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生活垃圾填埋堆体开挖、筛分异味控制措施研究

来源:《CE碳科技》微信公众号

作者:中城环境 范晓平、董学光、垃圾陈晓伟、填埋封科、堆体孙廉杰、开挖控制刘京

中城环境第二事业部固废填埋团队:由范晓平、董学光、措施康哲、生活筛分邢丽娜、垃圾杨思成、填埋封科、堆体陈晓伟、开挖控制孙廉杰、异味研究刘京等一批环保固废领域优秀人才组成。措施曾先后参与国内多项固废填埋场规范标准编制、生活筛分新建、综合治理、封场生态修复等相关咨询、设计、研究工作。

2023年10月11日,中华人民共和国住房和城乡建设部发布《2022年城乡建设统计年鉴》和《2022年城市建设统计年鉴》。2022年我国现有生活垃圾填埋场444座,日处理能力215167t;生活垃圾焚烧厂648座,日处理能力804670t。与2012年统计数据相比,全国垃圾焚烧处理量占比由25%提升至近80%;填埋处理量占比由72%下降至12%。

生活垃圾填埋方式逐渐被淘汰,但停止填埋或即将停止填埋的垃圾填埋场仍需进行绿色低碳治理。据E20研究院统计,2023年中标的生活垃圾填埋场(工程和运营类)项目累计423个,其中垃圾填埋场新建项目只有33个,其余均是存量垃圾填埋场治理项目。

存量生活垃圾含有大量有机成分和硫、氮等元素,在填埋熟化降解过程会产生大量异味恶臭气体,如NH3、H2S、硫醇等。填埋场释放气体中,非甲烷有机物体积分数小于1%,但成分复杂、毒性强,是填埋场释放的重要恶臭物质和臭氧前体物。填埋气聚积和迁移存在风险。填埋场存在堆体渗滤液导排不畅等问题,大部分填埋场的导气管在作业期即已失效。如果封场工程中未进行必要的处理,填埋气存在聚积与迁移的风险。

封场工程或筛分治理工程进行垃圾堆体开挖时,会大量释放异味恶臭气体以及甲烷等易爆气体,影响周边环境。因此,需采取相应措施对恶臭气体进行收集处理,降低垃圾堆体开挖对周边环境的影响。

一、生活垃圾填埋工艺形式

随着生活垃圾填埋场的逐步发展,卫生填埋处理工艺不断革新,好氧卫生填埋、厌氧卫生填埋以及准好氧卫生填埋工艺均具有自身适用范围和优缺点。卫生填埋场采用不同工艺时,垃圾降解和稳定化过程也不同。

1. 好氧卫生填埋工艺

好氧卫生填埋工艺主要对新鲜空气进行加压,将其沿井管注入垃圾深处。此过程可以将垃圾中的甲烷、二氧化碳等气体抽出,同时将垃圾填埋场产生的渗滤液回灌至垃圾堆体,激活垃圾中的好氧微生物,营造好氧生物反应环境。

一般微生物在好氧环境下活动明显增强,有机物在渗滤液中的降解速率提高,从而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,运行期间需要消耗大量能量用于输送空气,经济性较低,适用性不高。

2. 厌氧卫生填埋工艺

我国卫生填埋一般采用厌氧卫生填埋工艺,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,在填埋作业期间实施日覆盖、中间覆盖和最终封场,卫生标准较高,可以解决卫生填埋场对环境造成的二次污染。

3. 准好氧卫生填埋工艺

准好氧卫生填埋工艺将导气空间、排水空间用作为通风的通道,从而增大堆体内部的好氧区域,使有机物加速分解,有利于填埋场渗滤液水质改善和堆体稳定化。

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

二、填埋场不同阶段填埋气产生情况

填埋场产生臭气的主要成分是含氮化合物、硫化物、烃类及芳香烃、卤代烃以及酮醇醛酚等含氧有机物。垃圾在填埋期间产生气体的主要成分为二氧化碳40.0%、甲烷55.0%、氢0.1%、氮3.5%、硫化氢0.5%、一氧化碳0.1%。同时还含有微量的甲苯、二甲苯、氯甲烷、硫醇、氯乙烯、己烷等有毒恶臭有机气体。填埋条件差异引起填埋过程的生物反应、化学反应程度不同,导致填埋气体组分产生微量变化。

我国生活垃圾中,有机垃圾部分占比在50%以上,填埋场内部微生物的厌氧降解活动使大部分有机垃圾转化为气态最终产物——甲烷和二氧化碳。甲烷和二氧化碳是造成温室效应的主要因素,两种气体成分体积占填埋气体总量的95%~99%。根据世界资源研究所2016年统计数据,全球温室气体排放中,源自垃圾填埋场的排放量占2%。根据美国统计数据,垃圾填埋场产生的甲烷约占全世界每年5亿t量中的2200万~3600万t。

生活垃圾填埋半年到一年时,填埋垃圾降解进入厌氧发酵稳定阶段,填埋气体产生速率最大,气体中甲烷含量最高。生活垃圾填埋场的填埋气体产生可以分为5个阶段。

·第一阶段为初始填埋阶段,堆体内存在氧气,此阶段发生好氧反应,生成气体主要为二氧化碳。

·第二阶段,堆体内氧气消耗基本完成,垃圾开始厌氧发酵,这个阶段生成气体主要为氢气和二氧化碳,此时无甲烷产生。

·第三阶段甲烷产量快速增长,甲烷菌等微生物活性提高,将第二阶段的氢气耗尽,此阶段气体的甲烷比例逐渐上升,二氧化碳比例逐渐下降,两者均达到一个稳定平衡值。

·第四阶段气体主要成分稳定,甲烷和二氧化碳的比例稳定,直至堆体内垃圾有机质成分降解完成。

·入第五阶段,甲烷和二氧化碳比例逐渐减少,氧气和氮气比例回升。

根据中华人民共和国住房和城乡建设部发布的城乡建设统计年鉴数据,分析得出目前国内大部分生活垃圾填埋场的填埋气产气阶段已进入或将进入第四阶段。第四阶段主要为厌氧反应,在甲烷和二氧化碳产生量趋于稳定的同时,恶臭气体的产生量也趋于稳定,并富集在堆体里。

三、生活垃圾填埋场案例分析

某填埋场占地面积约76666.67m2,自1998年开始被用作填埋生活垃圾,2018年停止填埋作业,填埋量为90万m3。由于填埋场场底防渗层破损,存在安全隐患,为了消除环境风险隐患,整治遗留多年的环境问题,本工程采用筛分异位处理工艺对填埋场进行治理。

根据场地调查结果,填埋场覆盖膜揭开后恶臭气味明显,表层10m垃圾填埋时间短、腐熟化程度低,堆体内生化反应强烈,且堆体在厌氧状态下,产生和积聚了大量甲烷等易燃易爆气体和H2S、NH3等恶臭气体,直接开挖易出现严重的安全事故,对周围环境和人们的身体健康造成危害。

根据国内同类工程经验,好氧快速稳定化作为加速厌氧填埋场稳定的有效方式,可以通过曝气提高好氧微生物活性,加速有机垃圾分解腐熟,控制恶臭环境风险。通过好氧稳定化,甲烷和恶臭气体含量显著下降,从源头控制约80%以上异味的产生,垃圾填埋场开挖过程不会产生较持久、扩散面积较大的异味,主要以短时异味控制为主。因此本工程采用“开挖前好氧预处理+开挖时除臭+筛分时控臭+密闭运输至焚烧厂”的臭气控制措施。填埋场治理工艺流程如图1所示。

图1 填埋场治理工艺流程

1. 开挖前堆体调查数据分析

填埋气体中甲烷的平均含量为21.16%,有机质平均含量为47.66%,含水率平均为40.27%(垃圾堆体内渗滤液水位为1.4~7.9m)。填埋场轻质物湿基低位热值平均值为2038kJ/kg,须通过添加辅助燃料才能实现焚烧处理;垃圾成分中塑料类(19%)和纺织类(13%)含量均高于周边城市垃圾。造成塑料和纺织类垃圾成分含量高的主要原因是填埋场的垃圾中可能混入了部分工业废料。某填埋场垃圾成分如表1所示。

表1 某填埋场垃圾成分

2. 开挖前好氧预处理

好氧预处理是在填埋堆体中埋设注气井、注液井(或将液体直接倾倒在垃圾堆体上)和排气井,利用风机通过注气井向垃圾填埋场中注入新鲜空气,在氧气和水的参与下,垃圾中的可降解有机物快速降解,同时收集并回灌渗滤液至堆体,使堆体中的有机物在适宜的含氧量、温度、湿度条件下,经好氧微生物的作用快速降解,迅速达到稳定状态。

通过好氧稳定化处理可以提高垃圾中有机物的分解速率,减少有害和有气味气体的释放,减少渗滤液产量,加快填埋场稳定化进程,对改造填埋场、控制污染具有重大意义。好氧稳定化结束后,好氧状态仍然能够保持约6周,在此时段内进行堆体开挖,将有效削减臭气和甲烷等有害气体对工人的影响。

3. 开挖时除臭

由于垃圾堆体长期处于厌氧状态,产生诸多恶臭污染物,形成垃圾堆体恶臭污染来源。开挖过程中,垃圾暴露面的扩大导致堆体内部恶臭气体大面积扩散,对周边环境产生较大的臭气影响。因此,采用以下措施控制开挖时恶臭气味:

·开挖时,非开挖区域采用HDPE膜进行全场覆盖,控制恶臭气体扩散;

·开挖前通过采取强制通风措施降低垃圾堆体异/臭味,垃圾堆体由厌氧状态转化为好氧状态,降低堆体中恶臭、甲烷气体含量;

·开挖前进行堆体降水处理,抽出渗滤液,开挖出的垃圾就地晾晒,降低转运垃圾含水率,降低恶臭和二次污染扩散隐患;

·开挖时制定合理的开挖方案,尽可能缩短开挖时间,从而减少异/臭味垃圾裸露时间;

·根据现场实际情况,使用防渗膜覆盖基坑开挖面及裸露的异/臭味垃圾,减少异/臭味污染物的扩散;

·严格限制挖掘机和运输车辆的活动范围和车速,减少异/臭味扩散;

·定期向空气中喷洒除臭药剂;

·对场地内堆放的垃圾及时覆盖。

4. 筛分时控臭

筛分现场及临时堆料(垃圾、筛下物等)会导致临时性轻微异味及扬尘,因此对筛分车间进行密闭处理。为了防爆及保证一定的工作环境,进行通风换气。筛分车间采用喷雾杀菌除臭系统、化学洗涤除臭系统进行降尘除臭。除臭区域臭气通过管道系统集中收集,送至室外化学洗涤除臭车间进行除臭处理。筛分时异味控制措施如下:

·建设密闭垃圾处理车间,处理车间设有除臭、尾气收集装置,减少筛分过程对周边环境的影响;

·筛分工序采用机械化施工,减少人工作业,减少异/臭味对施工人员的危害。

·臭气收集处理系统加固定式除臭风炮;

·暂存垃圾及筛分产物进行覆盖处理,专用皮带管廊输送垃圾,皮带管廊封闭处理;

·定期排查皮带管廊连接处,防止臭气泄漏;

·皮带管廊使用前做气密性试验,确保密闭后方可使用。

5. 密闭运输至焚烧厂

筛分物外运消纳应采用密闭式运输车运输。

·运输前,应将筛分物用打包机进行压缩,检查运输车的完整性和密闭性,并调查确定运输路线;

·筛分物装车后,应对车辆整体喷洒除臭药剂,近距离确认无臭后运输;

·运输过程中,应沿确定好的路线行进,严格遵守交通规则;

·运输至目的地后,应对车辆进行冲洗,并喷洒除臭药剂,确保无臭后返程。

四、结语

随着填埋场使用期到达或库容饱和,大量不同规模的垃圾填埋场将进入封场治理阶段。但是在垃圾开挖、晾晒及筛分的过程中,臭气散逸严重影响现场作业工人的身体健康及周边居民的生活环境,导致生活垃圾填埋场治理工程被投诉,异味控制措施成为生活垃圾填埋场治理工程的重要工作。随着人民对周边环境要求的不断提高,管理层面将更加重视对生活垃圾填埋场治理过程中的异味控制工作,为异味控制及除臭技术市场提供了新的机遇和挑战。

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       原文标题 : 生活垃圾填埋堆体开挖、筛分异味控制措施研究

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