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以亚洲之最老港填埋场为例谈生活垃圾无害化处理构想
《东方早报》记者 周知秋 / 时间:2013-08-07 09:35:13
据东方早报网2013年8月6日讯 生活垃圾处理和污染综合治理是城市管理及公共服务的重要组成部分,是社会文明程度的重要标志,是建设资源节约型、环境友好型社会的重要内容,是关系民生的基础性公益事业。
为妥善解决生活垃圾处理及污染问题,推进生活垃圾减量化和资源化工作,《“十二五”全国城镇生活垃圾无害化处理设施建设规划》中进一步明确,“到2015年,直辖市、省会城市和计划单列市生活垃圾全部实现无害化处理,设市城市生活垃圾无害化处理率达到90%以上,县县具备垃圾无害化处理能力,县城生活垃圾无害化处理率达到70%以上”。
生活垃圾处理现状
近年来,由于政策法规不断完善,资金投入不断加大,中国生活垃圾处理能力和无害化处理率大幅提高。然而,随着中国经济社会的快速发展和城市化进程的加快,城市生活垃圾产量激增,垃圾处理能力相对不足。
据统计和调查估算,2011年中国城市生活垃圾清运量约为1.64亿吨,县城生活垃圾清运量约为0.67亿吨,即全国城镇生活垃圾清运量约为2.31亿吨。截至2011年底,全国城镇生活垃圾无害化处理场合计约为1360座,年处理生活垃圾约为1.58亿吨,无害化处理率约为68.4%。
就上海而言,2011年城市生活垃圾产生量为704万吨,无害化处理量为617万吨,其中填埋394万吨,焚烧104万吨,堆肥83万吨,回收利用5万吨。
目前,上海市现有的主要生活垃圾处理设施包括有:两座填埋场――老港垃圾填埋场(总设计规模9900吨/天)、黎明垃圾填埋场(设计规模1500吨/天), 三座焚烧厂――浦东御桥生活垃圾焚烧厂(设计规模1000吨/天)、江桥生活垃圾焚烧厂(设计规模1500吨/天)、老港再生能源利用中心(设计规模3000吨/天)等。
中国城市生活垃圾处理方式主要是卫生填埋、焚烧和堆肥。由于卫生填埋运行成本低、技术成熟、操作简便等原因,在当前和今后相当长时期内仍然是中国城市生活垃圾的主要处置方式。在资源再生利用和新能源政策的鼓励下,生活垃圾焚烧处理得到了较快发展;而生活垃圾混合收集,使得堆肥处理成本较高和堆肥质量难以保证,堆肥处于萎缩状态。
垃圾的分类收集是必然趋势,但必须解决生活垃圾分类收运体系建立和分类后餐厨垃圾、塑料、纸张、橡胶、玻璃、建筑垃圾等废物经济可行的处理与资源化技术。垃圾分类后生产出的产品,受到成本、质量和市场的影响,生产企业不能获得合理利润,直接影响到资源化利用效果,政府须配备相关的激励政策和手段。
老港案例
卫生填埋是现阶段上海市垃圾处理处置的最主要技术。老港生活垃圾填埋场目前承担着上海市大部分的生活垃圾填埋处置,是亚洲规模最大的生活垃圾处理处置基地。
对上海市2007~2011年间生活垃圾产量和处理处置方式的分析,显示上海市近5年来生活垃圾的卫生填埋量为328.7万~417.6万吨/年,占无害化处理总量的63.0~67.2%,约为焚烧和堆肥处理量的2倍。
随着土地的日趋紧张,填埋用地选址越来越困难,老港基地将建设成为上海市垃圾处置的百年基地,为上海市垃圾安全、卫生处理提供最终托底保障。
老港生活垃圾填埋场位于上海市中心东南约60公里的东海之滨,是典型的平原滩涂型垃圾填埋场,目前包括有一至四期填埋场和综合填埋场。其中老港填埋场一至三期位于处置基地内部西侧,工程占地达335万平方米,包括57个填埋单元,自1989年启用到封场期间,填埋了超过3000万吨生活垃圾,消纳了期间上海市70%以上的生活垃圾。
老港一至三期填埋场采用坑填法作业,大部分填埋高度为4~5米。由于建设较早,老港填埋场1至3期工程不符合卫生填埋场的标准,目前已停止堆填垃圾,正在实施封场和生态修复工程。通过封场及污染治理、生态修复等方面的措施,逐渐消除老港填埋场一至三期对周边环境的不利影响,并为老港固体废弃物综合利用基地提供部分建设用地,恢复区域生态。
老港四期填埋场位于基地中部,占地面积达361公顷,设计处理规模为4900吨/天,填埋堆高约45米,设计库容达8000万吨。老港综合填埋场一期工程设计处理能力5000吨/天,占地面积1758亩,设计库容1648万立方米。老港生活垃圾四期填埋场和综合填埋场均为高标准的先进卫生填埋场,为目前上海市生活垃圾填埋处置的主力场所。
填埋技术的新理念
随着填埋技术的研发与应用,上海老港填埋场提出和运行了一些先进填埋理念或技术,包括高维卫生填埋技术以及可持续循环卫生填埋技术,对全国其他生活垃圾填埋处置基地起到示范或借鉴作用。
生活垃圾高维卫生填埋技术。采取一定工程措施,通过对填埋场场址天然条件下存在着的缺陷进行人为改造,大幅度提高填埋场的垃圾填埋高度,实现以最小的填埋面积获得最大的填埋库容,并保证填埋场的卫生安全与稳定,从而最终达到节省大量土地资源的目的。
众所周知,上海的土地是寸土寸金。但是由于地质条件存在着缺陷――软弱土层,以及受其他技术和经济条件的限制,老港一至三期填埋场填埋高度仅为4米。老港四期填埋场设计时提出了高维卫生填埋技术,通过对场地基土的固结处理等,大大提高了地基承载力,将生活垃圾的可填埋高度提升至45米。而这将大大增加单位面积填埋场的填埋容量,从而节省大量的土地资源。
生活垃圾可持续循环卫生填埋技术。生活垃圾填埋场封场后,易降解有机物质完全或接近完全降解,填埋场表面沉降非常小,垃圾本身很少或不产生渗滤液和填埋气,此时认为填埋场达到稳定化状态。此过程一般需要的年限约为8~10年。稳定后的垃圾(可称为矿化垃圾),经过挖掘和筛分后可回收大量的塑料、橡胶、化学纤维废品,以及矿化垃圾细料,从而重新释放出大量的填埋容量。填埋场可最终定位为一个巨大的“生活垃圾中转站”,不过这个中转站的周转周期需要8~10年。同时还是一个巨型填埋反应器,通过适当的措施调节,填埋场可加速其循环转化率,创造更大的经济、社会、环境价值。
生活垃圾填埋处置的运营过程中可能对填埋场及附近区域的大气环境、水环境(地表水和地下水)、土壤、生态环境、人居环境等产生不良影响。
生活垃圾填埋场恶臭污染控制。生活垃圾卫生填埋场的恶臭污染问题尤其受到重视。生活垃圾在运输装卸(码头)、填埋卸载、摊铺与压实等垃圾暴露过程均会产生不同程度的恶臭。填埋场恶臭的影响范围受到气象因素(尤其是气压、风向和风速)、垃圾的恶臭源强度、垃圾填埋堆体的高度以及填埋场的运营管理水平等的影响。
客观而言,生活垃圾填埋场的恶臭不可能被消除,但是有效的运营管理手段以及充分的恶臭控制措施,完全可使填埋场的恶臭控制在可接受水平,并且避免出现恶臭扰民现象。最易于释放恶臭的是餐厨垃圾,因此餐厨垃圾的分流处理可大幅度降低垃圾的恶臭源强度。降低含水率也有助于减少生活垃圾的恶臭源强度。
从填埋场的运营管理方面,老港生活垃圾填埋场从填埋作业区臭气防治和渗沥液调节池臭气防治两方面有效地削减了恶臭的释放。在填埋作业区恶臭控制方面,通过减少作业面、垃圾填埋后及时覆盖、减少垃圾暴露面积和时间、定期喷洒除臭药剂、作业面覆盖后抽吸除臭、种植绿化隔离带等措施防治恶臭的污染。在渗滤液调节池恶臭控制中,通过设计优化,对调节池进行加盖,将其中臭气抽出,用于发电资源化利用或通过火炬燃烧后排放,有效防止调节池的恶臭污染。
生活垃圾填埋场温室气体甲烷减排。生活垃圾填埋初期,垃圾量较少,填埋气产量也较少,利用价值不大,利用导气石笼将填埋气进行导排。当填埋垃圾量达到一定数量后,将导气石笼导出的填埋气进行发电资源化利用,可减少温室气体排放量,进而实现低碳型填埋场。生活垃圾填埋场中有机物生物降解可以产生主要成分为甲烷和二氧化碳的填埋气。甲烷是造成全球变暖的元凶之一,其温室效应是二氧化碳的21倍。填埋场的甲烷减排可通过两个路径,一是填埋气的收集发电利用或者火炬燃烧排放,二是甲烷的生物氧化。上海老港四期填埋场,建有填埋气能量回收发电工程,每年可向外输送电力约1.1亿kWh。填埋气的能源利用既可以减少温室气体甲烷的排放,又可以回收生活垃圾中的生物质能源,同时有助于减轻填埋场恶臭的释放。
对于不具备填埋气利用潜力的填埋场,特别对于老龄和中小型生活垃圾填埋场,可以采用生物氧化法以削减甲烷的排放。矿化垃圾具有良好的生物氧化甲烷性能,适宜用作填埋场覆盖材料来控制甲烷排放,从而达到以废治废的目的。
生活垃圾填埋场渗滤液处理处置。中国生活垃圾含水率高达50~60%,加之雨水的进入,导致大量的渗滤液产生。垃圾渗滤液成分复杂,每吨渗滤液所含污染物相当于100吨城市污水的浓度,处理难度较高。填埋场渗滤液水质特性受到填埋期、填埋方式、气候、降水等因素的影响。生活垃圾填埋场渗滤液处理处置方面,需优先考虑雨污分流,这不仅可削减渗滤液处理成本,也有利于填埋作业安全。
目前,垃圾渗滤液的处理方法主要有生物法(好氧和厌氧)、物化法、化学氧化法以及电化学沉积法等。2008年国家出台了GB16889-2008《生活垃圾填埋污染控制标准》,对渗滤液的排放标准提出了严于美国、欧洲等国的新要求。由于渗滤液的复杂性,单一的处理技术难以达标,通常情况下需要几种技术的联合处理。目前,老港综合填埋场渗滤液处理工程,设计采用的是“生物处理+纳滤/反渗透膜分离技术”联合技术,可保证渗滤液出水满足标准的排放要求,使渗滤液由浑浊乌黑恶臭的水质处理为透明清澈无异味后再排放。
填埋场的生态修复
目前上海市金山、松江、青浦等地区仍有不少早期的简易生活垃圾堆场。从环境保护的角度,由于简易堆场的设计和建造的先天不足,搬迁或者原位堆场修复是优先的选择。
对于上海市区内具有较高土地利用价值的简易堆场,可进行搬迁,以便在原有堆场土地进行建筑物开发。简易堆场的原位修复可改造为公园、绿地等生态休闲场地。如上海市闵行体育公园就是由废弃的垃圾堆场改造而来。虹口区广粤路垃圾堆场经修复后,栽种棕桐、水松和白玉兰等植被,已改造成为上海城区重要的大型景区绿地。
封场是垃圾填埋场在达到使用寿命后必须采取的修复措施,也是填埋场设计中必不可少的重要组成部分。其目的是为了减少渗滤液产生、避免病原性害虫的滋生与传播、控制填埋场恶臭释放、保证垃圾堆体的安全与稳定性以及加快填埋场的后续开发利用速度等,并最终改善填埋场的生态环境。封场后还必须对垃圾渗滤液和填埋气等进行持续处理,并对渗滤液、地表水、地下水和填埋气进行连续监测。目前,填埋场封场后,通常作绿地、休闲用地、高尔夫球场、园林等。
老港一至三期填埋场封场修复工程包括有封场覆盖、终场后的环境污染治理(渗沥液收集和填埋气导排工程等)、生态修复与利用。封场覆盖层自下至上依次为支撑层、排气层、保护层、人工材料层、排水层、植被层。老港填埋场一至三期工程的封场修复,显著改善了区内环境及景观生态,并实现了土地资源的再利用。
(本文作者苏良湖、赵由才均系同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室教授)
为妥善解决生活垃圾处理及污染问题,推进生活垃圾减量化和资源化工作,《“十二五”全国城镇生活垃圾无害化处理设施建设规划》中进一步明确,“到2015年,直辖市、省会城市和计划单列市生活垃圾全部实现无害化处理,设市城市生活垃圾无害化处理率达到90%以上,县县具备垃圾无害化处理能力,县城生活垃圾无害化处理率达到70%以上”。
生活垃圾处理现状
近年来,由于政策法规不断完善,资金投入不断加大,中国生活垃圾处理能力和无害化处理率大幅提高。然而,随着中国经济社会的快速发展和城市化进程的加快,城市生活垃圾产量激增,垃圾处理能力相对不足。
据统计和调查估算,2011年中国城市生活垃圾清运量约为1.64亿吨,县城生活垃圾清运量约为0.67亿吨,即全国城镇生活垃圾清运量约为2.31亿吨。截至2011年底,全国城镇生活垃圾无害化处理场合计约为1360座,年处理生活垃圾约为1.58亿吨,无害化处理率约为68.4%。
就上海而言,2011年城市生活垃圾产生量为704万吨,无害化处理量为617万吨,其中填埋394万吨,焚烧104万吨,堆肥83万吨,回收利用5万吨。
目前,上海市现有的主要生活垃圾处理设施包括有:两座填埋场――老港垃圾填埋场(总设计规模9900吨/天)、黎明垃圾填埋场(设计规模1500吨/天), 三座焚烧厂――浦东御桥生活垃圾焚烧厂(设计规模1000吨/天)、江桥生活垃圾焚烧厂(设计规模1500吨/天)、老港再生能源利用中心(设计规模3000吨/天)等。
中国城市生活垃圾处理方式主要是卫生填埋、焚烧和堆肥。由于卫生填埋运行成本低、技术成熟、操作简便等原因,在当前和今后相当长时期内仍然是中国城市生活垃圾的主要处置方式。在资源再生利用和新能源政策的鼓励下,生活垃圾焚烧处理得到了较快发展;而生活垃圾混合收集,使得堆肥处理成本较高和堆肥质量难以保证,堆肥处于萎缩状态。
垃圾的分类收集是必然趋势,但必须解决生活垃圾分类收运体系建立和分类后餐厨垃圾、塑料、纸张、橡胶、玻璃、建筑垃圾等废物经济可行的处理与资源化技术。垃圾分类后生产出的产品,受到成本、质量和市场的影响,生产企业不能获得合理利润,直接影响到资源化利用效果,政府须配备相关的激励政策和手段。
老港案例
卫生填埋是现阶段上海市垃圾处理处置的最主要技术。老港生活垃圾填埋场目前承担着上海市大部分的生活垃圾填埋处置,是亚洲规模最大的生活垃圾处理处置基地。
对上海市2007~2011年间生活垃圾产量和处理处置方式的分析,显示上海市近5年来生活垃圾的卫生填埋量为328.7万~417.6万吨/年,占无害化处理总量的63.0~67.2%,约为焚烧和堆肥处理量的2倍。
随着土地的日趋紧张,填埋用地选址越来越困难,老港基地将建设成为上海市垃圾处置的百年基地,为上海市垃圾安全、卫生处理提供最终托底保障。
老港生活垃圾填埋场位于上海市中心东南约60公里的东海之滨,是典型的平原滩涂型垃圾填埋场,目前包括有一至四期填埋场和综合填埋场。其中老港填埋场一至三期位于处置基地内部西侧,工程占地达335万平方米,包括57个填埋单元,自1989年启用到封场期间,填埋了超过3000万吨生活垃圾,消纳了期间上海市70%以上的生活垃圾。
老港一至三期填埋场采用坑填法作业,大部分填埋高度为4~5米。由于建设较早,老港填埋场1至3期工程不符合卫生填埋场的标准,目前已停止堆填垃圾,正在实施封场和生态修复工程。通过封场及污染治理、生态修复等方面的措施,逐渐消除老港填埋场一至三期对周边环境的不利影响,并为老港固体废弃物综合利用基地提供部分建设用地,恢复区域生态。
老港四期填埋场位于基地中部,占地面积达361公顷,设计处理规模为4900吨/天,填埋堆高约45米,设计库容达8000万吨。老港综合填埋场一期工程设计处理能力5000吨/天,占地面积1758亩,设计库容1648万立方米。老港生活垃圾四期填埋场和综合填埋场均为高标准的先进卫生填埋场,为目前上海市生活垃圾填埋处置的主力场所。
填埋技术的新理念
随着填埋技术的研发与应用,上海老港填埋场提出和运行了一些先进填埋理念或技术,包括高维卫生填埋技术以及可持续循环卫生填埋技术,对全国其他生活垃圾填埋处置基地起到示范或借鉴作用。
生活垃圾高维卫生填埋技术。采取一定工程措施,通过对填埋场场址天然条件下存在着的缺陷进行人为改造,大幅度提高填埋场的垃圾填埋高度,实现以最小的填埋面积获得最大的填埋库容,并保证填埋场的卫生安全与稳定,从而最终达到节省大量土地资源的目的。
众所周知,上海的土地是寸土寸金。但是由于地质条件存在着缺陷――软弱土层,以及受其他技术和经济条件的限制,老港一至三期填埋场填埋高度仅为4米。老港四期填埋场设计时提出了高维卫生填埋技术,通过对场地基土的固结处理等,大大提高了地基承载力,将生活垃圾的可填埋高度提升至45米。而这将大大增加单位面积填埋场的填埋容量,从而节省大量的土地资源。
生活垃圾可持续循环卫生填埋技术。生活垃圾填埋场封场后,易降解有机物质完全或接近完全降解,填埋场表面沉降非常小,垃圾本身很少或不产生渗滤液和填埋气,此时认为填埋场达到稳定化状态。此过程一般需要的年限约为8~10年。稳定后的垃圾(可称为矿化垃圾),经过挖掘和筛分后可回收大量的塑料、橡胶、化学纤维废品,以及矿化垃圾细料,从而重新释放出大量的填埋容量。填埋场可最终定位为一个巨大的“生活垃圾中转站”,不过这个中转站的周转周期需要8~10年。同时还是一个巨型填埋反应器,通过适当的措施调节,填埋场可加速其循环转化率,创造更大的经济、社会、环境价值。
生活垃圾填埋处置的运营过程中可能对填埋场及附近区域的大气环境、水环境(地表水和地下水)、土壤、生态环境、人居环境等产生不良影响。
生活垃圾填埋场恶臭污染控制。生活垃圾卫生填埋场的恶臭污染问题尤其受到重视。生活垃圾在运输装卸(码头)、填埋卸载、摊铺与压实等垃圾暴露过程均会产生不同程度的恶臭。填埋场恶臭的影响范围受到气象因素(尤其是气压、风向和风速)、垃圾的恶臭源强度、垃圾填埋堆体的高度以及填埋场的运营管理水平等的影响。
客观而言,生活垃圾填埋场的恶臭不可能被消除,但是有效的运营管理手段以及充分的恶臭控制措施,完全可使填埋场的恶臭控制在可接受水平,并且避免出现恶臭扰民现象。最易于释放恶臭的是餐厨垃圾,因此餐厨垃圾的分流处理可大幅度降低垃圾的恶臭源强度。降低含水率也有助于减少生活垃圾的恶臭源强度。
从填埋场的运营管理方面,老港生活垃圾填埋场从填埋作业区臭气防治和渗沥液调节池臭气防治两方面有效地削减了恶臭的释放。在填埋作业区恶臭控制方面,通过减少作业面、垃圾填埋后及时覆盖、减少垃圾暴露面积和时间、定期喷洒除臭药剂、作业面覆盖后抽吸除臭、种植绿化隔离带等措施防治恶臭的污染。在渗滤液调节池恶臭控制中,通过设计优化,对调节池进行加盖,将其中臭气抽出,用于发电资源化利用或通过火炬燃烧后排放,有效防止调节池的恶臭污染。
生活垃圾填埋场温室气体甲烷减排。生活垃圾填埋初期,垃圾量较少,填埋气产量也较少,利用价值不大,利用导气石笼将填埋气进行导排。当填埋垃圾量达到一定数量后,将导气石笼导出的填埋气进行发电资源化利用,可减少温室气体排放量,进而实现低碳型填埋场。生活垃圾填埋场中有机物生物降解可以产生主要成分为甲烷和二氧化碳的填埋气。甲烷是造成全球变暖的元凶之一,其温室效应是二氧化碳的21倍。填埋场的甲烷减排可通过两个路径,一是填埋气的收集发电利用或者火炬燃烧排放,二是甲烷的生物氧化。上海老港四期填埋场,建有填埋气能量回收发电工程,每年可向外输送电力约1.1亿kWh。填埋气的能源利用既可以减少温室气体甲烷的排放,又可以回收生活垃圾中的生物质能源,同时有助于减轻填埋场恶臭的释放。
对于不具备填埋气利用潜力的填埋场,特别对于老龄和中小型生活垃圾填埋场,可以采用生物氧化法以削减甲烷的排放。矿化垃圾具有良好的生物氧化甲烷性能,适宜用作填埋场覆盖材料来控制甲烷排放,从而达到以废治废的目的。
生活垃圾填埋场渗滤液处理处置。中国生活垃圾含水率高达50~60%,加之雨水的进入,导致大量的渗滤液产生。垃圾渗滤液成分复杂,每吨渗滤液所含污染物相当于100吨城市污水的浓度,处理难度较高。填埋场渗滤液水质特性受到填埋期、填埋方式、气候、降水等因素的影响。生活垃圾填埋场渗滤液处理处置方面,需优先考虑雨污分流,这不仅可削减渗滤液处理成本,也有利于填埋作业安全。
目前,垃圾渗滤液的处理方法主要有生物法(好氧和厌氧)、物化法、化学氧化法以及电化学沉积法等。2008年国家出台了GB16889-2008《生活垃圾填埋污染控制标准》,对渗滤液的排放标准提出了严于美国、欧洲等国的新要求。由于渗滤液的复杂性,单一的处理技术难以达标,通常情况下需要几种技术的联合处理。目前,老港综合填埋场渗滤液处理工程,设计采用的是“生物处理+纳滤/反渗透膜分离技术”联合技术,可保证渗滤液出水满足标准的排放要求,使渗滤液由浑浊乌黑恶臭的水质处理为透明清澈无异味后再排放。
填埋场的生态修复
目前上海市金山、松江、青浦等地区仍有不少早期的简易生活垃圾堆场。从环境保护的角度,由于简易堆场的设计和建造的先天不足,搬迁或者原位堆场修复是优先的选择。
对于上海市区内具有较高土地利用价值的简易堆场,可进行搬迁,以便在原有堆场土地进行建筑物开发。简易堆场的原位修复可改造为公园、绿地等生态休闲场地。如上海市闵行体育公园就是由废弃的垃圾堆场改造而来。虹口区广粤路垃圾堆场经修复后,栽种棕桐、水松和白玉兰等植被,已改造成为上海城区重要的大型景区绿地。
封场是垃圾填埋场在达到使用寿命后必须采取的修复措施,也是填埋场设计中必不可少的重要组成部分。其目的是为了减少渗滤液产生、避免病原性害虫的滋生与传播、控制填埋场恶臭释放、保证垃圾堆体的安全与稳定性以及加快填埋场的后续开发利用速度等,并最终改善填埋场的生态环境。封场后还必须对垃圾渗滤液和填埋气等进行持续处理,并对渗滤液、地表水、地下水和填埋气进行连续监测。目前,填埋场封场后,通常作绿地、休闲用地、高尔夫球场、园林等。
老港一至三期填埋场封场修复工程包括有封场覆盖、终场后的环境污染治理(渗沥液收集和填埋气导排工程等)、生态修复与利用。封场覆盖层自下至上依次为支撑层、排气层、保护层、人工材料层、排水层、植被层。老港填埋场一至三期工程的封场修复,显著改善了区内环境及景观生态,并实现了土地资源的再利用。
(本文作者苏良湖、赵由才均系同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室教授)