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城市垃圾填埋场生态技术恢复
摘要
1.概述
近年来, 随着我国经济的高速发展, 工业化、城市化进程显著加快, 城镇规模、数量以及人口急剧增加, 城市垃圾也不断增加, 同时垃圾成分日趋复杂, 其危害也越来越严重, 城市垃圾已成为世界性的一大公害。据统计, 我国城市垃圾历年存量已高达70 亿t, 侵占城市土地达5.3 万hm2。目前城市垃圾主要以简易填埋方式进行处置,这不仅影响城市的美观,还给环境带来一定的负面影响。随着全社会环保生态意识的空前提高, 如何治理垃圾填埋场的环境污染, 尽快恢复垃圾填埋场的生态环境已成为国内外环境保护领域面临的一个相当紧迫和突出的重大问题。笔者在对垃圾填埋场的特征分析基础上, 对当前垃圾填埋场生态恢复技术进行简要概述, 并探讨我国垃圾填埋场生态恢复的主要发展动向。
其对环境的影响仍将持续20年以上的时间。我国简易填埋场中历年垃圾堆存量达数十亿t，其释放的污染物，将对环境产生长期而巨大的影响。特别是随着城市规模的迅速发展，一些原来位于城郊的简易填埋场，已逐渐位于或靠近城市的人口密集区，成为城市中重要的污染源。各地在兴建新的垃圾处理设施同时，对于简易填埋场的污染治理及生态恢复应引起高度重视。关闭或改造达不到环保标准要求的简易填埋场，对其进行污染治理及生态恢复，是城市发展过程中必须解决的紧迫问题，也是值得我们深入研讨的重要课题。
2.垃圾填埋场的主要问题
2.1选址不当
城市垃圾填埋场许多是在过去的垃圾堆放场稍加改进发展而来的，在选址、场地规划设计上存在严重不足，没有严格的防渗措施，这为填埋场的污染控制及运行管理留下隐患。
2.2污染环境
由于缺乏系统的规划设计，城市垃圾填埋场在污染控制方面措施不足。首先，在国内一些地方，渗沥液污染地下及地表水问题突出；其次，一些填埋场防洪系统过水能力不足，暴雨时洪水冲刷垃圾体产生大量的污水，造成了地表水的大面积污染；再次，填埋气体无序排放引发的垃圾自燃、爆炸事故时有发生。填埋气主要成分CH4、CO2均是温室气体，对环境污染起到一定作用，填埋气中的多种非甲烷类有机物，尽管浓度很低，但其毒性强，含有多种“三致”物质，对环境和人体健康的威胁严重。
2.3干扰居民生活
城市垃圾填埋场产生的恶臭及蚊蝇鼠害对附近居民生活和身体健康带来影响，这已引起周围居民强烈不满和社会公众的关注。
3.垃圾填埋场生态恢复主要研究方向
3.1填埋气体
填埋气体是垃圾在填埋场内分解时大部分有机物被兼性或专一性微生物降解所产生的气体。其纯净成分包括约60% 的甲烷、40% 的CO2, 另外还含有其他一些较少量的有机及无机成分, 它们的浓度取决于所填埋垃圾的种类及其组成。这些填埋气体不但污染环境, 影响人类生活, 而且严重影响填埋场植物的生存和生态恢复。如填埋场沼气以及伴随产生的高温是影响树木生长的主要因素，一些对沼气敏感的树木, 如迎春(Jasminum nudiflo2rum)、连翘(Forsythia suspense)、法桐(Platanus orien2talis L.)生长减退, 叶片变小,根系不发达, 甚至干枯死亡。
3.1.1甲烷的影响
Flower 等曾在美国境内调查发现，甲烷浓度与已关闭填埋场上植被覆盖度的下降呈正比关系,在此之前甲烷被普遍认为对植物是惰性的, 垃圾填埋场植物的生长没有受到高达67% 甲烷的影响, 因此甲烷本身似乎没有对植物产生直接的毒害作用。但甲烷确实对植物产生间接的影响, 其影响机制是通过直接的气体置换作用或通过甲烷细菌对氧气的消耗从而降低植物根际的氧气水平。另外,甲烷在无氧的条件下能促进乙烯的形成, 这些都会对植物生长产生不利影响。
3.1.2二氧化碳的影响
虽然少数植物被认为对CO2 具有高度的耐性, 且一般水平的CO2 对植物根系生长起刺激作用, 但浓度在15% 或20% 以上的CO2 一般来说对植物生长是不利的。氧气是植物生存所必须的, 填埋场土壤是一种特殊的生境,其极端低的氧气水平是因为气体的替换而非通常的水浸所致。虽然少数植物因拥有特殊的适应机制从而能忍耐很低的氧气水平, 但一般植物要求土壤氧气维持在较高的浓度才能正常地生长。
3.1.3其他
垃圾填埋气体中被认为具有植物毒性的气体还包括H2S、NH3、C2H4、苯和乙醛等。
3.2填埋气污染控制及其回收利用
简易填埋场大多无完善的填埋气导排系统，填埋气排放处于无控状态，存在火灾、爆炸等安全隐患。特别在封场后，顶部覆盖层将抑制填埋气的散发，填埋气在垃圾堆体中积聚，危险性进一步加大。因此，对现有填埋场进行填埋气回收利用价值及安全性评估十分必要，目前国内尚未建立系统的分析评估方法，仅有少量工程实践。此外，填埋气中非甲烷类有机物对人体健康和生态环境危害极大，国外的环境标准将其排放量作为填埋气污染及是否进行控制的依据，我国的环境标准中尚未对填埋气中污染物的排放作出具体限制，但对其危害性已有一些研究。无论从安全保证还是从污染控制角度，加强填埋气体排放的控制十分必要。简易填埋场均应建立填埋气导排气系统，将气体有序地集中导出，燃烧后排空、以消除污染与安全隐患。根据国外经验、对垃圾填埋量大于100万t、填埋深度达10-15m以上的大、中型垃圾填埋场，填埋气有回收利用价值，应考虑填埋气的回收利用。
3.2.1渗滤液
渗滤液是填埋场内的垃圾厌氧分解的最终产物, 渗透过固体废物层的水(通常源于降雨)带走有机、无机的降解中间产物和最终产物, 便形成填埋场渗滤液。通常含有大量的铵氮和各种溶解态的阳离子, 还有一些重金属、酚类、丹宁、可溶脂肪酸以及其他的有机污染物。因此, 所有这些物质均对植物的生长具有潜在的危害[11]。
3.2.2 渗沥液的收集
现代卫生填埋方式、防渗膜、渗沥液收集系统和渗沥液贮存设施, 用于拦截、收集、控制和处理渗沥液。垃圾堆体周围沿着垂直防渗墙设置渗沥液收集盲沟。主渗沥液收集盲沟采用de315×18.6 HDPE 管道, 在管道底部铺设土工布作为隔离层, 在管道四周设置16～32 粒径卵石反滤层。次导排盲沟采用DN100 塑料盲管外包裹200 g/m2 土工布, 并在管道外侧设置碎石反滤层。渗沥液收集盲沟汇集到封场区域西南部后, 经污水提升井送至渗沥液污水储存池。3.5.3 渗沥液储存调节池调节池尺寸5 m×5 m×4 m, 容积100 m3, 采用封闭式钢筋砼结构, 池体内侧涂刷LM 防腐防水涂料1 mm 厚。池体加盖板, 减少臭气的排放。3.5.4 渗沥液回灌渗沥液通过循环喷洒回灌, 降低渗沥液的污染物浓度, 并因喷洒过程中挥发等作用减少渗沥液的产生量, 对水量和水质起稳定化的作用。回灌还能增加垃圾堆体的含水率, 从而提高垃圾堆体的降解效率。回灌采用表面回灌法, 通过潜污泵加压将渗沥液通过de100 HDPE 回灌总管输送至填埋场顶部, 然后总管再穿过封场层土工膜进入导气层, 导气层中预先铺设一定数量的盲沟,沟内填充砾石, 内置穿孔的de80 HDPE 支管, 支管通过三通与总管连接。回灌的渗沥液沿着支管在导气层内漫流出去, 水平或竖直渗透至填埋场各个区域。
3.2.3渗沥液处理
渗沥液处理程规模渗沥液产量为30 m3/d。全部进行垃圾堆体回灌处理, 考虑回灌的渗沥液与垃圾反应, 确定最终污水处理量为25 m3/d。3.6.2 渗沥液进、出水水质填埋场封场后由于没有新鲜垃圾的进入, 经过长时间的厌氧分解, 渗沥液中的污染物浓度呈衰减趋势, 有机污染物的浓度逐渐降低, 可生化性越来越差,BOD/COD 值降至0.1 以下;根据国内填埋场封场后监测所得数据, 封场后COD 浓度迅速下降, 在封场后的第8 年, COD浓度低于100 mg/L, 并仍然呈下降趋势。BOD5 在封场后下降更加明显, 在封场后第5 年, 已基本稳定, 浓度较低。渗沥液中的氨氮在封场后也呈现下降趋势, 在个别时段有增加的波动。在封场初期, 氨氮浓度较高, 封场后较长时间内基本保持在1 500～2 000 mg/l 左右;此后迅速下降, 在封场后的第8 年,低于100 mg/L。随着渗沥液pH 值的升高, 渗沥液中重金属含量逐渐降低。渗沥液中总悬浮物浓度在20～200 mg/L, 波动很大, 说明填埋场封场对悬浮物的影响很小。
4.垃圾场的生态恢复
4.1 终场生态恢复
生态是指有生命的, 适合生存的状态。根据福尔曼(Forman, Richard T.T.)提出的城市景观格局理论, 公园绿地是城市生态系统中具有战略意义的物种栖息地斑块。
4.1.1 垃圾堆山
山体塑型, 主次配峰, 山体最高点主山24 m, 次高点次山22 m, 配山20 m。
4.1.2 终场覆土厚度及土壤改良
终场覆土厚度设计为1.0 m, 充分满足植物生长要求。土壤改良施用氮肥或堆肥, 同时采用垃圾筛出的腐质土, 并适当翻松覆土层表层, 酌情添加有机质以改善其物理特性。
4.1.3 植被栽植
计划第一阶段: 主要栽植草坪、观赏地被、花卉及花灌木。通过地表植被的涵养, 恢复基地的生态属性。第二阶段: 根据堆体稳定性观测, 大部分垃圾稳定化后进行乔、灌、花、草等层次丰富、色彩丰富的景观种植搭配。两个阶段以垃圾降解完成为界。
4.1.4 耐性树种的筛选
由于温州地区多台风, 因此选择抗风性强、抗贫瘠、抗有害气体、根系发达、材质坚韧的常绿树种。栽植选择采用乔、灌搭配, 密林栽植等方式, 选择相关品种, 如广玉兰、香樟、大叶榕、合欢、大叶紫薇、垂柳、榉树等。
4.1.5 引鸟设计
通过筑巢引鸟, 在面邻瓯江的东侧山顶一侧, 悬挂1 000 个设有语音引鸟器和自动喂鸟装置的新型鸟巢, 定期进行人工维护, 同时在该区域广泛栽植鸟嗜植物, 并进行流淌浅溪结合水生植物的引鸟水景设计。
4.1.6 雨水回收系统
公园西侧、东侧入口均建有雨水池, 与山体周边排水沟相贯通, 收集场地雨水, 经过净化后成为景观用水, 并广泛用于绿化浇水。
4.2 景观规划设计
4.2.1 景观结构布局整体景观布局
结构划分为: 1 轴、1 环、4 段落、8 节点。1 轴系连接西侧主入口与东侧次入口之间的景观轴线;1 环系沿山下主环路布置一个连续的休闲环带;4 个特色段落空间系水之广场、云之广场、花之广场、雾之广场;8节点系主入口广场、童趣园、大瀑布、眺望亭、知春台、鸟语亭、雾喷泉、膜亭景观节点。
4.2.2 交通流程设计
全园划分了3 级路网, 公园主路3.5 m, 次路2 m, 小路1.5～1.2 m。路网与周边城市结构相对接, 主次入口均设计了停车场, 而且考虑未来的发展, 对停车场面积进行了预留。游园路串接了若干驻停空间, 满足游人登山休息。
4.2.3 免水冲泡沫生态公厕
在东、西2 个入口附近布置2个生态公厕, 以方便游人使用。生态公厕的特点是不用水冲,无须定期收集排泄物, 排泄物被粉碎后, 通过微生物降解, 转化为无害的微量二氧化碳和水, 通过固定的排风口排放, 同时厌氧菌还能进行杀菌除臭处理。4.2.4 灯光照明设计在夜晚通过灯光照明使公园景观产生明暗对比的效果。结合公园各景点的需要, 分别设置景观灯、庭院灯、地灯、草坪灯、射灯等, 灯源色彩为红黄暖色系列。在山体的道路、停留空间设置太阳能灯具。
5.结论及建议
简易垃圾填埋场对城市环境的危害应引起高度重视，建议对我国现有简易填埋场进行系统调查，对其环境影响进行全面评估，针对性地采取综合性的技术措施，以有效减轻其对环境的负面影响；管理上应加强监管，提高管理水平；积极开展适合简易填埋场的污染治理与生态恢复的技术开发与工程示范。
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