第11章固體廢物的最終處置技術一、基本要求⑴了解填埋處置概念和分類，基本要素，衛生填埋場的選址，填埋場的環境影響評價，填埋場封場管理；⑵掌握填埋場中垃圾的降解與穩定化，影響場內垃圾降解的因素，填埋場容量的計算，填埋場中氣體的收集、預處理及利用，填埋場中氣體產生量的計算，填埋場滲濾液的特性與處理，滲濾液產生量的計算。⑶了解危險廢物的處置方法；⑷掌握安全填埋場結構形式和特征，安全填埋場的基本要求危險廢物的安全處置技術。二、教學重點與難點重點：填埋場中垃圾的降解與穩定化，影響場內垃圾降解的因素，填埋場容量的計算，填埋場中氣體的收集、預處理及利用，填埋場滲濾液的特性與處理。難點：填埋場中氣體產生量的計算，滲濾液產生量的計算。固體廢物的資源化途徑三、教學內容（一）概述在生產過程中，即使采用了最先進的技術去控制固體廢物的產生量、實現固體廢物的綜合利用和資源回收，利用最有效的循環經濟去處理固體廢物，但最終總是不可避免地會有大量無法利用的固體廢物存在，如城市垃圾、工業廢渣、某些危險性廢物等，將以終態排放和長期留存方式存在于環境中。這些廢物有些可能自行降解能力很弱，并含有各種有害成分。在以前，固體廢物處置大多是無控制排放、堆存、傾倒在荒地、廢坑或水體中，結果污染成分以各種途徑進入環境參與生物圈的循環，最終導致對環境的污染和破壞。因此，為了防止和減少其對環境的污染和影響，必須對其進行最終安全的處置，使其安全化、穩定化、無害化。因此，最終處置的目的是采取有效措施，使固體廢物最大限度地與生物圈隔離，從而解決固體廢物的最終歸宿問題，這對于固體廢物的污染防治起著十分關鍵的作用。1、最終處置基本含義當前技術條件下無法繼續利用的固體污染物終態，因其富集不同種類的污染物質而對生態環境和人體健康具有即時性和長期性影響，必須把它們放置在某些安全可靠的場所，以最大限度地與生物圈隔離，為達到此目的而采取的措施，稱之為固廢處置（固廢的后處理）。它是固廢全過程管理中的最重要的環節。2、最終處置基本要求①處置場地應安全可靠、適宜，通過天然屏障或人工屏障使固體廢物被有效隔離，使污染物質不會對附近生態環境造成危害，更不能對人類活動造成影響。②在選擇處置方法時，既要簡便經濟又要確保符合要求，保證目前及將來的環境效益。③盡可能減少進行最終處置的固體廢物量，以及其有害成分的含量，同時為減少處置投資費用和處置場使用時間，對固體廢物體積應盡量進行最大壓縮。④必須有完善的環保監測設施，保證固體廢物處置工程得到良好的管理和維護。⑤處置場地設施結構合理，封場后要定期對場地進行維護及監測。3、最終處置的基本方法目前對固體廢物的處置方法基本可分為兩類，一類是按隔離屏障劃分為天然屏障隔離處置和人工屏障隔離處置；另一類是按處置場所分為陸地處置和海洋處置。天然屏障是利用自然界已有的地質構造及特殊的地質環境所形成的屏障，能夠對污染物形成阻滯作用。而人工屏障隔離的界面則是人為設置的，如使用適當的容器將廢物包容或進行人工防滲工程等陸地處置是利用陸地的天然屏障或人工屏障處置固體廢物的方法。海洋處置，包括海洋傾倒和遠洋焚燒兩種方法，是以海洋為受體將固體廢物處置的方法。海洋傾倒可直接將廢物傾倒也可先將廢物進行預處理后再沉入海底。遠洋焚燒是將廢物運到遠海進行焚燒，以避免對人類生存區域的大氣環境的污染。（二）衛生土地填埋1、概述衛生土地填埋是利用工程手段，將被處置的固體廢物在密封型屏障隔離的條件下進行土地填埋，并采取有效技術措施將垃圾壓實減容、防止滲濾液及有害氣體對水體及大氣的污染，在整個過程對公共衛生安全及環境均無危害的一種土地處理垃圾方法。衛生土地填埋法始于60年代，并首先在工業發達國家得到推廣應用，隨后在實際應用過程中不斷得到發展和完善，由于衛生土地填埋法具有工藝簡單、操作方便、處置量大、費用較低等優點，已逐步成為廣泛采用的固廢處置方法，目前主要用于城市生活垃圾的填埋。衛生土地填埋主要分厭氧、好氧和準好氧三種。好氧填埋實際上類似高溫堆肥，其主要優點是能夠減少填埋過程中由于垃圾降解所產生的垃圾滲濾液的數量；同時具有分解的速度快，能夠產生高溫（可達60℃）有利于消滅大腸桿菌等致病細菌。但由于好氧填埋存在結構設計復雜、施工困難、投資和運行費用高等問題，在大中型衛生填埋場中推廣應用很少。準好氧填埋介于厭氧和好氧填埋之間，也同樣存在類似問題，但準好氧填埋的造價比好氧填埋低，在實際中應用也很少。厭氧填埋具有結構簡單、操作方便、施工相對簡單、投資和運行費用低、可回收甲烷氣體等優點，目前在世界上得到廣泛的采用。2、填埋工藝及技術厭氧衛生土地填埋工藝及技術特點是進場垃圾分單元、分層進行填埋，每天1個單元。用推土機將垃圾車卸下的成堆垃圾推平，以0.7m左右的虛鋪垃圾作為碾壓層碾壓，反復壓實后層厚不大于0.4m，垃圾壓實密度大于0.8t/m3，每單元垃圾層累積厚度約2.5-3m后覆土并壓實，覆土厚度0.3m。由此就構成了一個填筑單元。同樣高度的一系列互相銜接的填筑單元構成一個升層。再在此層上進行下一個填埋層的作業，依此類推，直至設計標高。完整的衛生土地填埋場是由一個或多個升層組成的。當填埋達到最終設計高度之后，再用一層90～120cm厚的土壤覆蓋壓實封場后就形成了一個完整的衛生填埋場。垃圾填埋場分層結構包括垃圾層、覆蓋土層和終場覆蓋層。覆蓋土層包括日覆蓋層、中間覆蓋層和終場覆蓋層。日覆蓋層一般每間隔2.8m垃圾層覆以0.15－0.2m厚的自然土或粘土壓實，并盡量作到當日覆蓋，以防止垃圾中的輕質物飛散，保持作業面整潔，抑制臭味，防止蚊蠅孽生。中間覆蓋層一般每一作業區完成填埋高度8.7m后，進行中間覆蓋，粘土覆蓋層厚度為0.3－0.5m，功能是減少滲濾液產生及防止填埋氣體的無序排放。填埋場的選擇在評價一個用于長期處置固體廢物的填埋場場址的適宜性時，必須加以考慮的因素主要有：①填埋場所需面積；②垃圾運輸距離；③場地位置的選擇；④

地質和水文地質條件；④土壤與地形條件；⑤氣象和地區環境條件條件；⑥場址封場與最終開發利用3、填埋場的生物降解過程①第一階段的好氧分解階段；

②第二階段的過渡階段；③第三階段的產酸階段（發酵階段）；④第四階段的產甲烷階段；⑤第五階段的穩定階段。上述5個階段并非絕對孤立，他們相互作用、相互依托，有時會發生交叉。各階段的持續時間因廢物、填埋場條件不同而異。由于垃圾是在不同時期進行填埋的，在填埋場的不同部位，各個階段的反應都可能在同時進行。4、填埋場防滲技術①單層襯層系統②復合襯層系統③雙層襯層系統④多層襯層系統5、填埋場的設計與污染控制（1）填埋場面積和容量的確定填埋場規模與服務年限型號小型中型大型特大型填埋規模（t/d）500t/d以下500～10001000～30003000以上服務年限（a）≮5≮8≮12≮15【例】一個20萬人口的城市，平均每人每天產生垃圾為0.8kg，如果用衛生土地填埋法處置，覆土與垃圾之比為1:3，填埋后，廢物壓實密度為800kg／m3，填埋場填埋的高度為10.0m，試求填埋場運營20年所需的填埋面積和填埋場總容量。解：每年填埋的垃圾體積：當填埋場填埋高度為10.0m時，每年垃圾填埋所需占地面積：如果填埋場運營20年，則所需填埋面積：運營20年后填埋場的總容量：答：填埋場運營20年所需的填埋面積和填埋場總容量分別為1.95×105m2和1.95×106m3。（2）垃圾滲濾液的產生衛生土地填埋場垃圾滲濾液數量和性質與許多因素有關，其來源有三個方面：一以各種途徑進入垃圾填埋場的大氣降水；二是垃圾本身持有的水分；三是垃圾中的有機物經分解后產生的水分。與前者相比，后兩者量較少，前者是決定滲瀝液產生量的主要因素。①大氣降水；②地表徑流；③地下水；④垃圾含水；⑤其他。滲濾液滲濾液地下滲水垃圾衛生填埋場流入流出降雨地表徑流地下涌出水垃圾含水蒸發地表徑流垃圾填埋場水的平衡示意圖垃圾滲濾液的產生量確切估算是比較困難的，根據國內外填埋場的運營經驗，垃圾滲瀝液產生量主要取決于以各種途徑進入垃圾填埋場的大氣降水。垃圾填埋場滲瀝液由大氣降水產生量的確定方法有多種，一般采用經驗公式計算，比較簡便的計算公式為：填埋運行時產生的垃圾滲濾液量（m3/d）可用下式計算：Q＝（C1×A1+C2×A2）×I÷1000（3）垃圾滲濾液的性質①色度較高：滲濾液外觀多呈淡茶色、深褐色或黑色，色度在2000～4000之間，有極重的垃圾腐敗臭味。②有機污染物濃度高：TOC濃度一般為265～2800mg／L。BOD5／TOC可反映垃圾滲濾液中有機碳氧化狀態,填埋初期，BOD5/TOC值高，隨著時間推移，填埋場趨于穩定化，垃圾滲濾液中的有機碳以氧化態存在，則BOD5/TOC值降低。垃圾滲濾液中的有機物可分低分子量的脂肪酸類、腐殖質類高分子的碳水化合物和中等分子量的灰黃霉酸類物質三類。但SS一般多在300mg/L以下。③氨氮含量高，磷含量低：氨氮濃度較高，一般為0.4mg/L左右，有時高達1mg/L左右，氨氮占總氨氮量的85%~90%。滲濾液中的氨氮含量過高，難以進行有效的反硝化，需要進行脫氨處理。同時，垃圾滲濾液中幾乎不含磷，生物處理時必須添加與BOD5相當的磷。④水質隨填埋時間的變化較大：填埋初期，COD和BOD5均較高，BOD5/COD值較大，可生化性較好。一般BOD5隨著時間和微生物活動的增加逐漸增加，6個月至2.5年時達到最高峰，隨后BOD5開始急速下降，到6～15年填埋場安定化為止；而COD下降緩慢，從而BOD5/COD值變小很快，垃圾滲濾液可生化性變得很差，對于垃圾滲濾液，當BOD5/COD＝0.5時，則認為垃圾滲濾液較易生物降解；當BOD5/COD＜0.1時，則認為垃圾滲濾液難于降解。填埋時間在5年以下時，滲濾液pH值較低，為6～7，呈弱酸性。填埋時間5年以上時，滲濾液pH值接近中性，隨著時間的推移，pH可提高到7～8，呈弱堿性。⑤總溶解性固體含量較高：垃圾滲濾液中溶解固體總量隨填埋時間推移而變化。填埋初期，溶解性鹽濃度可達10000mg/L，同時具有相當高的鈣、氯化物、硫酸鹽等無機溶解性鹽和鐵，鎂等。在0.5~2.5年間達到峰值，此后隨著填埋時間的增加，濃度逐漸下降，直至達到最終穩定。⑥金屬離子含量：生活垃圾單獨填埋時，重金屬含量很低，不會超過環保標準。但與工業廢物或污泥混合時，重金屬含量會增加，可能超標。（4）垃圾滲濾液處理方法①排入城市污水處理廠：滲濾液預處理達到一定標準后管道輸送（或運輸）至城市污水處理廠進一步處理后排放。有研究表明，COD=24000mg/L的滲濾液與城市污水混合，其中滲濾液量達到生活污水量的4%~5%時，城市污水的運行將受到影響；平均BOD和氨氮濃度不超過全部污水負荷的1%~2%時，滲濾液反而有利于生活污水的處理。②建設獨立的場內處理系統：場內處理垃圾滲濾液一般利用生物、物化、膜處理和土地處理工藝等，污水處理達到相應標準后進行林業灌溉或直接向周圍環境排放。生物處理法是垃圾滲濾液處理的主要方式，它主要包括厭氧處理、好氧處理、好氧厭氧相結合的處理方式。滲濾液的土地處理主要包括慢速滲濾系統（SR）、快速滲濾系統（RI）、表面漫流（OF）、濕地系統（WL）、地下滲濾土地處理系統（UG）以及人工快濾處理系統（ARI）等多種土地處理系。另外，可考慮利用滲瀝液回灌減少污水處理量。物化處理主要為混凝沉淀、化學氧化、吸附、膜分離、膜過濾等方法。實際常常是生物與物化等方法的結合。（6）氣體的產生及控制①氣體的生成：由于衛生土地填埋場中微生物的生化降解作用，垃圾填埋后會產生氣體，氣體的產生量和產生速度與處置的垃圾種類和數量、所采用的地面處理方法、填埋深度、填埋溫度和填埋場的實際使用年限等因素有關，與可降解有機物中的有機碳量成正比。垃圾的分解分為好氧和厭氧兩個階段。在填埋初期，有機垃圾物質首先發生好氧分解，時間約為數天，產生的氣體主要是二氧化碳、水和氨；當填埋區內氧被耗盡時就進入厭氧階段，有機物厭氧分解產生的氣體中主要為甲烷、二氧化碳、氨和水，和少量硫化氫和氨，其中甲烷占30～70％，二氧化碳占15～30％。當有氧存在時，甲烷的濃度達到5～15％就可能發生爆炸。而二氧化碳密度較大，約分別為空氣和甲烷的1.5和2.8倍，因此會逐步聚集在填埋場下部，與地下水接觸，會使水的pH值降低、硬度及礦物質含量增加。因此，必須對填埋場產生的氣體加以收集控制作為能源加以利用或排出燃燒掉。氣體的產生量可采用經驗公式推算或通過現場實際測量得出，通常可用下式推算出氣體產生量：②氣體導排控制：在工程設計上常用的方法有可滲透性排氣和不可滲透阻擋層排氣兩種。可滲透性排氣是控制填埋場產生氣體水平方向運動的一個有效的方法，典型的方法是在填埋場內利用比周圍土壤容易透氣的礫石為填料和HDPE導氣管等建造的排氣通道。排氣通道的間隔與填筑單元的寬度有關，一般為20m以上，礫石層的厚度為30～40cm，這樣即使發生沉降也能維持暢通排氣。控制氣體水平運動的滲透性排氣系統如圖8-10所示。在填埋場中，目前可滲透性排氣主要應用在氣體垂直疏導方式上，垂直導氣石籠由HDPE花管及外層HDPE土工格柵組成，兩者之間內填建筑垃圾中的碎石頭等。導氣石籠隨垃圾上填同步接高，高出垃圾表面約100cm；封場后，應露出場地表面100cm。阻擋層排氣是在不透氣的頂部覆蓋層中安裝排氣管。排氣管與設置在淺層礫石排氣通道或設置在填埋廢物頂部的多孔集氣支管相連接，還可用豎管燃燒甲烷氣體。阻擋層排氣目前主要應用在在填埋場終場覆蓋時排氣層的氣體收集上。控制水平排氣方式③氣體處理與利用：填埋場一般可持續產氣10～15年，其氣體一般經導氣石籠收集后經移動式氣體燃燒器燃燒后達標排放或進行回收利用，綜合利用可有以下幾種：①直接利用，銷售給鄰近的工業用戶，或用以產生蒸汽作為供熱源；②用來發電；③經凈化提純提高其熱值后，并入城市燃氣網或者液化成液化天然氣使用。甲烷經脫水、預熱、去除二氧化碳后可作為能源使用。美國洛杉礬市郊的一個占地1.4km2的填埋場，每天填埋9000t垃圾，每分鐘產甲烷200m3，過去全部燒掉，現已用于發電。（二）安全土地填埋1、概述安全土地填埋實際上是一種全封閉型填埋場，也是改進的衛生土地填埋，設防滲封閉、滲濾液收集處理系統，將廢物和滲濾液與環境隔開，使廢物安全保存一段時間（數十年或更長），主要是針對有毒有害危險性固體廢物的處置。在填埋場結構上更強調了對地下水的保護、滲出液的處理和填埋場的安全監測，要求配置更高的防滲、垃圾滲濾液收集、處理及監測系統，如要求必須設置人造或天然襯里，要求下層土壤或與襯里相結合處的滲透率應小于10-8cm/s等。安全土地填埋由于其工藝簡單、成本較低、適于處置多種類型的廢物而為世界許多國家所采用。雖然，目前對土地填埋能否作為固體廢物的永久處置的方法尚存有爭議，但在目前乃至將來，至少是在新的可行處置方法研制出來之前，安全土地填埋仍是一個較好的危險廢物的處置方法。2、填埋場地設計與污染控制（1）場地選擇安全衛生填埋的場地選擇與衛生填埋的場地選擇方法相類似，在場地選擇時首先應綜合考慮工程、環境、經濟、法律和社會等問題，同時操作時應以最經濟的途徑和方法完成安全土地填埋。特別要求填埋物至少與地下水位間有1.5m厚的土壤，土壤滲透率小于10-8m／s。（2）填埋場面積的確定填埋所需實際占地面積與衛生土地填埋場所需土地面積計算方法相同，計算時只需把城市生活垃圾的產率和人口數之積換成危險固體廢物的填埋量就可。在確定填埋場實際占地面積時，還要考慮預處理等輔助設施等的占用土地問題，要注意保留適當的緩沖區，以便根據相應的標準確定場地的邊界，確定邊界