作者：曹丽 陈娜 胡朝辉 廖朱玮 陈朱琦
来源：《城市管理与科技》2016年第03期
本文介绍了武汉市金口垃圾填埋场502万立方库区通过好氧生物反应器，加速老填埋场稳定化的生态修复技术。这一工程是世界范围内迄今为止规模最大的老填埋场生态修复的成功案例。修复后的填埋场减少了对周边的环境污染，成为第十届中国国际园林博览会场址，具有显著的环境效益、社会效益和经济效益。
一、引言
我国生活垃圾无害化处理是从20世纪80年代起步的。长期以来，我国大多数城市解决生活垃圾的出路，大都以填埋作为最主要的方法。由于受经济发展水平的和技术的制约，很多大中城市初期投资建设的填埋场未按卫生填埋场的标准进行设计，后期亦未采取有效的防护措施，因此出现了一个只有在我国才有的概念——存量垃圾，即堆放于非正规生活垃圾堆放点和不达标的生活垃圾处理设施中的生活垃圾。
根据《中国城乡建设统计年鉴》的统计数据，截至2013年底，我国已有卫生填埋场、简易填埋场和以填埋为主的综合处理场共计1549座，总占地面积36262公顷，综合处理能力421776吨/日。而在未来的5-15年内，将有1469座填埋场陆续被填满。除此之外，各地还存在着大量小规模的垃圾堆放点。这些“存量垃圾”正在引发严重的环境污染和生态安全问题。比如，填埋气中含有甲烷和硫化氢等，不但带有难闻的恶臭，还会引发温室效应、污染大气，带来爆炸和火灾等安全隐患；垃圾渗沥液中更是含有大量的氨氮、重金属等有毒有害物质，污染地下水、地表水及土壤，严重威胁着人民群众的身体健康。而随着近年来我国城市化进程的快速发展，城区面积不断扩大，原有的填埋场已从城市边缘变为城市的中心或居住区，不仅占用了大量的土地资源，而且正在成为我国可持续发展和城市化进程中的突出制约因素。
国家技术标准《生活垃圾卫生填埋处理技术规范》（GB50869-2013）规定：“填埋场土地利用前应作出场地稳定化鉴定、土地利用论证。”但是在自然状态下，老填埋场的存量垃圾稳定需要一个漫长的过程，通常至少需要50-100年。因此，如何对老填埋场进行有效治理，使其在短期内快速转化为安全稳定、可以利用的建设用地，是一个亟待解决的重要问题。
国发【2010】9号《关于进一步加强城市生活垃圾处理的工作意见》指出，各省（区、市）要开展非正规生活垃圾堆放点和不达标生活垃圾处理设施排查和环境风险评估，并制定治理计划。于2012年4月19日转批的《国家环境保护“十二五”规划》中将存量垃圾的治理列入生活垃圾无害化的六大重点任务之一，明确提出了对垃圾简易处理或堆放的设施和场所进行整治，对已封场的垃圾填埋场和旧垃圾场要进行生态修复、改造的建设任务。“十二五”期间，预计实施存量垃圾治理项目1882个，其中不达标的填埋场改造项目503个，封场项目802个，非正规堆放点治理项目577个。在2012年128号文《住房城乡建设部、发展改革委、环境保护部关于开展存量生活垃圾治理工作的通知》中给予了211亿元的资金支持。结合“十二五”期间，全国各地对未来的存量垃圾治理工作所制定的计划，保守预计，“十三五”期间，国家将有超过180亿元的资金支持存量垃圾治理工作。
二、金口垃圾填埋场及园博会背景介绍
武汉市连接中国内陆东西部，截至2014年末，全境面积达8494.41平方公里，常住人口约1033.8万人，城市生活垃圾年清运量高达295万吨，垃圾无害化处理已成为武汉市可持续发展的迫切需求。
武汉市金口垃圾填埋场位于汉口西北郊金口张公堤外侧，场地主体为规则的四边形，全场用地面积超过40万平方米，是上世纪1998年为解决汉口地区的垃圾出路而兴建的，投入运行以来已累计填埋垃圾量约502万立方米。由于金口垃圾填埋场选址和建设时间较早，当时的建设标准和要求又比较低，加之资金投入有限，从而造成了填埋场的“先天不足”。此后，由于周边居民的不断投诉，武汉市决定提前关闭金口垃圾填埋场。2005年7月1日，这座当时武汉市规模最大的垃圾填埋场提前“退役”。关闭后，虽然管理部门对填埋场进行了封场，但是积存的垃圾仍然产生填埋气体、垃圾渗沥液等污染物，对周边环境产生二次污染，存在着比较严重的安全隐患。
2012年，金口垃圾填埋场所在的区域被选定为2015年在武汉市举行的第十届中国国际园林博览会主会场，这是国内首次在封场后的垃圾填埋场上修建园林并作为园博会主会场。这一大胆的创意无疑具有深远的创新示范意义。而为了确保园博会的成功举办，必须采取妥善措施，对金口垃圾填埋场进行无害化处理，将没有异味、没有污水、垃圾堆体稳定的一方“净土”，完整地交付给园林设计方。
三、填埋场场地调查
经过充分的工程地质勘察和污染调查后（主要包括全线地形、地貌、岩性、地质构造、不良地质、水文气象、地震等工程地质条件和填埋气、渗沥液、垃圾土、周围大气、水、土壤等污染状况），工程技术人员将金口垃圾填埋场污染区划分为四个分区（见图）。
北部扩征区为Ⅰ区，南部填埋库区分为三区，其中Ⅰ区呈直角梯形，垃圾堆填时间较长；Ⅱ区近似长方形，是大填埋区的西半部分，为垃圾堆填时间较短区；Ⅲ区近似长方形，是大填埋区的东半部分，主要为垃圾翻填区，垃圾填埋时间较短；Ⅳ区同样近似长方形，为沿张公堤的堤防控制区，垃圾填埋时间较长（分区简略介绍）。
根据场地污染调查的情况和填埋场场地稳定化利用的判定要求（GB/T25179-2010）（表1），金口垃圾填埋场修复后作为永久性公园，各项指标至少应达到中度利用要求；部分人流密度较大的区域（如北门），应达到高度利用的要求。根据前期的场地调查，现状场地I区与Ⅱ区接近低度利用场地标准要求，为非稳定区；Ⅲ区与Ⅳ区垃圾接近中度利用场地的标准要求，为基本稳定区。四个区域均不能满足拟建工程的建设要求，需要进行生态修复。
四、填埋场治理技术及比较
目前，国内外对存量垃圾的治理通常采用以下几种技术（表2）。
1.规范封场技术，即采取覆盖封场的方法，在保持堆体厌氧环境下，人为控制污染物的有序排放。该技术成本不高，工艺简单，主要包括堆体整形坡度、渗沥液和填埋气导排、防渗、封场覆盖等工序，是我国目前应用最多的老填埋场修复技术，如杭州天子岭填埋场、深圳玉龙坑垃圾填埋场和宝安阿婆髻垃圾填埋场、湖北省枝江填埋场等。
2.开挖筛分/转运，即将垃圾全部挖出后进行筛分处理或转运至其它的填埋场进行回填处理，主要工序包括挖掘、筛选、回填、外运等。该技术可彻底消除污染源，但通常投资较高，且存在爆炸等安全隐患。国内应用实例有北京北天堂垃圾填埋场和三海子郊野公园等。
3.好氧修复技术，即以好氧生物反应器为核心的垃圾填埋场治理成套技术，美国、德国、意大利等国已成功应用20年，如德国Kuhstedt、意大利Landfill C、美国NewRiver Regional等，我国的首个实例是北京黑石头消纳场（2008年）[1]。该技术可广泛应用在有垫层或无垫层的正规或非正规的垃圾填埋场，适用于封场后或正在运行的垃圾填埋场[2]。其基本原理是将垃圾填埋场视为一个巨大的“容器”，在填埋堆体中埋设注气井、注液井和排气井，使用高压风机，通过管道和注气井，将新鲜空气加压后注入垃圾深处，同时把垃圾中的二氧化碳等气体抽出，并对反应物的温度与垃圾气体进行监控，同时将收集的渗沥液和其它液体回注至垃圾堆体，激活垃圾中的微生物再生，以此营造一个比较理想的有氧反应环境，使反应达到最佳状态，从而加速垃圾场场地稳定[3]。该技术的最大优势是治理周期短，一般厌氧自然降解过程需要50-100年，才能完成的垃圾降解稳定化历程[4]，在1-3年内即可完成，并且在修复过程中气体产物为二氧化碳，而非传统厌氧过程中的甲烷，从而大大减少了温室效应。另外，垃圾渗沥液通过回灌直接消耗在垃圾填埋场中，水质得到改善，外排量减小，污染强度降低[5]。
五、金口垃圾填埋场治理方案和效果
金口垃圾填埋场的治理方案从设计、建设、运行、验收等，都经过了专家的多次考察、比选、论证，充分参考并优化了国内外现有的经验，并且与园博会建设相衔接，在建设和运行中对出现的各种问题及时采取有效的解决措施，力求经济性与治理效果双赢。
工程技术人员结合前期调查，Ⅲ区与Ⅳ区填埋龄为基本稳定区，可直接采用规范封场修复；I区与Ⅱ区填埋龄相对较短，若采取规范封场修复，将对场地用于园博会及其后续城市公园形成长期的环境与安全隐患，所以并不可取；若采取原地筛分处置的办法，预计总费用约4-4.4亿元，且工期过长，不能满足要求。经过综合对比，依据好氧反应器原理的好氧快速降解方法在短期内实现简易垃圾填埋场治理具有其它方案不可比拟的优势，因此最终采取了Ⅲ区与Ⅳ区规范封场、I区与Ⅱ区好氧修复技术的综合治理方案，总投资约2亿元。主要工程内容包括堆体整形、堆体覆盖、地下防渗墙建设、好氧修复系统安装及调试（各种井、管道、风机、泵、控制与检测、监控、预警系统等），填埋气和渗沥液导排、收集、监测系统、DTRO成套设备及辅助设施、浓缩液处理设施、填埋气体火炬燃烧系统（含脱硫、储气罐），填埋气体氧化燃烧系统等。经过十二个月的满负荷好氧修复运行后，金口垃圾填埋场所有技术指标均达到了国家标准《生活垃圾填埋场稳定化场地利用技术要求》（GB/T25179-2010）规定的中度利用要求，使这处恶臭扰民、污水横流的“毒地”从此消失，整个场地变身为林木幽幽、花谷茶坡的山体景观，成为园博会主景区-荆山景区，与张公堤相呼应，实现了“生态山轴”和“景观山轴”的总体生态格局。除此之外，园博会创新性地在垃圾场上方的荆山上展示了部分生态修复的工程管道和催化氧化燃烧器、修复控制系统及渗沥液处理工艺流程，未来还将规划设计一处室内展馆，展示金口垃圾填埋场生态修复的全过程，包括技术、目标、成效等，进行科普示范。
金口垃圾填埋场的生态修复是世界范围内目前规模最大的原位好氧修复老垃圾填埋场的成功案例，其修复难度、工艺复杂程度更是未有先例。该项目对废弃的垃圾填埋场进行生态修复治理，将垃圾填埋场变废为宝，不仅极大地改善了周边的环境状况，彻底消除了垃圾长期堆填造成的环境污染和安全隐患，提供了一条生态城市的发展思路，而且园博会结束后园址可以保留，可为整个城市带来良好的社会效益和经济效益，为武汉市创建更加清洁、卫生的城市，发展武汉城市旅游作出贡献。
2015年12月10日，在法国巴黎举行的第21届联合国气候大会上，武汉市凭其对垃圾填埋场生态修复后建设园博园的成功范例，一举获得“C40城市气候领袖群第三届城市奖”。这是中国内陆城市在应对气候变化领域获得的第一个国际奖项，是我国环境修复领域的创举，其对城市的环境修复、生态环保和资源利用有着重要的指导意义、示范意义和前瞻意义。
参考文献
[1]邵靖邦，唐嵘，阐霏，蔡中异，王盟.好氧降解加速垃圾填埋场稳定化技术，矿化垃圾资源化利用与填埋场绿化技术研讨会论文集[C].北京.2011
[2]范晓平，王雁晖.我国存量垃圾治理技术综述[J].环境卫生工程. 2015，23（1）
[3]李睿.填埋垃圾原位好氧加速稳定化技术研究[D].2013
[4]Lee J Y， Lee C H， Lee K K. Evaluation of air injection and extraction tests in a landfill site in Korea： Implications for landfill management. Environmental Geology， 2002， 42： 945-954.
[5]Rich C， Gronow J， Voulvoulis N. The potential for aeration of MSW landfills to accelerate completion. Waste Management， 2008， 28： 1039-1048.
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