内蒙古城镇生活垃圾填埋场矿化垃圾资源利用初探.pdf

ZONGSHU综述HUANJINGYUFAZHAN内蒙古城镇生活垃圾填埋场矿化垃圾资源利用初探韩甄1，杨立峰2，何立1，钢夫1（1.内蒙古自治区固体废物与土壤生态环境技术中心，内蒙古 呼和浩特 010010；2.内蒙古自治区生态环境科学研究院，内蒙古 呼和浩特 010010）摘要：我区城镇生活垃圾总量逐年增大，城镇垃圾填埋问题日益突出。本文对矿化垃圾的基本性质及其特性进行分析，从矿化垃圾作为土壤改良剂、吸附填料、建筑材料以及垃圾衍生燃料等方面分析矿化垃圾的资源化利用方法，结合现有研究结果及我区实际，分析矿化垃圾开采以及资源化利用的循环经济效益，提出生活垃圾填埋场由原来单一的储存、降解功能转变为垃圾处理和资源化的综合利用型循环经济产业模式的展望。关键词：矿化垃圾；资源化利用；循环经济；城镇生活垃圾；内蒙古中图分类号：X705文献标识码：A文章编号：2095-672X(2023)03-0101-08DOI.10.16647/15-1369/X.2023.03.017Resource utilization of the mineralized refuse from municipal domestic waste landfills inResource utilization of the mineralized refuse from municipal domestic waste landfills inInner MongoliaInner MongoliaHan Zhen1,Yang Lifeng2,He Li1,Gang Fu1(1.SolidWasteandSoilEcologyTechnicalCenterofInnerMongolia,HohhotInnerMongolia 010011,China;2.Inner Mongolia Environmental Science Research Institute,Hohhot Inner Mongolia 010011,China)Abstract:With the amount of municipal domestic waste is increasing in Inner Mongolia over the years,its landfilling has become a prominent problem.Based on the properties and characteristics of mineralized refuse from municipal domestic waste landfills,this paper discusses the circular economic benefits of developing and utilizing the refuse,by analyzing its existing research results and application in soil conditioner,adsorption packing,construction material and waste-derived fuel.The prospect of upgrading domestic waste landfills from traditional storage and degradation sites to comprehensive circular economic models of waste treatment and resource utilization is proposed.Key words：Mineralized refuse;Resource utilization;Circular economy;Domestic waste;Inner Mongolia近年来，随着我区城市化进程加快，农村人居环境整治工作的不断推进，城镇生活垃圾收集、转运体系不断完善，农村牧区生活垃圾也逐步纳入到城镇生活垃圾填埋场进行处理、101ZONGSHU综述环境与发展HUANJINGYUFAZHAN处置，城镇生活垃圾无害化处理总量不断增长。而生活垃圾填埋场服役期一般在1015年左右。随着生活垃圾无害化处理的需求不断增大，现有生活垃圾填埋场受服役期限制，其填埋处置能力逐年下降，即便封场后的垃圾填埋场运行维护经济成本和管理成本较高，仍存在可能造成环境污染的重大风险隐患。城镇生活垃圾的填埋、开采资源化、再填埋既可有效解决原垃圾填埋场垃圾的利用去向问题，又可以实现现有垃圾填埋场的改造再利用。1数据来源与研究方法1.1矿化垃圾的由来和性质矿化垃圾的研究在国内最早是同济大学赵有才课题组通过对上海市老港填埋场的研究提出的相应概念1-3。经广大学者以及有关研究人员经过数年的深入研究以及探索，发现城镇生活垃圾填埋场在封场之后，生活垃圾中容易降解的物质经数年（长江以南地区一般810年以上，北方地区一般在1015年以上）后已基本降解或完全降解，且堆场表面基本不再沉降或完全趋于稳定，气体和渗滤液几乎不再产生，且渗滤液中CODcr浓度达到较低的水平，此时，认为填埋的生活垃圾已经达到了无害化和稳定化的状态，即为矿化垃圾1。稳定的矿化垃圾为多孔结构且表面积大，有机质含量相对较高，具有数量极其庞大且种类繁多的代谢能力极强的微生物群落在其表面附着，所以矿化垃圾具有较好的化学性质、物理性质和水力性质，也可作为一种具备优良的吸附和去除能力的生物介质进行利用。1.1.1矿化垃圾的物理性质矿化垃圾包含固、液、气三相自然体系，主要由矿物质、有机物、水分和气体4大组分构成。相较于土壤，其基本结构更松散、比表面更大，质地类似于砂壤土偏砂土或轻壤土偏砂壤土，具备良好的通气性和透气性以及污染物吸附性，同时其含水率、有机质相对较高，可以提供较好的微生物活性。1.1.2矿化垃圾的化学性质矿化垃圾经过开采挖掘、晾晒烘干且筛分后，小于 0.25mm 的部分，其 pH 值、有机质含量、阳离子交换量、总氮、电导率等进行分析测试，满足其作为处理渗滤液的生物基质细料部分的相关技术标准要求4。1.1.3矿化垃圾的生物性质生活垃圾在经过多年深埋，其含有的各种微生物与垃圾本身相互作用，其过程主要以厌氧发酵为主，形成了具有种类繁多、代谢能力极强且数量庞大等特点的微生物群落，从而使最终的矿化垃圾具有较强的水力渗透性能和生物降解力、忍受力和抵抗力。经筛分后矿化垃圾细料可作为良好的生物滤料材料，具有广阔的开发应用前景5。矿化垃圾主要性质见表1。1.2矿化垃圾资源化利用1.2.1用作填埋场覆盖材料按照生活垃圾填埋的相关技术要求，各垃圾填埋场普遍采用粉质砂土、黄土或轻亚黏土作为填埋过程中的临时覆盖材料，易造成库容及运行成本等经济方面的浪费，同时在技术实施方面也存在一定的问题。而稳定的矿化垃圾分选出的细颗粒物渗透性则可以满足填埋场对临时覆盖材料的技术要求，且在填埋场运行后期可以大量的使用，取材方便，成本可以大幅降低，同时利用其生物吸附和脱臭的作用，能抑制和处理臭气的扩散，不易滋生蚊蝇4。同济大学102ZONGSHU综述HUANJINGYUFAZHAN1.2.2用作土壤改良剂或新型土壤同济大学郭亚丽等对填埋6年的矿化垃圾中的营养物质进行了分析测试，结果显示达到了城镇垃圾农用的标准8。同济大学赵由才等3通过对埋龄较长且稳定的矿化垃圾内部微生物进行分析研究表明，由于矿化垃圾本身具有的生物性质，可以为微生物提供良好的生存环境，同时检测结果显示稳定的矿化垃圾中不含对植物及人体有害的细菌和病原菌，可作为苗圃、造林及城市园林绿化中的营养土或土壤改良剂。1.2.3用作处理废水和废气反应器吸附填料矿化垃圾通常容重较小，所以其孔隙率较高，且呈弱碱性，其阳离子交换容量较大，表明其交换和吸附能力强，有机质含量高，微生物种类、数量繁多，具有很强的生存和降解能力，因此是一种良好的生物介质，可用于废水处理反应器、废气处理反应器的填料。邵芳等人借助于矿化垃圾处理畜禽污水试验，畜禽污水中色度、SS、COD、氨氮和总磷的平均去除率分别为 64.7%、54.29%、88.71%、94.55%和 99.83%，运行 6 个月后反应器仍运转良好9。用作大气处理反应器的填料时，当废气通过掺有反硝化菌的矿化垃圾细料反应柱，且停留时间为3.8min时，废气中90%的NO可被去除；当废气停留时间成倍增加时，NO的去除率高达96%，处理效果显著。1.2.4用作加工建筑材料同济大学李雄10等对上海老港填埋场利用矿化垃圾中的煤灰、地灰、砖头、瓦石等经粉碎后与辅料混合，压制成路面砖进行研究并发现，由矿化垃圾制成的砖块具有表面光洁、耐腐蚀、耐磨、风化程度极低，抗压强度25 MPa，抗折强度3.5 MPa，吸水率为 9%，低温时强度损失25%，且具有无毒、无味、无菌等性能。其性能标准达到 中华人民共和国建材行业标准 混凝土路面砖（JC446-91）一等品要求，而造价仅是水泥路面砖的70%。通常情况下，筛分后的矿化垃圾细料，在加入凝固剂的同时经过夯实等一定工程措施后可用作铺路材料，代的徐勤等在经过对上海市老港填埋场以及国内外垃圾填埋场覆盖技术与标准的比较后，提出在封场覆盖系统中，可将稳定矿化垃圾筛分后的细料作为其中的营养层7。表1 矿化垃圾细料的主要性质6性质物理性质化学性质水力学性质微生物学性质质地0.25mm细粒含量/%含水率/%有机质含量/%pH总氮（干基，N%）总磷（干基，P2O5%）阳离子交换量mg当量.100g干垃圾-1饱和水里渗透系数(Ks/(cm.min-1)细菌总数/(106 个干垃圾-1)（填埋龄）10年的垃圾砂壤土偏砂土35.4349.697.650.411.0268.71.238.63（填埋龄）6年的垃圾轻壤土偏砂壤土40.727.510.477.420.761.1871.40.999.02103ZONGSHU综述环境与发展HUANJINGYUFAZHAN替自然土，从而降低道路铺设的工艺成本。矿化垃圾中的煤渣、碎石经粉碎后与辅料混合制作用于建筑的大型砖块，可减少制砖过程中土壤的使用量。1.2.5用作垃圾衍生燃料（RDF）新鲜生活垃圾的发电效率一般在10%左右。而矿化垃圾经过多年沉降其水分含量较低，用其制成的RDF热值估算约为24807 kJ/kg，高于用新鲜生活垃圾直接制成RDF（21000kJ/kg），几乎与优质煤的热值相当11。故使用矿化垃圾制备RDF 时需要的加热耗能低于新鲜垃圾，且制备RDF工艺较为简单，成本低，具有广阔的市场潜力。同时，降低了煤炭的开采和使用，节约不可再生资源。而且焚烧产生的烟气中各项主要污染物浓度都有所减少，例如：NOx、SOx、HCl、CO 及二噁英等。1.3国内外矿化垃圾的开采研究1.3.1国外矿化垃圾的开采研究根据资料显示，国外关于填埋场开采的相关研究最初的目的是利用开采回收的营养土改善果园的土壤质量12，典型案例是20世纪50年代的以色列特拉维夫市(Tel Aviv)的生活垃圾填埋场的矿化垃圾开采研究。进入80年代后，美国、欧洲、南亚部分国家相继开展了有益的探索和研究。例如：菲律宾大马尼拉的Balut垃圾填埋场、德国的布尔库堡夫垃圾处置场、司徒加特Burghof 填埋场等13-14。同一时期美国国内的部分垃圾填埋场也进行了开采矿化垃圾的研究，并于1997年由国家环境保护局（EPA）通过对成功和失败案例进行深入剖析，综合填埋场开采挖掘的步骤、工艺以及对比不同工艺的优缺点，专门发行了关于填埋场开采的技术性文件，明确了矿化垃圾开采的可行性，且对于增加填埋场的库容、回收利用资源和能量、减少管理成本具有实际意义；同时对于矿化垃圾中可能含有的有害物质和病菌、挖掘过程中可能会引发填埋气和臭气扩散等二次污染风险，也做出了有关提示和关注3,14。1.3.2国内矿化垃圾的开采研究国内使用卫生填埋方式处理生活垃圾起步于20世纪80年代，且对于矿化垃圾的认识无论在政府层面和大众层面都尚且不足。近年来，国内在矿化垃圾在开采研究方面也做出了一些尝试。例如：通过对上海的老港、黎明、三林塘填埋场等开展初步研究工作14；在大连市毛茔子垃圾填埋场由天津泰达环保有限公司主导，开展了一些矿化垃圾开采尝试性工作；北京市也对已经具备矿化开采条件的生活垃圾填埋场进行适度开采研究。但总体上来看，国内开展垃圾填埋场矿化垃圾开采甚至利用的相关案例或报道较少，同时，相关的技术规范及标准体系也尚不完善。1.3.3内蒙古城镇生活垃圾处置情况目前我区城镇生活垃圾无害化处理仍以填埋方式为主。2019-2020年，我区城镇生活垃圾无害化处理年均在310.6万t左右。其中包头市、呼和浩特市、赤峰市年均处理量为全区前三位，分别占全区年均处理量的25.36%、23.64%和15.05%。通辽市、乌兰察布市、呼和浩特市、巴彦淖尔市2020年处理量较2019年均有所增加，分别增加：30.52%、6.50%、2.94%和2.35%。全区城镇生活垃圾无害化处理情况详见表2。2020年全区在运行的城镇生活垃圾填埋场104个，其中已服役10年以内的城镇生活垃圾填埋场占总数的62.5%，共计65个；已服役104ZONGSHU综述HUANJINGYUFAZHAN2结果与分析鉴于我区城镇生活垃圾处置现状，现有表2 内蒙古自治区2019-2020年城镇生活垃圾无害化处理情况行政区呼和浩特市包头市呼伦贝尔市通辽市赤峰市乌兰察布市鄂尔多斯市巴彦淖尔市乌海市合计2019年生活垃圾清运量（万t）72.3780.9915.2124.2149.7011.3917.6112.7532.39316.62生活垃圾无害化处理量（万t）72.3780.9915.2124.2149.7011.3917.5712.7532.39316.58生化垃圾无害化处理率（%）10010010010010010099.8210010099.992020年生活垃圾清运量（万t）74.5076.4711.4831.6042.8212.1315.1213.0527.41304.58生活垃圾无害化处理量（万t）74.5076.4711.4831.6042.8212.1315.1213.0527.41304.58生化垃圾无害化处理率（%）100100100100100100100100100100表3 内蒙古自治区2020年城镇生活垃圾填埋场数量统计情况行政区呼和浩特市包头市乌海市赤峰市通辽市鄂尔多斯市呼伦贝尔市巴彦淖尔市乌兰察布市兴安盟锡林郭勒盟阿拉善盟合计服役10年以内填埋场数量（个）511759767411265服役10年（含）以上填埋场数量（包括已封场）（个）23244461443239生活垃圾填埋场数量（个）7431191313711814410410 年以上的填埋场占总数的 37.5%，共计 39个。其中呼伦贝尔市已服役10年以上填埋场数量最多，占全区 10 年以上填埋场总数的15.38%，其次是赤峰市、通辽市、鄂尔多斯市、兴安盟，占全区 10 年以上填埋场总数的10.26%。各盟市已服役10年以上填埋场占各自填埋场总数比例最高的是包头市为75%，其次是乌海市为66.67%，第三位是兴安盟和阿拉善盟为50%。全区城镇生活垃圾填埋场数量统计情况详见表3。105ZONGSHU综述环境与发展HUANJINGYUFAZHAN生活垃圾填埋场受服役期限制，已有37.50%的填埋场已服役 10 年以上，接近封场期限。且由于填埋技术占地面积较大，环境管理风险较高，从而使新建填埋场难度增加。故从总体上看，我区填埋处置能力呈逐年下降的趋势。而生活垃圾无害化处理需求随着我区城镇化进程不断的推进呈逐年增加的趋势。对于矿化垃圾的开采、利用可以实现现有垃圾填埋场的改造再利用，从而提升城镇生活垃圾填埋场的处置能力。在这方面，新巴尔虎右旗阿拉坦额莫勒镇生活垃圾填埋场正在进行有益的探索。该填埋场于2013年完工，处理能力为50 t/d，总库容量为28万m3，设计使用年限为10年。如今垃圾填埋量已超过总重量的95%。根据填埋场调研资料及勘测结果，利用网格法将填埋场分为9个开采单元（编号1#9#），每个开采单元采集1个样本，共9个样本，取样深度为 2 m，采样位置依次向上，直到垃圾填埋深度不足 20cm 处。对9个开采单元的样本采集筛分后，得到建筑垃圾、玻璃、金属、塑料和可燃物等筛上物，筛下物为腐殖土等细小颗粒（不区分孔径），并对 9 个样本从 pH 值、有机质、总氮（TN）、总磷（TP）和有机碳等方面进行检测。通过分析矿化程度，其中1#、2#、3#、5#区域垃圾基本稳定，矿化垃圾中的大肠菌群在资源开发利用中不会造成二次污染，达到稳定化状态。4#、6#、7#、8#、9#区域垃圾仍然处于较为新鲜的状态，需要进一步加速矿化来实现循环利用。2.1土地循环利用的效益现阶段，我区大部分填埋场覆土来源于自然土取土等方式，价格为15元/m3。根据新巴尔虎旗阿拉坦额莫勒镇生活垃圾填埋场的统计，每天需要覆土60m3，合900元/d，每年费用超过32万元。对于封场1015年的老填埋场（或部分填埋区域）开挖、筛分后，作为筛下物的腐殖土等细小颗粒（不区分孔径）属于稳定的矿化垃圾细颗粒物，具有良好的渗透性，还能满足生物反应器填埋场对覆盖材料的渗透能力和均衡渗滤液流动的要求。将其用作覆盖材料，用于日常覆盖新鲜垃圾，取材方便，可加快新鲜垃圾的矿化速率，节省覆土费用。同时，将开挖矿化垃圾后的场地进行修复后，可重新用于填埋，恢复一定的库容，形成循环型生活垃圾填埋场，从而延长填埋场使用寿命。2.2矿化垃圾资源化（或回收）利用效益按新巴尔虎旗阿拉坦额莫勒镇生活垃圾填埋场日处理矿化垃圾100t计算，其总库容量为28万m3，总质量约为26万t，能够持续开采7年左右。通过对该场矿化垃圾的筛分，可分选出多种产品：金属垃圾约0.19t/d（69.35t/a）；可燃生活垃圾（不含筛下物细料）约3t/d（1095t/a），腐殖土垃圾约78t/d（28470t/a），废旧塑料垃圾约 13.1t/d（4781.5t/a），建筑垃圾约 4t/d（1460t/a），经综合计算，该填埋场矿化垃圾资源化利用的总收益为1518.31万元/年。矿化垃圾产品的效益评估结果见表4。表4 矿化垃圾产品的效益评估15项目金属塑料腐殖土覆土建筑垃圾数量/t69.354781.5284701460单价6000元/t（含税）3000元/t（含税）15元/m3（不含税）资源化利用收益/万元41.61143442.70金属垃圾、塑料垃圾可直接销售；腐殖土垃圾除了用于垃圾填埋覆土使用外，由于其有106ZONGSHU综述HUANJINGYUFAZHAN机质和多种植物营养元素含量较高，且具有内部微生物群落数量、种类多，不含有对人体或植物有害的病原菌和细菌的特点，具备作为为苗圃、造林及城市园林绿化中的营养土或土壤改良剂的基本条件。除了以上特质外，同时利用腐殖土垃圾重较小，孔隙率较高，且呈弱碱性，阳离子交换容量较大，交换和吸附能力强等特性可以制备成为一种良好的生物介质，用于水处理反应器、大气处理反应器的填料；筛分后的建筑垃圾经粉碎后参入辅料可用作制砖，矿化垃圾细料，在加入凝固剂的同时经过夯实等一定工程措施，可替代自然土用于道路铺设10；可燃生活垃圾（不含筛下物细料）可制备垃圾衍生燃料（RDF）进行外售。通过以上对矿化垃圾的深度利用，可进一步提升新巴尔虎旗老垃圾填埋场矿矿化垃圾的资源化利用的经济效益。3结语目前，垃圾焚烧和综合利用的比例在不断上升，对于城镇化程度相对较高的城市，新建垃圾填埋场受到土地资源、环境保护政策规划等限制，更应该珍惜填埋场场地，使其能够进一步发挥功能效益。而对于填埋场已经稳定的矿化垃圾进行梯级开采，并对其资源化利用，可以在实现去库存的同时，增加现有填埋场库容，延长填埋场的寿命，并且可以实现填埋场由原来单一的储存、降解功能转变为垃圾处理和资源化综合利用的动态循环经济产业模式，为我区城镇环境卫生、节能减排做出巨大贡献的同时，实现经济效益、生态效益以及社会效益的最大化。参考文献1 李华，赵由才.填埋场稳定化垃圾的开采利用及填埋场土地利用分析J.环境卫生工程，2000，8(2)：56-57.2 张华，赵由才.生活垃圾填埋场中矿化垃圾的综合利用J.山东建筑工程学院学报，2004，l9(3)：47-53，75.3 赵由才，黄仁华.大型填埋场稳定化过程与再利用J.中国城市环境卫生，2000(1)：20-24.4 詹艳慧，王里奥，林建伟.生活垃圾堆放场及填埋场矿化垃圾综合利用研究进展J.环境卫生工程，2006，13(6)：52-55.5 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吕振江.中小城镇矿化垃圾资源化循环利用研究J.中国资源综合利用，2022（4）：102-105.收稿日期：2023-03-10作者简介：韩甄，男，蒙古族，就职于内蒙古自治区固体废物与土壤生态环境技术中心，职称：副高级工程师，学历：环境工程硕士，主要研究方向/专业领域：主要从事固体废物污染防治、土壤和地下水污染防治以及土壤生态环境修复和治理等相关领域。为引领公民践行生态环境保护义务和责任，做生态文明理念的积极传播者和模范践行者，携手共建人与自然和谐共生的现代化，6月5日，生态环境部、中央精神文明建设办公室、教育部、共青团中央、全国妇联等五部门联合发布新修订的 公民生态环境行为规范十条。新修订的 公民生态环境行为规范十条 包括关爱生态环境、节约能源资源、践行绿色消费、选择低碳出行、分类投放垃圾、减少污染产生、呵护自然生态、参加环保实践、参与环境监督、共建美丽中国等十条内容。2018年6月5日，公民生态环境行为规范（试行）发布，成为全国层面首个针对公民的较为全面的生态环境行为规范，被称为“公民十条”。“公民十条”自发布实施以来，通过宣传引导和政策推动，对提升公民生态文明意识、增强公民践行绿色低碳行为的自觉性和主动性发挥了积极作用。随着生态文明建设持续深入推进，生态环境部等五部门对“公民十条”进行了修订完善，使其可操作性更强、传播效果更广，进一步推动全社会形成绿色低碳的生产方式和生活方式，为建设美丽中国汇聚全民力量。（来源：生态环境部）生态环境部等五部门联合发布 公民生态环境行为规范十条108