生活垃圾填埋场开采筛分处置技术研究——以卧旗山垃圾填埋场为例

葛恩燕，胡 超

（1.浙江省城市化发展研究中心，浙江 杭州310000；2.宁波市生活垃圾分类指导中心，浙江 宁波315000）

1 引言

填埋作为城市生活垃圾处置的最重要手段之一，有效地解决了城市固体废物的排放问题，为城市建设和发展作出了重要贡献。但随着城市化进程加快、人口增加，垃圾产生量也逐渐增大，达到每年数亿吨的规模［1］。而随着城市区域的逐步扩大，许多原本位于城郊的垃圾填埋场已成为城市边缘甚至是城市的中心，“垃圾围城”等现象严重影响了城乡人居环境［2］。目前，仍有诸多生活垃圾以简易填埋的方式进行处理，如在城区周边选择地层防渗条件稍好的区域进行垃圾堆放［3］。简易填埋方式一般缺少规范的底部防渗系统和气体导排措施，远未达到国家标准和规范要求，极易对周围水体、大气及土壤环境产生二次污染和安全隐患［4］，增加周边居民的健康风险［5］。如浙江省2020 年已实现生活垃圾“零填埋”，经初步估计，浙江省约有90 座已退役城市生活垃圾填埋场，共积存超过1.0×108t 的生活垃圾，如何快速降解和处置存量垃圾，减少其对周边环境影响，释放土地利用空间成为了亟待解决的难题。

2011 年，国务院印发的《关于进一步加强城市生活垃圾处理工作意见的通知》中明确指出要开展生活垃圾填埋场所存量垃圾的生态修复工作，制定治理计划并限期进行清理与改造，为此采用适宜的技术对填埋场进行科学、有效的治理，也进一步被提上了日程。开采筛分技术作为一种有效的治理技术，因其可以彻底清除垃圾、消除污染源、腾出可利用土地，且能实现填埋垃圾的资源化而备受关注。本研究针对生活垃圾填埋场治理技术进行概述及工艺比选，对开采筛分处置技术的应用优势及适用范围进行分析，并结合应用实例对开采筛分处置技术的可行性和有效性进行论述。

2 垃圾填埋场治理技术

目前，常见的生活垃圾填埋场治理技术主要有原位封场技术、整体搬迁减量技术、好氧稳定化技术及开采筛分技术。治理技术的选择通常根据场地污染源特征、污染现状、污染扩散途径、污染控制要求、危害风险、治理目标、经济及社会效益、资金筹措等情况而定。

2.1 原位封场技术

原位封场治理技术是在原有填埋场上，对垃圾堆体进行整形，修建坡面平台，做好污染防渗、雨水阻隔、渗滤液和填埋气导排系统，最后进行垃圾堆体覆盖和植被恢复工作，消除堆体安全隐患，减少对周边环境的污染［6］。原位封场技术具有施工周期可控、操作与管理简便等优势，但其稳定化时间长，对环境存在长期影响，且无法实现场地开发再利用。该技术适用于规模较大、具备封场条件的填埋场。

2.2 整体搬迁减量技术

整体搬迁减量技术是指将填埋场的陈腐垃圾整体挖出，搬运至新建填埋场、其他正规填埋场或焚烧发电厂进行规范化处置的技术［7］。整体搬迁减量技术的优点是对垃圾填埋物污染危害治理较为彻底，实现场地开发再利用；缺点是没有考虑垃圾的资源化利用，治理和处置成本较高，且开挖过程中易产生二次污染。该技术适用于附近有正规垃圾处理厂且运输距离适当、接纳处置费用合理，尤其适用于规模较小的垃圾填埋场。

2.3 好氧稳定化技术

好氧稳定化技术是通过设置注气井、注液井及抽气井等，向堆体内注入空气，排出二氧化碳等气体，使堆体中有机物在适宜条件下发生好氧降解反应，从而使堆体快速达到稳定化状态，消除对环境的污染风险［8］。好氧稳定化技术的优点是有机物好氧降解后恶臭气体减少和爆炸风险降低，并显著缩短堆体稳定化时间；缺点是污染治理不彻底，治理工程费用较高。该技术适用于规模较大，与居民区、环境敏感区距离较远的填埋场。

2.4 开采筛分技术

开采筛分技术是借助筛分系统，将从填埋场挖出的陈腐垃圾按照粒径、密度、形状等性状差异进行分离，之后根据筛分得到的不同成分物料的性质分别进行资源化再利用［9］。开采筛分技术可实现填埋场垃圾的减量化，消除垃圾填埋场对周边地表环境及地下水的污染风险，恢复生态环境，且能实现土地的开发再利用。

2.5 治理技术综合比选

综上所述，通过对比以上4 种治理技术可知：原位封场技术、整体搬迁减量技术和好氧稳定化技术均无法同时实现场地开发再利用及陈腐垃圾资源化利用的目标；而垃圾开采筛分技术具有减量化、无害化及资源化的优势，治理效果较彻底，在有效控制臭气及土壤、地下水污染的同时，还能发挥填埋垃圾的剩余价值，实现垃圾的减量化和资源化利用，彻底消除填埋场地的污染源，加速周边生态环境的恢复，且能快速盘活土地，满足规划用地需求。

3 开采筛分技术

3.1 国内外开采筛分技术发展现状

从20 世纪90 年代开始，美国佛罗里达Naples填埋场，纽约Edinburg 填埋场、Frey Farm 填埋场，以色列特拉维夫市赫利亚生活垃圾填埋场等就成功进行了开采修复运行［10］。美国Edinburg 小镇的填埋场启用于1969年，主要接收镇内的生活垃圾，关闭于1991年，共占地2.02 hm2，是无防渗的垃圾填埋场。1989 年，纽约州议会指导能源局启动一个研究项目来评估填埋垃圾回收的可行性，选取Edinburg 小镇的填埋场中0.405 hm2进行筛分并作为填埋垃圾回收利用示范项目，在垃圾开挖期间，进行持续的环境监测，主要指标均在可控范围，并定期监测臭气，没有发现臭气逸散到工作区外的现象［11］。

我国由于开采筛分技术储备与推广、政策扶持、机制引导相对不成熟，在陈腐垃圾理化性质分析、开采筛分技术、资源化综合利用等方面仍在持续完善中［12］。近年来，少量填埋场积极探索开采筛分处置方式，如北京市对大兴区一简易垃圾填埋场进行开采筛分处理，总垃圾量8.8×105m3，总投资约4.69 亿元，综合处理单价约为532 元，有效解决填埋场臭气扰民、污染环境，同时实现了无害化前提下的陈腐垃圾资源化利用［13］。另外，采用开采筛分处置技术的还有保定市某填埋场、贵州市某简易填埋场、浙江温州卧旗山填埋场等。

3.2 开采筛分技术应用优势

开采筛分技术可有效治理土壤、地下水污染，改善周边生态环境，大幅削减存量垃圾体积，有效解决各地填埋场库容紧张难题，释放土地利用空间，具有良好的经济、环境和社会效益；同时，根据不同物料的性质差异，综合利用多级变径、风压风速可调的多级高效筛分系统，可有效分离混合物料，各类筛分产物依据特性可采用不同的方式进行资源化利用，实现变废为宝。

3.3 开采筛分技术适用范围

开采筛分技术可较为彻底地实现污染治理，进而实现场地的再开发利用。该技术使用范围较广，主要适用于填埋年限较长、垃圾中的纤维素和半纤维素类物质基本降解完成的填埋场。此外，该技术还要求筛分分离后的各物料具备实现资源化利用的途径，且在开采过程中必须做好二次污染防治措施。

4 垃圾填埋场开采筛分处置技术应用案例

目前，我国垃圾填埋场治理技术发展迅速，针对不同填埋场的治理技术适用性研究均有应用报道。本研究主要阐述垃圾填埋场开采筛分技术应用案例。温州市卧旗山垃圾填埋场位于鹿城区双屿街道牛岭村（图1），始建于1983 年，2002 年填埋场达到饱和后实行简易封场。据初步勘查，卧旗山垃圾填埋场地面以上垃圾约有7.6×105m3，占地面积约为4.32 hm2。填埋场为简易填埋，未设置环保措施，周边分布有鞋业制造厂、居民区、宿舍公寓、公园、地表水体等环境敏感点，存在较大的安全和环境污染隐患。为实现原址开发再利用，改善周边生态环境的目标，对填埋垃圾进行开挖、筛分和综合利用是一种必然的选择。

图1 温州市卧旗山垃圾填埋场地理位置示意Figure 1 Location schematic of Woqishan landfill in Wenzhou City

场地内的取样调查结果表明：勘查深度内垃圾主要为杂填土、生活垃圾和工业垃圾（皮革边角料为主）。填埋垃圾中的腐殖土约占66.54%，有机质含量高，生物可降解性总体较差且区域分布不均衡。填埋气中甲烷含量较高，氨和臭气污染严重，渗滤液中污染物指标均超过规定限值。填埋场存量垃圾污染风险级别为“高”，周边环境地下水的COD、氨氮、总大肠菌群等存在超标现象。

4.1 建设内容

项目工程建设内容主要包括：临时垃圾处理站建设、渗滤液收集及处理、填埋气导排收集及处理、垃圾开挖及运输、垃圾筛分处置、筛分产物消纳处置、除尘、除臭等。设计处理规模：垃圾筛分2 500 m3/d、渗滤液150 m3/d、腐殖土800 t/d、渣砾120 t/d、筛上轻质物250 t/d、玻璃12 t/d、金属8 t/d。

4.2 治理工艺流程

开采筛分技术主要包括开挖和筛分两阶段，即对填埋场陈腐垃圾进行开挖后运送至临时垃圾处理站，随后通过多级高效筛分系统进行筛分。其中，腐殖土经无害化处理后用作绿化种植土；渣砾经漂洗、破碎后用于路基填石；筛上轻质物（平均水分＜50%，平均灰分含量＜30%，平均湿基低位热值＞5 000 kJ/kg）外运至焚烧发电厂进行综合处置；金属和玻璃经物质回收公司回收处理。开采筛分过程中产生的渗滤液经收集后采用“二级碟管式反渗透工艺”处理，出水达标后纳入市政污水管网。开挖过程中产生的废气经收集处理达标后排放。本开采筛分工程的治理技术路线如图2所示。

图2 温州市卧旗山垃圾填埋场开采筛分治理技术路线示意Figure 2 Technical route schematic for mining，screening and treatment of Woqishan landfill in Wenzhou City

4.2.1 垃圾开挖与运输

采用挖掘机将陈腐垃圾挖出并装入自卸卡车的车厢内，随后运送至筛分设备处。在开挖过程中采取“分区、分层、自上而下”的开挖方式。垃圾开挖工程工序为：设备进场、场地平整、施工放线、开挖支护施工工作面、垃圾开挖（距离原状土30～50 cm 改用人工开挖）、土方平整、工程验收，在整个开挖过程中需做好渗滤液和雨污导排工作。

4.2.2 垃圾筛分处置

对经过4.2.1过程处理后的垃圾进行筛分处置，包括预筛分和人工分选。首先将挖掘的垃圾运送至筛分设备处，通过匀料机进入预筛分机进行预筛分，预筛分后的筛下物进入传送皮带进行人工分选，将部分垃圾分类拣出。人工分选后的垃圾再通过磁选机、滚筒式筛分、风选系统等六级高效综合分离，得到腐殖土、渣砾、筛上轻质物、金属和玻璃等物品。筛分工艺流程见图3。

图3 筛分工艺流程示意Figure 3 Screening process schematic

4.2.3 渗滤液收集与处理

填埋垃圾分区开挖中设置渗滤液临时集水坑，将垃圾堆体中渗滤液汇集到临时集水坑内，然后输送至调节池，经两级碟管式反渗透设备进行处理，出水达标后纳入市政污水管网。浓缩结晶体送温州市生态材料综合处置中心处置。

4.2.4 除尘、除臭收集与处理

在垃圾筛分车间设置吸风口对筛分现场的废气进行收集处理后达标排放。由于填埋场的氨和臭气污染比较严重，在垃圾开挖和装车过程中，现场采取除尘和除臭处理，确保现场施工生产环境的安全。

4.3 治理效益分析

卧旗山垃圾填埋场治理采用开采筛分技术进行处置，渗滤液、臭气等二次污染可控，工程投资适中，对周边环境影响较小，修复周期较短，污染控制措施可行。通过治理工作的开展大幅减少了填埋场对周边环境的污染，释放了土地利用空间后，化解了“邻避”问题，治理后场地满足城区结构功能调整，有利于促进区域开发进程。同时，在对陈腐垃圾的开采筛分过程中，将分离出的轻质物、腐殖土、金属等组分分类再利用，最终实现近8.0×105m3垃圾安全开挖和高效筛分，约超过4.0×105t 腐殖土、超过1.0×105t 骨料以及近3.0×105t轻质物实现资源化利用，充分利用了陈腐垃圾的剩余价值，经济、社会及环境效益良好。

开采筛分整治前后的温州市卧旗山垃圾填埋场如图4 和图5 所示。根据《掌上鹿城》报道，城市烂疮“卧旗山垃圾填埋场”的异位生态化治理，通过对开采筛分产物的资源化利用，不仅实现了垃圾山到“生态股”的转变，并盘活土地资源60亩（1 亩≈0.067 hm2）以上，地块的再开发利用将产生显著的经济效益，实现温州西部生态新城有机更新和高质量发展。

图4 整治前温州市卧旗山垃圾填埋场Figure 4 Woqishan landfill in Wenzhou City before remediation

图5 整治后温州市卧旗山垃圾填埋场Figure 5 Woqishan landfill in Wenzhou City after remediation

4.4 案例评价

1）通过在温州市卧旗山垃圾填埋场开展综合治理工程，总结得到开采筛分处置技术的工艺流程包括垃圾开挖与运输，垃圾筛分处置，渗滤液收集与处理以及除尘、臭气收集与处理4个阶段。

2）根据温州市卧旗山垃圾填埋场综合处理工程，对开采筛分处置技术的社会、经济与环境效益进行分析测算：有效解决了臭气扰民、地下水污染等环境隐患，化解“邻避”问题；实现超过4.0×105t 腐殖土、超过1.0×105t 骨料以及近3.0×105t 轻质物的资源化利用；盘活土地资源4 hm2以上，产生显著经济效益，为温州西部生态新城的顺利建设作出了贡献。

3）根据填埋场现状情况，在填埋场地稳定化程度较高、垃圾填埋年限较长、筛下物出路能解决且治理周期允许的条件下，适宜采用开采筛分技术进行处理，以实现填埋场库容腾退、污染源清除、筛分物料资源化以及土地开发再利用。

5 开采筛分技术未来发展方向和前景分析

在生态文明建设要求日益提高、国家政策逐步出台、人民环保意识提高及城市快速发展的背景下，可彻底消除污染源、腾出可用土地的开采筛分技术势必会得到更加广泛的应用，在我国存量垃圾填埋场综合整治及无废城市建设工作进程中也将发挥重要作用。今后一段时间，填埋场开采筛分技术主要有以下几个细分技术仍需加强研究和攻关：

1）快速高效前置预处理技术。我国垃圾填埋场，特别是简易填埋场缺少合理有效的液气导排系统，堆体内部积聚的填埋气含量和渗滤液液位普遍较高，存在液气阻滞现象，直接开挖安全隐患大、臭气扩散严重且垃圾湿度高，不利于后续筛分。开发快速高效的前置预处理技术，迅速降低垃圾堆体渗滤液水位及填埋气含量，为后续安全开挖及高效筛分创造有利条件，是未来开采筛分治理现场应用过程中需要重点解决的一个问题。

2）多维度精细高效筛分。我国陈腐垃圾普遍具有物料组分复杂、湿黏团聚、分散性低的特点，传统的筛分设备适用性差，筛分过程易堵孔、分离精度低，筛分质量差，极大地影响筛分产物后续消纳利用。针对陈腐垃圾特性，进行筛分设备的针对性改进优化及创新设计，提升筛分性能，通过多级分选降低单次分选负荷，提升分选效率，解决物料团聚裹挟、分离精度差的问题，提高轻质物和腐殖土纯净度，降低含渣量，是实现筛分产物资源化利用的关键。

3）多途径资源化利用。陈腐垃圾一般包含轻质物、腐殖土、骨料、金属等成分，轻质物具有较高的热值，进入垃圾焚烧厂处理不仅消除潜在污染，同时通过发电的形式回收大量能源，实现资源化利用；腐殖土是陈腐垃圾的主要成分，可占垃圾总量的50%以上，腐殖土中富含有机质以及氮、磷、钾等营养元素，能为土壤提供养分并增强植物的抗逆性，是一种良好的植物生长基质，开发绿色、低成本的腐殖土无害化改良药剂和技术工艺，探索其在园林绿化、山体修复、草坪种植等方面的基质化利用技术，实现草炭、土壤等自然资源替代是腐殖土资源化利用的重要方向。垃圾中骨料有效分离后则以市政填方、道路路基、建筑材料等方式进行利用，金属可回收进行二次加工。