生活垃圾堆放場(chǎng)及填埋場(chǎng)礦化垃圾綜合利用研究進(jìn)展
為綜合治理我國(guó)量大面廣的垃圾堆放場(chǎng)以及盡量克服衛(wèi)生填埋場(chǎng)的不足，可實(shí)施堆放場(chǎng)及填埋場(chǎng)的場(chǎng)地復(fù)用技術(shù)，這不僅可以徹底改變“垃圾圍城”的狀況，而且可以延長(zhǎng)衛(wèi)生填埋場(chǎng)的使用壽命，最大限度實(shí)現(xiàn)填埋場(chǎng)的“減量化、資源化、無(wú)害化”的目標(biāo)。所謂填埋場(chǎng)的場(chǎng)地復(fù)用技術(shù)是指開(kāi)采、分選填埋場(chǎng)礦化垃圾以利用其中的有用物質(zhì)，利用填埋場(chǎng)的再生填埋能力或改變填埋場(chǎng)場(chǎng)地最終用途的一種技術(shù)。解決開(kāi)采后礦化垃圾的出路問(wèn)題，即研究和開(kāi)發(fā)礦化垃圾的綜合利用途徑，對(duì)于能否順利實(shí)施堆放場(chǎng)或填埋場(chǎng)場(chǎng)地復(fù)用至關(guān)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(chǎng)覆蓋材料4個(gè)方面綜述了礦化垃圾綜合利用的研究進(jìn)展，以期為我國(guó)的城市生活垃圾治理和環(huán)境保護(hù)提供幫助。
1礦化垃圾概念
李華等認(rèn)為垃圾填埋場(chǎng)封場(chǎng)數(shù)年之后，垃圾當(dāng)中易降解物質(zhì)完全或接近完全降解，垃圾填埋場(chǎng)表面沉降量非常小，垃圾自然產(chǎn)生滲濾液和氣體產(chǎn)生量很少或不產(chǎn)生，垃圾填埋場(chǎng)達(dá)到穩(wěn)定化狀態(tài)即無(wú)害化，此時(shí)的垃圾稱為礦化垃圾，引。根據(jù)同濟(jì)大學(xué)對(duì)上海市老港填埋場(chǎng)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(chǎng)表面沉降量0.009m／a，滲濾液的濃度約為5mg／L，即可認(rèn)為填埋場(chǎng)達(dá)到穩(wěn)定化。王里奧等以垃圾堆放場(chǎng)堆存垃圾的有機(jī)質(zhì)含量、浸出液COD、垃圾組分和垃圾產(chǎn)氣量為垃圾場(chǎng)穩(wěn)定化程度的判別指標(biāo)，確定三峽庫(kù)區(qū)垃圾堆放場(chǎng)的穩(wěn)定化周期約10a。袁光鈺等對(duì)北京市海淀區(qū)4個(gè)年代不同的典型垃圾堆放場(chǎng)進(jìn)行分析，確定北京的簡(jiǎn)單堆放場(chǎng)穩(wěn)定周期大體上為10a左右。需要指出的是對(duì)于不同的垃圾填埋場(chǎng)或堆放場(chǎng)，垃圾組成、垃圾水分含量、垃圾預(yù)處理與填埋操作方式、填理場(chǎng)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(wěn)定化周期不同[61。此外，對(duì)于垃圾堆放場(chǎng)及填埋場(chǎng)的礦化垃圾，不同的利用目的，所要達(dá)到的穩(wěn)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(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。礦化垃圾的定義應(yīng)根據(jù)礦化垃圾不同的利用目的以及垃圾堆放場(chǎng)或填埋場(chǎng)具體的穩(wěn)定化進(jìn)程加以確定。
2土地利用研究進(jìn)展
礦化垃圾經(jīng)過(guò)多年的厭氧發(fā)酵，除玻璃、金屬、橡膠、塑料等一些無(wú)機(jī)物質(zhì)或有機(jī)難降解物質(zhì)外，大部分有機(jī)質(zhì)得到了較充分的降解，使垃圾變?yōu)橐环N類似腐殖質(zhì)的顆粒狀土壤物質(zhì)，且含一定的氮、磷、鉀等營(yíng)養(yǎng)元素，經(jīng)篩分處理后便可得到肥料。所得到的肥料是一種有機(jī)肥料和土壤改良劑，可以進(jìn)行土地利用。礦化垃圾的土地利用包括農(nóng)田施用、林地施用、園林綠化建設(shè)應(yīng)用、受損土壤的改良和修復(fù)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(jī)質(zhì)含量、營(yíng)養(yǎng)元素含量以及重金屬元素含量等。城鎮(zhèn)垃圾農(nóng)用控制標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定城鎮(zhèn)垃圾農(nóng)用的粒徑小于12mm，而我國(guó)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(chǎng)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(wú)異味，顆粒均勻，無(wú)細(xì)小塑料、碎玻璃、碎石頭；8a的礦化垃圾無(wú)異味，顆粒不均勻，無(wú)細(xì)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(wú)細(xì)小塑料、碎玻璃、碎石頭。趙樹(shù)青等研究表明：深圳鹽田垃圾場(chǎng)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(yíng)養(yǎng)渣土。三峽庫(kù)區(qū)巫山、奉節(jié)、云陽(yáng)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(jī)質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量影響土地利用效果。郭亞麗等研究了上海老港填埋場(chǎng)6和10a的礦化垃圾小于15mm細(xì)料的基本特性。上海老港填埋場(chǎng)6a礦化垃圾細(xì)料的有機(jī)質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量滿足GB8172—87城鎮(zhèn)垃圾農(nóng)用控制標(biāo)準(zhǔn)的要求；而10a礦化垃圾細(xì)料雖然不滿足GB8172—87規(guī)定的要求，卻高于我國(guó)垃圾的平均值。徐勤等在上海老港填埋場(chǎng)發(fā)現(xiàn)：6a、8和10a礦化垃圾的有機(jī)質(zhì)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(gè)年份的礦化垃圾全磷均大于0.5％。廖利等進(jìn)行了深圳鹽田垃圾場(chǎng)礦化垃圾基本特性的測(cè)試研究，結(jié)果表明：深圳鹽田垃圾場(chǎng)礦化垃圾當(dāng)中的有機(jī)質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)雖然比較豐富，卻未全部達(dá)到城鎮(zhèn)垃圾農(nóng)用控制標(biāo)準(zhǔn)。黃本生等測(cè)試分析了三峽庫(kù)區(qū)萬(wàn)州、奉節(jié)、巫山、云陽(yáng)和豐都 5個(gè)區(qū)縣堆存齡大于5的礦化垃圾的有機(jī)質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)元素含量。三峽庫(kù)區(qū)5個(gè)區(qū)縣采集的17個(gè)礦化垃圾樣品當(dāng)中1個(gè)樣品的總磷、13個(gè)樣品的總氮、10個(gè)樣品的有機(jī)質(zhì)能滿足城鎮(zhèn)垃圾農(nóng)用控制標(biāo)準(zhǔn)，全部樣品的全鉀滿足農(nóng)用標(biāo)準(zhǔn)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(guān)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(fā)現(xiàn)深圳鹽田垃圾場(chǎng)礦化垃圾的鉛鋅含量偏高，特別是鉛含量超過(guò)城鎮(zhèn)垃圾農(nóng)用控制標(biāo)準(zhǔn)2—3倍。三峽庫(kù)區(qū)的萬(wàn)州、奉節(jié)、巫山、云陽(yáng)和豐都等區(qū)縣礦化垃圾的重金屬含量平均值滿足農(nóng)用的安全性要求，僅個(gè)別樣品的個(gè)別指標(biāo)超標(biāo)(1個(gè)樣品的鉛含量超標(biāo)，另外1個(gè)樣品的鎘含量超標(biāo))。徐勤等開(kāi)采上海老港填埋場(chǎng)還發(fā)現(xiàn)：開(kāi)采10a礦化垃圾的鎘和汞超標(biāo)，8a礦化垃圾的鎘、鉛和汞超標(biāo)，6a鉛和汞超標(biāo)。
3處理廢水和廢氣研究進(jìn)展
礦化垃圾經(jīng)過(guò)垃圾滲濾液的洗瀝，垃圾之間的物理、化學(xué)作用及微生物生長(zhǎng)、繁殖和固著作用，使得礦化垃圾顆粒形成良好的穩(wěn)定的多孔結(jié)構(gòu)，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(tài)磷的解吸率低的特點(diǎn)。所以，礦化垃圾可作為生物反應(yīng)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(jìn)展
應(yīng)用礦化垃圾生物反應(yīng)床處理廢水的研究剛剛起步，目前僅限于城市污水、填埋場(chǎng)滲濾液、畜禽廢水以及離子交換樹(shù)脂再生廢水的處理。礦化垃圾生物反應(yīng)床是以礦化垃圾為填料的一種生物反應(yīng)床。
3.1.1處理城市污水
郭亞麗以穩(wěn)定化垃圾篩分細(xì)料為基質(zhì)構(gòu)建城市污水生物處理反應(yīng)床，設(shè)計(jì)了反應(yīng)床的結(jié)構(gòu)和形式，確定了處理工藝和流程，研究了反應(yīng)床的運(yùn)行方式、參數(shù)、處理系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行性能、特征、穩(wěn)態(tài)運(yùn)行過(guò)程主要影響因子及作用，以及反應(yīng)床凈化城市污水的機(jī)理等，結(jié)果表明：穩(wěn)定化垃圾反應(yīng)床處理系統(tǒng)處理城市污水具有較高的處理負(fù)荷和良好的凈化效果，以及優(yōu)良的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行性能，且只要管理恰當(dāng)，系統(tǒng)能夠長(zhǎng)期維持良性運(yùn)轉(zhuǎn)；影響處理系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行過(guò)程的重要影響因子為溫度和污水水質(zhì)。
3.1.2處理垃圾滲濾液
采用礦化垃圾生物反應(yīng)床處理生活垃圾填埋場(chǎng)滲濾液，無(wú)需要專門培養(yǎng)菌種，且工藝設(shè)備簡(jiǎn)單，投資省，運(yùn)行管理方便，處理成本低等。
李華進(jìn)行了礦化垃圾生物反應(yīng)床處理垃圾填埋場(chǎng)滲濾液的小試試驗(yàn)，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(yīng)器內(nèi)，采用間歇進(jìn)水方式對(duì)3種不同性質(zhì)的填埋場(chǎng)垃圾滲濾液進(jìn)行處理，并分別對(duì)原始垃圾填料和反應(yīng)床離表層25cm處的垃圾填料中的細(xì)菌個(gè)數(shù)進(jìn)行了測(cè)定，結(jié)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(guān)，滲濾液的可生化性越好，進(jìn)水提供給礦化垃圾填料中微生物的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)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(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)的兩個(gè)串聯(lián)礦化垃圾生物反應(yīng)床對(duì)填埋場(chǎng)垃圾滲濾液的處理進(jìn)行了中試試驗(yàn)，結(jié)果表明：盡管滲濾液CODcr和氨氮濃度較高，經(jīng)過(guò)兩級(jí)串聯(lián)礦化垃圾生物反應(yīng)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(shí)每隔一段時(shí)間對(duì)礦化垃圾生物反應(yīng)床進(jìn)行適當(dāng)修復(fù)即表面翻松和停運(yùn)，可大大提高CODcr和氨氮的去除效果。褚衍洋等通過(guò)論證，選擇了礦化垃圾床+SBR工藝進(jìn)行滲濾液處理的研究，當(dāng)兩類滲濾液水質(zhì)COD分別為22.648g／L和13.236g／L，NH3-N分別為850mg／L和 642mg／L時(shí)，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(yàn)結(jié)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(dá)到滲濾液的二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。
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(nèi)徑分別為120cm和38.5cm的圓柱狀反應(yīng)器內(nèi)，采用間歇進(jìn)水方式對(duì)一豬場(chǎng)廢水進(jìn)行了處理，結(jié)果表明：礦化垃圾生物反應(yīng)床對(duì)豬場(chǎng)畜禽廢水的處理效果十分有效，反應(yīng)床出水中CODcr、BOD5、氨氮、總磷及大腸桿菌數(shù)的平均濃度均達(dá)到2003年1月開(kāi)始執(zhí)行的《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》。
3.1.4Fenton試劑+礦化垃圾生物反應(yīng)床聯(lián)合
處理離子交換樹(shù)脂再生廢水金龍將礦化垃圾生物反應(yīng)床與Fenton試劑相聯(lián)合應(yīng)用于電廠離子交換樹(shù)脂再生廢水的處理，結(jié)果表明：最終出水水質(zhì)與預(yù)處理中Fenton試劑劑量和礦化垃圾填料粒徑密切相關(guān)，預(yù)處理中Fenton試劑劑量增大，廢水預(yù)處理程度提高，礦化垃圾反應(yīng)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(qiáng)、微生物數(shù)目增多，礦化垃圾反應(yīng)床 CODcr去除率增大；當(dāng)預(yù)處理中Fenton試劑劑量為24mg／L、礦化垃圾填料粒徑<1mm時(shí)，反應(yīng)床出水CODcr平均值為 83.3mg／L，達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。
3.1.5處理焦化廢水
王敏研究了礦化垃圾生物反應(yīng)床處理焦化廢水的可行性，研究表明：當(dāng)廢水濃度COD為900~1450mg／L時(shí)，經(jīng)過(guò)單級(jí)礦化垃圾生物反應(yīng)床，COD、NH3-N和揮發(fā)酚的去除率分別為82％、95％和98％，幾種典型雜環(huán)化合物的去除率達(dá)64％；同樣條件下經(jīng)過(guò)兩級(jí)回流(系統(tǒng)出水以1：1的出水回流比回流至第一級(jí)反應(yīng)床前后再進(jìn)入兩級(jí)反應(yīng)床處理)礦化垃圾反應(yīng)床處理，相應(yīng)的COD、NH3-N、揮發(fā)酚和幾種典型雜環(huán)化合物的去除率分別上升到92％、96％、99％、74％以上，整個(gè)過(guò)程中無(wú)需曝氣，沒(méi)有污泥排出。
3.2處理廢氣研究進(jìn)展
應(yīng)用礦化垃圾可以凈化廢氣。張華全面系統(tǒng)地研究了礦化垃圾作填料的生物反應(yīng)床(生物濾池)去除氮氧化物的工藝與機(jī)理，研究表明：好氧條件下，停留時(shí)間為 12min時(shí)總NO去除率可達(dá)94％，NO2的去除率高達(dá)99％以上，NO去除率可達(dá)80％，每立方米填料中的微生物對(duì)NO去除量最大可達(dá) 1767.39mmol，對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)條件為氣體流量0.19m3／h，停留時(shí)間1.67min，去除率為99.1％；厭氧試驗(yàn)中，添加菌種可縮短生物床啟動(dòng)時(shí)間，當(dāng)停留時(shí)間為3.8min時(shí)，NO的去除率達(dá)89.5％，當(dāng)停留時(shí)間延長(zhǎng)至7.5min時(shí)，NO的去除率高達(dá)95.7％；未加菌種的礦化垃圾反應(yīng)柱啟動(dòng)時(shí)比摻有菌種的反應(yīng)柱慢，但長(zhǎng)期馴化后，NO去除能力并不比摻有菌種的反應(yīng)柱低。William P.Flanagan等進(jìn)行了堆肥、珍珠巖、生物泡沫塑料去除來(lái)源于濕式萃取焚燒氣體的氮氧化物的性能對(duì)比性研究，結(jié)果表明：3種材料停留時(shí)間為 70~80S時(shí)去除氮氧化物的性能達(dá)到85％以上，但是當(dāng)較短的停留時(shí)間(13~44s)時(shí)堆肥的去除氮氧化物的性能更好。
4作為填埋場(chǎng)覆蓋土的研究進(jìn)展
垃圾運(yùn)到填埋場(chǎng)，按作業(yè)規(guī)范填埋后，應(yīng)及時(shí)覆蓋一層土壤或相當(dāng)物料于垃圾表面，以防垃圾飛揚(yáng)、蚊蠅滋生，清除垃圾對(duì)環(huán)境的惡臭污染以及最大限度地防止雨水的下滲引。衛(wèi)生填埋場(chǎng)的覆蓋根據(jù)功能的不同，可以分為日覆蓋、中間覆蓋和終場(chǎng)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(yuǎn)和運(yùn)輸費(fèi)用較高，尋找合適的替代覆蓋材料十分重要。王羅春等對(duì)老港填埋場(chǎng)內(nèi)5a左右陳垃圾和黏土的透水率和阻水性能進(jìn)行測(cè)定和比較，結(jié)論為黏土是性能良好的填埋場(chǎng)覆蓋物，5a左右的陳垃圾分選的細(xì)粒物滲透系數(shù)約為3×10-4cm／s不能取代黏土作為填理場(chǎng)的覆蓋材料引。李啟彬等根據(jù)達(dá)西定律計(jì)算得出我國(guó)生物反應(yīng)器型填埋場(chǎng)要求臨時(shí)覆蓋材料的滲透系數(shù)必須大于1.16×10-4cm／s，認(rèn)為礦化垃圾完全滿足生物反應(yīng)器填埋場(chǎng)對(duì)臨時(shí)覆蓋材料的滲透性能要求和均衡回灌滲濾液流動(dòng)的要求，還可節(jié)約填埋場(chǎng)的有效庫(kù)容。沈英娃等以青島市湖島垃圾填埋場(chǎng)作為試驗(yàn)點(diǎn)，對(duì)城市垃圾填埋場(chǎng)生態(tài)恢復(fù)工程的表面覆蓋處理技術(shù)中的材料選擇進(jìn)行了研究，對(duì)以降低投入為優(yōu)選因子或以獲得植物產(chǎn)出效益為主要目的設(shè)計(jì)方案，推薦已分解的垃圾土作為覆蓋材料之一。徐勤等通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外垃圾填埋場(chǎng)終場(chǎng)覆蓋技術(shù)的現(xiàn)狀與標(biāo)準(zhǔn)的分析比較，提出礦化垃圾篩分后的細(xì)料可以作為終場(chǎng)覆蓋層當(dāng)中的營(yíng)養(yǎng)層。
Elshorbagy，W.A 研究了采用干旱地區(qū)天然土壤和城市生活垃圾堆肥的混合物作為填埋場(chǎng)覆蓋系統(tǒng)的防滲層，結(jié)果表明：60％堆肥和40％天然土壤的混合物的滲透系數(shù)為 4×10-9~6×10-9m／s，是一種覆蓋材料的替代物。吳軍等認(rèn)為封場(chǎng)1a以上填埋單元的礦化垃圾可以作為老港垃圾填埋場(chǎng)的日覆蓋材料。
5結(jié)束語(yǔ)
5.1礦化垃圾只是廣義上的定性概念，不存在統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)礦化垃圾不同的利用目的以及垃圾堆放場(chǎng)或填埋場(chǎng)具體的穩(wěn)定化進(jìn)程可加以確定。
5.2 礦化垃圾含一定的有機(jī)質(zhì)和氮磷鉀等元素，經(jīng)過(guò)篩分后便得到堆肥，可以作為有機(jī)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(jiàn)，重金屬超標(biāo)的礦化垃圾不宜進(jìn)入食物鏈，但是可用于林地施用、園林綠化建設(shè)應(yīng)用、受損土壤的改良和修復(fù)等；關(guān)于礦化垃圾土地利用的研究，國(guó)內(nèi)目前集中于理化性質(zhì)的分析，應(yīng)進(jìn)一步開(kāi)展礦化垃圾的種植試驗(yàn)，研究礦化垃圾的肥效，為礦化垃圾的大規(guī)模土地利用提供基礎(chǔ)，此外亦應(yīng)研究礦化垃圾重金屬的形態(tài)分布、遷移規(guī)律以及固定化技術(shù)，以解決安全性問(wèn)題。
5.3礦化垃圾生物反應(yīng)床處理城市污水、填埋場(chǎng)滲濾液、畜禽廢水、離子交換樹(shù)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(yīng)用前景；為了更好地應(yīng)用礦化垃圾處理廢水和廢氣等，提高反應(yīng)床的脫氮能力以達(dá)到較高的總氮去除率，是拓展礦化垃圾生物反應(yīng)床應(yīng)用領(lǐng)域的關(guān)鍵所在。
5.4礦化垃圾可以作為衛(wèi)生填埋場(chǎng)的日覆蓋材料和終場(chǎng)覆蓋系統(tǒng)的營(yíng)養(yǎng)層，以及生物反應(yīng)器填埋場(chǎng)的臨時(shí)覆蓋材料。
總之，目前礦化垃圾應(yīng)用于土地利用、處理廢水、處理廢氣以及作為填埋場(chǎng)覆蓋材料等方面取得一定的進(jìn)展。隨著礦化垃圾綜合利用的深入研究，必定會(huì)為垃圾堆放場(chǎng)及填埋場(chǎng)的場(chǎng)地復(fù)用提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，從而為我國(guó)的城市生活垃圾治理和環(huán)境保護(hù)提供幫助。
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