垃圾填埋场学位论文

浅谈垃圾填埋场的土地整理和利用论文

1某地垃圾填埋场现状

该垃圾填埋场地处沿海某地城郊，原为荒滩林地，现因当地经济快速发展，已经开发成工业开发区，填埋场距离市区30km左右，离最近的城镇8km左右，目前填埋场周围均有工厂分布。填埋场总面积约16.585hm2，其中填埋区为15.838hm2，管理区及渗沥液处理区约0.747hm2。整个库区由生活垃圾填埋区和拆解垃圾填埋区组成。生活垃圾填埋区占地面积14.078hm2，分为一期库区和二期库区。一期库区占地6.328hm2，自1998年启用，已于2006年封场，填埋量约33万t；二期库区占地7.75hm2，自2006年启用，于2012年底封场，填埋量52万t，生活垃圾填埋区已填埋的垃圾总量约为85万t。拆解垃圾填埋区位于填埋库区西面，占地面积约1.76hm2，填埋厚度5.8m，库容10.23万m3，已填埋的垃圾总量约为15万t。至2012年底，填埋场库区均已达到设计库容，实行封场，目前已进入封场后管理维护阶段。

2当地工业发展和用地现状

按照工业新城区的定位，当地编制了工业集聚区各项规划和产业发展规划，投入资金建设园区的主干道路网及水、电、通信等基础设施，着力培育规模企业，提升区域经济竞争力，形成了以机电、汽摩配、塑料制品、五金、水产冷冻等五大特色行业为主导的产业结构。全镇亿元企业8家，千万元以上企业达20多家。根据当地国土资源局国有土地使用权招拍挂出让成交公示（2012年6月显示，当地近期的工业用地拍卖屡创新高，反映了其工业用地紧张的现实。城镇生活垃圾均采用焚烧方式处理，已封场的填埋场位于工业开发区核心区域，成为工业园区中的'“棕色地块”，制约了工业园区的发展。根据国家规范，若要对该块土地重新利用，则需要填埋场达到稳定安全期后方可进行土地使用，且不能建造永久性建筑物，为了使已封场填埋场的场地发挥更积极的土地效益和社会经济效益，减少填埋场维护费用，降低填埋场对周边区域环境污染的风险，可以利用填埋场距当地焚烧发电厂较近的优势，对填埋物采取“外运焚烧”的方式对土地进行整理，并对搬迁后的场地进行土壤修复、回填，使之达到GB15618—2008土壤环境质量标准（修订中第二级工业用地标准，让该地块恢复成工业用地，并从土地转让收益中抵扣掉土地整理的费用。

3方案实施的条件

3.1交通运输条件。填埋场所属区块路网建设已经成熟，运输条件良好。填埋场距当地焚烧发电厂6km，运距合适，交通方便，具备了项目实施必须的交通条件。

3.2处理场地条件。当地焚烧发电厂总占地面积61124m2，总投资近3亿元，装机容量25MW，上网电量1亿kW·h/a，处理规模一期1000t/d，年处理生活垃圾28万t。其二期工程预计在近2a内实施，届时会增加处理量800t/d，处理量将达到1800t/d。目前该焚烧发电厂日处理量为800t/d，有200t/d的余量垃圾可以提供给垃圾填埋场做二次处理；2a后，该公司二期工程实施，可提供给垃圾填埋场二次处理垃圾最大处理量约600t/d，能满足垃圾填埋场垃圾的二次处理要求。

4已填埋垃圾分析

4.1生活垃圾。一期库区垃圾。生活垃圾填埋区一期库区自1998年启用，至2006年封场完毕，使用年限8a，已填埋垃圾约33万t。一期库区封场至今已有6a，部分垃圾在填埋场中填埋多年，垃圾中易降解物质降解已经完成，垃圾成分基本达到稳定化，矿化率较高。二期库区垃圾。生活垃圾填埋区二期库区自2006年启用，至2012年封场，使用年限6a，已填埋垃圾52万t。根据城区生活垃圾产生量的相关资料显示，从2009年开始，每天垃圾填埋量平均约500t，经计算，二期库区上层4m左右厚的垃圾基本是近1~2a填入的，其降解、矿化率较低甚至还未进入矿化阶段。2008—2009年垃圾产生量较初始填埋时有所增长，垃圾填埋龄3~4a，其有机物已部分或大部分降解，垃圾矿化率相对较高，降解后垃圾层有一定的沉降性，估计这部分垃圾层厚度在2.5m左右。最下层垃圾是2005—2007年填埋的垃圾，当时垃圾产生量较少，并经过5~6a的降解，绝大部分有机物已降解，矿化程度较高，并且矿化后垃圾沉降量较大，这部分垃圾层厚约1.5m。

4.2拆解垃圾。拆解垃圾库区自2006年启用，至2012年封场，已使用6a，填埋垃圾约15万t。根据当地拆解垃圾的相关资料可知，垃圾主要成分为橡胶、沙子、砖块、塑料、线路板、铁、铜以及极少量的纸张等，经分选后的垃圾焚烧热值较高。

5外运焚烧工艺

5.1工艺设计

5.1.1工艺流程简介。根据焚烧厂接纳能力和筛分机处理能力制定垃圾挖掘计划，垃圾挖掘后，经过筛分机筛分，筛上物运至焚烧厂焚烧；筛下物作为矿化垃圾利用。

5.1.2设备及人员配置。垃圾焚烧厂一期设计处理规模为1000t/d，近2a可接纳填埋场二次处理垃圾量约200t/d。人员及设备配备。根据焚烧发电厂的规划，其二期将在2014年建设运营，总设计处理规模将达到1800t/d，预估可接纳填埋场二次处理垃圾量最大约600t/d。人员及设备配备。

5.2处理周期分析

5.2.1已填垃圾成分分析。根据国内对已填埋垃圾筛分测定的相关研究，填埋场内垃圾筛分物随填埋年限各有不同。

5.2.2垃圾总量分析。结合垃圾填埋场填埋种类和年限，垃圾填埋场中垃圾经筛分后，筛上物、筛下物分析结果。

5.2.3垃圾处理周期分析。垃圾填埋场垃圾处理周期。

5.3矿化垃圾的性质和用途。垃圾填埋数年后，垃圾中易降解物质完全或接近完全降解，垃圾填埋场表面沉降非常小，垃圾本身已很少或不产生渗沥液和填埋气，垃圾中可生物降解含量较小，渗沥液中COD浓度较低，垃圾填埋场达到稳定化状态即无害化状态，这部分垃圾称为矿化垃圾。根据矿化垃圾性质可知，矿化垃圾中有一定的有机质和营养元素，主要用途：①种植、绿化用的营养土；②建筑材料；③生物反应床的填料。

6场地修复及土地重新利用

6.1场地土壤检测和修复目的。填埋场库区按区块搬空后，即可对搬空区块进行土壤检测，根据GB15618—2008（修订工业用地土壤污染物浓度控制要求取样、分析、给出调查报告，并制定修复方案进行场地修复，使之达到该标准中工业用地的要求，实现地块的重新利用。

6.2常用修复技术根据。《污染场地土壤修复技术导则》（征求意见稿，常用的污染场地修复技术包括挖掘、稳定/固化、化学淋洗、气提、电动、热处理、生物修复等。

6.3土地重新利用。场址土方填筑完成并验收合格后，即可进行地块规划设计，然后进行场地平整、路网建设、通水、通电等基础建设，建设完成后即可进行土地的重新利用。

7投资收益分析

根据工艺各流程和设备配备，项目总投资约为9714.3万元（含土壤修复费用，其中垃圾焚烧按80元/t计，场地调查和修复按1300万元计，未计矿化垃圾的收益或处理成本。根据的统计，目前工业土地的均价近930万元/hm2，本项目完成后可整理出工业用地16.58hm2，考虑项目实施完成需4.3a，届时土地价格涨价按15%计，预计可以回收土地资金17728.5万元，故按本方案，该垃圾填埋场地块整理利用后，可以产生8014.2万元的净收益。

8结论

(1)垃圾填埋场封场后土地开发利用，要结合当地经济发展状况、环境保护意识及现状等方面进行综合分析，确定最合理的方案。

(2)根据某地垃圾填埋场的实际情况，经过整理技术和经济成本、收益的分析，外运焚烧+场地土壤修复方案是切实可行的。

(3)本方案给土地价值较高地区已封场的垃圾填埋场土地整理和利用提出了一个新的方案，也为垃圾堆场存量治理提供了一个新途径。

一、国外研究现状及发展趋势

对城市垃圾，美国是采用地质填埋比例最高的国家，达95%。从30年代起，全美就有1400多个城市采用地质填埋法处置垃圾。至90年代初，全美地质填埋场多达75000个。当时，加拿大已有地质填埋场地2200个。此外，英国、澳大利亚、新西兰、挪威、法国、丹麦、德国、意大利等国已建立了大量地质填埋场。这些发达国家的政府、科研机构和高等院校十分重视地质填埋方法和理论的研究。通过对大量文献的分析，可发现地质填埋处置方法和理论的研究发展历史可分为下列几个阶段：

1.前期阶段

在40～50年代，人们尚未认识到垃圾对环境和人类的危害的严重性，地质填埋法也很少使用，垃圾以简单的露天堆放为主，场址选择主要以交通条件方便为准则，较少考虑地貌地形情况，极少考虑资源环境的保护和地质环境条件的适宜。

2.初始阶段

这阶段从60年代开始到70年代早期，是在垃圾的简单露天堆放造成严重的环境污染和破坏事件不断增多，特别是在1972年斯德哥尔摩召开”人类环境会议”以后，环境问题在世界范围内受到关注，垃圾堆放或简单填埋对环境的影响引起了人们普遍警觉和重视。这一阶段，在进行处置场的选择时，地质、水文地质、工程地质、环境地质等条件成为调查、分析和评价的对象。如Stewar等（1970）对影响美国佛罗里达州Hillshorough填埋场的水文地质因素进行的分析研究、Brown（1973）对Whiteman垃圾场地质条件的评价、Matin（1975）、Lee County的填埋场对地表水影响的评价和Ronsin（1977）对Devner垃圾场对地下水水质影响的调查等。这阶段的主要特点是对场地的定性分析与评价。

3.地质环境影响的机理研究阶段

这阶段起始于70年代中后期到80年代中期。随着初期阶段工作的不断发展，场地垃圾与地质环境相互作用和影响问题逐渐被揭露出来，这就进入了这一阶段。该阶段的主要特点是：着重对单个污染组分与地下水或地层中矿物成分相互作用机理的研究。方法和手段上采用了物探、同位素法、示踪技术等以及应用溶质运移的解析模型、数值模型、零通量面法计算等，方法从定性走向定量。如1981年Gureghian,A.B.等成功地采用了有限单元法对美国长岛地质处置场地地下水污染质Cl-的运移进行了数值模拟研究。1982年Sykes,J.F.等首次发表了垃圾处置场有机质降解的模拟研究成果。该成果在考虑对流弥散的基础上，着重研究了微生物作用过程，建立了渗滤液中COD迁移转化的预测模型。1984年、1986年，A.C.Demetracop等，对非饱和流渗入填埋体进行模拟和敏感性分析，指出了在场底不同条件下收集渗滤液的具体措施。1984年Gerhart,R.A.研究出了一套采集非饱和带渗滤液的方法，在层状和非层状土中进行了试验。这些成果对研究垃圾的地质处置具有十分重要的意义。

4.全面系统化研究阶段

这阶段从80年代后期开始，对地质处置场的研究更加全面、深入和系统。具体表现在：

（1）处置场设计更加系统和完善。最具代表性的是德国M.Langer（1994）所发表的”对垃圾处置项目地质和岩土工程屏障的地球科学评价”一文。该文指出一个永久性的完善的地质处置场必须具有与地质屏障对应的岩土工程屏障，建立场地，除考虑工程地质，水文地质与环境地质外，还要作岩土工程安全分析（岩土承载力、多层屏障系统评价、地震和构造分析、水文地质模拟、边坡稳定性分析等）、制定安全计划（制定减少或避免危害的措施、防止岩土坍塌和堆场破坏方法等），并在作大量室内和现场实验、观测的基础上进行工程安全评价，同时，还须对正在运行中的处置场进行长期观测并实施一系列安全防护措施。

（2）场地地质环境效应评价研究综合化、系统化和定量化。自80年代中期以来，一些学者开始综合全面地研究垃圾地质处置场的地质环境效应。如1984年美国学者Schroeder等研制了”地质填埋场水力学评价模型”即HELP模型，该模型抓住了垃圾填埋场中垃圾渗滤液量的大小对地质环境影响程度的关键因素，给出了在不同结构组合条件下渗滤液渗出量的估算方法，对场地水量的转化进行了综合计算。1988年Peyton,R.L.等通过对17个地质填埋场的长期模拟实验，验证了HELP模型的可靠性和适用范围，Hollings-head,S.C.等（1989）利用该模型对填埋场的粘土隔水层厚度、渗透系数、表土层等因素进行了分析，对盖层系统的改进作了进一步研究。Freeze,R.A.和Massman,J.等（1990,1991,1992）将决策分析方法引用到该领域研究，此方法以工程设计中的风险性理论为基础，以系统工程最优化为目的，研究了基于风险-费用-效益的目标决策模型、地下水流与溶质运移模型和不确定性模型等三种模型的相互耦合，其研究结果对认识垃圾对地质环境的影响、指导填埋场优化设计、合理运行和管理具有重要意义。有的学者还综合研究了垃圾中的有机质、 、 、 、COD等在填埋场水-土系统中相互作用和转化的机理、并作数学模型模拟、预测（如数理统计分析、Van Genuchten解析模型分析法、描述非饱和土层—潜水含水层水流运移联合数学模型、描述污染质的迁移转化的联合数学模型及描述对流—弥散的三维数学模型等）等研究，取得了丰硕成果。

（3）地质处置场阻隔材料性能的研究日趋活跃。学者们在对垃圾污染物与地质体矿物成分，地下水等相互作用和转化机理研究的同时，展开了污染质阻隔材料性能的研究。如加拿大学者D.A.Dixon（1992）从土中渗透系数、吸附性能、解吸能力，孔隙水运移规律等方面，对斑脱土的污染质阻隔能力进行了研究。另一学者RoLand Pusch（1989）研究了对填埋场衬垫粘土中适量的水理性质和化学性质都适宜的添加剂，以增强吸附性能、离子交换能力、改变土中孔隙水临界水力梯度或起始水力梯度，提高其防渗能力。Beeman（1987）的“地质填埋场淋滤液对浅层含水层污染的微生物研究”一文，综合考虑了微生物共同作用下有机物的降解特征等。

（4）计算机人工智能系统引用于该领域。1991年，Modymont,C.L.等将人工智能的知识系统应用到填埋场对地下水环境影响的评价中；C.Irigar等（1994）在“西班牙格拉纳达区为城市垃圾处置场选址的地理信息系统岩土工程和环境评价”一文中，详细介绍了地理信息系统在垃圾处置场选址中进行岩土工程设计和环境评价等方面的应用。

应该指出的是，上述几个阶段只是根据其主要特点来划分的，并不是截然分开的。各个阶段的研究相互渗透，反应了垃圾地质处置研究从初级向高级发展的趋势和过程。

二、国内地质处置的研究现状

与发达国家相比，我国在垃圾地质处置研究方面存在较大的差距。

我国在“七五”期间，在全国范围内开展了城市垃圾无害化处置技术的试点研究。在借鉴发达国家先进经验基础上对地质填埋、堆肥、焚烧和资源回收利用等各试点项目的经济技术全面进行分析评估后，确认地质填埋处置技术是最适宜我国国情的实用处置技术之一。建设部和科委于1991年9月正式把地质填埋处置技术确定为我国近期推广的首选技术。并先后在杭州、上海、天津、广州等城市开展了城市垃圾的地质填埋工作，并将是否建立城市垃圾的地质填埋场作为国家级卫生城市的一个重要指标。这标志着我国城市垃圾地质处置工作进入了新阶段。其研究现状与发展趋势可以归纳如下。

总体上，我国目前在该领域的研究水平相当于国外第二或第三阶段的研究水平，但某些研究成果已经达到了国外第四阶段的研究水平。

1988年，上海市环境保护科学研究所编写了上海江镇和老港两个垃圾堆场的环境影响报告书，其内容涉及到堆场的地质、水文地质条件、地质结构特征、垃圾成分及渗滤液数值模拟计算等。在1991年前，公开发表的论文还以文献调查综述为主。如林学玉（1984）、黄明敏（1988）、张雪尧和郑铣鑫（1988）、孟月娥（1990）、梁金火（1991）、张虎元（1991）、刘长礼（1991）分别撰文介绍了国外城市垃圾地质处置选址原则、环境地质调查、取样分析、监测设计、地球化学过程和模拟、填埋场所产生的主要环境地质问题和地下水污染控制等情况。自90年代起，某些具体的初步研究成果开始出现。如左明麒（1990）和刘东（1991）分别撰文介绍了天津玛钢厂利用垃圾填土强夯后作地基及武汉环卫所对该市郭茨口填埋场渗滤液成分特征及其变化规律的模拟实验结果。此外，一些研究生开始以该领域研究为题作为学位论文。

比较能够代表我国在现阶段该领域研究水平的科研成果，首推“八五”地矿部科技攻关项目“上海浦东新区垃圾堆放对区域环境影响评价”、“上海浦东新区选定地段垃圾堆放场地适宜性评价”、国家自然科学基金委资助项目“城市垃圾堆放填埋场的地球化学效应及作用机理”（1995～1997）和国家自然科学基金委资助项目“垃圾填埋场粘性土垫层阻隔能力的研究”（1996～1998）等四个项目的研究成果。这些研究项目取得的主要进展如下：

（1）采用实体物理模型模拟实验，应用化学动力学、水动力学弥散理论，建立了垃圾渗滤液中有机氮、 、 、 、Cl-等离子运移和转换的准二维联合数学模型，对垃圾堆场环境影响程度和速度进行了模拟、计算和预测。

（2）较深入、系统地研究了垃圾堆场-土系统中微生物对氮化物及某些金属污染元素的迁移转化和相互作用机理，探索了硝化菌和反硝化菌对 、 、COD等的硝化和反硝化作用和去氮作用，得出了垃圾堆场各种微生物作用不但有去除有机物和氮化物的能力，还有净化某些金属离子的能力的结论。

（3）深入、全面、系统地研究了垃圾处置场对环境影响的评价方法，并对某些垃圾场对环境的污染进行了分析评价。

（4）利用系统工程原理、方法，探索出了一套适合于垃圾地质处置场址的综合、系统的优化选择的理论和方法。

（5）研究了场地土中污染质溶液在不同层次的孔隙组成的土中的运移规律，得出了用孔隙水临界水力梯度来计算垃圾处置场与地表水、地下水体之间的距离、场底粘土衬垫厚度、密度等参数的计算方法。

（6）深入系统地研究了各种粘土（粘土、重粘土、粉质粘土）及各种特殊土（风化煤、泥炭和膨润土）及其不同比例的混合材料对各种污染质的阻隔能力及各种材料衬垫的铺设方法，提出了适合我国国情的衬垫系统的铺设思路、理论和方法。

（7）研究得出了分别适合于南方和北方垃圾填埋场的不同堆填模式和管理模式。

（8）提出了地质填埋处置的效益工程理论和方法。效益工程理论的核心和目标就是同时考虑经济效益、环境效益和社会效益。从城市垃圾填埋处置场址的选择、场址不良地质问题的处理、填埋工程的设计、防渗衬垫系统的铺设到工程的施工、渗滤液的处理、填埋场终期的开发利用等各个环节，采用系统工程的层次分析法和最优化理论方法，使经济效益、环境效益和社会效益达到最佳配置和完美的统一。

这些研究成果总体的水平处于国内领先地位，而有的达到了国际先进水平。

归纳起来，该领域现阶段的国内外研究热点和发展方向如下：

（1）垃圾污染物在场地土体及地下水中的运移规律和归属的物理化学及生物化学作用机理。

（2）微生物对污染物在地下水和包气带中的积累、降解和消散的调控机制。

（3）不同衬垫材料对垃圾污染质的净化机理和阻隔能力。

（4）垃圾污染环境的生物化学治理理论和方法。

（5）由于我国人口多，垃圾数量巨大，垃圾围城、危害环境的情况在全国各大、中城市十分普遍。因此，国内有实力的科研机构在政府的支持下，正对一些特大城市（如北京）进行垃圾对环境的影响评价及填埋场规划场址的选定工作。随着国家经济实力的不断提高，这样的工作还将在其他城市逐渐展开。