（环境工程专业论文）简易垃圾填埋场清场处置工程实验研究.pdf

华中科技大学硕士学位论文 摘要 我国在8 0 年代初投入使用的垃圾填埋场一般位于城市边缘，而且绝大多数为简 易垃圾填埋场。这些填埋场的存在，不仅阻碍着城市化进程的发展，而且对周围环 境存在安全隐患。因此。从资源化角度出发，根据我国垃圾填埋场的实际情况，研 究、开发适用的稳定化垃圾填埋场的陈垃圾资源化利用途径，对垃圾填埋场进行清 场土地回用，不但对于现有简易垃圾填埋场的场地恢复治理，而且对于新建填埋场 的设计有十分重要的参考意义。 本文跟踪我国第一例简易垃圾填埋场清场处置工程实例，通过对简易垃圾填埋场 开采、筛分的各级物料有针对性的进行了基本特性、营养元素、热值、重金属含：量 测定和分析，分析了简易垃圾填埋场陈垃圾资源化利用可能性，提出了其资源化利 用的途径。 研究结果表明，陈垃圾次筛分筛上物由于主要是以轻质易燃物为主，热值很 高，但由于垃圾焚烧厂设计、设备等条件的限制，不能将盐f f l 场的一次筛分筛上物 直接送到邻近的垃圾焚烧厂进行焚烧，而考虑将一次筛分筛上物混入垃圾焚烧厂进 场垃圾中进行焚烧；对于二次筛分筛上物，建议进行回筛，回筛后的筛上物送至附 近的填埋场进行处置；二次筛分的筛下物已经达到无害化卫生水平，可用于林地匕 壤及污染物容量较大的高背景值土壤和矿山附近等地的农田土壤( 蔬菜地除外) ，但 不宜用于农田。 简易垃圾填埋场开采陈垃圾资源化利用的研究不仅可以对陈垃圾进行资源化利 用，还可以对填埋场土地进行利用，不仅具有良好的社会效益和环境效益，还有着 明显的经济效益。 关键词：简易垃圾填埋场丌采筛分陈垃圾消纳途径 华中科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h eg e n e r a lm s wl a n d f i l l sw h i c hw e r ep u ti n t ou s ei nt h e19 8 0 a r ea l w a y sa tt h e e d g eo fc i t i e si nc h i n a , a n dm o s to ft h e ma r es i m p l ew a s t el a n d f i l l s t h e s es i m p l ew a s t e l a n d f i l l sh a v ep o t e n t i a le n v i r o n m e n t a la n ds a f e t yt r o u b l e st ot h es u r r o u n d i n g s ，a n dm o s to f t h e mw i l lh i n d e rt h ei m p r o v e m e n to ft h ec i t 、s o ，f r o mt h ev i e wo fr e u t i l i z a t i o n , i ti s n e c e s s a r yt or e s e a r c ha n dd e v e l o pm e t h o d si np o i n tt or e u t i l i z es t a b i l i z e dw a s t eb a s e do n t h ef a c t si no u rc o u n t r ) r t h er e s e a r c hw i l lb e n e f i tt ot h er e c o v e r ya n dd i s p o s a lo ft h e e x i s t e ds i m p l ew a s t el a n d f i l l ，a n di tw i l lp r o v i d ee x p e r i e n c et ot h ed e s i g no fn e wm s w l a n d f i l j s t h i sp a p e rs t u d i e st h em i 船i n go fs i m p l ew a s t el a n d f i l la n dt h eb a s i cc h a r a c t e r s ，t h e n u t r i t i o n a le l e m e n t s ，h e a tv a l u ea n dh e a v ym e t a lc o n t e n to ft h e o l dw a s t ea n dt h e 。s c r e e n e d m a t e r i a l s t h ep o s s i b i l i t i yo ft h er e u t i l i z a t i o no fs i m p l ew a s t el a n d f i l lh a sb e e na n a l y z e d ， a n dt h em e t h o dh o wt or e u t i l i z eh a sb e e ni n t r o d u c e d t h er e s u l ts h o w st h a tt h em a i nc o m p o s i t i o no ft h ef i r s ts c r e e n i n go v e r s i z ep r o d u c t si s p l a s t i c s ，g e o t e x t i l e s ，e t c a n di th a sh i g hh e a t 、a l u e a c c o r d i n gt ot h el i m i to ft h ed e s i g n a n dt h ee q u i p m e n to ft h ei n c i n e r a t i o np l a n t ，i tc a n ? tb ep u ti n t ow a s t ei n c i n e r a t i o np l a n t d i r e c t l y s ot h ef i r s ts c r e e n i n go v e r s i z ep r o d u c t sa r es u g g e s t e dt ob ei n c i n e r a t e db ym i x e d w i t hf r e s hw a s t e t h es e c o n ds c r e e n i n go v e r siz ep r o d u c t sa r ep l a n e dt ob ed i s p o s e di n l a n d f i l ln e a r b ya f t e rr e s c r e e n i n g t h er e m a i n d e ro fo v e r s i z ep r o d u c t sc a n tb eu s e df o r f a r mf i e l d ，b u tt h e yc a nb eu s e da st h eg a r d e ns o i l h i g hc o n t a m i n a t e dc a p a b i l i t ys o i lw i t h h i g hc o n t e x tv a l u ea n df a r m sn e a r b ym i n ep l a n t ( e x c e p tk a i l y a r d ) t h er e s e a r c ha b o u ts i m p l ew a s t el a n d f i l lm i n e do l dw a s t er e u t i l i z a t i o nw i l ln o to n l y h e l pt h eo l dw a s t et ob er e u s e d ，b u tm a k et h el a n d f i l ll a n dr e u s e d t h eb e n e f i to fs o c i e t y , e n v i r o n m e n ta n de c o n o m i c 、析l lb ea c h i e v e da tt h es a m et i m e k e yw o r d s ： s i m p l ew a s t el a n d f i l lm i n i n gs c r e e n i n g o l dw a s t e r e u s ea p p r o a c h 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包 含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出 贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明 的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：锄奄 日期： 知矿争年j 月扩e l 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许 论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段 保存和汇编本学位论文。 保密日，在三年解密后适用本授权书。 本论文属于 不保密回。 ( 请在以上方框内打。 ) 学位论文作者签名：勃秀 日期：砷pf - 年g 月g 日 指导教师签名： 日期t 9 年年丫月暑日 华中科技大学硕士学位论文 1绪论 1 1 简易垃圾填埋场清场处置的必要性 目前，我国正处在城市化的进程之中，城市经济的迅速发展和城市人口的迅速 增加，带来了一系列的城市问题，城市生活垃圾的处理与处置就是其中之一。目前 世界上垃圾的处理方法主要有琐埋、堆肥和焚烧三种，相对于焚烧和堆肥，填埋处 置方式有着投资少、处理费用低、处理量大、操作简便、管理方便、能处理处置多 种类型的废物，且能回收沼气、恢复利用土地。我国是发展中国家，经济实力较弱， 垃圾中可燃成分少，填埋是现阶段我国城市生活垃圾处理的最主要方式，约占垃圾 全部处理量的7 0 以上【i 】。在今后相当长的一段时间内，填埋仍将是我国城市垃圾的 主要处理技术。 而我国大部分城市生活垃矽乏目前仍以简易垃圾填埋方式进行处置，这种处置方 式没有达到垃圾卫生填埋技术要求，对环境污染十分严重【2 1 。随着新的符合环保要求 的处理设施投入使用，现有简易垃圾填埋场将逐步被取代。但由于垃圾的降解特性， 这些简易垃圾填埋场即使不再坝垃圾，其对环境的影响仍将持续很长的时间【3 - 4 1 。 简易垃圾填埋场存在很多i o j 题，主要表现在： ( 1 ) 选址不当 简易垃圾填埋场许多是在过去的垃圾堆放场稍加改进发展而来的，在选址、场 地规划设计上存在严重缺陷，没有严格的防渗措施，为填埋场的污染控制及运行管 理留下种种隐患。【5 6 】 ( 2 ) 污染环境 由于缺乏系统的规划设计，简易垃圾填埋场在污染控制方面十分薄弱，虽然采 取了一些补救措施，由于缺乏系统性，效果并不明显。在国内一些地方，渗滤液污 染地下及地表水问题突出【7 1 ，一些填埋场防洪系统过水能力不足，暴雨时洪水冲刷垃 圾体产生大量的污水，造成了地表水的大面积污染；填埋场l f g 无序排放弓i 发的垃 华中科技大学硕士学位论文 圾自燃、爆炸事故石油发生；填埋气体主要成分c i - h 、c 0 2 均是温室气体，对环境的 污染不容忽视，填埋气体中的多种非甲烷类有机物，尽管浓度很低，但其毒性强， 含有多种“三致”物质，对环境和人类健康的威胁严重【8 9 1 。 ( 3 ) 扰民严重 填埋场产生的恶臭及蚊蝇鼠害对附近j 。0 民生活和身体健康带来影响，在一些地 方，填埋场附近恶臭袭人，蚊蝇鼠害严重，引起周围居民强烈不满和社会公众的关 注。 ( 4 ) 运行管理不规范，事故隐患多 由于没有分单元进行操作，填埋作业研大，不能及时有效覆盖；压实程度不够， 垃圾体稳定性差，极易发生人身安全事故：填埋气体的无序排放，存在燃烧、爆炸 的安全隐患【10 1 。 但是，现在修建新填埋场的困难越来越大。首先，选址越来越困难。随着国民 经济的发展和人民生活水平的提高，生活垃圾产量迅速增加，有统计结果表明，截 至2 0 0 0 年，我国垃圾产量达到1 2 1 4 亿吨【j ，处置这些垃圾所需的填埋场的面积 越来越大，而我国是典型的地少人多的国家，各大中型城市的市郊少有闲置空地。 另一方面，随着城市化进程的加快，城区范围不断向周边郊区扩展，市郊地价迅速 上涨，而且填埋场选址对水文地质条件要求比较严格，注意工程舆论和社会影响， 避免周围居民的反对，这些都加大了选址的难度，有时甚至无法找到合适的场址。 即使找到场址，一般也选在远离城市的偏远地带，使得垃圾场运输费用大大增加， 从而使填埋场运行费用增加。而且，随着环保标准的不断提高，修建填埋场的要求 越来越高，填埋操作的规范化要求越来越尸矿格，使初期投资和运行费用都相应的大 幅度提高。所以，尽早开发和研究符合我国国情的填埋场再建设和再利用途径，最 大限度的利用现有垃圾填埋场成为解决这一矛盾的权宜之计。 填埋场丌采不失为一种有度提高现有填埋场土地资源利用率的有效途径。开采 不仅可节省填埋空间延长填埋场使用年限，还可回收垃圾中可利用物，为垃圾最终 无害化、资源化作出贡献，其中所创造的经济和社会效益也是巨大的。主要体现在： 华中科技大学硕士学位论文 ( 1 ) 环境效益 单纯的填埋浪费大量的废物资源和土地资源，陈垃圾开采利用有利于资源循环 利月j ，符合可持续发展战略角度。填埋场开挖、再填埋工程，利用原有已填埋过的 库区，对陈垃圾进行开挖、筛分，将筛分出的细料用作覆盖材料，多余部分作为初 级肥料出售，既可以提高卫生填埋技术水平， ( 2 ) 社会效益 而垃圾填埋场的土地回用有两个途径，一个是在对填埋场进行终场覆盖生态回 复，另一个就是对填埋场进行搬迁处理。由于对填埋场进行搬迁处理的费用很高， 国外大都采用对填埋场终场覆盖后再进行利用，如台湾的垃圾公园、英国利物浦的 国陨：花园、阿根廷布宜诺斯艾利斯的环城绿化带等就是庄垃圾堆上建造而成的。以 色列的a y a l am i s g a v 1 2 】等人对如何合理地确定垃圾填甥! 场作为何种功能的城市公众 用地进行开发做了研究，垃圾填埋场作为何种功能的公众用地进行回收由两个指标 体系决定，一个是不同功能用地的各项要求指标体系；一个是对垃圾填埋场稳定性 和安全性进行连续监测的指标体系【1 3 j 。有数据表明，英国将垃圾填埋场作为居住用 地和大型建筑用地进行开发的成功率最低，只有3 3 ；作为自然保护区进行丌发的 成功率达到4 1 ：作为体育休闲用地进行开发的成功率最高，达到7 5 , - - - 7 9 【14 1 。但 是，在土地资源非常紧张、地价很高的情况下，存在不得不对填埋场进行整体搬迁 处列的情况，而且随着城市的扩张，这种情况也越来越多，人们也逐渐开始对垃圾 填圳场进行重新开采和再填埋的深入研究与实践。 对填埋场进行开挖、再填埋时，不但会产生大量已填埋陈垃圾资源，还将面临 为这些陈垃圾寻找出路的问题。在另一些情况下，又常常会需要大量的具有一定性 状的土壤资源，比如绿化花木的培植土、填埋场覆土层所需的覆盖土、过滤行污染 净化基质等，如果能够采用资源丰富的已填埋陈垃圾替代，将会在经济效益和环境 效益上具有无可比拟的优越性。 如何解决填埋场清场过程中产生的陈垃圾二次污染的问题；如何为开采的陈垃 圾寻找合理的消纳途径，对其中可利用物质进行回收利用亟需加以研究和探讨，为 越来越多的填埋场清场工程提供可行的技术参数。 华中科技大学硕士学位论文 1 2 国外陈垃圾开采、利用技术概述 国外文献记钱最早填埋场开采是1 9 5 3 年以色列特拉维夫市填埋场开采工程，开 采主要目的是从填埋场中取土作为柑橘种植用土的补充。开采设备_ e 要包括前后式 装载车、蛤壳式挖泥机和一套有几个传送装置和一个滚筒筛( 长约7 m 直径2 m 转速 1 3 r p m 孔径大约2 5 c m ) 的处理设备【l5 1 。整个过程是这样的：被开挖j b 来垃圾输送到 传送带上，然后由传送带输送到滚筒筛中进行筛分，筛下物作为补充土壤，筛上物 通过人工分选回收可利用物。在特拉维夫工程中，回用土壤n 、p 、k 总含量为1 4 ，因为含有较多碎玻璃，回用土壤只用于柑橘种植而不能有其它农业用途，这种 情况一直持续到二十世纪八十年代。随着填埋场垃圾处理过程标准化、系统化以及 垃圾堆肥技术可行性不断研究，强制好氧降解被应用到垃圾开采回收系统( 1 a n d f i l l m i n i n gr e c y c l i n g l f m r ) 。在1 9 8 2 年，曾有一项关于对菲律宾t o n d o 地区b a u l t 岛 的马尼拉垃圾处置场进行开采改造的建议但最终因为资金缺乏而告终。 从6 0 年代起，国外关于填埋场开采的相关研究报道逐渐增多，这些研究涉及到 开采技术的很多厅面。1 9 9 7 年，美国国家环境保护局专门进行了关j 二填埋场开采的 技术性文件【l 酬，对填埋场开采的工艺过程、开采步骤、优缺点进行r 总结论述，并 对从8 0 年代起美国国内的一些成功开采案例进行了分析。 现在在计划或已开始开采的填埋场工程有泰国b a n k o k 地区n o nk h a m 填埋场、 韩国汉城n a n j i d o 填埋场以及美国的佛罗里达州c o l l i e r 填埋场( 美吲：保署示范工程， 垃圾接近完全降解) 、马萨诸塞州b a n e 填埋场( 开采的是1 9 5 0 1 9 7 0 间填埋的垃圾， 开采垃圾主要作为覆盖材料) 、n e wh a m p s h i r e 州b e t h l e h e m 填埋场( 所用设备包括 两台挖掘机、前后式装载车、四辆倾倒卡车、两辆推土机、一个滚筒筛和一个气味 控制喷雾器) 、纽约州爱丁堡填埋场( 作为纽约能源研究与发展署小型填埋场开采示 范工程) 、p e n n s y v a n i a 州l a n c a s t e r 填埋场、c o n n e c t i c u t 州t h o m p s o n 填埋场( 开采 目的为增加库容和延长填埋场使用年限，由于填埋不到1 5 年废物降解相对不完全) 等六个f 1 5 】。 如今国外垃圾开采处理工艺过程大致为：挖掘出垃圾首先进行初次筛分( 粗筛， 4 华中科技大学硕士学位论文 孔径较大) ，筛上物被运走，对筛下物则进行二次筛分( 口径较小) ，此时筛下物为 土壤部分( 滚筒筛对土壤筛分非常有效) ，筛上物进入磁选器回收含铁金属，余下的 通过风选器分离出轻质物( 适合燃烧) 和重质物。整个过程设备包括传输带、帮l 筛 分器和细筛分器( 通常用滚筒筛) 、磁铁【1 7 】。 国外研究表明对未完全降解垃圾进行丌采会带来诸多环境问题和负面效应，但 填埋场垃圾达到完全降解即毛急定化是需要比较长的时间。针对这一问题国外采取了 在垃圾填埋运行过程中加快最圾稳定化措施，使其在1 8 2 4 月内就可能达到稳定， 从而保证垃圾能够得到及时j ：采并能短时间内得到利用，并提出了建立可持续运行 填埋场( s u s t a i n a b l el a n d f i l l ) 的设想。 对于开采的陈垃圾的资沈i 化利用，国外大多是将陈垃圾直接利用或筛分后进行 利用，主要利用途径是：作为种植土的补充、作为覆盖材料、做建筑材料、作为脱 臭的过滤材料。 1 3 国内陈垃圾开采、利用技术概述 我国目前尚无填埋场开采的实例，但已有相关的研究和设想提出。现在所能查 到有关文献大多是同济大学；染控制与资源化国家重点实验室与上海老港处置场合 作对上海老港废弃填埋场垃j j 乏开采利用的理论研究，如同济大学赵由才曾提出此类 填埋场再利用方案【l 引，上海t 1 环境工程设计研究院开展了上海老港填埋场丌挖后再 填埋工艺的试验研列1 9 】；华巾科技大学廖利课题组与深圳环卫局合作对深圳盐r i 垃 圾填埋场开采利用的理论研究，对填埋场开采利用的工程实践尚在摸索之中。 老港处置场1 9 9 1 年投入使用，按照现行填埋方式将只能使用到2 0 0 3 年，如果 进行开挖则可再填埋7 4 7 年，即可延长使用到2 0 1 1 年。开采出的垃圾则进行筛分， 细料作为垃圾填埋日常覆盖土，完善处理工艺，或用来制作绿化营养土；对粗料进 行适当分拣回收可利用资源，剩下的回填，填埋工艺如图l 所示。同时他们也做了 将稳定化垃圾( 多孔结构，具有巨大表面积蕴含大量微生物) 作为生物反应床处理 渗滤液或生活污水，均取得较好效果【2 0 】。 华中科技大学硕士学位论文 售) 图i上海市老港填埋场矿化垃圾开采与筛分示意图 中国环境科学研究院的高吉喜、沈英娃等和青岛市环境保护科学研究院的郭婉 如等，以青岛市湖岛垃圾填埋场为试验基地，对垃圾填埋场植树造林问题进行了实 地研究，探讨了城市垃圾填埋场上植树造林的方法、适宜树种的筛选以及影响树木 成活和生长发育的主要因素，试验证明：枸杞、紫穗槐、刺槐、白蜡树、女贞、金 银木、臭椿、正木、龙柏等木本植物和苜蓿、画眉草、牛筋草、知风草等草本植物 对沼气的耐性较强，适宜在填埋场上种植。高英吉等用盆栽法研究了垃圾土种植不 同植物的效果及其生态毒性，研究结果表明，垃圾堆上栽种各种植物均可成活，但 由于作物和牧草可食部分的重金属含量超标，因此垃圾堆上宜直接种植草坪和观赏 花卉等，而不宜直接种植粮食作物和牧草| 2 。根据市场需求，通过种植观赏花卉、 草坪和城市绿化用的树木，可获得一定的经济效益，因此，只要不让种植产物进入 食物链，开发陈垃圾的肥料资源还是非常有意义的。将陈垃圾用于绿化，切断了污 染物向食物链的转移，上海市就是利用垃圾堆场中的矿化垃圾作为市区绿化的土壤， 消纳了大量的矿化垃圾。 陈垃圾还可以加工成建筑材料。填埋场陈垃圾筛分后的细料，加入凝固剂作为 道路路基原料。用陈垃圾代替自然土，操作方便，工艺成本低。陈垃圾中的煤渣和 碎石粉碎后与4 2 5 号水泥、黄沙掺料后制作大型砖块，用作建筑材料。用陈垃圾代 替泥土作制砖原料，有利于保护耕地，减少用泥作制砖原料。哈尔滨用垃圾代替粘 土煅烧水泥熟料获得成功：长春、成都、哈尔滨等地丌发了垃圾制砖技术【2 ：i 。 6 华中科技大学硕士学位论文 老港填埋场已建立起垃圾制砖的生产线，用陈垃圾中的煤灰、地灰、转头、瓦 石等经粉碎后与辅料混合，压制成路面砖。路面砖无 毒、无味、无菌，表面光洁、 耐腐蚀，不风化，抗压强度 一2 5 m p a ，抗折强度 t 3 5 m p a ，耐磨性3 5 m m ，吸水率9 抗冻性强度损失2 5 。其性能质量达到j c 4 4 6 - - 9 1 标准一等品要求，而造价仅 是水泥路面砖的7 0 【2 3 1 。 稳定的陈垃圾可用作生物反应床的填料。矿化垃圾质地松散，具有较高的孔隙 率，这种多孔结构具有巨大的吸附比表面积，较强的阳离子交换容量( 6 7 9 m e q l o o g ) ， 蕴含大量微生物。同济大学赵由才、徐迪民等用稳定化的垃圾作填料的生物反应床 来进行处理垃圾渗滤液、畜禽污水和生活污水的研究研究表明用稳定化垃圾作生 物反应床处理垃圾渗滤液【2 4 】，工艺设备简单，投资省运行管理方便，但是存在占 地l 面积大，处理后出水还不能完全达到渗滤液处理的排放标准等问题：处理畜禽污 水短期内有一定效果，对于长期使用进行畜禽污水的处理净化则需进一步研究【2 5 】； 处理生活污水无需曝气，无污泥，操作简单，成本低，但是只适用于同污水量小于 1 0 0 0 吨的中、小村镇、宾馆等的污水处理【2 6 1 。 1 4 课题来源 本课题来源于深圳市盐田港保税区垃圾场处置工程。此处置工程旨在对场内垃 圾进行搬迁和无害化处理以确保盐田港保税区北片区仓库建设场地平整工程的顺利 进行。 根据国务院7 8 号文及深圳市有关文件，盐田港保税区总用地面积约8 9 公顷， 其中北片区约6 8 公顷，南片区约2 l 公顷。保税区所依托的盐田港是我国四大深水 港口之一。盐田港位于深圳市经济特区东部大鹏湾，经沙头角口岸与香港新界相通； 有铁路、公路与京九、京广线及深汕、广深高速公路相连：有直航欧洲、美洲及泛 太平洋地区的集装箱班轮，为保税区提供了高效快速的海陆联运条件。保税区北片 区位于沿港大道北侧，占地面积6 8 2 公顷。根据- 卦阳港的建设计划及整体土石方平 衡方案，北片区与外围城市用地的高差在1 2 1 6 米之间，形成一个相对独立的高地， 有利于管理。 华中科技大学硕士学位论文 盐田垃圾场位于盐田港保税区北片区的中心范围内，对盐田港保税区的可持续 发展有重要影响。由于垃圾场位于盐田港北侧，在盐田港保税区北片区仓库建设用 地的红线范围之内，场底标高为4 0 m 。根据规划要求，北片区最高点的标高应在4 0 米以下，低于垃圾场底部标高。因此确定了盐田垃圾场清场处置工程( 处置总量约 1 9 4 1 0 4m 3 ) 以确保北片区仓库建设场地平整工程的顺利进行。 1 5 研究思路及内容 如前所述，对于进入稳定状态的垃圾填埋场进行矿化垃圾综合利用就是分选回 收部分物料，时对土地进行回收利用。因此，盐田岗保税区垃圾处置工程实际上 就是对垃圾场的矿化垃圾进行资源化利用的工程。本课题为配合深圳盐田港保税区 垃圾处置工程，解决工程开挖的陈垃圾出路问题，跟踪整个工程的进行，对陈垃圾 及其不同的筛分产物进行取样，有针对性的对各项特性进行测试研究，以论证填埋 场陈垃圾在污染治理中的可应用性，并开发具体应用技术：同时检测周围土壤和场 底污泥的受污染状况和各种特性，为填埋场土地回用提供参考依据j 本课题的主要研究内容为： 场内阴；垃圾的筛分特性分析 陈垃圾筛分产物特性分析 周围土壤及场底污泥污染状况分析 陈垃圾利用途径分析 本课题的意义为： 为开采的陈垃圾中的可利用成分提供合理的消纳途径： 对陈垃圾有机肥的适用性进行了分析研究； 为填埋场土地回用提供参考； 为其他同类工程提供参考。 华中科技大学硕士学位论文 2 陈垃圾概述 己填埋陈垃圾是在填埋过程中，由成分复杂的原始生活垃圾在特定的填埋条件 下、不断发生着的各种生物化学反应的长期作用逐渐演变形成，使其逐渐成为一种 在自然条件下难以形成的、具有特殊微生物特性的多相多孔生物活体。其中达到稳 定状态的陈垃圾称为矿化垃坡，即填埋垃圾的最终状态为矿化垃圾。 2 1 矿化垃圾形成过程 生活垃圾在填埋场填埋后，经过最初很短时间的好氧及兼性降解之后，进入了 几十年长期的厌氧状态。除了不可生物降解的物质，如石子、玻璃等以及极难，i - 物 降解的物质之外，大部分垃坡都缓慢地被降解了。在此过程中，复杂有机物质i ，e 多 种厌氧微生物的作用下，分角乍成较为简单的无机物，如c 0 2 、h 2 、h 2 0 、n h 3 、h 2 p 0 4 、 s 0 4 2 - 等，同时形成许多中间产物，这些中间产物经缩合变成新的复杂有机化合物， 即腐埴质。经检测，填埋2 0 乍以上的垃圾中仍有少量难降解的有机物，其中纤纬。素、 木质素为有机质的主要成分，在填埋场漫长的垃圾降解与稳定化过程中，所经止的 过程可分为三个明显的阶段卜川。 第一个阶段是好氧过程易降解有机物迅速与被填埋场填入垃圾所夹带的般气 发生好氧生物降解反应而生成c 0 2 和h 2 0 ，同时释放出一定的热量，从而使填j 哩场 内部的垃圾温度比外界高好儿度。此时，降解微生物也在生长。部分c 0 2 溶于水后 形成弱酸，使垃圾中的部分矿物质也进一步溶解成其他化合物。本阶段的好氧生物 化学反应过程可简单地表示如下： 垃圾中有机物+ 氧气竖选轴菌细胞+ 二氧化碳+ 水+ 热量 第二阶段是兼性的尘物降解阶段。当所有的氧气被消耗完毕后，依靠氧气生存 的微生物不能继续存活下去，而那些严格厌氧的微生物又不成熟，因此，既能在好 氧条件下生存又能在厌氧条件下生长的微生物就起主要作用了。食品和其他类似的 废物中的大分子被分解为小分子，如氢气、氨、c 0 2 和有机酸。此时沼气中c 0 2 华中科技大学硕士学位论文 含量一般为5 0 - - 6 0 。其生物化学反应可表示如下： 垃圾中有机物型塑j 菌细胞+ 有机酸+ 热量 起主要作用的微生物是好氧式兼性菌和真菌。垃圾中复杂有机物是靠兼性菌来 降解的。 第三个阶段是厌氧阶段，产甲烷微生物开始繁殖。此时，产甲烷菌利用c 0 2 、 h 2 和有机酸来产生甲烷气体，同时微生物缓慢但很有效地分解所有可降解废物至稳 定的矿化物或简单的无机物。温暖湿润的环境、严格厌氧、不存在毒害性物质、适 当的营养物质和c n 、c k 、近中性的p h 值，是产甲烷菌生长繁殖的必要条件。在 这一阶段，所产生的气体中，约有5 0 为c 0 2 ，其余的基本上是c h 4 。c h 4 在气体 中的含量于垃圾组成有关。从理论上讲，每千克垃圾可产0 5 m 3 的甲烷。这一反应的 生化反应如下： 2 5 工叫3 c d 明骂( 明2 f ，) x + 2 x c h 4 + 2 x c o z + 热量 在填埋场中，产甲烷菌有时也会大量累积，从而造成在某一时间内的大量甲烷 释放造成预想不到的后果。当甲烷在填埋场扩散时，好氧菌也会利用部分甲烷，但 绝大多数甲烷是向大气中排放的。 除了上述生物作用外，垃圾内部还同时发生着化学反应和物理变化，如垃圾中 金属制品的氧化溶解，有机酸及c 0 2 的产= 生可能使钙、镁离子及一些金属离子发生 反应，生成难溶性化合物而沉积在垃圾当i 卢，各种降解产物在土壤中的吸附等。垃 圾经过渗滤液的洗沥，各种物质之间的相互作用，以及微生物降解有机物质并进行 生长繁殖生命活动等许多因素的长期作用后，垃圾填埋场达到稳定化状态，形成了 一种类似腐殖质的颗粒状土壤物质，即矿化垃圾。 另有研究将填埋垃圾的稳定化过程分为五个阶段【2 8 】【2 9 1 ，即初始调整阶段( i n i t i a l a d j u s t m e n tp h a s e ) 、过渡阶段( t r a n s i t i o np h a s e ) 、酸化阶段( a c i dp h a s e ) 、甲烷发酵 阶段( m e t h a n ef e r m e n t a t i o n ) 和成熟阶段( m a t u r a t i o np h a s e ) ，成熟阶段的垃圾即达 到稳定化。 1 1 ) 华中科技大学硕士学位论文 2 2 垃圾中有机质变化 不同垃圾组【成，分解速度不同。果类、蔬菜和粮食等食品分解的速度快，而塑 料、橡胶等人 ：合成高分子材料的分解则很缓慢。 王罗春等【3 l 以上海南汇区老港填埋场为背景，对填埋场中固体垃圾有机质组分 选取总糖j 有机质、生物可降解物质( b d m ) 和粗纤维几种形式进行了研究，研究 结果表明：这儿种形式的有机物随填埋时间的增长均呈缓慢下降的趋势，但在填埋 后7 1 8 天之内，垃圾降解程度很小，成团成块，团块之间各种有机组分的含量差异 大，随时间的变化缺少规律性；7 1 8 天后，垃圾总糖、有机质、生物可降解物质( b d m ) 含量随时间变化曲线可进行指数拟和；粗纤维中木质素一般不降解，含量基本不变， 纤维素和半纤维素可被缓慢地降解，最后接近一定值。填埋场中垃圾组分含量随时 间变化曲线数抓拟和结果见表2 1 。 表2 l 观场大型实验型填埋场中垃圾组分含量随时间变化曲线数学拟和结果 t o d dj b o o k t e r 和r o b e r tk h a m 3 1 】根据实验室实验数据推导出固体垃圾中纤维 素与木质素含量i 之比值随“场龄”变化经验关系式： 一1 ：0 2 2 5 + 0 1 3 7 f 】， 式中，y 一纤维素与木质素含量之比值： t - 固体垃圾地填埋年龄。 另外，还有研究表明【3 2 】：填埋垃圾中粗蛋白质含量( 总凯氏氮含量乘以6 2 5 ) 变化不大，填埋1 8 年后其含量仅下降2 3 3 。 华中科技大学硕士学位论文 2 3 矿化垃圾的概念、组成 在评价垃圾稳定化程度方面，目前还没有统一分析指标，而且垃圾指标的分析 方法还不成熟，这里的矿化垃圾是指填埋场中埋入或堆放多年后，达到稳定状态的 垃圾。填埋场封场多年后，垃圾中易降解物质已完全或接近完全降解，垃圾填埋场 表面沉降量非常小，在1 c m a 以下，垃圾已很少或不再自然产生渗滤液和释放气体， 垃圾场达到稳定化和无害化：状态【3 玉3 4 l 。国内外文献主要是分析固体垃圾的有机质( 即 挥发分v s ) 、总糖、纤维素、半纤维素、木质素、生化产甲烷能力【3 5 3 8 1 ( b i o c h e m i c a l m e t h a n ep o t e n t i a l ，b m p ) 、i p 烷产率与产量【3 9 】和可生物降解物【4 0 4 2 1 ( b i o d e g r a d a b l e m a t e r i a l ，b m d ) 等。影响固体垃圾稳定化进程的因素很多，一般地，同一填埋场内 “场龄”越长、填埋深度越深，固体垃圾地稳定化程度越高【4 3 】【4 4 1 。此外，垃圾地组 成、垃圾地压实密度、垃圾的填埋年龄及填埋深度、填埋场的水文气象等条件均会 影响垃圾的降解速度【4 5 】【4 6 】【4 7 m 】。对垃圾填埋场的稳定状态，有定义为：填埋场内的 垃圾可降解有机组分己达到矿化、可浸出的无机盐已由渗滤液带走，渗滤液不绝处 理即可直接排放，垃圾层基本无气体产生，场地表面自然沉降停止【4 9 1 。 根据同济大学李华等对i 二海老港填埋场的研究，垃圾填埋2 4 年后，垃圾中- j - r 生 物降解物质含量( b d m ) 为2 5 5 ，填埋场表面沉降量0 0 0 9 m a ，渗滤液c o d 浓 度约为5 m g l ，即可认为达剑稳定化【5 u 1 。对于不同的填埋场，由于所处的地理位置、 气候条件、垃圾成分等不同。达到稳定化所需要的时间不同。北方降雨少，相对南 方平均气温低，填埋场稳定化时间比南方长；国外的垃圾中纸张等不易降解的成分 多，厨房垃圾等易降解成分少，因此普遍认为垃圾稳定化的时间至少为3 0 年，而我 国垃圾中厨余垃圾含量多，相对而言，垃圾稳定化所需时间要少一些。迄今为止， 稳定化程度尚无统一标准，所以矿化垃圾只是一个广义的概念。 垃圾经稳定化后，垃圾中除玻璃、金属、橡胶等一些无机或有机难降解物质外， 垃圾中的纤维素、半纤维素类物质几近完全降解，使垃圾变为一种类似腐殖质的颗 粒状土壤物质。经过垃圾渗滤液洗沥，垃圾之间的物理、化学作用及微生物生长、 繁殖及固着作用，形成一种外观性状类似腐殖土质地颗粒状三相多孑l 物质。这些颗 华中科技大学硕士学位论文 粒在基本结构上与土壤相类似，是由矿物质、有机物、水分和气体四大部分组成地 固、液、气三相自然体系，其中矿物质是其主要地固体成分，是整个物质体系构成 地股价，它的形状决定了稳定化垃圾的水力学特性；有机质是生物生长必需的养分； 水分和气体则为生物的生长提供基本的，e 存条件。同时，此类垃圾具有良好的稳定 的多孔结构，具有巨大的表面积及丰富的微生物【5 0 1 。 华中科技大学硕士学位论文 3 基础资料 3 1 自然资料概况 3 1 1 地理位置 盐田垃圾场位于盐田港保税区北片区的中心范l 目内，对盐田港保税区的可持续 发展有重要影响。由于垃圾场位于盐田港北侧，在擒田港保税区北片区仓库建设用 地的红线范围之内，场底标高为4 0 m 。 3 1 2 气象资料 盐田垃圾场所在的深圳市处于北回归线以南，膳南亚热带海洋性季风气候。具 肓全年温和暖湿，夏长不酷热，冬暖有阵寒，无霜j 饵长，雨量充沛，干湿季分明的 特点。 ( 1 ) 降雨情况 根据1 9 5 3 1 9 8 2 的统计数据，深圳地区平均年降雨量为1 9 3 3 2 ( r a m ) ，降雨量随 季节变化很大，5 - - - 9 月为雨季，降雨量为全年总降f ：酉量的7 8 ：1 0 - 4 月为旱季， 降雨量占全年总降雨量的2 2 ，降雨天数多年平均为每年1 4 4 ，7 天。 ( 2 ) 区域流场 盐田垃圾场所在地的流场受珠江三角洲区域流场的影响，其基本特征如下： 冬季流场受天气系统影响较大，盛行大陆季风，主导风向以东北为主。常处在 冷高压边缘，冷空气过境时，往往为偏北风。 夏季流场受偏南和西南季风影响，盛行西南风与东南偏东风。 春秋季受大陆冷高压的影响。春季东北风频率减少，东南风加大。4 月份，东南 风成为盛行风。秋季东北季风建立，成为主要盛行风，其次为东南风。 盐田垃圾场地处热带季风区内，冬半年受东北季风影响，夏半年受西南和东南 季风影响，四季环流明显。 1 4 华中科技大学硕士学位论文 ( 3 ) 逆温层特征 逆温层对污染物尤其是甲烷气体的扩散影响较大，盐田垃圾场所在地逆温层的 季节分布特征见表3 1 。 表3 1盐田垃圾场所在地逆温季节分布特征表 分析我3 1 可知，盐田垃圾场所在地冬季逆温层的出现频埤i 高于夏季，逆温强度 也高于夏李，逆温层厚度相差不大，低空逆温层的出现频率高j 二贴地逆温层。 在夏季，贴地逆温层多出现在夜间和次r 凌晨，逆温层顶高在1 0 0 米左右，顶 部有时存在着一层较弱的低空逆温层。在冬季，贴地逆温层多在傍晚时形成，顶部 一般低于2 0 0 米：同时，在5 0 0 米至8 0 0 米高度出现低空逆温l 层：贴地逆温层多在 上午1 0 时左右消失，低空逆温层一般持续到中午前后。 根据 l 卜田垃圾场1 9 9 7 年1 1 月的逆温层观测资料分析，逆温层一般在日落前后 一小时形成，然后随时间逐步增强，午夜达到最大，之后迅速减弱，早上8 点基本 消失。5 0 0 米以下的低空逆温层出现频率为2 6 ，平均厚度在8 0 米至1 0 0 米之1 8 j ， 平均强度为0 2 ( l o o m ) 。 3 2 盐田垃圾场概况 盐田港保税区垃圾场位于盐田港保税区的中心范围内，距深圳市中心市区2 3 公 里，距下坪垃圾填埋场约3 0 公里，如图3 1 示为垃圾场区域位置图。垃圾场( 以下 简称盐田垃圾场) 是1 9 8 3 年定点的，至今已有二十年历史。垃圾来自于沙头角、赫 f f l 、莲塘和大小梅沙等地，垃圾进场量由1 9 8 4 年的5 0 ( t d ) 增加到1 9 9 8 年封场时 的约2 0 0 ( t d ) 。 华中科技大学硕士学位论文 港铎税a 垃棱埽i 域住1 围 一始 蕊 r 纠3 - i 深圳市盐e 8 港保税区垃圾场区域位置图 3 2 1 进场垃圾特性 盐田垃圾场清场处置工程可行性报告表明，盐田垃圾场除接纳生活垃圾外，还 接收工业垃城和部分业筑垃敷工业垃圾和建筑垃圾约占垃城总量的2 0 9 ；。工业垃 城有害废物含量相对较少，其中以纺织服装业边角余料为主。垃圾来源q - 含有医院 废物，废电池；一些| 二厂( 如线路板厂和电子元件厂) 排放的废料中含确重金属， 尽管数量不多，但属j 二危险废料。据盐田区有关部门提供的数据，工业跋弃物的排 放量每年为2 5 0 吨，f i ! 现场调查结果表明，工业废弃物的排放量应为统训数据的2 0 倍以上。 盐田港垃圾场的垃城构成的一些特点与我国其它城市生活垃圾构成特点相似。 另一些特点则与之不旧。相似的地方，如纸类等高热值的组分较少，垃敷热值比发 达国家要低。产生这种状况的原因除与该地区居民的生活水平有关外，主要是垃敷 进场之前，垃圾中的纸类、塑料等组分曾被挑选过。不同的地方在于，垃圾中有机 成分较国内大多数城市要高，有机组分含量占垃圾总重量的9 0 以上，与发达国家 相当。但是，垃圾中的有机易腐物质占垃圾总量的5 0 ，比发达国家要高两倍左右。 华中科技大学硕士学位论文 表3 21 9 9 8 年盐田港保税区生活垃圾成分分析【5 1 1 ( 重量比) 3 2 2 盐田垃圾现状 盐田港保税区垃圾场地形较复杂，从盐田港公路北侧蜿蜒向上，爬高约6 0 m ， 垃圾填埋在曲折盘旋的山谷内，巾部为- 4 , 山包。垃圾所覆盖的总面积约为4 3 h a 。 中部小山包占地面积约5 0 0 0 m 2 ，山顶高程为7 4 0 5 m 。其中小山包南侧为主垃圾 场，垃圾进场后均采用自然焚烧万式减容。主垃圾场于9 6 年底清场，清场时将经过 自然焚烧的垃圾推到小山包的西：i 匕侧和东北侧，形成另外两个陈垃圾堆放场。因此， 主垃圾场内垃圾均为9 6 年底清场以后堆放的垃圾。 垃圾表层于1 9 9 9 年5 月由深圳市警通路港工程有限公司在灭火过程中进行了旌 工覆土，垃圾层平均厚度为6 m ，最大厚度15 m 。 因此，根据盐田垃圾堆放场的场地和垃圾状况，可以将填埋场分为i 、i i 、i i i 三个场区，如图3 2 示。i 区位于东北角，i 区位于西北角其中，i 区和【i i 区的垃圾 主要为1 9 8 4 - - - 1 9 9 6 年底经自然焚烧后堆填，又在1 9 9 6 年挖掘出来重新堆放的垃圾； i i 区位于南部，垃圾主要为1 9 9 6 年年底1 9 9 8 年4 月自然焚烧减容后的垃圾和9 8 年4 月以后进场的新鲜垃圾。 表3 3 盐田垃圾场垃圾量统计表 盐田垃圾场垃圾总量约为1 9 4 1 0 4r r l 3 ，其中经焚烧减容后的垃圾约1 3 4 1 0 4 r n 3 ，未经焚烧减容的垃圾约4 o 1 0 4m 3 ，覆土量约为2 o 1 0 4r n 3 。包括中部小山包 和零散堆放的垃圾在内，垃圾场总占地面积约4 3 万m 2 。 1 7 华中科技大学硕士学位论文 ( ，= i ， 。、稳蚤- 孓二： 广三| - 1 。 i 、二) i ，。十亡袅哥挖e ljf 。 、) (m扩i 一。一， 图3 - ：2 垃圾场址圾分布状况。 通过对场内垃披进行筛分实验，得到垃圾场内垃圾不同孔径筛子筛分后垃圾的 平均重量百分比含量和不同孔径筛子筛分后垃圾的平均重量百分比含量。如图3