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1、MSW 填埋渗滤液及填埋气的处理处置李 满 1 徐海宏 2（1 中国矿业大学 2 华北科技学院）摘 要 MSW 的传统处理方法非但不能实现能源和资源的回收利用，而且本身也会造成严重的空气、水体以及土壤等方面污染。笔者分析了国内外 MSW 堆放、填埋等代表性工艺中存在的高浓度有机渗滤液的收集与处理、填埋气的回收利用等问题，并就我国 MSW 填埋场的良性运营提出了建议。关键词 MSW 卫生填埋 生物处理一、MSW洁净处理的紧迫性随着经济的快速发展，人民生活水平的提高及人口绝对数量的增长，我国已经成为生活垃圾的高产国。2003 年，我国城市生活垃圾(MSW)清运量为 14857 万吨，比 2002
2、年增加了 8.8%；其中生活垃圾无害化处理量为 7550 万吨，生活垃圾无害化处理率为 50.8%1 。生活垃圾大多堆放在城市周围，对城市的生态环境构成严重的威胁。全国 668 座城市中至少有 200 个以上处于 MSW 包围之中，在城市周围历年堆存的 MSW 总量已达到 60 亿 t，侵占了约 5 亿多平方米的土地 2 。MSW 是宝贵的资源，研究表明，利用 1.4 亿 t 的 MSW发电，可以节约 2333 万 t 煤炭；将 1.4 亿 t 的 MSW 进行堆肥处理，可生产 1.5 亿 t 的有机肥；MSW 的合理利用可为我国创造 2500 亿元/年的价值 3。在全球资源和能源不足的情况下
3、，科学开发、利用和处理处置 MSW，实现其资源化和能源化利用已经成为我国经济发展和改善环境质量的迫切需要。二、填埋技术在MSW处理中的主导地位填埋(landfill)作为城市固体废物(MSW)处置的一种主要方式，诞生于 20 世纪 30 年代，成型于 60 年代。经过 70 余年的发展，已经形成一套比较完整的填埋工艺，称之为“卫生填埋场”(Sanitary Landfill)。卫生填埋技术在国外得到了普遍应用，成为大多数国家主要的 MSW 处理方法，美国的垃圾卫生填埋率为 75%，英国高达 88%4 。我国卫生填埋场的建设大约始于 20 世纪 80 年代，填埋是目前我国主要的 MSW 处理手段
4、，占 MSW 处理量的 79%2 。采用合理的技术工艺，可以生产填埋气以回收能源。每吨 MSW 每年产生的 CH4 约为1.25.9m 3，填埋气体产出持续时间为 1080 年或更长 5 。对于一个每年填埋量在 100万 t 左右的填埋场，每天要产生 320016000m 3 的 CH 4 6 ，收集起来的 CH4 可用以发电。目前世界上共有 20 多个国家的 270 多个垃圾填埋场进行填埋气的回收利用。据估算，美国可以年产 570 亿 m3 的沼气，利用价值为 45 亿美元 7 。但在我国填埋气的利用技术还并不成熟，只有杭州、广州、北京等地开发利用了填埋气。三、我国低效的MSW填埋处理（一）
5、MSW 填埋场污染普遍目前，由于我国相当一部分 MSW 被露天堆放或简易填埋(dump)，缺乏完善的填埋气和渗滤液收集、排导和处理设施，导致 MSW 填埋场较为严重的环境问题。国家环保总局于 2001 年 7 月发出关于开展生活垃圾处理设施环境影响调查和监测的通知 ，调查统计结果表明：在被调查的 329 个 MSW 处理处置设施中，完全符合“生活垃圾填埋场工程设计环境保护要求”的卫生填埋场有 16 个，占 4.9%；基本符合标准要求（具有防渗工程、能进行氧化塘或沉淀池处理）的卫生填埋场有 115 个，占 34.9%；简易垃圾填埋场有 157个，占 47.7%。监测结果表明，按 生活垃圾填埋场污
6、染控制标准之规定，还没有一家MSW 填埋场所排放污染物的全部指标均达到国家标准。其中：(1)各填埋场的渗滤液中，化学需氧量 CODCr、氨氮、大肠菌值超标现象普遍。化学需氧量的超标率为 55.1%，超标倍数为 0.1111；氨氮的超标率为 60.4%，超标倍数为 0.1915；大肠菌值的超标率为37.9%。(2) 各填埋场地下水中，氨氮超标较为普遍，超标率为 38.3%，超标倍数为0.1583。(3)各填埋场无组织排放废气中，氨的超标率为 10.8%，超标倍数为0.0511.5；硫化氢的超标率为 7.6%，超标倍数为 0.524。（二）防渗的技术困惑MSW 填埋工艺涉及到转运、推铺、压实、覆盖
7、、复垦、渗滤液处理、沼气处理、防渗、恶臭防治等过程，渗滤液的产生和处理往往是困扰 MSW 填埋的一个主要问题。MSW渗滤液的产生是复杂的物理、化学及生物过程，受到气候条件、水文地质条件、垃圾特性、填埋工艺及场龄等诸多因素的影响。渗滤液是一种高浓度的有机废水，研究表明，渗滤液中 COD 的浓度最高可达到 90000mg/L，BOD 最高可达到 38000mg/L；渗滤液中含有汞、铬、镉、铅等多种有毒、有害的重金属离子；渗滤液中氨氮浓度很高，往往占总氮含量的90%以上。为防止渗滤液污染环境，MSW 填埋场的主体设计一般有 4 个基本部分: 底部防渗材料系统(bottom liner)、底部渗滤液排
8、导系统(leachate collection system)、单元覆盖系统(cell and daily cover material)及最终覆盖系统(cover)。 MSW 填埋场最常用的防渗材料是粘土，目前人工合成的柔性膜也被用作填埋场的防渗材料，此类柔性膜包括：高密度聚乙烯(HDPC )、聚氯乙烯(PVC )、氯化氯乙烯(CPE)、氯丁橡胶等。但是这些材料的防渗效果并不理想，据美国 EPA 的一项研究揭示，粘土的渗漏量可达到 3.4L/ m2d；由于柔性膜受到有机溶剂、臭氧、土壤细菌等诸多方面的影响而易破裂，制造工艺中形成的针孔和安装时形成的缝隙也会形成渗漏通道，可使高密度聚氯乙烯(H
9、DPE)的渗漏率达到200l/hm2a。美国环保局(EPA)曾对全美填埋场的安全状况进行了一次大规模调查，结果表明，有 86%的被调查填埋场已经存在着渗滤液污染周边地下水的问题，并得出了“即使采用最好的衬料，所有的填埋场也都会渗漏”的结论。除美国以外的澳大利亚、马来西亚、意大利及尼日利亚等国也都出现了 MSW 渗滤液污染地下水或地表水的问题。四、MSW填埋技术思考一般大型 MSW 填埋场的使用年限都在 10 年以上，有的填埋场的服务期可以达到超过4050 年，由于存在着 MSW 渗滤液污染周围环境及地下水的威胁，对 MSW 填埋工艺的设计要延伸考虑几十年。（一）渗滤液的减量技术减少渗滤液产生量
10、应该是 MSW 填埋技术研究中的一个重要发展方向，通过优化单元覆盖层的“防渗屏障” (impermeable barrier)效应，可以阻止或减少降水的垂向入渗，减轻降水对 MSW 的淋滤，构成了降水及渗滤液垂向渗透的水力学屏障，降低渗滤液排泄量。徐则民对 MSW 填埋结构中单元覆盖层(daily cover material)的研究表明，单元覆盖层的防渗技术可以简化处理程序、降低处置场建设及运行总成本、遏止填埋场污染地质环境。（二）MSW 填埋场空间利用率约占 MSW 处理总量 90%的 MSW 填埋法占用着宝贵的土地资源，调整填埋工艺，减少填埋占地是填埋技术研究的又一个方向。我国填埋场的空
11、间利用系数较低(平均为2030m 3/m2)，与现代化固体废弃物填埋场的 5070m 3/m2 的空间利用系数差距较大。高位堆填作业可以减少土地资源的浪费，也可为固体废弃物填埋的资源化利用创造条件。（三）MSW 处理的微生物技术微生物技术应用于填埋工艺已成为近年来 MSW 填埋技术研究的一个重要领域， “生物反应器”型垃圾填埋(Bioreactor Landfill)和“填埋生物反应器”(Landfill Bioreactor)是把每个填埋单元当作一个小型的可控“生物反应器” ，许多这样的填埋单元构成的填埋场就是一个大的生物反应器，通过渗滤液的循环、水分调节、养分调理等措施，为微生物提供尽可能
12、适宜的生长条件，使每个填埋单元中的微生物数量和活性大大提高，从而加快垃圾的生物降解速度，缩短稳定化时间，提高填埋气的产生量。据报道，与常规卫生填埋方法相比， “生物反应器”型垃圾填埋场的稳定化时间可缩短 5 倍以上。填埋气产量提高 75%，填埋用地减少约 20%。据美国环境保护局 (EPA)估计，若美国有一半的垃圾填埋场应用该技术，除了可节约大量垃圾填埋用地外，每年还可以多生产相当于 3600 万桶石油的能量。为此，该技术将是未来垃圾卫生填埋技术的发展方向。MSW 好氧填埋可以部分或全部解决填埋气(LFG)和渗滤液污染问题，通过改善好氧填埋的温度、湿度、pH、通气性能等因素，可使好氧填埋的处理
13、效果达到最佳。李兵等利用粉煤灰对好氧填埋方式进行改进，探讨粉煤灰在 MSW 好氧填埋中的应用，使好氧填埋场的通风环境、pH 值达到优化调节，并且能够更有效地净化渗滤液。生物产氢技术也可作为 MSW 能源再利用的一个手段，该技术已经受到世界各国的普遍重视，包括英国、荷兰、加拿大、印度、意大利和中国都相继在生物产氢领域开展了研究。生物产氢的方法可分为细菌发酵法和光合生物法。利用固体废弃物中的有机质发酵产氢还停留在实验室的探索性研究阶段，但已成为产氢领域的一个研究热点。五、MSW 填埋场的良性运营在我国，MSW 填埋处理存在着设计不完善、工艺简单、操作不规范、垃圾利用率和资源转化率低、污染严重等技术
14、工艺问题，同时还存在着融资渠道单一、资金投入不足、制度不健全、监督管理不力、环保设施不到位等运行管理问题。MSW 处理还属于计划经济模式的社会公益事业，政府出资基本上是 MSW 填埋场运行的唯一资金来源，难以满足垃圾无害化和资源化的要求。另外，缺乏竞争机制、公众参与不足、行政监管不到位等等，也是导致 MSW 填埋场运营不畅的重要原因，我国的垃圾综合治理产业化任重道远。实现 MSW 填埋场的良性运营，优化环保产业是一个系统工程。需要加强环境警示教育，增强各级政府治理 MSW 的责任感；发挥各级环境管理部门和监测站的监管作用，建立必要的 MSW 处理环境污染状况的公告制度；实现政企分开，开放 MSW 处理处置市场，开辟多种资金渠道，形成市场化的竞争机制；完善卫生填埋场设计，扩大资金投入，保证环保设施到位；加强防渗材料的防渗性能、渗滤液的收集处理、填埋气的收集分离提纯利用、生物技术等 MSW 填埋关键技术的科学研究力度。主要参考文献1.2003 年中国环境状况公告，国家环境保护总局，2004，6，23.2.城市固体废弃物能源化利用技术，解强等，化学工业出版社 2004，1.
