某大型生活垃圾填埋场生态修复项目总体设计理念

【摘要】介绍了某大型生活垃圾填埋场项目概况，指出了该填埋场封场前在气体收集与处理、雨污分流、垃圾堆体稳定性及堆体表层生态等方面存在的问题，提出生态修复项目总体设计创新理念，阐述了污染治理和生态修复各子项工程设计思路和内容，指出了该项目的借鉴示范意义。

【关键词】生活垃圾；填埋场；污染治理；生态修复；总体设计

1 项目概况

某大型生活垃圾填埋场位于城市主城区，是典型的山谷型垃圾填埋场，占地面积约54.7 hm2，其中填埋库区面积约33.3 hm2，设计库容约1.4×107m3，设计服务年限20a，设计日处理能力1500t，高峰期日处理垃圾约3 000 t，项目建设总投资约4.9亿元。该填埋场于2001年开工建设，2003年投入运行，2016年关停，关停时已填生活垃圾1.0×107t。填埋库区按填埋年限先后顺序分为A、B、C 3个区，停止填埋后2016—2018年堆体处于主沉降期，2019年进入生态修复实施阶段。

2 封场前存在问题

该填埋场位于城市主城区，周边2 km外为居住区，封场前垃圾堆体采用“土+HDPE膜”临时覆盖，主要存在以下问题：①沼气、臭气收集不完全，处理不完善，臭气污染给周边群众生产生活带来较大影响；②雨污分流不彻底，大量雨水进入库区形成渗沥液，渗沥液处理压力大，处理费用高；③大量雨水的渗入使得垃圾堆体存在滑坡、崩塌、沼气爆炸等安全隐患，同时对垃圾坝体安全产生威胁；④堆体表面简单覆盖，生态匮乏；⑤占用大量土地资源，影响了城市土地的集约化使用。由于填埋场运行中存在以上问题，政府研究决定对该未达设计库容的填埋场于2016年进行关停并对该场进行封场生态修复。因此，如何对该填埋场进行有效地治理，缩小影响范围，使其污染物得以有效控制和处理，堆体上部空间逐渐转化为对外开放的公园绿地是一项亟待解决的重要问题。

3 总体设计创新理念

填埋场生态修复主要包括2个方面的内容：第1步污染治理，第2步生态修复。其中生态修复又可分为2个阶段实施，前期主要为土壤改良、生物群落构建，后期为景观打造，建设对外开放的公园绿地。针对填埋场封场前存在的问题，从污染治理和生态修复2个方面分别提出总体设计创新理念以指导项目的具体实施。

3.1 污染治理设计理念

1）采用技术成熟、安全可靠、施工周期短、对周边居民扰动小、经济合理的原位就地厌氧封场污染治理技术方案。2）采用填方整型，解决城市建设中建筑渣土去向，同时避免垃圾堆体开挖扰动产生恶臭污染周边居民环境。3）项目实施过程中尽量排出垃圾堆体内存留的渗沥液，保障施工安全，避免不均匀沉降造成的覆盖系统破坏等损失。4）加大石笼井密度，部分石笼井兼具排水功能，设置渗沥液回灌管道，为堆体内垃圾降解营造适宜的厌氧环境，加速垃圾分解，加快垃圾堆体稳定化进程，尽早实现土地再利用。5）通过污泥固化、封场覆盖、渗沥液收集处理、填埋气收集处理等技术措施，实现污染物零迁移、零污染、零泄漏、零排放、零安全隐患的生态修复场地。6）完善项目供水、供电、通讯、园路、人行步道、停车场、公共厕所、管理用房等基础配套设施建设，逐步实现经生态修复的场地对外开放。7）融入智慧化管理理念，实现微观定位、宏观监控，建立可感知、快速响应和快速解决的环境监测智慧化管理系统，与周边居民实时动态共享环境质量监测数据。

3.2 生态修复设计理念

1）封场覆盖后，生态修复前期，通过对场地表面绿化土层进行一定的微地形塑造，使其更具美感，通过草坪、花卉、灌木、豆科抗污染等植物的种植，改良土壤，构建生物群落，焕发土壤生机活力，实现场地的生态修复。2）根据A区、B区、C区的填埋时序，分区块、分阶段，逐步实现土地恢复和对外开放。3）生态修复后期，通过景观塑造打造城市生态、城市运动、城市艺术、环保科普、植物游乐五位一体的生态乐园，为周边居民提供休闲娱乐场所和回归大自然、聚集人气的场地，提升周边土地利用价值，带动区域产业链的发展。

4 污染治理设计

污染治理主要工程内容为：污泥固化、堆体整形、封场覆盖、填埋气体收集处理、渗沥液导排处理、环境与安全监测等。

4.1 污泥固化

该垃圾填埋场在填埋B区分布了4个污泥坑，占地面积约为2.79×104m2，污泥厚度2.50～8.50 m，总污泥量约1.7×105m3，平均含水率约为70%。为了消除污泥堆体滑动造成的环境风险，为封场后的场地再利用打下良好基础，需对污泥进行固化处理。清除污泥后回填对周围环境影响大且造价高；抛石挤淤，污泥并未得到真正处理，安全隐患仍然存在；软地基处理方式可以实现场地稳定及承载力目标，但需以污泥固化为软地基处理机械设备提供工作面为前提，综合考虑本设计推荐对污泥进行原位固化处理。根据相关标准规范，综合考虑封场后场地利用需求，确定本项目污泥固化目标：含水率＜60%、pH 5～10、抗剪强度≥25 kPa、无侧限抗压强度≥50 kPa。污泥原位固化具体实施内容为通过固化剂输送机向污泥中加入固化剂（固化剂主要成分为水泥石灰螯合剂，配比通过试验确定），借助挖掘机的液压驱动型搅拌系统使污泥和固化剂原位充分混匀，通过一系列复杂的物理化学反应，使其转化成类似土壤或胶结强度很大的固体，达到固化目标及承载力要求。

4.2 垃圾堆体整型

封场前填埋库区未填满垃圾，约有3.0×106m3剩余库容，使得库区内存在较大区域的低洼地带，雨污分流不彻底，因此需要通过填方整型，使得填埋场形成凸起坡度，保障雨水顺利排出场外，减少渗沥液产生量。经设计比较后采用建筑渣土填方整型，控制坡度为5%～8%（满足封场规范最小5%的坡度要求），既避免了水体在场内聚集的风险，又解决了城市建设中产生的建筑渣土出路问题，避免了垃圾堆体开挖对周边居民造成恶臭影响，较缓的坡度减少垃圾坝承压受力降低风险也为后期场地利用提供了良好地形基础。根据规范要求，结合现场实际情况，确定设计方案：填埋年限较长且稳定的A区、B区分别以5%～6%的坡度向上收坡；填埋年限较短的C区以6%～8%的坡度向上收坡与A、B区相连，高差3～5m设置1条8m宽的锚固平台。经网格法土方计算，本项目垃圾堆体整型中挖方量约为6.8×104m3，填土方量约为1.25×106m3。

4.3 封场覆盖

根据封场设计规范，封场覆盖层从下到上需设置导气层、防渗层、排水层、绿化层。采用碎石排气盲沟、粗骨料建筑渣土实现沼气导排功能；采用素填土、长丝土工布和LLDPE膜实现防渗功能；采用施工简便稳定性好的复合土工排水网实现排水功能；为利于生态修复、满足园林造景绿化需求，设置1 m厚绿化土层。本项目设计最终封场结构层自上而下依次为：①500 mm营养土层（绿化土层）；②500 mm支撑覆盖土层（绿化土层）；③7.5 mm复合土工排水网（雨水导排层）；④600 g/m2聚酯长丝无纺土工布（膜上保护层）；⑤1.5 mm双糙面LLDPE土工膜（防渗层）；⑥300 mm素填土（膜下保护层）；⑦建筑渣土、老垃圾或素填土（堆体整型坡度≥5%）；⑧300 mm粗骨料建筑渣土（气体导排）；⑨5 m×1 m碎石排气盲沟（气体导排）；⑩现状垃圾堆体（B区污泥固化）。

4.4 填埋气体收集处理

根据CJJ 133—2009生活垃圾填埋场填埋气体收集处理及利用工程技术规范［6］和以往工程经验，采用School Canyon模型推算法预测封场后沼气产量，预计封场后第1年沼气产量达到峰值4 793 m3/h后呈逐年下降趋势。该填埋场原已有10台（共1 MW） 沼气发电机组，可满足封场后沼气发电需求，但封场前沼气收集系统和处理系统不完善，封场设计采取如下做法：1） A、B区填埋年限较长按50 m间距完善沼气石笼井布置，C区填埋年限较短按40 m间距完善沼气石笼井布置，根据地勘水位确定是否采用兼具排水功能的沼气石笼井，完善A、B、C区沼气收集管网。2） 由于填埋年限不同，A、B区沼气和C区沼气分开收集，各处理系统之间通过管道阀门切换来实现。当沼气中甲烷浓度大于35%时，进入原有沼气发电机组发电上网，多余部分进入火炬焚烧系统；沼气中甲烷浓度为20%～35%时，调整抽气速率提升沼气浓度至35%以上；沼气中甲烷浓度低于20%时，进入低浓度沼气催化氧化系统。其工艺流程见图1。

图1 沼气收集处理系统工艺流程

3） 为避免设备长期闲置，低浓度沼气催化氧化系统根据实际运行监测数据需要再实施。

4.5 渗沥液收集处理

封场后渗沥液的产生量主要来自堆体内存留水的重力渗出及有机物降解产水。根据《生活垃圾卫生填埋场岩土工程技术规范》和《生活垃圾卫生填埋处理技术规范》，结合类似工程案例，综合预测封场后渗沥液平均产生量约为370 t/d，呈逐年下降趋势。原有400 t/d“两级硝化反硝化MBR+DTRO改造”设施可满足处理需求。主要设计思路为：1）为保障项目实施过程中坝体安全、施工安全，保障封场后沉降量小且均匀，加速堆体稳定化进程，施工期间采取打井泵抽排等措施降低填埋库区内渗沥液水位。2）监测结果显示，目前渗沥液水质COD为2 000～2 500 mg/L，氨氮为 2 000～2 500 mg/L，电导率为2 800～3 000 mS/m，水质呈进一步恶化趋势，碳氮比失调越来越严重，电导率越来越高，可生化性越来越差，封场后应根据水质变化情况调整工艺和运行参数，如加大碳源投加量，延长反硝化停留时间，加大回流比等措施强化脱氮效果。3）设置浓缩液和渗沥液回灌系统，在保障渗沥液处理系统正常运行的情况下回灌，促进堆体稳定化进程。4） 根据《生活垃圾卫生填埋场封场技术规范》，渗沥液经预处理后也可运至污水处理厂协同处置，在水质极端恶化条件下也可考虑启用应急预案，渗沥液经预处理后运往污水厂协同处置。

4.6 环境安全与监测

该填埋场周边已有大量住宅，随着土地的开发利用，居住区进一步靠近，对该项目实施环境监测智慧化管理系统，与周边居民实时动态共享环境质量监测数据，根据监测结果有针对性地调整运行参数，尤为必要。此方面的设计思路如下：1）在填埋场、渗沥液处理区、沼气发电区设置环境空气质量在线监测，监测因子为SO2、NO2、PM2.5、H2S、NH3、负氧离子，实时监测，超标报警。2）在垃圾堆体上、集装箱管理房内、渗沥液处理区、沼气发电区设置填埋气体在线监测，确保场地安全，监测因子为CH4、H2S、NH3、SO2，实时监测，超标报警。3）在渗沥液处理站外排截洪沟处设置地表水在线监测，监测因子为CODCr、氨氮，实时监测，超标报警。4）在绿化土壤层设置在线监测，监测因子为温度、湿度，根据监测结果实时调整土壤湿度及温度，利于植物生长，生物群落构建，焕发土壤生机活力。5）在集气站出口设置气体温度和湿度在线监测，实时掌控垃圾堆体降解情况，及时调整渗沥液回灌、抽气量，加速堆体厌氧分解，促进场地稳定化进程。6）在项目范围内各出入口及主要点位设置视频监控，为安全管理提供保障。

5 生态修复设计

5.1 生态修复初期

生态修复初期（3～5 a内），以改造垃圾填埋场的环境为主要目的，营造一种稳定的、自我持续的生态系统，以支持场地各项活动和功能为目标。主要做简易绿化处理和地形塑造，不仅可以防止暴雨冲刷土层，还可对新封场覆盖层上的土壤进行养生改良。封场初期可种植一些易成活、抗贫瘠、抗旱、抗污染、固氮的草类、地被和花卉等，此后可通过观察监测逐年适当增加一些灌木，见图2。

图2 生态修复初期效果示意

5.2 生态修复后期

生态修复分阶段进行，达到GB/T 25179—2010生活垃圾填埋场稳定化场地利用技术要求后可开发打造为公园，届时将根据环境监测情况，对填埋场可否全面对外开放做全面的环境影响专题论证。生态修复后期初步设计理念：生态修复后期（3～5 a后）基本恢复原始场地未破坏时的生态环境，以“归绿来兮，慢行南山”为主题，提出“生态公园”规划设计理念，以修复生态、完善功能、聚合产业、提升形象、扩大影响为发展建设目标。从而重塑场地生态系统，以达到公众化参与的目的，构建一个有生命的景观体系。打造一个集城市生态公园、城市运动公园、城市艺术公园、环保科普公园、植物游乐公园五位一体的综合性城市生态公园，见图3。

图3 五位一体生态公园效果示意

6 项目实施意义

1）本项目结合当地实际情况、因地制宜，综合考虑了技术、经济、安全、施工周期、投资以及对周边居民扰动程度等因素，最终采用原位厌氧封场修复技术路线，使得生活垃圾在封场覆盖系统内厌氧分解，产生的沼气发电回收利用、渗沥液采用生物+膜处理工艺达标排放。本项目设计还融入了海绵城市、智慧化管理系统等理念。通过以上措施最终实现使得原有垃圾填埋场变为水达标排放、气达标排放、安全有保障、生态得以恢复、功能得以完善的人气聚集地。2） 在2000年前后填埋场建设在全国范围内大面积推广和开展，随着时间的推移，越来越多的填埋场接近设计库容，将进入封场生态修复阶段，该垃圾填埋场占地面积大、库容大，按照住房和城乡建设部“城市双修”（即生态修复、城市修复）的发展理念进行设计建设，将为全国的垃圾填埋场生态修复提供参考案例。