陈腐垃圾资源化及场地修复技术研究

陈腐垃圾资源化及场地修复技术研究项目核心理论及关键点分析报告第一章垃圾填埋场的开采技术及工艺分析一、填埋场开采复用技术介绍随着我国人口的日益增长和经济的飞速发展，截至2015年底，我国有一定规模的填埋场超过了3000座，简易生活垃圾填埋场历年垃圾堆存量超过了1.8亿吨。随着经济社会的发展，垃圾填埋场的两大弊病日益突出：占地面积大，引发了一系列严重的大气环境、水环境、土环境污染重。通过对填埋场垃圾开采修复并资源化回收利用，解决填埋场库容资源枯竭，延长填埋场使用年限，改善填埋场周围生态环境，并最终提高了土地利用价值。填埋场垃圾开采复用及采用挖掘修复技术，填埋垃圾再次开挖利用，开采复用可分为两种方案：一是对简易堆放场进行垃圾移位。把原来的陈垃圾挖掘并倒运到经过规范设计的垃圾处理场，如整体进入卫生填埋场或垃圾焚烧厂。通常适合数量少，时间短，所处地理位置比较敏感的堆体。二是对简易堆放场就地减量修复。即将陈腐垃圾挖掘出来后，就地进行筛分，并对分选出来的物料进行资源化处理或回填。通常适合填埋场填埋垃圾或堆放时间长、库容大的堆体简易垃圾场。其主要优点为生活垃圾经分选后回收了可用金属，轻质垃圾进行可燃化利用，分选后的碎石、渣土就地掩埋回填，不需要大量清运。二、国内填埋场开采复用现状2.1研究现状国内比较早的填埋场垃圾开挖利用是同济大学污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圾开采利用的理论研究；上海市环境工程设计研究院开展了上海老港填埋场开挖后再填埋工艺的试验研究；华中科技大学廖利课题组与深圳环卫局合作对深圳盐田垃圾填埋场开采利用的理论研究。2.2开采利用现状我国由于目前城市生活垃圾仍主要采用卫生填埋法处置，随着城市的不断发展、扩大，城市人口的激增和城市垃圾量的增多，使得城市周边地区的土地资源越来越短缺，垃圾填埋场的选址越来越困难。因此，垃圾填埋场开采利用研究尤其重要，有关我国垃圾填埋场开采应用的报道开始增多。一些环保公司如艾尔科琳等在深圳、北京、河北等地开始涉足非正规填埋场开挖复采治理工程。2.3填埋场开采复用存在的问题1．政策不完善，没有相应的政策文件与资金支持；2．理论研究与工程应用尚处于摸索阶段；3．填埋场是系统工程工程，涉及填埋气、渗滤液、土方等治理，存在安全隐患和环境隐患；4．资源化商品及经济投资效益模式尚不明朗。三、国外的填埋场开采复用项目目前已经实施填埋场开采工程的国家主要有：泰国、韩国和美国等，尤以美国的填埋场开采工程最多，例如佛罗里达州的Collier填埋场、Naples填埋场、纽约Edinburg填埋场、FreyFarm填埋场马萨诸塞州的Barre填埋场、新罕布什尔州的Bethlehem填埋场以及纽约州爱丁堡填埋场等均有多年成功再开采运行经验，开采处置工艺大致为：垃圾堆体开挖、一次筛分、二次筛分。对于已经封场多年的垃圾填埋场的修复，考虑垃圾填埋场的污染程度以及垃圾填埋的修复定位问题，根据不同的问题采取不同的修复措施。对于重度污染的填埋场直接开采进行修复，而对于大量轻度或中度污染地，则宜采用原位生态修复。四、国外的填埋场开采复用步骤4.1研究现场情况垃圾开采原则上应首先对场地进行勘探评估，前期研究和投资与效益可行性论证，工艺方案的选择需要垃圾基本特性如垃圾组分、含水率、有机质含量等数据，安全施工工艺、堆体开挖方案与填埋场稳定性紧密相关性进行调查研究，其垃圾稳定化的参考标准是：1）表面沉降量小于10mm/a，垃圾中有机质含量小于10%，易降解物质完全或接近完全降解（BOD/COD1）；2）垃圾自身几乎不产生渗滤液（COD1500mg/l）和填埋气，垃圾无明显臭味。当垃圾的性状和垃圾渗滤液未达到上述标准时，对垃圾填埋场进行网格化，利用好氧生物反应器技术，通过向填埋区内增加空气含量使填埋层中部分处于好氧状态，垃圾中的易降解成分在好氧状态下加速降解，而分解速率慢的木质素等则与死亡微生物中的蛋白质等物质聚合为比较稳定的腐殖质，从而加快垃圾填埋场垃圾的快速稳定化。当垃圾堆体已经相对比较稳定，即可进入垃圾复用单元，进行挖掘开采。4.2评估潜在效益1.经济效益分析项目的实施，主要是环境效益和社会效益，经济效益低，主要是分选出来的金属和塑料回收、可热物焚烧发电等资源化收入。项目实施的潜在的经济效益则是释放出来的土地的经济价值，其受当地社会经济的影响因素较多。2.环境效益1）提升环境质量。彻底治理和修复垃圾堆体，解决恶臭、地下水污染、甲烷气无序排放等问题，使周围环境恢复。2）减少温室气体排放。每减少1吨甲烷的排放，相当于减少25吨CO2的排放。3）解决对地表水的污染。通过对垃圾填埋场的无害化治理，能确保填埋场附近地表水不再受影响，保护当地河海湖泊水系。4）促进填埋场的土壤修复。本项目不只是一项简单的垃圾治理工程，还是一项土壤修复工程；不只是指标，更是治本。修复后的简易填埋场将提升附近整体环境质量，促进填埋场的开发利用。3.社会效益垃圾填埋场的治理及生态修复，有助于减少对周边居民的影响，有利于释放土地，解决垃圾处理厂选址难的问题。项目的实施将大幅度提高城市整体形象，有利于改善城市整体投资环境，促进城市经济持续保持高速发展，并为提高当地垃圾处理和环境保护水平提供有力支撑。4.3项目工程设计概要工程设计内容组成如下：1.工程总图布置；2.填埋垃圾无害化处理设备选型及布置，挖掘筛分后生活垃圾处理系统等；3.垃圾无害化处理工程建筑、结构、电气、给排水及暖通专业设计。4.4所需设备、设施1．基础设施的建设，如开采、运输设备的进出道路、给水排水、电力、通信等。2．开采垃圾的堆放场、分选场等。3．开采（钻机、挖机、抓斗机、压实机）、运输（装载斗车、卡车）、分选设备（破碎、分选、烘干等）、准备设施（渗滤液收集、废气搜集处理、气体注入等），可采用购买或租用方式。4．填埋场开采工程中所需要的安全装备，包括标准安全装备，如安全帽、防护鞋、防护眼镜或面罩、防护手套和耳塞；特殊安全装备，如化学防护服，呼吸保护装备；检测设备，如燃气检测仪，硫化氢检测仪和氧分析仪。五、收集开采基本工艺5.1开采前的准备开采单元的选定是矿化垃圾质量好坏的最关键因素，对开挖单元的选择应该十分谨慎。随着废弃物卫生处置场填埋垃圾的矿化时间不同以及城市的发展和人们生活习惯的改变，垃圾成分也有所变化，因此对开挖单元的选择应该十分谨慎。为保证开挖条件，需要研究待开挖单元的地形、地质条件和填埋年限，是否满足开采机械和筛分机械的安全有效运行，开挖筛分是否经济可行和开挖是否安全等。为保证矿化垃圾的质量，还需要测定其微生物总量、离子交换容量、有机质和渗透系数等指标。为确保开采质量和效率，首先把开采单元上的树木移走，清除地面杂草，然后用铲土机把表层覆盖土剥离。此覆盖土可作为矿化垃圾反应床底部保护层用土。为减少垃圾的含水率，便于开采和提高机械筛分的效率，需要降除地下水。开挖的排水渠道，深度接近填埋单元的底部，渠道一端安装潜水泵抽除地下水。生活垃圾卫生填埋场必须设置有效的填埋气体导排设施，以防止引起火灾和爆炸，必须对气体采取主动导排，快速将其导出，防止填埋气体在库底沉积，给填埋场劳动安全带来隐患。设计采用由竖向导气石笼井及中间导气碎石盲沟形成的立体导排系统。石笼井的布置与结构与一般生活垃圾填埋场相同。石笼井顶部和输气支管连接，气体经各支管汇集到输气主管，再由主管输送至抽气机。为提高集气的可靠性，输气支管采用环形布置。5.2开采与运输用推土机把选好的开采单元上面覆土推去，然后履带式的铲挖机开采，停机面设在垃圾层上，对于填埋深度较深的填埋场可进行分层开采。若开采单元地下水位较高，底部淤泥稀软，不利于开挖机械和运输机械在其上面行走，可以利用履带行走方式的反铲挖土机开采，停机面就设在垃圾层上。推土机进行部分开挖工作，能够短距离运送垃圾，并且可推、铺、翻晒垃圾。刚开采的湿垃圾首先按渠道划分所形成的工作单元堆成垄，沥掉部分水分，使含水率降至75%～80%。接着利用推土机按一星期左右的筛分能力分开堆放，翻堆晒干，使含水率降为35%左右。现场对垃圾渗滤液、垃圾填埋气进行收集处置，对臭气等异味进行治理。用铲车或抓斗机将晾干的垃圾放入装斗车或卡车，再运送至资源化分选现场进行处置。六、优化的开采工艺垃圾填埋场开采复用及生态修复技术主要包括以下个工艺单元：（1）勘探单元；（2）场地平整和覆膜单元；（3）好氧稳定单元；（4）分区挖掘筛分单元；（5）渗滤液收集处理单元；（6）臭气处理单元。3.1勘探单元对垃圾填埋场进行打井勘探，测定垃圾堆体中腐殖质含量、水分等参数，并采集填埋体中土壤和渗滤液，分别测定土壤中有机质含量、土性等，渗滤液COD、BOD指标，还需抽取沼气，检测其中CH4浓度。通过这些指标参数的测定后确定垃圾填埋场所处的演变阶段。3.2场地平整和覆膜单元针对不规范的垃圾填埋场，许多堆放场的边坡还很陡，需平整出一定坡度的斜坡。并对垃圾场进行压实处理，使其平整。然后对每个区域进行网格划分，并对每个网格进行编号。完成网格区划布管后，采用高密度聚乙烯（HDPE）土工膜进行覆盖。覆盖HDPE膜后，应及时把膜下积聚气体抽出净化后利用。3.3好氧稳定化单元通过对整个垃圾填埋场进行分区（如填埋区作业区、好氧作业区），以实现好氧曝气和挖掘筛分的同步进行。（1）打井根据覆盖面积，横向、纵向分布间隔20m布设一个注气（抽气）井，井径为500mm，中心设置直径200mm的HDPE注气（抽气）管。由于注气（抽气）井数量多，布置分散，为了调节方便，将若干个井连接至一个注气（抽气）站内。每个井对应一个支管，每个支管上安装阀门，压力计和气体取样口，在一个注气（抽气）站内调节若干个注气（抽气）井。（2）注气和抽气注气和抽气系统由计算机程序控制，通过防爆罗茨风机和管道实现。注气井和抽气井按照一定的比例间隔布置，注气井内为正压、抽气井内为负压。通过注气干管和多级注气支管将罗茨风机提供的空气送入到各注气井中。空气经由注气井上的气孔渗入垃圾堆体。在一定的湿度、温度、空气浓度条件和微生物作用下，垃圾堆体中的有机质发生好氧反应。好氧反应后产生的废气经过抽气系统连接至填埋场的废气净化系统，经处理后达标排放。（3）在线检测中央控制器对垃圾气体控制器、垃圾温度传感器和垃圾湿度传感器的检测信号进行运算，并与对应参数的设定值进行比较，对垃圾气体控制器发出控制信号，控制注气泵或抽气泵的启动与停止，从而控制垃圾场内垃圾深层的空气含量。3.4分区挖掘筛分单元垃圾经稳定化后，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。经过挖掘筛分后，垃圾中金属、玻璃等不能降解的物质可以回收，实现资源的再利用；纸塑、橡胶进行热解处理；有机质含量高的可以作为腐殖土；剩余的渣土可用来做垃圾填埋场回填修复用土，以节省的修复费用。1）挖掘先用挖掘机将垃圾堆放场中的稳定化的垃圾挖出来，再由自卸卡车导送至资源化利用区域。如果挖掘区域地下水位较高，底部淤泥稀软，不利于开挖机械和运输机械在其上面行走，可以利用履带行走方式的挖掘机开采，停机面就设在垃圾层上。2）筛分由铲车将稳定化的垃圾放入破碎机破碎，使垃圾成散状，通过皮带将散状垃圾进行磁分选，把垃圾里的金属部分分选出来。磁选后，垃圾通过传输皮带机进入滚筒筛，分选出筛上物和筛下物。滚筒筛筛下物进入圆盘筛，滚筒筛筛下物进入风选机。3.5渗滤液收集处理系统垃圾填埋区渗滤液通过集中收集后，送至附近污水处理厂进行处理。在垃圾填埋场多个垃圾地板较低的位置分别设置集水井（直径约2米），井底高度为垃圾地板最低处以下1米处。井的内层采用钢丝网，钢丝网外层为一层带孔的砖砌结构，砖结构的外层填一层鹅卵石。积水井之间通过管道联通，收集起来的污水通过污水泵和管道送至污水处理厂。如果填埋场地下水位低于垃圾底板，且生活垃圾填埋时间较长，已经基本矿化，则不存在渗滤液问题。3.6.臭气控制单元根据臭气的源头不同，采用不同的臭气处理和控制方式。（1）由抽气系统集中收集的好氧