浅析我国卫生填埋场发展历程及填埋气的收集利用

来源：《CE碳科技》

在原生垃圾“零填埋”政策倒逼下，生活垃圾填埋方式正逐步走向尾声，大量老旧填埋场的修复治理工作提上日程。

如何对存量老旧填埋场进行生态化治理?又是如何针对不同区域污染程度、稳定化程度、以及场地利用要求，采用合适修复工艺方案?EOD模式下，国外垃圾填埋场开挖和投资又是如何?

本文在回顾我国垃圾填埋场发展历程的基础上，对卫生填埋处理工艺进行对比，并对目前老旧填埋场水污染、填埋气收集处置利用方式进行分析，以供业内人士参考和借鉴。

根据住建部最新发布的《2021年城乡建设统计年鉴》，2021年生活垃圾填埋场542座，日处理能力261555吨，生活垃圾焚烧厂583座，日处理能力719533吨。对比2012年统计数据，十年间全国垃圾焚烧处理量占比增长3倍，超过了65%;而填埋处理量占比由77%下降至不足30%。

显然，在原生垃圾“零填埋”政策倒逼下，生活垃圾填埋方式正逐步走向尾声，大量老旧填埋场的修复治理工作提上日程。若按平均每一个县、市辖区只有一座非正规垃圾填埋场计算，全国3519个县市就有3000多座非正规垃圾填埋场数量需要整治。

虽然经过十二五、十三五努力，部分省市，尤其是经济发达地区已经陆续开展存量填埋设施整治，市场也释放了一些项目，根据E20研究院统计的数据，2021年成交生活垃圾填埋场相关项目450个，其中填埋场新建项目只有36个，其余400余座均为存量垃圾填埋场治理项目。

那么如何对老旧填埋场进行生态化治理，使其换新颜重获新生呢?又是如何针对不同区域污染程度、稳定化程度、以及场地利用要求，选择合适修复工艺方案?EOD模式下，垃圾填埋场土地开发利用又是如何?

本文在回顾我国垃圾填埋场发展历程的基础上，对好氧生化、厌氧生化、准好氧卫生填埋三种处理工艺进行介绍，并对目前老旧填埋场地下水污染、填埋气收集处理利用方式进行浅析，与业内人士交流。

01生活垃圾填埋场的发展历程

我国生活垃圾填埋场起步于20世纪80年代，只不过受当时环保理念及技术所限，填埋方式相对简易粗放，迄今已有40多年发展史，按照防渗程度将其划分三个阶段：

第一阶段：自然防渗阶段(简易堆放阶段）

19世纪80年代，生活垃圾产生量少，其成分主要以煤灰、厨余垃圾为主，在城市周边的坑洼地带消纳处置。城市建设的垃圾填埋场普遍未做防渗处理，依靠天然材料阻隔渗滤液，均为简易填埋场或垃圾堆放场。

第二阶段：垂直防渗阶段

1991年，我国建设第一个垃圾卫生填埋场——杭州天子岭填埋场建成。该填埋场采用了帷幕灌浆工艺对填埋场进行了防渗处理，即在地下水汇集的出口处建设防渗帷幕。垂直防渗对场址地质条件要求较高，防渗能力有限，渗滤液产生量大。

第三阶段：以土工材料为主要载体的防渗阶段

1997年，我国首批采用HDPE膜防渗的生活垃圾卫生填埋场——深圳市下坪固体废弃物填埋场一期工程建成并投入使用。垂直防渗技术已由于技术本身的不完善而逐渐停止使用。

02卫生填埋技术的发展与对比

伴随着生活垃圾填埋场的逐步发展，卫生填埋处理工艺也在不断革新，各种技术工艺流派纷纷“登场”，如好氧卫生填埋、厌氧卫生填埋以及准好氧卫生填埋，每一种工艺都有自身适用范围和优缺点。

需要指出，卫生填埋场工艺采取的方式不同，对垃圾降解和稳定化过程也是不一样的。（1）好氧卫生填埋该技术是将新鲜空气加压后，用井管注入垃圾深处，并把垃圾中的二氧化碳、甲烷等气体抽出，同时将垃圾填埋场产生的渗滤液回灌到垃圾堆体中，激活垃圾中的好氧微生物，营造出有氧反应环境。在有氧的条件下，由于微生物活动的增强，渗滤液中有机物的降解速率可明显提高，从而大大加快垃圾的降解及稳定化进程。但是由于好氧填埋需要采用强制通风方式，每日要消耗大量的能量用于输送空气而很不经济，适用性也大打折扣，在实际中应用案例较少。

好氧卫生填埋示意图

（2）厌氧卫生填埋

我国一般采用的卫生填埋主流技术为厌氧卫生填埋工艺，该工艺在卫生填埋场设置防渗层、渗滤液导排系统以及填埋气体导排系统，在填埋施工过程中实施日覆土、中间覆土和最终覆土，卫生标准高，可以解决卫生填埋场可能造成的对环境的二次污染。

相比较而言，好氧卫生填埋采用强制通风方式，虽然扩大好氧区域，垃圾分解速度快，渗滤液水质改善效果明显，但其构造复杂，动力消耗大，运行成本高而限制其应用范围。

厌氧卫生填埋示意图

（3）准好氧卫生填埋

准好氧卫生填埋扩大了排水和导气空间，兼作通风通道，扩大填埋层的好氧区域，加速有机物的分解。有利于渗滤液水质的改善和填埋场早期稳定化。

准好氧工艺，对运营单位要求比较高，投资介于好氧卫生填埋和厌氧卫生填埋之间。产生的甲烷气体少，不利于甲烷气体的燃烧利用。

目前准好氧填埋场在国外有一定的案例，国内无此类工程案例。

03地下水污染产生原因及控制手段

我国权威环保单位通过长期调研发现，我国部分填埋场出现渗漏，造成地下水污染，从而导致使用年限整体缩短。抛开简易填埋场及以垂直防渗为主的早期填埋场外，铺设水平防渗填埋场出现地下水污染的主要原因如下：

一是由于施工质量差，防渗材料质量不过关。部分填埋场采购再生劣质HDPE膜，这些防渗材料易破损易老化，加之铺设安装过程不规范，缺乏工程质量控制和保障措施，HDPE膜破损问题严重，平均漏洞密度高达28个/万平方米，造成投运后渗滤液大量泄漏。

二是由于部分填埋场管理意识不强，粗放型管理导致填埋场渗滤液控制不到位，渗滤液积存量大。运营过程中发现问题后，未得到及时解决，从而带病投运，造成填埋场积重难返，形成地下水污染。

三是选址缺陷，无天然基础防渗层或者地下水水位高。如西南省份部分填埋场选址易存在溶洞、泉眼或裂隙等快速泄漏通道;东部省份部分填埋场库底高程易低于地下水位;滨海临河地区部分填埋场地基基础易为软土，地基承载力不高。

这些填埋场一旦人工防渗屏障失效后，渗滤液渗漏后将直接进入周边土壤和水体，造成环境污染。

填埋场地下水污染控制通常采用的手段是，环填埋库区设置一道封闭的垂直防渗墙，底部嵌入天然相对不透水层，以此控制库区内地下水的自然排泄和流入，从而使库区形成一个完整的相对独立的水文地质单元。这样，既可以防止渗滤液外渗漏，同时也可以有效地阻隔外界地下水入渗，从而控制填埋场污染扩散，改善场区周边水土环境。

目前应用于垃圾场垂直防渗的工艺多达数十种，可归纳为以高压喷射注浆为代表的传统刚性防渗工艺和以HDPE土工膜防渗墙为代表的新型柔性工艺。

传统垂直防渗墙多采用塑性混凝土连续墙、深层搅拌桩防渗墙、喷射注浆防渗墙和板桩防渗墙。这些垂直防渗墙因施工工艺、地质条件的限制，往往适用于不同工程项目。新型柔性工艺垂直防渗墙多采用垂直开槽置换工艺，置换土多采用土、膨润土及水泥土混合，中间设置HDPE或GCL等防渗材料。

垂直防渗技术类型

04填埋气产生原理及收集利用方式

我国生活垃圾中占比在50%以上的是有机垃圾部分，填埋场内部微生物的厌氧降解活动会使大部分的有机垃圾转化为气态的最终产物——甲烷和二氧化碳。其余还有少量含氮化合物、硫化物、烃类及芳香烃、卤代烃以及酮醇醛酚等含氧有机物。

其典型成分如下：甲烷45%~60%，二氧化碳40%~60%，氢0%~0.2%，氮2%~5%，硫化氢0%~1.0%，一氧化碳0%~0.2%。同时还含有微量的硫醇、氯乙烯、甲苯、己烷、氯甲烷、二甲苯等有毒恶臭气体。由于各自的填埋条件差异，而引起其中的生物反应、化学反应程度不同，导致填埋气体中微量组分变化。

(一)填埋气产生原理

通常在垃圾填埋半年到一年后，填埋垃圾降解进入厌氧发酵稳定阶段后，填埋气体产生速率即可达到最大，气体中甲烷含量也可达到最大。目前得到普遍认可的填埋气体产生过程分为五个阶段，五阶段的生化反应如下图所示。

填埋气产生过程阶段示意图

第一阶段为好氧阶段，该阶段发生于生活垃圾填埋的初期。该阶段的特点是：垃圾中氧气逐渐被耗尽，并伴随有CO2产生。当垃圾中无氧气存在时，垃圾发酵过程进入第二阶段厌氧发酵，伴有 H2 和 CO2产生并逐渐达到最大浓度。但无甲烷产生。

在第二阶段之后，甲烷开始产生，并且浓度逐渐增大，甲烷菌活性有所提高，并耗尽垃圾中产生的 H2，该阶段CO2 的浓度逐渐下降，并逐渐趋于稳定值，这一阶段是第三阶段。随后，当甲烷和CO2，均趋于稳定后，垃圾发酵即进入了第四阶段，这一阶段中产气成分基本稳定。当生活垃圾降解趋于完成，进入第五阶段，甲烷和CO2占比逐渐减少，填埋场逐步趋近于稳定化。

(二)填埋气收集方式

目前垃圾填埋场可通过全密闭覆盖、及时封场等将填埋气(异味)进行有序收集，其收集和导出通常有竖向收集、横向收集和膜下收集 3 种形式。

竖向收集应用较为广泛，其收集方式为：随着垃圾填埋作业推进，间隔建造垂直收集井，井体由收集管、碎石和过滤层组成，通过主动抽气方式填埋气进行收集。

横向收集与竖井的结构原理基本相同，区别在于竖井轴线垂直于水平线，而横井的轴线方向与水平线平行。横向收集系统首先开挖水平沟槽，在其中填充碎石，敷设横向气管层，管端设置集气井头，垃圾填埋气经过 HDPE 管抵达集气站。

膜下收集是近年随着 HDPE 膜覆盖工艺发展出的新型收集方式。该方式采用横井与膜相结合，在膜下安装垃圾填埋气收集管道，将 HDPE 膜下形成的密闭空间与收集主管相连，从而对垃圾填埋气进行收集。

比较这三种收集效率，横井集气效率接近 90%，竖井集气约 75%，但传统竖井集气的建设及运行成本更低，因而国内目前更多采用竖井集气方式。而膜下收集井由于膜的密闭作用，收集效率会有显著提高，是未来的发展方向。

(三)填埋气利用方式

填埋气的资源化利用能有效控制温室气体甲烷的排放量，且可获得可观的清洁能源，具有较好的经济及社会效益，能实现经济与环保的双赢。其具体利用方式如下表。

05结语

对填埋气的高效率收集、深度资源化的研究，进一步提高其能源利用效率和整个项目的资源化利用水平，是下一步填埋气收集利用努力的方向。

老旧填埋场常因地下水污染和臭气问题而受到关注，下篇将介绍不同区域污染程度、稳定化程度、以及场地利用要求下的填埋场生态化修复治理。以及EOD模式下，填埋场土地开发利用方式。