利用焚烧富余能力释放填埋库容的研究——以南方某市为例

张俊文

（广州市城市管理技术研究中心，广东 广州 510170）

我国卫生填埋场起步于1990年前后，2000年后高密度聚乙烯防渗膜（HDPE）技术逐渐得到广泛应用，目前大部分已达到设计使用年限或者超负荷运行中，填埋库容日益紧张。“十三五”全国城镇生活垃圾无害化处理设施建设规划（以下简称建设规划）要求，到2020年底，设市城市生活垃圾焚烧处理能力占无害化处理总能力的50%以上，其中东部地区达到60%以上；具备条件的直辖市、计划单列市和省会城市（建成区）实现原生垃圾“零填埋”[1]。建设规划的实施标志着我国生活垃圾的处理方式从卫生填埋为主转变到以焚烧为主，而焚烧处理最终产物目前仍然需要进入填埋场处理。因此，城市生活垃圾处理系统对填埋库容的需求是长期和必要的。

2020年国家发展改革委、住房和城乡建设部及生态环境部联合印发《城镇生活垃圾分类和处理设施补短板强弱项实施方案》中强调：“各地在摸清垃圾填埋场剩余库容的基础上，合理规划填埋场建设。原则上地级以上城市以及具备焚烧处理能力的县（市、区），不再新建原生垃圾填埋场。”[2]对新建原生垃圾填埋场进行限制，加速原生垃圾卫生填埋向焚烧处理转变直至完全替代。在处理方式转变的过程中，开展利用富余焚烧处理能力释放填埋场库容空间具有现实意义。以南方某市为例，对利用焚烧富余处理能力释放填埋场库容空间的问题进行讨论与研究，为实现填埋库容循环利用提供一种思路。

1 重要影响因素

1.1 富余焚烧处理能力

利用焚烧富余处理能力释放填埋场库容空间实现循环再利用，决定性因素是生活垃圾焚烧处理设施有富余的焚烧处理能力。

“十三五”期间，我国经济保持快速增长，人民生活水平稳步提高，各地生活垃圾也在持续增长。据2021中国统计年鉴显示，2020年生活垃圾清运量为235 11.7 万t，较2017年增长9%。在城市无害化设施建设规划时，一个城市的生活垃圾处理能力必须大于实际的生活垃圾清运量，确保整个城市生活垃圾无害化处理的实际需要。现今生活垃圾的处理方式由以卫生填埋为主转变为以焚烧处理为主，焚烧处理设施成为近年来建设规划的重点，而生活垃圾焚烧处理能力的建设属于整体规划、分期实施。生活垃圾焚烧处理能力随着设施分期实施呈现阶梯式的增长，在未来一段时间内阶梯式增长的焚烧处理能力与逐年增长的生活垃圾量之间将出现富余能力，具体如图1 所示。因此，可充分利用富余的焚烧处理能力释放填埋场库容空间，实现填埋场库容循环再利用。

图1 生活垃圾焚烧富余处理能力变化示意图

1.2 焚烧工艺适应性

填埋场开挖出来的陈腐垃圾，其组分、热值、灰分等指标应满足焚烧工艺的要求，在不影响处理工况下可利用富余焚烧处理能力持续、稳定处理陈腐垃圾，释放填埋场库容空间。

生活垃圾主要由厨余类、木竹类、纸类、纺织类、橡塑类、金属类、玻璃类、砖瓦陶瓷类、灰土类等组成，经填埋多年后逐步演变为陈腐垃圾。其中，厨余类、纸类等属于易腐物质，占比逐年降低；木竹类和纺织类不易降解，而塑料、玻璃、金属、砖瓦类等理化性质较稳定，属于惰性物质。陈腐垃圾的含水率与填埋时间成反比，随着易腐物质的降解逐步下降；易腐物质的降解促使单位体积内灰分和可燃物占比将逐年升高，热值也较生活垃圾有所提高。

根据《城市生活垃圾处理及污染防治技术政策》（建城［2000］120 号）[3]、《生活垃圾焚烧炉及余热锅炉》（GB/T 18750—2008）[4]规定，要求焚烧进炉垃圾平均湿基低位热值不低于5 000 kJ/kg，水分含量不宜大于50%，灰分含量不宜大于25%。一般陈腐垃圾的热值和水分含量较容易满足要求，而填埋时间越长灰分含量越高。可采取掺烧模式进行处理，不需额外改进焚烧处理设施在用的焚烧工艺。

1.3 填埋堆体开挖条件

填埋场堆体开挖应满足基本工程条件，包括但不限于：一是填埋场道路系统、电力系统和用水供应满足开挖作业需求；二是填埋场具备完整的渗沥液导排收集系统、填埋气体收集系统和填埋场防渗系统；三是填埋场堆体开挖对堆体安全影响应在可控范围内；四是堆体开挖作业对周边环境影响应在可控范围内。

1.4 填埋库容空间再利用

一个城市的生活垃圾无论采用何种处理技术，填埋场是每一个城市不可缺少的垃圾处理设施，必须在任何时候都保持一定的填埋库容空间。填埋场通过开挖陈腐垃圾焚烧处理腾出的库容空间，一方面可用作城市生活垃圾处理的战略储备，应对突发事件带来的应急填埋任务。另一方面，生活垃圾焚烧处理后产生的残渣仍然需要进行填埋处置。残渣中主要包括炉渣和飞灰，炉渣具有骨料特性，现阶段多被制成环保砖和路基填充料，已广泛得到应用。而根据《国家危险废物名录》（2021年版）[5]，飞灰只要满足《生活垃圾填埋场污染控制标准》（GB 16889—2008）[6]的入场标准要求，可进入填埋场进行单独分区填埋处置。因此，通过开挖掺烧陈腐垃圾释放的填埋库容空间，可用作城市生活垃圾处理的战略储备和飞灰的专区填埋处置。

2 南方某市的研究案例

2.1 生活垃圾焚烧富余处理能力测算

南方某市的生活垃圾处理能力包括焚烧处理能力、生化处理能力和就近就地分散处理3 部分，富余的焚烧处理能力为生活垃圾处理能力扣除生活垃圾清运量和生化处理产生的残渣量。这部分富余的焚烧处理能力可用于填埋场陈腐垃圾开挖掺烧，以实现释放填埋场库容空间的目的。

根据《某市生活垃圾收运处理战略系统规划（2016—2035年）》对生活垃圾清运量的预测和焚烧处理设施的规划安排，焚烧处理设施二期建设将于2023年完成并投产运营，同年将有富余的焚烧能力处理陈腐垃圾。焚烧处理设施二期假设在2023年1月1日全部达产运营，经测算焚烧富余处理能力出现在2023—2028年，期间日均富余处理能力详见表1。利用焚烧富余处理能力共计可掺烧1 044 万t 陈腐垃圾，约释放1 160 万m3库容空间（容重按0.9 t/m3计算），2029年开始焚烧富余处理能力消失。

表1 2023—2028年焚烧富余处理能力

2.2 陈腐垃圾物理特性及焚烧工艺适应性

对南方某市3 个填埋场进行陈腐垃圾物理特性研究，检测不同龄期填埋场陈腐垃圾的物理组分、热值、灰分和含水率等指标，讨论陈腐垃圾对焚烧工艺的适应性。参照《生活垃圾采样和分析方法》（CJ/T 313—2009）[7]相关规定，陈腐垃圾的物理组分如表2 所示，其中填埋场A 和B 均建于20 世纪80年代末90年代初，封场超过20年；填埋场C 建于2000年，2018年停止垃圾进场，现处于临时覆盖状态。

表2 陈腐垃圾物理组分 %

陈腐垃圾物的焚烧特性如表3 所示，高龄期填埋场A、B 中陈腐垃圾含水率为36.18%～38.76%，干基高位热值为10 552～14 225 kJ/kg，湿基低位热值为6 026～7 606 kJ/kg，湿基灰分为35.52%～39.57%；填埋场C 中的陈腐垃圾含水率约为49.02%，干基高位热值约为17 316 kJ/kg，湿基低位热值约为6 046 kJ/kg，湿基灰分约为9.94%。可见，与原生活垃圾相比，陈腐垃圾随着填埋时间增长逐步降解，含水率下降，灰分增加，热值降低。

表3 陈腐垃圾焚烧特性

南方某市运营及在建焚烧设施的焚烧最低热值为4 000～5 000 kJ/kg，最高热值为9 500 kJ/kg。综上所述，填埋场C 中的陈腐垃圾含水率小于50%，湿基低位热值高于5 000 kJ/kg，灰分小于30%，满足焚烧入炉要求同时也符合焚烧设施的设计工况热值。南方某市在有富余焚烧处理能力期间，可选择开挖填埋时间较短的陈腐垃圾，按比例与生活垃圾直接掺烧处理，不需经筛分预处理。因目前国内对陈腐垃圾的掺烧研究较少，具体的掺烧比例仍然需要进一步实验研究获取，并实施动态调整。

2.3 填埋场堆体开挖条件及库容循环利用

南方某市与填埋场C 类似的填埋场有3 个，交通条件、供水供电均可满足开挖要求。该类填埋场均采用高密度聚乙烯防渗膜（HDPE）技术，具有完善的渗沥液导排、收集和处理系统，能确保开挖过程中外溢的渗沥液得到妥善收集。填埋场陈腐垃圾开挖可采用分层、分区的方式进行，一方面减少开挖对垃圾堆体的扰动，确保堆体安全稳定；另一方面，降低填埋场除臭系统的压力，减少对周边环境的影响。

通过焚烧富余处理能力掺烧陈腐垃圾释放出来的库容空间，可用于飞灰固化物专区填埋和作为生活垃圾应急保障处置设施使用。利用焚烧富余处理能力共计可处理陈腐垃圾1.044×107t，约释放库容空间1.60×1106m7。南方某市焚烧处理设施全部达产运营，飞灰日产生量约为990 t/d，如果释放的库容空间单独用于飞灰固化物专区填埋，可供使用超过30年。

3 结论

3.1 以南方某市为案例，对利用焚烧富余处理能力释放填埋场库容空间的问题进行讨论与研究。经过对富余的焚烧处理能力、焚烧工艺适应性、填埋堆体开挖条件和填埋库容空间再利用等技术条件的分析，认为利用焚烧富余处理能力释放填埋场库容空间在满足一定条件下技术上可行。

3.2 各填埋场因建设条件的差异，填埋堆体中的陈腐垃圾特性各不相同，应选择填埋龄期较短，其含水率、热值、灰分等重要指标满足焚烧入炉垃圾的要求且符合焚烧设施的设计工况热值。技术路线可以选择满足条件的陈腐垃圾，开挖后不经筛分，直接与原生活垃圾掺烧处理。

3.3 南方某市根据填埋场陈腐垃圾和焚烧处理能力相关数据测算，未来将出现焚烧处理能力富余量，利用富余焚烧处理能力掺烧陈腐垃圾，一是有利于解决各焚烧终端处理设施处理缺口的燃眉之急，避免富余焚烧处理能力闲置造成浪费，充分发挥生活垃圾焚烧终端处理设施的综合效益；二是有利于消除垃圾填埋场对周边环境潜在的污染风险；三是有利于挖掘填埋场陈腐垃圾潜在价值，实现生活垃圾减量化、无害化、资源化处置；四是有利于实现填埋场库容再利用，提升飞灰固化物专区填埋处理能力，扩充生活垃圾应急保障处置设施的储备库容，保障城市的安全运行。