生活垃圾堆放場及填埋場礦化垃圾綜合利用研究進展
為綜合治理我國量大面廣的垃圾堆放場以及盡量克服衛生填埋場的不足，可實施堆放場及填埋場的場地復用技術，這不僅可以徹底改變“垃圾圍城”的狀況，而且可以延長衛生填埋場的使用壽命，最大限度實現填埋場的“減量化、資源化、無害化”的目標。所謂填埋場的場地復用技術是指開采、分選填埋場礦化垃圾以利用其中的有用物質，利用填埋場的再生填埋能力或改變填埋場場地最終用途的一種技術。解決開采后礦化垃圾的出路問題，即研究和開發礦化垃圾的綜合利用途徑，對于能否順利實施堆放場或填埋場場地復用至關重要。我們分別從土地利用、處理廢水、處理廢氣以及作為填埋場覆蓋材料4個方面綜述了礦化垃圾綜合利用的研究進展，以期為我國的城市生活垃圾治理和環境保護提供幫助。
1礦化垃圾概念
李華等認為垃圾填埋場封場數年之后，垃圾當中易降解物質完全或接近完全降解，垃圾填埋場表面沉降量非常小，垃圾自然產生滲濾液和氣體產生量很少或不產生，垃圾填埋場達到穩定化狀態即無害化，此時的垃圾稱為礦化垃圾，引。根據同濟大學對上海市老港填埋場的研究，垃圾填埋24a后，垃圾中可生物降解含量(BDM)為2.55％，填埋場表面沉降量0.009m／a，滲濾液的濃度約為5mg／L，即可認為填埋場達到穩定化。王里奧等以垃圾堆放場堆存垃圾的有機質含量、浸出液COD、垃圾組分和垃圾產氣量為垃圾場穩定化程度的判別指標，確定三峽庫區垃圾堆放場的穩定化周期約10a。袁光鈺等對北京市海淀區4個年代不同的典型垃圾堆放場進行分析，確定北京的簡單堆放場穩定周期大體上為10a左右。需要指出的是對于不同的垃圾填埋場或堆放場，垃圾組成、垃圾水分含量、垃圾預處理與填埋操作方式、填理場地水文氣象條件、滲濾液pH值與氧化還原電位及微生物種群等不同，穩定化周期不同[61。此外，對于垃圾堆放場及填埋場的礦化垃圾，不同的利用目的，所要達到的穩定化程度亦不同。我們所采用的礦化垃圾只是廣義上的定性概念，不存在統一的標準。礦化垃圾的定義應根據礦化垃圾不同的利用目的以及垃圾堆放場或填埋場具體的穩定化進程加以確定。
2土地利用研究進展
礦化垃圾經過多年的厭氧發酵，除玻璃、金屬、橡膠、塑料等一些無機物質或有機難降解物質外，大部分有機質得到了較充分的降解，使垃圾變為一種類似腐殖質的顆粒狀土壤物質，且含一定的氮、磷、鉀等營養元素，經篩分處理后便可得到肥料。所得到的肥料是一種有機肥料和土壤改良劑，可以進行土地利用。礦化垃圾的土地利用包括農田施用、林地施用、園林綠化建設應用、受損土壤的改良和修復等。影響礦化垃圾土地利用的因素主要為礦化垃圾的粒徑、有機質含量、營養元素含量以及重金屬元素含量等。城鎮垃圾農用控制標準規定城鎮垃圾農用的粒徑小于12mm，而我國的研究工作者往往以1mm 作為篩分孔徑。徐勤等研究表明：上海老港垃圾填埋場10a、8a和6a礦化垃圾小于15mm的篩下物占41.3％、37.7％、32.7％；10a的礦化垃圾篩下物無異味，顆粒均勻，無細小塑料、碎玻璃、碎石頭；8a的礦化垃圾無異味，顆粒不均勻，無細小塑料、碎玻璃、碎石頭；6a礦化垃圾篩下物存在異味，顆粒不均勻，無細小塑料、碎玻璃、碎石頭。趙樹青等研究表明：深圳鹽田垃圾場礦化垃圾15mm篩下物平均占40.8％，且篩下物中竹木占3.4％、磚瓦石塊占14.4％、剩余全部為營養渣土。三峽庫區巫山、奉節、云陽堆存齡大于5a的礦化垃圾15mm孔徑的篩下物比例分別為56％、50％、41％。
礦化垃圾的有機質和營養物質含量影響土地利用效果。郭亞麗等研究了上海老港填埋場6和10a的礦化垃圾小于15mm細料的基本特性。上海老港填埋場6a礦化垃圾細料的有機質和營養物質含量滿足GB8172—87城鎮垃圾農用控制標準的要求；而10a礦化垃圾細料雖然不滿足GB8172—87規定的要求，卻高于我國垃圾的平均值。徐勤等在上海老港填埋場發現：6a、8和10a礦化垃圾的有機質小于10％，全鉀亦小于1％；6a和8a的礦化垃圾全氮大于0.5％，而10a的全氮小于0.5％；3個年份的礦化垃圾全磷均大于0.5％。廖利等進行了深圳鹽田垃圾場礦化垃圾基本特性的測試研究，結果表明：深圳鹽田垃圾場礦化垃圾當中的有機質和營養物質雖然比較豐富，卻未全部達到城鎮垃圾農用控制標準。黃本生等測試分析了三峽庫區萬州、奉節、巫山、云陽和豐都 5個區縣堆存齡大于5的礦化垃圾的有機質和營養元素含量。三峽庫區5個區縣采集的17個礦化垃圾樣品當中1個樣品的總磷、13個樣品的總氮、10個樣品的有機質能滿足城鎮垃圾農用控制標準，全部樣品的全鉀滿足農用標準要求。礦化垃圾重金屬元素含量的高低直接影響土地利用的安全性。相關的研究表明：不同的礦化垃圾，重金屬元素含量可能差別較。廖利等研究發現深圳鹽田垃圾場礦化垃圾的鉛鋅含量偏高，特別是鉛含量超過城鎮垃圾農用控制標準2—3倍。三峽庫區的萬州、奉節、巫山、云陽和豐都等區縣礦化垃圾的重金屬含量平均值滿足農用的安全性要求，僅個別樣品的個別指標超標(1個樣品的鉛含量超標，另外1個樣品的鎘含量超標)。徐勤等開采上海老港填埋場還發現：開采10a礦化垃圾的鎘和汞超標，8a礦化垃圾的鎘、鉛和汞超標，6a鉛和汞超標。
3處理廢水和廢氣研究進展
礦化垃圾經過垃圾滲濾液的洗瀝，垃圾之間的物理、化學作用及微生物生長、繁殖和固著作用，使得礦化垃圾顆粒形成良好的穩定的多孔結構，具有巨大的表面積以及豐富的微生物。此外，礦化垃圾還具有磷吸附容量大和吸附態磷的解吸率低的特點。所以，礦化垃圾可作為生物反應床的主要填料，用于處理廢水和廢氣等。
3.1處理廢水研究進展
應用礦化垃圾生物反應床處理廢水的研究剛剛起步，目前僅限于城市污水、填埋場滲濾液、畜禽廢水以及離子交換樹脂再生廢水的處理。礦化垃圾生物反應床是以礦化垃圾為填料的一種生物反應床。
3.1.1處理城市污水
郭亞麗以穩定化垃圾篩分細料為基質構建城市污水生物處理反應床，設計了反應床的結構和形式，確定了處理工藝和流程，研究了反應床的運行方式、參數、處理系統穩態運行性能、特征、穩態運行過程主要影響因子及作用，以及反應床凈化城市污水的機理等，結果表明：穩定化垃圾反應床處理系統處理城市污水具有較高的處理負荷和良好的凈化效果，以及優良的穩態運行性能，且只要管理恰當，系統能夠長期維持良性運轉；影響處理系統穩態運行過程的重要影響因子為溫度和污水水質。
3.1.2處理垃圾滲濾液
采用礦化垃圾生物反應床處理生活垃圾填埋場滲濾液，無需要專門培養菌種，且工藝設備簡單，投資省，運行管理方便，處理成本低等。
李華進行了礦化垃圾生物反應床處理垃圾填埋場滲濾液的小試試驗，具體做法：粒徑小于5mm的300kg礦化垃圾填料裝入高度和直徑均為1m的圓柱狀反應器內，采用間歇進水方式對3種不同性質的填埋場垃圾滲濾液進行處理，并分別對原始垃圾填料和反應床離表層25cm處的垃圾填料中的細菌個數進行了測定，結果表明：COD和氨氮的去除效果較好，并且滲濾液的處理效果與滲濾液的可生化性密切相關，滲濾液的可生化性越好，進水提供給礦化垃圾填料中微生物的營養物質越充足，填料中的微生物繁殖狀況越好，滲濾液的處理效果越佳¨引。吳軍用上海老港填埋場現場的兩個串聯礦化垃圾生物反應床對填埋場垃圾滲濾液的處理進行了中試試驗，結果表明：盡管滲濾液CODcr和氨氮濃度較高，經過兩級串聯礦化垃圾生物反應床處理后，CODcr和氨氮的去除效果比較明顯，去除率分別高于 76％和42％，同時每隔一段時間對礦化垃圾生物反應床進行適當修復即表面翻松和停運，可大大提高CODcr和氨氮的去除效果。褚衍洋等通過論證，選擇了礦化垃圾床+SBR工藝進行滲濾液處理的研究，當兩類滲濾液水質COD分別為22.648g／L和13.236g／L，NH3-N分別為850mg／L和 642mg／L時，采用礦化垃圾床+SBR工藝處理垃圾滲濾液取得了良好的效果，試驗結果表明：處理后滲濾液CODcr降到小于300mg／L，NH3- N降到小于20mg／L，達到滲濾液的二級排放標準。
3.1.3處理畜禽廢水
邵芳將粒徑小于16mm的200kg礦化垃圾填料裝入高度和內徑分別為120cm和38.5cm的圓柱狀反應器內，采用間歇進水方式對一豬場廢水進行了處理，結果表明：礦化垃圾生物反應床對豬場畜禽廢水的處理效果十分有效，反應床出水中CODcr、BOD5、氨氮、總磷及大腸桿菌數的平均濃度均達到2003年1月開始執行的《畜禽養殖業污染物排放標準》。
3.1.4Fenton試劑+礦化垃圾生物反應床聯合
處理離子交換樹脂再生廢水金龍將礦化垃圾生物反應床與Fenton試劑相聯合應用于電廠離子交換樹脂再生廢水的處理，結果表明：最終出水水質與預處理中Fenton試劑劑量和礦化垃圾填料粒徑密切相關，預處理中Fenton試劑劑量增大，廢水預處理程度提高，礦化垃圾反應床出水CODcr下降；礦化垃圾填料粒徑減小、比表面積增大、物理吸附能力增強、微生物數目增多，礦化垃圾反應床 CODcr去除率增大；當預處理中Fenton試劑劑量為24mg／L、礦化垃圾填料粒徑<1mm時，反應床出水CODcr平均值為 83.3mg／L，達到國家排放標準。
3.1.5處理焦化廢水
王敏研究了礦化垃圾生物反應床處理焦化廢水的可行性，研究表明：當廢水濃度COD為900~1450mg／L時，經過單級礦化垃圾生物反應床，COD、NH3-N和揮發酚的去除率分別為82％、95％和98％，幾種典型雜環化合物的去除率達64％；同樣條件下經過兩級回流(系統出水以1：1的出水回流比回流至第一級反應床前后再進入兩級反應床處理)礦化垃圾反應床處理，相應的COD、NH3-N、揮發酚和幾種典型雜環化合物的去除率分別上升到92％、96％、99％、74％以上，整個過程中無需曝氣，沒有污泥排出。
3.2處理廢氣研究進展
應用礦化垃圾可以凈化廢氣。張華全面系統地研究了礦化垃圾作填料的生物反應床(生物濾池)去除氮氧化物的工藝與機理，研究表明：好氧條件下，停留時間為 12min時總NO去除率可達94％，NO2的去除率高達99％以上，NO去除率可達80％，每立方米填料中的微生物對NO去除量最大可達 1767.39mmol，對應的試驗條件為氣體流量0.19m3／h，停留時間1.67min，去除率為99.1％；厭氧試驗中，添加菌種可縮短生物床啟動時間，當停留時間為3.8min時，NO的去除率達89.5％，當停留時間延長至7.5min時，NO的去除率高達95.7％；未加菌種的礦化垃圾反應柱啟動時比摻有菌種的反應柱慢，但長期馴化后，NO去除能力并不比摻有菌種的反應柱低。William P.Flanagan等進行了堆肥、珍珠巖、生物泡沫塑料去除來源于濕式萃取焚燒氣體的氮氧化物的性能對比性研究，結果表明：3種材料停留時間為 70~80S時去除氮氧化物的性能達到85％以上，但是當較短的停留時間(13~44s)時堆肥的去除氮氧化物的性能更好。
4作為填埋場覆蓋土的研究進展
垃圾運到填埋場，按作業規范填埋后，應及時覆蓋一層土壤或相當物料于垃圾表面，以防垃圾飛揚、蚊蠅滋生，清除垃圾對環境的惡臭污染以及最大限度地防止雨水的下滲引。衛生填埋場的覆蓋根據功能的不同，可以分為日覆蓋、中間覆蓋和終場覆蓋。通常采用土壤作為覆蓋物，如果就地取土較難，且土源較遠和運輸費用較高，尋找合適的替代覆蓋材料十分重要。王羅春等對老港填埋場內5a左右陳垃圾和黏土的透水率和阻水性能進行測定和比較，結論為黏土是性能良好的填埋場覆蓋物，5a左右的陳垃圾分選的細粒物滲透系數約為3×10-4cm／s不能取代黏土作為填理場的覆蓋材料引。李啟彬等根據達西定律計算得出我國生物反應器型填埋場要求臨時覆蓋材料的滲透系數必須大于1.16×10-4cm／s，認為礦化垃圾完全滿足生物反應器填埋場對臨時覆蓋材料的滲透性能要求和均衡回灌滲濾液流動的要求，還可節約填埋場的有效庫容。沈英娃等以青島市湖島垃圾填埋場作為試驗點，對城市垃圾填埋場生態恢復工程的表面覆蓋處理技術中的材料選擇進行了研究，對以降低投入為優選因子或以獲得植物產出效益為主要目的設計方案，推薦已分解的垃圾土作為覆蓋材料之一。徐勤等通過對國內外垃圾填埋場終場覆蓋技術的現狀與標準的分析比較，提出礦化垃圾篩分后的細料可以作為終場覆蓋層當中的營養層。
Elshorbagy，W.A 研究了采用干旱地區天然土壤和城市生活垃圾堆肥的混合物作為填埋場覆蓋系統的防滲層，結果表明：60％堆肥和40％天然土壤的混合物的滲透系數為 4×10-9~6×10-9m／s，是一種覆蓋材料的替代物。吳軍等認為封場1a以上填埋單元的礦化垃圾可以作為老港垃圾填埋場的日覆蓋材料。
5結束語
5.1礦化垃圾只是廣義上的定性概念，不存在統一的標準，根據礦化垃圾不同的利用目的以及垃圾堆放場或填埋場具體的穩定化進程可加以確定。
5.2 礦化垃圾含一定的有機質和氮磷鉀等元素，經過篩分后便得到堆肥，可以作為有機肥料或土壤改良劑，而重金屬含量的高低直接影響到土地利用的方式；為了安全起見，重金屬超標的礦化垃圾不宜進入食物鏈，但是可用于林地施用、園林綠化建設應用、受損土壤的改良和修復等；關于礦化垃圾土地利用的研究，國內目前集中于理化性質的分析，應進一步開展礦化垃圾的種植試驗，研究礦化垃圾的肥效，為礦化垃圾的大規模土地利用提供基礎，此外亦應研究礦化垃圾重金屬的形態分布、遷移規律以及固定化技術，以解決安全性問題。
5.3礦化垃圾生物反應床處理城市污水、填埋場滲濾液、畜禽廢水、離子交換樹脂再生廢水、焦化廢水以及氮氧化物氣體等的效果較好，具有廣闊的應用前景；為了更好地應用礦化垃圾處理廢水和廢氣等，提高反應床的脫氮能力以達到較高的總氮去除率，是拓展礦化垃圾生物反應床應用領域的關鍵所在。
5.4礦化垃圾可以作為衛生填埋場的日覆蓋材料和終場覆蓋系統的營養層，以及生物反應器填埋場的臨時覆蓋材料。
總之，目前礦化垃圾應用于土地利用、處理廢水、處理廢氣以及作為填埋場覆蓋材料等方面取得一定的進展。隨著礦化垃圾綜合利用的深入研究，必定會為垃圾堆放場及填埋場的場地復用提供堅實的基礎，從而為我國的城市生活垃圾治理和環境保護提供幫助。
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環保網”
