，一是已稳定的矿化垃圾，这两 者都有很好的开发利用前景。在此基础上，国内外一些国家开始探索对填埋场内 己稳定垃圾进行开挖后，再用筛分设备进行分选，以从中分离出砖石块、大块可 燃物、金属、塑料以及细粒部分等分别加以回收或重新进行高密度压实填埋，对 腾空的填埋场地重新填埋垃圾或改作其它用途，由此发展的相关技术即填埋库区 循环利用技术口1 。 1 1 2 国外填埋场库区循环利用技术发展情况 填埋场库区循环利用技术由以色列特拉维夫市垃圾填埋场h 1 最早开始相关 的探索。2 0 世纪8 0 年代起，美国和欧洲一些国家开始探索垃圾前卖场库区循环利 用相关技术，其中较成功的有b u r g h o f 卫生填埋场( 德国) 、n a p l e s 卫生填埋场( 美 国) 、e d i n b u r g h 卫生填埋场( 美国) 、f r e yf a r m 卫生填埋场( 美国) 等。其中美 国国家环保局( u s e p a ) 指出垃圾填埋场循环利用具有很强的可行性旧3 ，其优点 主要有( 1 ) 可增加原填埋场处理容积，回收有用资源，获取经济效益。( 2 ) 通 过出售营养土的收益可以减少维护管理的成本。( 3 ) 通过挖掘出可燃垃圾的焚烧 回收能量。( 4 ) 促进旧填埋场址的利用。 以下就其中较具代表性的三个填埋场开采复用工程实践进行介绍。 l 生物干燥技术在小涧西垃圾填埋场库区循环利用中的应用研究 1 1 2 1 德国斯图加特b u r g h o f 填埋场哺3 b u r g h o f 填埋场是德国第一个实施填埋场库区循环利用技术的填埋场，该填 埋场实施技术的目标除了获得额外的库区供循环利用外，还验证需要填埋场库区 循环在技术和经济上的可行性，并检验利用库区循环技术实施工程对操作人员及 周围地区的影响。 为消除工程开挖填埋垃圾时产生的不良气味，课题组决定在开挖作业前两周 采用臭气稳定系统进行曝气通风除臭。该系统将3 5 m 长的风管呈栅格状插入垃圾 层中，风管间隔为5 - 6 m ，系统设置两套独立送风抽风系统用于垃圾层的曝气。 气源首先通过腐熟垃圾堆肥室，继而通过待开挖的垃圾层，再经过作为生物滤器 的另一腐熟垃圾堆肥室后排放。两套系统交替变换送风抽风工况，以避免在填 埋垃圾层中形成短路气流。经检测，堆肥室释放臭气浓度未超过腐熟垃圾堆肥室 自身的本底值，同时甲烷和其它微量气体浓度也有所降低。 在项目实施期间，作业点s b 4 0 m 处粉尘浓度就已降到环境本底值以下，空气 中细菌浓度也很低，表明实施场地复用作业对周围环境和作业人员影响非常有 限。作业期间，周围环境中甲烷浓度也低于爆炸极限下限。 通过1 9 9 3 年9 月至1 j 1 9 9 4 年1 0 月的开挖和分选施工，该填埋场热值达1 9 5 m j k g 的轻质可燃物( 约1 7 5 ) 被送到当地垃圾焚烧厂作燃料，垃圾中的金属( 约1 7 ) 和的石料( 约1 0 ) 可回用，另# b 7 0 5 的筛下细粒物进行高密度压实填埋，结果 节约填埋场空间5 6 。 1 1 2 2 美国佛罗里达 ) l l n a p l e s 填埋场场地复用实践 由于未设防渗层的n a p l e s 填埋场已对地下水形成威胁，而建设符合当地法规 要求的无防渗层填埋场最终覆盖系统费用很高，因此有关当局在1 9 8 6 年决定对该 填埋场采用填埋场库区循环利用技术，以减少填埋场封场费用，减小地下水污染 的风险，同时进行分选，将可燃垃圾作当地一拟建的垃圾发电厂燃料，细颗粒物 质作填埋场临时覆盖材料，有用物质进行回收。 该填埋场采用7 5 m 的滚筒筛对开挖出的垃圾进行分选，分选出的约6 0 的筛 下细颗粒物质被当地填埋场用作临时覆盖材料。由于每吨细颗粒物质总费用为 2 2 5 美元，而1 9 9 5 年时当地每吨填埋场临时覆盖材料价格为3 2 5 美元，因而利用 每吨分选细颗粒物质可节约1 美元。同时，开挖腾空了填埋库区，延长了填埋场寿 命，消除了填埋场中垃圾对地下水的污染威胁，避免了今后可能产生的污染治理 生物干燥技术在小涧西垃圾填埋场库区循环利用中的应用研究 费用。 尽管该项目成功地为填埋场提供了可供使用的覆盖材料，但在回收利用有用 物质( 铁、塑料和铝) 方面，也遇到了困难。因为这些物质需进一步清洗处理才 能出售，部分物质在当地甚至找不到市场哺3 。 由于该填埋场填埋的垃圾基本上已得到深度降解，施工作业点开挖后，释放 气体并未对作业人员和周围环境造成不良影响。对通过0 6 c m 滚筒筛的细颗粒物 质进行分析，除其中异物含量4 一l0 9 6 ，略高于一般垃圾堆肥的细颗粒物质外，重 金属含量完全符合该州最严格的垃圾堆肥质量标准，表明了填埋场复用时分选的 细颗粒物质用作肥料或土壤改良剂的可能阳川。 1 1 2 3 美国纽约，、h e d i n b u r g h 填埋场场地复用实践1 由于n a p l e s 填埋场复用的成功，纽约州能源研究开发局和纽约州环境保护局 共同对占地5 英亩的e d i n b u r g h 填埋场进行了填埋库区循环利用技术实验。该课题 共分三步进行，第一阶段和第二阶段分别在1 9 9 0 年1 2 月和1 9 9 1 年6 月进行，分别 开挖垃圾5 0 0 0 和1 0 0 0 0 立方码( 1 立方码- - 0 7 6 4 m 3 ) ，面积共达1 英亩，处理成本为 5 美元立方码；第三阶段在1 9 9 2 年8 月和9 月进行，2 8 天内共完成填埋场复用面 积1 6 英亩，开挖分选垃圾3 1 0 0 0 立方码，平均处理成本为3 美元立方码。分选出 的细颗粒物质( 约7 5 ) 用作建筑填料，尽管筛上物有一半可利用，但对其进行 彻底清洗不太现实，因而只是从中分选出一些轮胎、塑料和废铁回用，其余物质 被送到另外一个填埋场填埋。对筛下物进行分析，重金属含量符合所有有关垃圾 堆肥产品的要求引。 1 1 2 4 其他国家填埋场场地循环利用研究 除此以外，荷兰以及奥地利的填埋场库区循环利用实践亦可以给我们一些启 示。通过收集待开挖垃圾填埋场的基础资料，研究人员可以预测待开挖垃圾填埋 场的经济收益，在荷兰，有关研究人员对1 4 7 个垃圾填埋场，运用投入一产出法 进行经济分析13 。，依据垃圾填埋场的地理位置、规模、填埋量、内含物、填埋场 周围环境、城市人口、城市规划发展等资料，认为填埋场开采的主要经济收益来 自于：获得土地资源，填埋场可重复使用，出售可回收的物资；奥地利则给我们 提供了一个失败的教材，由于对垃圾开挖过程中存在的臭气污染认识不够，在对 一个埋有g ：活垃圾以及建筑垃圾、污泥等废弃物的处理场进行库区循环利用工程 时，因为臭气扩散，在数周后被迫中止引。 1 生物干燥技术在小涧西垃圾填埋场库区循环利用中的应用研究 1 1 2 5 美国关于填埋场循环利用技术的总结论述 19 9 7 年，北美废弃物协会( a w a n a ) 设有处理场再生特别组。进行填埋场再 利用技术推广以及评价n 引；美国国家环境保护局专门发行关于填埋场库区循环开 采的技术性文件，对填埋场库区循环利用的工艺过程、开采步骤、优缺点进行了 总结论述，并对从2 0 世纪8 0 年代起美国国内的一些成功案例进行了分析n 朝。通过 填埋场库区循环利用技术回收填埋垃圾中的可回收物质，对可燃垃圾进行焚烧， 对剩余部分进行高密度再压实后填埋以减少占用库区，可增大现有填埋场的填埋 处理能力，延长现有填埋场地的使用年限，还可降低填埋场封场及封场后维护监 管费用。 1 、通过出售分选出的铁、铝、塑料和玻璃等可回收物产生经济效益。 2 、由于分选出的筛下细颗粒物质可供其它取土较难或取土费用较高的填埋 场作临时覆盖材料，也可用于建筑填料，甚至可作肥料或土壤改良剂，因此可通 过出售分选细颗粒物质降低复用成本或增加收入。 3 、在进行填埋场库区循环利用作业时，可对以前填埋的危险废物进行分选 处理。通过实施填埋场库区循环利用技术，可重新开发利用旧填埋场地。 但是，在实施填埋场库区循环利用技术时，下列问题也值得关注： 1 、有害废物的管理：在实施填埋场场地开挖作业时，可能发现旧填埋场内 存在的危险废物，需要对其进行安全处理。 2 、填埋场内有害气体和臭气的释放：开挖填埋场时会出现气体释放的问题， 甲烷等气体可能引起火灾或爆炸，而硫化氢达到一定浓度时会有生命危险。 3 、坍塌：对填埋场个区域进行开挖时，可能破坏相邻填埋区的整体性， 因而可能导致未开挖区的下陷甚至坍塌，从而危及作业人员的生命安全。 4 、对开挖设备的腐蚀：填埋垃圾的腐蚀性会对开挖设备的使用寿命造成影 响。 1 1 3 国内填埋场再开采复用技术发展情况 由于我国垃圾进行填埋处理的历史不长，填埋场的_ 开采尚未普遍地列入工程 计划。目前只有上海老港、黎明、三林塘和深圳盐田等生活垃圾填埋场在此方面 做了一些初步的尝试。 老港填埋场概况：老港处置场始建于1 9 8 5 年底，1 9 9 1 年4 月正式运行，一期 生物干燥技术在小涧西垃圾填埋场库区循环利用中的应用研究 工程总投资1 0 9 4 9 万元，二期工程总投资6 2 3 8 万元，三期工程总投资预算1 6 6 1 3 万元，设计日卫生填埋垃圾9 0 0 0 t ( 船吨位) 。 进行二次再利用前，老港处置场填埋区面积3 4 2 h m 2 ，其中1 号填埋场1 6 0 h m 2 ， 2 号填埋场l o o h m 2 ，3 号填埋场8 2 h m 2 ，填埋场建在东海滩涂，长江泥沙受海水冲积 而不断沉积，场址经围筑堤坝而成，不占用农田。按照当时填埋作业方案1 次填 埋垃圾厚度为4 m 。总容积为1 3 6 9 万m 3 。计划每隔数年向滩涂围堤造田，则可使其 成为永久性的垃圾消纳处置基地。 从1 9 8 9 年1 0 月至2 0 0 0 年9 月，已填埋生活垃圾2 3 0 9 7 万t ( 船吨位) ，实际填 埋总面积已达2 3 0 h m 2 ，根据当时填埋方式，填埋容积仅能填埋至1 j 2 0 0 3 年。 徐勤等探讨了二次开发综合利用老港垃圾填埋场方案n6 | ，认为对填埋垃圾开 采利用及二次回填具有技术可行性，并对其环境效益、社会效益、经济效益做了 全面分析。 在上海市老港垃圾填埋场进行的再开采复用进行经济效益分析n 引，所计算出 的开采再填埋工程的总投资为5 0 9 8 9 5 万元，新扩建工程总投资为7 1 4 7 8 o 万元， 在不计开挖稳定化垃圾销售收入的情况下，开采再填埋工程运营成本5 5 8 9 元 t ，新扩建工程运营成本4 7 8 4 元t 。 赵由才等对老港生活垃圾填埋场的矿化垃圾基本特性做了研究n8 。，认为生活 垃圾在填埋场填埋若干年后即可稳定化而形成矿化垃圾。在上海市老港填埋场 中，填埋8 年以上的生活垃圾就可转化为矿化垃圾。填埋1 3 年$ n 9 年的矿化垃圾分 别与轻土壤、偏砂土壤和砂土壤、偏砂土类似，有机质的质量分数为9 1 1 ， 每1 0 0 9 干垃圾中阳离子交换量达0 0 6 8 0 0 7 0m o l ，饱和水力渗透系数k s 为0 9 8 6 和1 2 3 2c l l lm i n ，细菌总数8 1 0 6 9 1 0 6 个。与常规土壤相比，矿化垃圾细料 在物理结构和水力学性能上具有砂土特征；而在化学性质和微生物特性上又表现 出肥沃土壤的特点，是极为优良的污水生物处理基质。 阳小霜，赵由才等对矿化垃圾的综合利用做了研究n9 | ，认为开采出来的矿化 垃圾有以下用处： 1 、用作填埋场日覆盖材料。 2 、土地园林利用，用作土地改良修复剂。 3 、用于处理城市生活废水、禽畜废水、垃圾渗滤液、焦化废水。 4 、用于处理废气中的n o ，。 气 生物干燥技术在- 1 、涧西垃圾填埋场库区循环利用中的应用研究 5 、加工成建筑材料。 曹丽华等对填埋场的开采做了效益一费用分析，认为通过开采和资源化利 用可恢复7 5 8 0 的填埋容积系统，介绍了矿化垃圾的综合利用和填埋场开采后 原位生态修复的可行性。李雄乜对填埋场不同填埋龄城市生活垃圾开采、变化规 律及资源化利用进行了研究。 1 2 生物干燥技术概述 1 2 1 技术概述 生物干燥是一种生物预处理技术，一般可用来处理混合垃圾，该技术最早是 由j e w e ll 在1 9 8 4 年开始研究的乜引。该技术是生物堆肥的一种特殊形式，主要利用 堆肥原理对垃圾进行干燥脱水，即通过强制通风，使垃圾中的微生物利用垃圾中 的有机物发酵并产生热量，在高温下通风可以加速水分挥发，使混合垃圾的含水 率显著下降，从而实现生物干燥的效果瞳3 1 。在机械生物处理工厂m b t _ t _ 厂中，已 粉碎的城市固体垃圾( m s w ) 经生物干燥反应器处理后，得到的产品再进一步机械 处理。 生物干燥在目前仍属于较新的技术。在堆肥过程的控制上，生物干燥技术与 传统堆肥工艺有一定区别。传统堆肥工艺利用微生物好氧发酵把有机物充分氧化 成腐殖质类物质，而生物干燥技术则是利用生物反应过程中的放热来蒸发垃圾中 的水。生物干燥过程的最终目标，是最大限度的降低垃圾含水率。 1 2 2 德国生物干燥技术处理设施简介 生物干燥处理技术目前主要在德国等国家应用。克劳斯维默尔瞳们对德国的 生物干燥技术应用情况进行了介绍。目前德国和意大利有4 座应用生物干燥处理 技术，进行1 0 0 的废物利用的设施，年处理总量近5 0 万t 。根据研究，垃圾再利 用率的高低与当地的生活垃圾成分和经济发展水平有关，在德国的处理设施，从 原生生活垃圾中可以分出的物品如下： 1 、约2 的有色金属( 含电池) ； 2 、约3 的铁金属( 含电池) ； 3 、约1 5 的石块、玻璃等； 4 、约3 0 的水分以及脱水过程所造成的物料损失； 6 生物干燥技术在小涧西垃圾填埋场库区循环利用中的应用研究 5 、约5 0 的干燥稳定物( 含塑料) 。 在处理设施中，混合生活垃圾经过预破碎后，进行为期七天的堆肥处理。在 堆肥过程中，由于微生物与有机物的反应，生活垃圾堆体温度可达7 0 。在该温 度条件下，再加入过量空气，便可使垃圾进入脱水过程。经过该堆肥处理后的垃 圾的含水率一般仅为1 0 - 1 5 ，经过此处理的垃圾被称为干燥稳定物。 由于干燥稳定物含水率低，因而很难再使其发生生物反应，稳定物也不再释 放臭气。该干燥稳定物具有如下特性： 1 、可进行稳定贮存； 2 、可对其进行进一步分类和处理； 3 、可从中分选出有色金属、铁金属、玻璃、矿物质、塑料以及有机物等可 再利用的物品； 4 、理论上可对其进行1 0 0 的利用。 先进的干燥稳定技术处理过程中不会生成废水，反应过程中的过量空气经过 处理，可达到最严格欧洲标准，其气味是中性的，不会给周边环境带来空气污染。 1 2 3 生物干燥技术在德国m b t 工艺流程中的应用 吴克，m i c h a e ln e ll e s ，蔡敬民等对生物干燥技术在德国m b t q - _ 艺流程中的 应用进行了研究瞳5 | 。德国目前每年的城市生活垃圾产生量约3 5 0 0 万t ，垃圾处理 方式有机械一生物处理( 且p m b t ) ，堆肥，焚烧，热处理和填埋等。 在每年产生的垃圾中，约有1 4 0 0 万t 通过焚烧处理，1 8 0 万t 由机械生物处理， 4 5 0 万t 通过堆肥处理瞳6 2 8 1 。由于部分生活垃圾热值较低，含水率较高，不适于直 接通过焚烧处理，通过填埋处理又会产生甲烷和渗滤液等，对周边环境造成影响， 因此德国政府对这些可降解的有机质垃圾的处理非常重视，并致力于寻找更有效 的生物垃圾处理技术，降低二氧化碳和沼气产生量，减少垃圾处理产生的温室效 应。目前，德国有机质较高的生活垃圾主要通过机械生物处理技术和堆肥来处理， 这两项技术在德国均属于成熟技术，居国际先进水平。 机械生物处理技术包括机械和生物处理两个部分，它可以独立地完成垃圾处 理，时也可以与其他垃圾处理方式，如焚烧、卫生填埋等结合处理。该技术已成 为德国及欧洲城市生活垃圾管理和处置中的重要组成部分。该技术中的的机械部 分主要利用分选和筛分等设备，将垃圾中热值较高的塑料、纸张、木材等成分分 生物干燥技术在小涧西垃圾填埋场库区循环利用中的应用研究 离出来，用来发电或供暖；生物处理则通过好氧降解、厌氧发酵或两者结合的工 艺。现行的机械生物处理生产技术路线主要由两类，即发酵降解工艺咖和生物 干燥稳定化工艺口。 其中，生物干燥稳定化工艺是在好氧处理技术的基础上发展的心生活垃圾处 理技术，它将剩余垃圾完全利用作为处理最终目标。由于生活垃圾中含水率较高， 不利于进行机械分离，未达到减少生活垃圾含水率的目的，可利用垃圾中有机物 降解过程中产生的热量，加上通风作用，使垃圾干燥。处理过程中，垃圾中大部 分水分被热量和同分带走，使生活垃圾得到干燥。 1 2 4 国内对生物干燥技术的研究 近年来，我国由于生活垃圾焚烧项目的不断增加，各地也开始探索通过预处 理提高生活垃圾热值的方法，其中生物干燥技术是一项较为重要的技术。 夏亚穆，王伟，毕文慧对生物干燥技术的干燥机制、能量平衡、通风系统等 进行了相关研究2 1 ，生物干燥过程是利用堆肥堆体中所含微生物与有机物反应时 所放出的热量，降低基床湿度( m c ) ，使所需的干燥产品产生口3 1 。生物干燥的主要 机制为对流蒸发，其热量来源于垃圾中微生物对有机物的好氧降解。垃圾基质湿 度( m c ) 可通过以下方式降低：( 1 ) 垃圾中的水分表面蒸发至空气；( 2 ) 水蒸气随通 风穿过垃圾基质，随气体排出。另外，垃圾中还有少量水渗出垃圾基质，可以在 生物干燥器的底部作为渗出液进行收集。在生物干燥中，湿流通过基质的最主要 运输机制为空气对流和分子扩散口引。空气对流将水分带离基质表面，这是基质水 分丧失的主要原因。对流蒸发除水分受物料基质( 固相) 和空气流( 气相) 之间的热 力学平衡所控制。生物干燥过程中，所需能量主要是由微生物对垃圾有机物的好 氧降解所提供的。而传统的干燥过程是使用外部的热源。微生物对有机物的好氧 降解是一种放热生化反应，它可将基质温度迅速提高到适温范围。在堆肥方面曾 有研究表明，小型堆肥系统的最高温度能达到5 卜6 0 ，而较大的系统反应温 度可达到7 0 c 阳5 1 。通风系统对于生物干燥过程非常重要。通风系统的作用主要 由：( 1 ) 仗含水率降低；( 2 ) 再分配热传递，除去过量热使其适应基质的温度； ( 3 ) 输入满足堆肥系统好氧需求的氧气。 李爱民，李东风，徐晓霞对城市垃圾预处理所改善垃圾焚烧的特性进行了研 究心引，生物干燥是改善垃圾焚烧特性的途径之一，其优点是不需要改变目前的 8 生物干燥技术在小涧西垃圾填埋场库区循环利用中的应用研究 生活垃圾收运体系。生物干燥可以有效降低混合生活垃圾的韩硕率，垃圾的低位 热值可以升高约3 0 一4 0 b6 i 。混合垃圾生物干燥后的机械处理，通常是除去 垃圾中的低热值成分和不可燃成分，获得更高热值的垃圾，使其更有利于焚烧。 这一工程技术是近1 0 年发展起来的，德国称之为生物稳定化( b i o l o g i c a l s t a b i l i z a t i o n ) 。 陈朱蕾等b 7 1 通过实验研究，对采用预堆肥工艺处理高含水率和高有机物混 合垃圾可行性进行了探索。研究表明：通过强制通风的生物堆肥预处理，可以使 垃圾含水率降低，垃圾湿基低位发热量提高，有利于垃圾进行物料分选和提高焚 烧的效率；同时，还可以减少垃圾的质量、减小垃圾体积，使后续处理减量化。 根据徐文龙等阳8 1 的研究，通过控制堆肥过程中垃圾堆体的含氧量、温度和 调解通风过程中的通风量( 可称为氧一温度联合控制) ，在1 - - - 2 周内垃圾的含水 率可以降到2 0 以下。根据垃圾原有韩硕率的不同，垃圾的热值可提高5 0 2 5 0 。这对于降低垃圾焚烧成本、提高焚烧发电效率，有着显著的价值。 1 3 项目背景 近年来，随着青岛市现代化进程的推进和经济的快速发展，生活垃圾产生量 高速增长，截止2 0 0 9 年，青岛市七区生活垃圾日产生量己超过3 6 0 0 t 。目前，青 岛市主要采用卫生填埋的方式处理垃圾，青岛市小涧西生活垃圾填埋场担负着青 岛市六区( 黄岛除外) 生活垃圾处理重任，日处理量已超过3 0 0 0 t 日，且随着生 活垃圾产生量的不断增加，小涧西生活垃圾填埋场面临的处理压力也越来越大。 小涧西生活垃圾填埋场位于城阳区河套街办，与胶州毗邻，距离太原路大型 转运站3 7 k m ，经过多年选址和前期准备，2 0 0 2 年建成并投入使用，总占地面积 6 5 8 8 h m 2 ，一期填埋库区面积为2 6 8 8 h m 2 ，填埋库容7 10 万m 3 ，目前已接近饱和。 目前正在规划建设二期填埋区，占地2 5 2 万m 2 ，库容7 15 万m 3 ，在建设一期焚烧厂 等减量化措施后，日填埋量约1 8 0 0 t ，使用年限约8 年。二期建成后，该场址已无 填埋场扩容空间。 届时，青岛市将面临垃圾填埋场重新选址的难题。随着国家标准要求越来越 严格，土地资源越来越稀缺，在距离青岛市中心城区5 0 k m 范围内选址建设新的填 埋场几乎不太可能。在更远的地方选址难度也非常大，并且将大大增加运输成本， 降低作业效率，增加垃圾收运环节环境污染的风险。 o 生物干燥技术在小涧西垃圾填埋场库区循环利用中的应用研究 因此，研究如何有效利用现有填埋库区资源，构筑实现资源再生利用最大化 及土地占用最小化的生活垃圾填埋库区循环利用处理体系，延长现有填埋场使用 寿命，为生活垃圾处理的长期可持续发展奠定坚实的基础，已成为一个非常重要 而且迫切的课题。因此，本课题探讨通过生物干燥提高垃圾热值，与后续焚烧处 理体系配合的可行性。 1 4 研究内容 1 4 1 卫生填埋场的稳定化情况分析 主要指垃圾填埋库区使用数年后，垃圾中已降解完全或接近完全降解。垃圾 填埋场表面沉降量非常小，不再产生异味，垃圾自然产生的渗沥液很少或不产生， 通过指标检测，确定卫生填埋库区的状况特性。 1 4 2 基础资料的收集 1 、旧填埋场场地及周围环境的调查。前者包括地理位置、地形、地貌特征 等调查，后者包括水文和气候资料、当地居民生活饮食和习惯、燃料结构、初步 确定填埋垃圾的主要成分。现场确认可用土壤、可回用物料、可燃垃圾以及危险 废物的比例。 2 、向有关部门询问城市区域规划计划和土地征用计划。大多数填埋场都在 近郊，按现有的城市发展速度，近郊地区很有可能在城市发展规划之列。 3 、市环境卫生专项规划资料，了解生活垃圾的产生量及其变化情况、垃圾 的主要成份、垃圾的收集和处理处置方式。 4 、查阅相关的法律法规，了解填埋场开采的实施细则。 5 、调查垃圾资源化利用的途径以及国家对此是否有特殊的扶持政策。 1 4 3 填埋库区的开采循环利用研究 1 、挖掘。先用挖掘机将填埋场中的稳定化垃圾挖出来，再由前装式装载机 将垃圾堆成堆条。 2 、发酵试验。让挖出来的垃圾进行发酵，便于后续的运输和处理，并初步 探讨通过生物干燥技术与传统堆肥技术处理已开挖垃圾的不同。 3 、筛分。通过固定筛孔筛分，分析筛上物及筛下物特性。 l o 生物干燥技术在小涧西垃圾填埋场库区循环利用中的应用研究 4 、填埋库区的循环利用可行性分析。通过实验结果分析，探讨青岛市垃圾 填埋场重复利用可行性。 1 5 项目的意义 1 5 1 项目特点和创新之处 通过本课题的开展，可以掌握生活垃圾填埋场使用一定年限后的特性数据、 生活垃圾填埋一定年限后的性质变化情况；通过生活垃圾循环利用实验，可以为 已填埋的生活垃圾的循环利用提供思路，并探讨未稳定化填埋场垃圾循环利用的 可行性，为生活垃圾填埋库区的空间循环利用提供理论和实践方法。 1 5 2 开展项目的意义 本项目旨在研究通过生物干燥技术处理填埋场已填埋垃圾的可行性，提出循 环利用现有填埋库区资源的途径和方法，并开展现场试验进行验证。通过成果的 应用，可延长现有填埋场使用寿命、节省填埋场建设投资，有效解决青岛市生活 垃圾处理需求较高与土地资源较少的矛盾，提供与在建的生活垃圾焚烧厂等后续 资源化处理设施配套的循环利用技术手段，为我市填埋资源的可持续利用奠定坚 实的基础，为我市垃圾处理的可持续发展做出贡献。课题成果可作为示范技术向 全国类似城市推广。 生物干