好氧稳定化处理技术在垃圾填埋场的应用

冯 杨，刘志刚，王保军

（1.中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林 长春，130021；2.中国市政工程东北设计研究总院有限公司，吉林 长春，130021）

目前，由于我国普遍实行垃圾卫生填埋治理技术的时间较短，经济发达城市是二十世纪九十年代中后期才普遍采用，最长时间还不到二十年，而一些经济不发达地区，很多城市现在还采用非正规垃圾填埋技术进行垃圾填埋。因此，存在着大量已经填满垃圾的非正规垃圾填埋场。这些填埋场不但占用大量的土地资源、对水体和大气造成严重污染，而且还对城市的形象和发展产生不利影响，随着城区建设的快速发展，部分非正规填埋场位于城区之中，影响和制约了城区的发展，并且对填埋场周边群众的正常生活产生影响，因此必须尽快对其进行封场稳定化治理，还一个健康绿色的自然环境。

好氧稳定化处理技术，即“好氧生物反应器+初步封场”处理技术，对非正规垃圾填埋场快速降解，能够最大限度的减少对环境的污染。

1 非正规垃圾填埋场的特点

非正规垃圾填埋场包括两种基本类型。一是简易垃圾填埋场，二是受控垃圾填埋场。简易垃圾填埋场是我国多年来一直采用的垃圾处理方式，占我国垃圾填埋场的主要部分，尤其是在二十世纪九十年代以前。其主要特征是基本上没有任何环境保护措施，也无建设和使用标准，对环境的污染程度很高。也有人习惯上将简易垃圾场称为垃圾山、垃圾堆。简易受控垃圾填埋场在我国的垃圾填埋场中也占有较大比重。其主要特征是配备部分或全部环保设施，但不齐全、不完善，或达不到环保标准，其渗滤液等对环境的危害较大。其渗沥液在地表低处汇聚，同时随着大气降水渗入地下，严重污染着附近的土壤和地下水，严重威胁到周围居民的身体健康及城市环境质量。

因此，非正规垃圾填埋场就是达不到国家标准和规范要求的垃圾填埋场。

2 非正规垃圾填埋场的治理方法

非正规垃圾填埋场的治理方法，分为异位治理和原位治理。异位治理是将填埋场中的垃圾转运，该方法仅适用于老旧填埋场，垃圾存量较小；原位治理是在垃圾场原地对垃圾进行处理，原位治理的方案有三种，分别为原地封场治理、原地筛分处理和原地好氧降解治理（生物反应器）。

2.1 原地封场治理

原地封场治理是在原有填埋场上，采取覆盖封场、垂直和水平防渗、渗沥液收集和处理以及填埋气体的导排、燃烧或利用等措施，使非正规垃圾填埋场中污染物的无序排放，被人为控制，变有序排放，但原地封场治理并不能减少污染物的排放，也不能缩短污染降解的时间。

2.2 原地筛分处理

原地筛分处理是将填埋场中的垃圾开挖后进行筛分，将筛分垃圾分类利用。通过筛分垃圾减量资源化程度可以达到75%以上，筛分出的无机物可直接就地填埋或作为垃圾卫生填埋场覆盖土，达到了垃圾搬迁减量化和释放土地的目的。该方案对填埋场的污染治理较彻底，但存在垃圾开挖和搬迁过程中环境污染（臭气、粉尘污染等）、安全控制（沼气外泄）、消纳地点选择、腐殖土利用、工程周期等问题。

2.3 原地好氧降解治理

原地好氧降解治理是将填埋场变为生物反应器，改变填埋场中的物理和化学条件，建立符合微生物生长的环境，利用微生物的作用，加速垃圾中可生物降解有机物的分解，缩短填埋场的降解时间。原地好氧降解治理分为厌氧反应器和好氧反应器两种方法。由于厌氧的反应强度较之好氧反应低，需要的时间长，而且厌氧反应不可避免的产生甲烷等填埋气体，并且渗沥液的产生量不会减少，相反好氧反应器不存在这些问题，但好氧反应器的投资较厌氧反应器高，运行操作相对复杂。

非正规垃圾填埋场原地治理的各种方案比较见表1。

表1 非正规垃圾填埋场原地治理的方案比较

从上表1中可以看出：好氧生物反应器在非正规垃圾填埋场的治理方面，具有其他方案不可比拟的优势。文中所提到的好氧稳定化处理技术，将原地治理中的封场和好氧降解治理结合在一起，好氧降解使填埋场的稳定化时间更短，封场治理使填埋场的污染物不会外溢，并且增加填埋气体的非控制性扩散，两者结合效果更佳。

3 好氧稳定化处理技术

好氧稳定化处理技术，由好氧生物反应器和初步封场治理组成。

3.1 好氧生物反应器

3.1.1 原理

好氧生物反应法治理垃圾填埋场的原理是通过在填埋堆体中埋设注气井、注液井和排气井，向垃圾堆体内注入空气，并将收集的渗沥液和其他液体回注至垃圾堆体，使堆体中的有机物在适宜的含氧量、温度、湿度条件下，经好氧微生物的作用快速降解，缩短垃圾分解的时间。同时通过排气井排除垃圾堆体中的二氧化碳等气体，并带出好氧反应产生的热量。有机物好氧生物反应式如下：

3.1.2 系统组成

1）填埋场区域内抽气、注气、渗沥液收集和注液系统。

2）生物好氧反应器的控制系统。

3）生物好氧反应器综合监测系统。

3.1.3 优点

采用“好氧生物反应器”在处理城市生活垃圾填埋方面，有以下四方面优点：

1）缩短垃圾中有机物的降解时间。好氧生物反应器技术比传统的厌氧降解法提高降解速度30倍以上。治理周期短，一般为2—4年。相当于自然降解50—100年。好氧反应与厌氧反应的降解速率。对比见图1。

图1 好氧反应与厌氧反应的降解速率对比

2）减少垃圾填埋场对环境的影响。由于有机物经好氧处理的产物是CO2，H2O等，取代了传统厌氧反应的CH4，NH3，H2S等，垃圾渗沥液又回流到垃圾堆体中，因此将垃圾中的有害物质对土壤、大气、水体（地表水、地下水）环境的影响将减少到最低程度。同时由于减少了甲烷气（CH4）的排放（CH4的吸热量是CO2的21倍），可以降低温室效应，保护大气层。由于好氧生物反应是放热反应，使垃圾堆体中的温度升高，可以有效杀灭垃圾中的病原菌，减少对环境的危害。

3）减少渗沥液处理费用。垃圾渗沥液由于其成分复杂，污染地下水和地表水，收集后单独处理的难度大，投资和运行的费用高，是目前垃圾填埋场问题的焦点所在。通过将渗沥液循环，分散在填埋场中，增加固体的湿度，不仅可以提高垃圾中有机物的降解速率，而且可以大大降低渗沥液处理的难度，从而节省投资和运行费用。同时由于垃圾堆体中的温度升高，水分的蒸发量大，渗沥液的量减少。在渗沥液回灌的过程中，渗沥中的污染物被垃圾吸附，特别是对氨氮和重金属难降解的污染物，有良好的吸附作用，降低相关污染物在渗沥液中的浓度。

4）降低填埋场封场后维护费用和风险。由于垃圾在短时间内可以达到稳定化，这样就可以减少封场后填埋场维护的工作量，降低运行成本，同时可以减少甲烷等危险气体爆炸的风险。

3.2 初步封场

初步封场是在原有填埋场上，采取覆盖封场等措施，使非正规垃圾填埋场中污染的无序排放，被人为控制，变有序排放，并且通过覆盖黏土层，减少了好氧生物反应过程中氧气的无序扩散，有利于提高好氧过程中加注的氧气的使用效率。

4 工程实例

4.1 北京石景山黑石头垃圾填埋场的应用

2006年开始，北京石景山黑石头垃圾填埋场采用好氧生物反应器技术进行垃圾场环保治理，其原理与通用的好氧垃圾卫生填埋技术相似。通过空气注入系统和空气抽取系统的符合作用，使温度、湿度、气体含量和分布等保持垃圾反应所需最佳条件。黑石头垃圾山表面打出100多眼不同功能的深井，通过深井向垃圾体内输送水和氧气，使每个角落的垃圾都能够充分降解，并大大提高垃圾降解速度。两年后，垃圾山中的大部分有机物可充分分解掉，垃圾山不再产生沼气和臭味，接近正常土壤，体积也有所缩减，大大缩短土地恢复使用所需时间。

4.2 吉林省某非正规垃圾填埋场的应用

吉林省某非正规垃圾填埋场，填埋时间近20年，占地面积约为28hm2。处理措施采取垃圾整形，帷幕灌浆，好氧生物处理和封场覆盖系统。

1）由于填埋场占地面积较大，封场治理中帷幕灌浆量和封场覆盖面积较大，所以首先对填埋场的垃圾进行整形，缩小占地面积，以节省投资，整形后的占地面积约为18hm2。

2）好氧生物处理，共设置309眼注气井，310眼抽气井、注水井，100眼气温湿度监测井，向垃圾体内输送水和氧气并控制垃圾体内部的温度、湿度及氧气浓度，加速垃圾中有机成分的快速分解。

3）初步封场治理系统，垃圾顶部整形后采用500mm厚黏土层。

采用此方法，2~4年填埋场达到稳定化，18hm2的面积就可用于公园景观的建设。

5 结 论

通过采用好氧稳定化处理技术，即生物好氧反应器和初步封场相结合的工艺，可以在社会效益、环境效益和经济效益三方面取得一致，对促进城市的经济发展和改善居民生活条件有极大的意义。生物好氧反应器，可明显提高垃圾的生物降解速度和效率，提高垃圾的资源化、无害化水平。封场治理，可有效控制污染物的外溢，提高氧气的利用率。从应用前景上看，对于非正规垃圾填埋场，尤其是为了使用而需要快速修复的老垃圾填埋场，及为了改善空气质量而需要马上开始降解的地方，好氧稳定化处理技术是有非常大的优势。

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