生活垃圾填埋前沿技术浅析
城市生活垃圾卫生填埋处置方式，已经在许多国家和地区得到了广泛的运用。随着科学技术的不断进步，在这一领域已经出现一种叫做“生物反应器填埋”的前沿技术，这一新技术的出现，正在逐步替代现行传统的“干穴式”卫生填埋技术。
众所周知，传统的“干穴式”卫生填埋技术存在着种种缺陷。例如：占地面积大；渗滤液水质水量波动比较大，处理难度也大；渗滤液污染强度高，二次污染严重；填埋场封场后维护监管期长、风险大、费用高，而且不利于场地及时复用以及填埋场产气期滞后，历时较长、产气量小，资源化率低；等等。除此之外，在填埋场封场以后，由于湿度减少，微生物的活性减弱甚至停止，垃圾填埋场成为一个潜在的污染源，不符合可持续发展的战略要求，直接导致单位垃圾填埋处理处置费用高，不利于在更大范围上推广和运用的弊端。
如今，出现的这种“生物反应器填埋”的前沿技术，已经被越来越多的国家所重视和研究。本文作一些介绍和浅析：
一、 生物反应器填埋技术的原理及相关问题研究
 美国佛罗里达州波尔克县生物器填埋场天然气开采井 |
从20世纪后期开始，欧美等国开始研究一种新的填埋技术，即生物反应器填埋技术。生物反应器填埋是在传统的卫生填埋技术的基础上发展起来的，其原理是通过有目的地控制渗沥液的回灌来保证填埋场的最佳湿度，强化填埋垃圾中微生物的生物过程，从而加速垃圾中可降解有机组分的转化和稳定。自20世纪70年代起，美国、英国、加拿大、澳大利亚、德国、丹麦、意大利、瑞典和日本等国相继开始了生物反应器填埋场的研究。研究表明，渗滤液回灌可增加填埋场的有效库容量，促进垃圾中有机化合物的降解，缩短产沼时间。Robinson等人的研究发现，通过渗滤液回灌可以大大缩短填埋垃圾的稳定化进程——使原需15～20年的稳定过程缩短至2～3年。在Pohland等人的研究中，垃圾填埋场被看作生物反应器，他们认为渗滤液的喷洒量应根据垃圾的稳定化进程而逐步提高：在填埋场处于产酸阶段早期时，喷撒的渗滤液量宜少，在产气阶段则可以逐渐增加；另外由于填埋场内垃圾处于不同的稳定化阶段，可以将产甲烷区垃圾层排出的渗滤液回灌至新填入的产酸区垃圾层，而将新垃圾层所产生的渗滤液回灌至老龄填埋区，这样有利于加速污染物的溶出和有机污染物的分解，同时加速垃圾层的稳定化进程。美国加里福尼亚州“生物反应器型”垃圾填埋技术研究的试验结果显示，由于增加了渗滤液的循环、垃圾水分的控制等措施，使得生物消化能力明显提高。与常规无控制的卫生填埋方法相比，垃圾填埋气产量提高75%，减容率增加约4倍，且渗滤液稳定快，一般不需要渗滤液处理设施。
二、 生物反应器填埋技术的分类及特点
根据填埋工艺的不同，生活垃圾生物反应器填埋技术可分为4种，即好氧、厌氧、好氧－厌氧和半好氧生物反应器填埋技术。与传统的卫生填埋技术相比较，这4种生物反应器填埋技术拥有各自不同特点。
1.好氧生物反应器填埋技术
好氧生物反应器填埋技术是根据场内垃圾生物降解的需要，将渗滤液、其他液体及空气等通过一种可控方式加入填埋场。这样不仅可大大加快填埋垃圾生物降解和稳定速率，减少甲烷的排放，同时还可降低渗滤液污染强度和处理费用――国外研究表明，好氧生物反应器填埋方式可将生活垃圾的稳定时间加快到2～4年左右，温室气体量减少50%～90%。由于需要强制通风供氧、渗滤液回灌及其他控制形式，导致单位时间内运行费用很高。然而，由于运行维护时间大大缩短，总的运行维护费用同传统的卫生填埋技术相比差别不大。
2.厌氧生物反应器填埋技术
为了保持填埋场内最佳的湿度条件，厌氧生物反应器填埋技术通过向填埋垃圾体回灌渗滤液和注入其他的液体，从而使可生物降解垃圾在缺氧的条件下进行厌氧降解，同时快速产生富含甲烷的填埋气体。这种技术具有加快填埋垃圾降解和稳定速度，减轻渗滤液有机污染强度，增大甲烷气体产量、产生速率，进而提高甲烷气体回收利用效益等优势，资源化率高（垃圾达到稳定化时间在4～10年左右，甲烷气体产量增加约200％～250％），运行维护费用较低。缺点是渗滤液氨氮浓度长期偏高，不利于渗滤液的生物处理。
3.好氧－厌氧生物反应器填埋技术
好氧—厌氧生物反应器填埋技术对上下层垃圾采取不同的处理方式，即对上层新填埋垃圾进行强制通风供氧，而对下层垃圾仍按厌氧方式运行。其主要目的在于降低新填埋垃圾中易降解物酸化后对厌氧垃圾层的危害，同时控制场内的湿度和其他环境条件，以实现填埋垃圾的无害化和资源化。垃圾达到稳定化所需时间比好氧生物反应器填埋技术长，但比厌氧生物反应器填埋技术短；运行维护费用处于好氧和厌氧生物反应器填埋技术之间。
4.半好氧生物反应器填埋技术
半好氧型生物反应器填埋技术是利用填埋场内外气体压力差，通过自然进风方式维持渗滤液收集管、排气管及中间覆土层周围一定区域内垃圾层的好氧状态，使部分垃圾实现好氧降解，同时向场内回灌渗滤液和其他液体。这种技术具备好氧生物反应器填埋技术的部分优点，建设成本和运行费用同传统的卫生填埋技术相比差别不大，二次污染程度较低。
三、 生物反应器填埋技术的优势以及存在的问题
与传统的卫生填埋技术相比，生物反应器填埋技术具有较强的技术优势：它以填埋垃圾被微生物降解的机理和过程为依据，通过一系列手段优化填埋场内部环境，使之成为一个可控生物反应器，为微生物大量繁殖提供了一个最优的生存空间。生物反应器填埋技术不仅能对填埋场产生的渗滤液实现很大程度的场内就地净化，还为填埋场的提前稳定创造了良好条件，同时增加填埋气体回收利用的经济效益，明显提高垃圾的生物降解速度和效率，从而提高垃圾的资源化、无害化水平。目前，这种技术已经在美国、日本、马来西亚、印尼、菲律宾及巴西等国得到了广泛的运用。
然而，这种技术还存在一些经济和技术上的不确定性，包括持久有效性、压实度、结构特性、氧化—还原环境和费用—效益分析等因素，都需要进一步研究。此外，受厌氧填埋场特性的限制，回灌并不能完全消除渗滤液。且回灌后的渗滤液氨氮含量高，仍需要进一步处理后才能排放。
 美国佛罗里达州波尔克县生物器填埋场剖面示意图 |
四、 结束语
近年来，随着生物技术的不断发展以及人们环境意识的加强，世界各国垃圾填埋技术已经从传统的简单填埋向多功能方向发展。而我国大部分垃圾处理方式仍然停留在简单的“堆填”上，尤其是渗滤液的处理，我国尚处于研究探索阶段，由于缺乏必要的基础研究和技术开发，垃圾填埋场渗滤液的处理设计大多没有充分考虑垃圾填埋和渗滤液水质水量的复杂多变性，不是难以达标就是运行费用高。甚至有许多填埋场既不设防衬层，也没有渗滤液收集处理和填埋气利用设施，从而造成垃圾对环境的污染。
因此，有针对性地进行切实可行的填埋工艺及渗滤液处理研究，是我们今后研究的重点。鉴于生物反应器填埋技术传统卫生填埋技术不可比拟的优点，我们应当大力研发并推广这种技术，降低单位垃圾建设成本和运行成本，最大限度地降低排放渗滤液的污染强度，减轻后续渗滤液处理负担，使填埋场在达到安全、卫生和环保要求的同时，获得经济效益。
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