陈腐垃圾资源化及场地开挖工艺技术研究

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、填埋场开采市场数据显示，我国历年堆积的垃圾已超过60亿吨，垃圾肆意堆放和填埋占用土地300多万亩，全国653个设市城市有三分之二被垃圾包围，全国城镇（城市、县城，不含建制镇）近2000座卫生填埋场约有近50%填埋场满负荷运转，这其中又有约一半超100%负荷运转，存量垃圾填埋场的治理需求被逐步识别。《“十三五”全国城镇生活垃圾无害化处理设施建设规划》明确指出，“十三五”期间预计实施存量治理项目803个，全国城镇生活垃圾无害化处理设施建设存量整治工程投资241.4亿元，“十三五”期间拟封场处理能力16.31万吨/日。据有关数据预测，整体市场空间将超千亿。对于存量垃圾填埋场的治理，业内通常的做法有两种，封场他用或陈腐垃圾处理后进行填埋场再次利用。对陈腐垃圾进行挖掘后，填埋场继续做垃圾填埋使用或封场他用。而对于陈腐垃圾的处理，目前行业里的普遍做法是筛分后进行资源化处置，例如与新鲜垃圾一起进行焚烧，或堆肥覆土等。二、填埋场开采条件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。三、开采基本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）渗滤液收集处理单元；（5）分区挖掘筛分单元；（6）臭气处理单元；（7）场地修整。3.1勘探单元在垃圾填埋场开挖修复之前，应进行初步勘查、风险评价，必要是进行详细勘察。初步勘查应查明垃圾成分、分布范围、体量和场区水文地质条件，提供合理准确的勘查报告、风险评价报告，且因符合国家现行有关标准、规范的规定。3.1.1现场调查确认填埋场垃圾来源、形成时间、处置方式、占地面积、垃圾种类和场地目前使用情况。利用现有资料核查填埋区内地上植被、管网线缆、排水沟等构筑物以及地下管线、地下构筑物分布，制作现场平面图。利用现有资料调查垃圾填埋场周边地质、水文地质、环境地质条件。测量填埋场地位位置及边界经纬坐标，初步计算垃圾填埋场面积和范围。3.1.2打井勘探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。依据垃圾填埋场面积确定内部钻孔数量，参考见下表：垃圾填埋场面积（万m3）＜0.50.5~55~10＞10钻孔数量（个）12~33~5≥5钻孔间距（m）10~1520~2540~50≥100钻孔分布：可依据现场实际条件进行增补等调整；钻孔深度：填埋垃圾层下部天然土层0.5m以上；钻孔方式：套管取芯钻进，且不得向孔内添加试剂或药剂，严禁明火作业；取芯记录：按取芯实际描述记录，采用有代表性样本进行物理成分分析，统一钻孔地表至底层垃圾土统一装袋标示且质量应大于5kg，便于成分分析。渗滤液取样：钻遇渗滤液时立即取样，并进行水位测量。沼气取样：钻至生活垃圾填埋层时现场测试沼气含量。提取套管过程中，应防止塌孔，并确保垃圾土中沼气不被套管遮蔽。对于垃圾填埋场原有渗滤液及沼气管路系统均应检查，并按《生活垃圾填埋场环境监测技术要求》进行检测。场外钻孔：为满足查明填埋场区域底层条件和地下水埋藏深度，在填埋场外进行钻孔勘查，可参考《水文地质勘查规范》相关规定进行。3.1.3检测与试验检测与试验包括垃圾危害性、土层物理性质、地下水污染状况试验，现场沼气含量检测，检测项目如下表（参见国标水质检测项目）。检测分类检测对象检测与试验项目垃圾危害性垃圾成分物理成分、有机质、含水率垃圾渗滤液色度、SS、BOD、COD等15项垃圾气体CH4、CO2、O2地下水污染状况地下水氨氮、硝酸盐氮、压力硝酸盐氮、氟化物、氰化物、SS、BOD、COD等23项土层物理性质土层含水率、密度、比重、孔隙比3.1.4提供合理准确的勘查报告、风险评价报告依据初步勘查或详细勘查完成勘查报告，绘制填埋场三维空间、利用层次分析法对垃圾危害银子和地下水污染风险因子进行分层研究，并形成风险评价报告。平面图绘制：应包含整个勘查区，标明相关信息，绘制地形、垃圾分布、的地质特征剖面图及渗滤液水位标高等相关信息。3.2场地平整和覆膜单元因铲除填埋场杂草、杂物，针对不规范的垃圾填埋场，许多堆放场的边坡还很陡，还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。3.3好氧稳定化单元好氧稳定化是采用输氧抽气技术，将空气加压后，用管道注入垃圾深处，同时将垃圾中的二氧化碳等气体抽出，并对反应物温度、湿度、垃圾气体进行检测，激活垃圾中的微生物，加速有机物降解，消减有毒有害物质，使垃圾短期内达到稳定，实现垃圾95%有机物降解。好氧稳定系统包括空气注气、抽气系统、添加系统、控制系统、尾气排放系统。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。3.3.1工程勘测可以在勘查单元部分委托专业勘探队伍完成，形成勘察报告。3.3.2系统设计系统组成主要包括注气风机、抽气风机、汽水分离器、排气过滤器、空气管道、抽气井、配套阀门仪表等。参数设计选型：依据生物降解有机组分特征、产气率等计算输氧抽气理论数据，并可进行小试试验获取实际结果以确定相关参数。3.3.2注气/抽气施工设计注气/抽气井根据覆盖面积，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，井深一般为地面至天然土层。。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。一般在抽气井水平支管路末端设置排水井，用于收集和排放抽气管路中的液体，管体宜采用HDPE管。管路铺设、安装、测试均应按照生活垃圾填埋场技术规范要求进行。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，注气井内为正压、抽气井内为负压。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。抽取的填埋气，针对甲烷采取燃烧后排放，若浓度太小可采取高空排放，其他恶臭气体采集生物滤池等技术处理。3.3.3在线检测在线检测包括气体、温度、地下水质检测井、集气管、配套信号处理组件，且应满足《生活垃圾填埋场环境监测技术要求》相关标准。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渗滤液收集处理系统（备选）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。渗滤液系统主要包括蓄水池、渗滤液井、泵、管路、仪表阀门等。管路铺设、安装、测试均应按照生活垃圾填埋场技术规范要求进行。管路管径不小于50mm且采用HDPE，井管不小于110mm，井距根据渗滤液抽取试验确定影响半径，井管采用钢管。为保证液体回灌效果，渗滤液/回灌管路应设置在注气、抽气井水平支管路之间，可采用地表喷洒或地下埋设注水方式进行。所有管路铺设完成后必须进行压力测试。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。3.5分区挖掘单元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。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。夜间施工现场安置照明设施，车辆进出设置卡口，现场专人指挥作业。垃圾开挖依据建筑土方开挖施工规范进行，并应遵循以下技术措施：开挖前确保用依据实际情况做好支护，整平了场地，确定了开挖坡度和放置好了网格线，设置了排水降水措施，然后铲土机把表层覆盖土剥离清运走，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。总之，开挖作业应依据其稳定性，采取相应的加固措施，并遵守“开槽支撑、先撑后挖、分层开挖、分段开挖”的原则挖至垃圾底面层。挖方时配合支护施工，每次开挖至相应护坡施工标高，施工时首先开挖周边土方，然后向中间开挖。作业坑按1:1放坡，三面开挖，一面预留30度坡供挖掘机行走，挖掘至一定深度时修建工作平台供挖掘机回转行走使用。对中间区域土体可分多步开挖至槽底，每步挖深不宜超过4m，防止坍塌。基坑底部运输车辆道路等按设计要求布置。开挖应做好应急预案，开挖应有序进行，不得乱挖或野蛮开挖，严禁违规违章作业。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。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废气体经除尘、生物除臭和光解除臭后达标排放。（2）挖掘筛分区域的除臭采用植物液高位高压、远程喷雾的方式对空间臭味进行去除。在地面6米高处每隔2米安装1个雾化喷头，安装四排，除臭主机为全自动高压超微雾化设备。确保挖掘筛分区域臭气不向外扩散。通过臭气控制单元，确保垃圾填埋场在治理和生态修复过程中，不对填埋场附近区域排放臭气污染。3.7场地修整挖出的垃圾异地筛分并资源化，填埋场分阶段实施封场绿化等综合整治工程，确保将开挖工程对周围是生态环境的影响降到最低。四、施工布置调研阶段：完成现场调查、踏勘、取样、检测及数据整理，工程地质资料准备，完成施工现场总平面图设计，施工组织设计等工作。施工准备阶段：完成临时水、电、路、及场地建设，完成施工测量放线、地下障碍物勘测、钻探、管路铺设、好氧稳定处理、渗滤液收集等开工前各项准备工作。开挖阶段：1、制