小型簡易垃圾填埋場開挖篩分工藝設計——以浙江某垃圾填埋場為例

由于我國生活垃圾處置的歷史發展沿革，目前還存在較多的小型簡易垃圾填埋場，這些小型簡易垃圾填埋場垃圾填埋量不大，但場底和四周尚無規范的防滲和環保措施，易對周邊水體、大氣及土壤環境產生二次污染和安全隱患，增加了環境風險和附近居民的健康風險。

隨著社會發展及土地開發利用的需求增加，小型簡易垃圾填埋場污染現狀亟需得到徹底治理，以恢復周邊整體的土地利用價值。

《“十四五”城鎮生活垃圾分類和處理設施發展規劃》 提出：鼓勵采取庫容退騰、生態修復、景觀營造等推動封場整治。通過加強生態環境修復與保護，推動當地經濟發展，降低污染物對生態環境和人體健康的影響。

由于小型簡易垃圾填埋場的填埋量較小，在具有土地開發價值、土地資源緊缺或具有焚燒設施的地區，通過實施垃圾開挖篩分，可徹底治理小型簡易垃圾填埋場地的污染源問題，加速周邊生態環境的恢復，且能快速盤活土地，滿足規劃用地需求。

此外，小型簡易填埋場的垃圾經開挖篩分可對其中的金屬等可再生資源進行回收、高熱值輕質物進行焚燒處理、篩下物經檢測合格后回填或資源化利用、大粒徑無機物垃圾亦可進行回填，最終實現垃圾資源化或無害化處置，然后對原場地進行土壤修復和生態恢復，以達到土地的再利用，取得了直接經濟效益與不可低估的間接生態價值。

綜上，本研究以浙江省東部某小型簡易垃圾填埋場開挖篩分工程為例，探究小型簡易垃圾填埋場開挖篩分治理中各階段的主要工作內容，研究開挖篩分工藝中重要參數和后續指標要求，以期為類似項目提供依據和參考。

本次項目中的小型簡易垃圾填埋場占地約為1.3 hm²，四周敏感區域多：距離城中心約 3 km，距離河道和農田 50~75 m，距離居住區約 600 m，距離工業區約 150 m；該垃圾填埋場為早期簡易就地填埋，未做庫底防滲系統和滲濾液及填埋氣導排系統。

該簡易填埋場 2019 年進行了封場，封場后堆體表面高于地面約 4 m，堆體表面從下到上依次鋪設 6.0 mm 厚土工復合排水網、600 g/m²非織造土工布、1.0 mm 厚雙糙面 HDPE 膜、6.0 mm 厚土工復合排水網、600 mm 厚綠化土層、綠化 （補充厚度），同時在填埋場四周設置了直徑為 800 mm 的高壓旋噴樁止水帷幕，旋噴樁進入黏土層>1.0 m，平均樁長約為 6.0 m。根據當地的城市控制性詳細規劃，該垃圾填埋場所屬地塊的用地性質為商業用地，且周邊地塊已開始開發施工，快速徹底整治該小型垃圾填埋場是地塊開發利用的重要實施步驟。在項目啟動初期，為更好了解填埋場及其周邊環境的污染情況，對該填埋場進行了詳細的場地調查。根據場地調查報告計算出需要開挖篩分的垃圾總量為51716.0m³（不包含表面覆蓋土），垃圾土密度為1.3 t/m³，垃圾組分如表 1 所示。

表 1 垃圾組分

場地調查顯示：本地塊的垃圾高位熱值區間為 0.16~8.40 MJ/kg，平均值為 4.26 MJ/kg；低位熱值區間為 0.12~5.17 MJ/kg，平均值為 2.58 MJ/kg。

根據 《城市生活垃圾處理及污染防治技術政策》及相關資料，熱值介于 3.3~5.0 MJ/kg 的垃圾適宜采用焚燒處理，垃圾的含水率分布范圍為 22.43%~49.88%，平均含水率為 34.76%。本項目篩分后的輕質物含水率會得到大幅降低，熱值會介于低位熱值與高位熱值之間。因此，本項目篩分出來的輕質物適宜進入垃圾焚燒廠焚燒處理。

地塊內滲濾液的色度、懸浮物、化學需氧量（COD_Cr）、五日生化需氧量 （BOD₅）、總氮 （TN）、氨氮 （NH₃-N）、總磷、總鉻、糞大腸菌群含量均超過規定的排放限值，場內的滲濾液需處理后或委托外部運行處理后達標排放。地塊內的土壤樣品中檢出污染物有鎘、鉛、銅、鎳、砷、汞共 6種，污染物含量均未超過 GB 36600—2018 土壤環境質量 建設用地土壤污染風險管控標準 （試行）中第二類用地篩選值，因此開挖篩分后的腐殖土和無機物可回填或外部資源化處理。

地塊內的地表水樣品檢測結果中有個別點位的總氮指標超過 GB/T 14848—2017 地下水質量標準中Ⅳ類標準，其他所有指標均未超過 GB 3838—2002 地表水環境質量標準中Ⅳ類標準值，說明填埋場對周邊環境還是存在一定污染，仍需治理。地塊內氣體中的氨、總懸浮顆粒物、氮氧化物、二氧化硫均未超過相應標準值，所有檢測點位的臭氣濃度、硫化氫、甲硫醇、甲硫醚和二甲二硫未達檢出限。

本項目的實施分為垃圾開挖和篩分兩階段，即對填埋場陳腐垃圾開挖后進行晾曬，后通過多級高效篩分系統進行篩分。其中，篩上輕質物外運至焚燒發電廠綜合處置；篩下腐殖土和渣礫經檢測合格后回填；金屬和玻璃經物質回收公司回收處理。開挖篩分過程中產生的滲濾液收集后外運至污水處理廠經“兩級 A/O+超濾系統+納濾系統”處理，出水達標后納入市政污水管網。開挖過程中產生的廢氣經收集處理后達標排放。其工藝流程如圖 1 所示。

圖 1 項目環境整治工藝流程示意

2.1 垃圾開挖

垃圾開挖時應合理布置開挖和篩分區域，縮短垃圾倒運距離，節省運輸費用。為減少垃圾暴露時間，可將填埋場細分成若干開挖單元 （圖 2），減少臭氣散發及雨水的進入，單個開挖單元面積不應超過 1 000 m²，非開挖區保持覆蓋狀態。在上個開挖單元回填至與周圍土地標高銜接后方可開始下個單元開挖。

圖 2 垃圾堆體開挖分區示意

開挖垃圾時，垃圾位于開挖設備停機面以下，開挖區域經常變動，故采用操作方式靈活的反鏟挖掘方式進行施工。開挖的順序如下：①首先清理垃圾堆體上覆蓋的綠化植物和堆體的覆蓋層，將綠化植物轉移后清理表面的種植土，種植土應與垃圾土隔離開；②開挖時先對垃圾堆體進行降水，將堆體內滲濾液先抽提至滲濾液收集池，未開挖區域利用原有堆體表面的排水溝，將雨水導排出垃圾堆體；③開挖過程中，應將開挖區域內的垃圾開挖至原狀土，開挖時挖掘機配置自卸車循環倒運處理；④采用分步（層） 和接力開挖法，分三步挖土，如圖 3 所示。

從高處開始土方挖掘，開挖設備和運輸車在同一平面上，每步挖深不宜超過 2.0 m。為保持開挖基坑安全穩定，開挖基坑邊坡不得大于 1∶3。

圖 3 垃圾堆體開挖示意

2.2 垃圾晾曬

垃圾晾曬平臺底部鋪設 HDPE 膜和 200 g/m²土工濾網，上部鋪設 C35 混凝土，在混凝土面層上部設置工字鋼擋板，晾曬平臺高于四周 0.5 m，垃圾平均堆放高度為 2.0~2.5 m。相鄰兩個晾曬平臺之間開挖寬 1 m、深 1 m 的排水錨固溝，并接引到滲濾液收集池。排水錨固溝內填充碎石，收集晾曬平臺排出的滲濾液并錨固平臺的 HDPE 膜。晾曬平臺內的物料含水率達標后進入垃圾篩分系統，各個晾曬平臺之間卸料、倒運互不干涉。晾曬平臺如圖 4 所示。

圖 4 晾曬平臺大樣圖

2.3 篩分處理

垃圾篩分工藝流程如圖 5 所示。垃圾含水率符合篩選要求時，垃圾可直接進入篩選系統，不滿足要求的則經通風晾曬等措施后進入后端的篩選系統。先人工清理大件纏繞物如鋼絲和輪胎等容易引起分選設備故障的物質。人工分選后的垃圾經過滾筒篩，分選出粒徑>80 mm 的篩分物、50~80 mm 篩分物和<50 mm 的篩分物；不同規格的篩分物后續經磁選、風選、圓盤篩后的產物分別為輕質物、金屬類、腐殖土類、無機磚塊陶瓷類等物質。腐殖土和無機磚塊陶瓷類物質經環保檢測合格或無害化處理達標后在開挖區進行回填；金屬類外運回收處理；輕質物 （主要為塑料、紙張等可燃物） 通過皮帶機輸送至打包機進行壓縮打包后外運至生活垃圾焚燒廠處置。

本項目所在城市有 2 座總規模 2 700 t/d 生活垃圾焚燒發電廠可接納篩上輕質物，焚燒廠余量為 210 t/d。玻璃、金屬等可回收物經篩分后由廢品回收站回收，可實現資源化回收利用。

根據場地調查報告，因本填埋場內的土壤環境質量滿足 GB 36600—2018 中第二類用地篩選值，可將篩分下來的土壤和磚瓦陶瓷類等無機物一起回填。

為了快速抽提滲濾液，本項目采用了垂直和水平的滲濾液和填埋氣收集系統，防止滲濾液和填埋氣的外泄，加速垃圾沉降，增強堆體的穩定性，降低垃圾含水率。

水平向滲濾液導排系統通過在填埋堆體坡腳將長距離槽孔排水管水平鉆入垃圾堆體，將堆體深層積聚的滲濾液和甲烷氣體快速排出垃圾堆體，從而快速降低堆體邊坡浸潤線，消除安全風險。

水平排滲管材需要具備良好的透水性、耐腐蝕性及耐久性能，水平定向鉆成孔后，采用不銹鋼網包裹高通量 PE 槽孔排滲花管，以重力自流方式進行滲濾液導排，排滲管直徑為 75 mm。豎向滲濾液導排系統采用深層氣驅排滲技術，通過大幅降低填埋場深層的水、氣壓力，直至排干深層滲濾液的方式，消除滲漏污染源，加速填埋氣排出和填埋堆體沉降，垂直豎井可打破填埋場臨時覆土形成的夾層結構，聯通上下水層，消除滯水，使排水效率大幅提升。

根據場地調查中填埋場滲濾液檢測報告和相關工程經驗，本項目中滲濾液屬于老齡化可生化性 很 差 的 污 水， 滲 濾 液 處 理 排 放 執 行 GB16889—2024 生活垃圾填埋場污染控制標準中表 2的要求，由于本項目工期較短且周邊尚無污水管道，堆體表面采用 HDPE 膜覆蓋后滲濾液量不多，故外運至生活垃圾焚燒廠協同處理，處理工藝為“兩級 A/O+超濾+膜深度處理”，經處理達標后排放至城市污水管網。

在垃圾開挖的過程中，垃圾暴露導致臭氣無組織散發，根據高斯擴散模型，若無組織臭氣向周邊擴散條件良好，將對周邊環境造成極其不良的影響。

綜合整治需考慮除臭措施的配合使用，基于“垃圾源頭除臭、降低本底臭味和散逸臭氣、阻止異味擴散”的總體異味控制思路，對開挖篩分的垃圾填埋場采用“五級立體除臭模式”，即開挖面垃圾本體除臭+作業面空氣除臭+作業區下方氣墻圍堵+作業區無人機高空壓制+外圍噴霧除臭等多源立體除臭系統，對垃圾堆體挖掘導致的異味進行控制，可以切實減輕垃圾填埋場周邊大氣污染控制的壓力。采用移動霧炮車圍繞垃圾開挖

篩分場區外圍移動噴灑除臭劑，與作業區外圍隔離，形成除臭霧粒“包圍圈”，切斷異味分子向周邊地區的散逸路徑。

篩分車間內設置吸風口，利用引風機抽吸至化學洗滌塔，采用“化學洗滌塔洗滌+負壓抽吸+高空排放”處理工藝處理達標后經 15 m 排氣筒高空排放。

2.4 場地后評估及跟蹤監測

待項目開挖篩分和回填完成后，根據場地的最終用地規劃對填埋場地塊進行針對性恢復，場地穩定化情況可根據相關標準和要求判定。項目驗收后，需委托有資質的第三方監測單位對該地塊進行地表水、地下水、土壤、廢氣等檢測和后評估，檢測和評估持續到整個區域全部達標后方可進行場地的穩定化利用，可根據 GB/T 25179—2010 生活垃圾填埋場穩定化場地利用技術要求的相關指標和參數分階段實施。

3.1 篩分規模和工期

開挖篩分是整個項目實施的重點，其規模涉及到工程的實施周期和工程投資，而開挖篩分規模主要取決于后端焚燒廠日接納篩上輕質物的能力，具體計算過程如下：

式中：Q 為篩分規模，m3/d；m 輕為焚燒廠每日能接納篩上輕質物的質量，t/d；ω 輕為篩分垃圾中輕質可燃物的比例，%； ρ 為篩分垃圾的密度，t/m3；η 為篩分效率，一般為 70%~95%，本項目取 85%；V總為垃圾總量，m3；t 為開挖篩分工期，d；1.5 為考慮陰雨天氣及設備檢修期的修正系數。

根據本項目的場地調查報告，其垃圾各組分量的統計結果如表 2 所示。由表 1 和表 2 可知，V 總=51 716.0 m3，ρ=1.3 t/m3，ω 輕=25.91%，且本項目所在地區的生活垃圾焚燒廠每天能接納的篩上輕質物的質量 m 輕 為 210 t/d，則可計算出 Q=733m3/d，考慮一定余量，垃圾開挖篩分規模按照 800m3/d 設計，可計算出開挖篩分工期 t=97 d，工期應盡量避開降雨多發季節。

表 2 垃圾各組分數量

3.2 可回收物存儲空間

對于篩選的金屬、玻璃等可回收物暫存于可回收物存放區，定期由廢品回收公司收運。根據垃圾組分，計算出可回收物的總質量，可回收物的堆放高度按 2 m 計算，根據清運頻率計算所需暫存區域占地面積，如式 （3） 和式 （4） 所示。

式中：m可回收為金屬、玻璃等可回收物的日篩分量，t/d；A 可回收為金屬、玻璃等可回收物的暫存區域面積，m2；ω 可回收 為篩分垃圾中可回收物的質量分數，%；ρ 可回收為可回收物的密度，t/m3；h 可回收為可回收物堆體的高度，m，本項目 h可回收=2 m；n 為清運頻次，d/次。本工程中 ω 可回收=0.21%，則計算出 m 可回收=1.86t/d，篩分量較少，可以降低清運頻次，可回收區域占地面積也較小。

3.3 垃圾晾曬場地大小

篩分效率與篩分時的垃圾含水率相關，高含水率物料篩分易堵塞，根據劉超然等對垃圾篩分效果分析，垃圾含水率越低，篩分效率越高，當垃圾含水率在 30% 左右時，篩分效率為78%；垃圾含水率低于 20%，篩分效率提高至88%；垃圾含水率低于 13%，篩分效率可以提高至92%。為便于篩分設備工作，垃圾開挖后將含水率大于 40% 的開挖垃圾運至垃圾瀝水晾曬區進一步脫水，待含水率降至 30%~40% 時即可進入垃圾分選系統，以確保分選效率。

脫水有自然瀝水和摻生石灰干燥兩種措施，具體摻灰比例由運至暫存區的物料實際含水率確定。瀝出的滲濾液通過場地四周水溝收集至滲濾液井。垃圾晾曬場地面積計算如式 （5） 所示。

式中：A晾曬為垃圾晾曬場地所需面積，m2；t晾曬為晾曬時間，本項目篩分物料瀝水干燥處理時間約為3~7 d；h晾曬為垃圾晾曬場地垃圾的堆高，本項目設計堆高為 2.0~2.5 m。本項目開挖篩分垃圾的含水率分布范圍為22.43%~49.88%，平均含水率為 34.76%。開挖出來的垃圾通過晾曬脫水或摻生石灰將含水率降低至 30% 左右，t 晾曬取 3 d，h 晾曬取 2.5 m，則計算出A晾曬=960 m2。項目設計 4 個晾曬區，單個晾曬平臺的設計尺寸為 10 m×25 m。

3.4 回填土方量

本項目能回填的磚瓦、陶瓷、灰土和混合渣礫的總量為 49 670.1 t （表 2），上述物質的密度按1.6 t/m³ 來計算，回填量為 31 043.8 m³。經 civil3D模型計算還需 10 800 m³好土回填至現狀地面標高，考慮一定的沉降量，則需外購土量 12 000 m3。

3.5 篩分車間大小和結構

篩分車間主要用于放置篩分設備，兼備各種篩分物的暫存功能。規模 800 m3/d 的篩分車間占地面積約為 1 600 m2，車間內包括 2 條篩分設備、篩分上料區、一次篩分篩下物儲存區、二次篩分篩下物存儲區、小無機骨料存儲區、輕質物存儲區和輕質篩上物存儲區。因小型簡易垃圾填埋場整體篩分的周期較短，建議采用易安裝、易拆分的鋼結構廠房，后期也可重復利用，降低工程投資。

4.1 滲濾液

堆體開挖過程抽提和晾曬區的滲濾液收集后采用槽罐車外運至污水處理廠進行處理后達標排放，滲濾液的檢測指標主要為 SS、pH、COD_Cr、BOD₅、TN、NH₃-N 和色度，滲濾液處理后的排放執行GB 16889—2024 中表 2 的要求，如表 3 所示。

表 3 滲濾液進出水主要水質要求

4.2 無組織廢氣

針對項目實施過程中的臭氣濃度、CH₄、NH₃、H₂S 等物質，采用手持式儀器和實驗室分析相結合的方法進行檢測，檢測指標要求達到 GB 16889—2024、GB 3095—2012 環境空氣質量標準中二級濃度限值、GB 14554—1993 惡臭污染物排放標準中二級廠界標準值（新改擴建）的要求，如表 4 所示。

表 4 填埋場場地最終廢氣指標

注：CH4 須符合 GB 16889—2024 生活垃圾填埋場污染控制標準的限值要求，NH₃、H₂S 和臭氣濃度須符合 GB 14554—1993 惡臭污染物排放標準中二級廠界標準值 （新改擴建） 的要求。

4.3 腐殖土和大塊無機物

篩下的腐殖土和大塊無機物根據篩分區域劃分，每個篩分區域按照 2 m 為 1 個批次進行篩下物土壤取樣和檢測，檢測指標均符合 GB 36600—2018 第二類用地篩選值要求，如表 5 所示。

表 5 填埋場場地土壤檢測結果

4.4 地下水和地表水

本項目開挖篩分施工完成后，場地內 12 000m3 外購土和篩分出來的建筑垃圾與腐殖土進行回填，為防止短期內腐殖土對地下水污染，先將場內基底層用好土回填 （厚度 1 m） 作為天然防滲層，后將建筑垃圾和腐殖土回填，表面土層覆蓋后綠化種植，結合原有四周的垂直防滲墻對該地塊形成整體的防滲系統，有效阻隔了場內污染物對地下水的影響。堆體回填完畢后，讓堆體表面形成不小于 10% 的坡度，保證堆體表面的雨水外排出場地。

項目實施完畢后，對地塊內及周邊的地下水和地表水進行持續性的監測，地表水按照每 2 個月檢測 1 次、地下水按照每個季度檢測 1 次，其中地下水指標均滿足 GB/T 14848—2017 Ⅳ類標準；堆體表面的地表水指標均滿足 GB 3838—2002 Ⅳ類標準，且隨著時間的變化，污染物指標呈現下降的趨勢。

本項目最終歷時 100 d，開挖篩分的篩上輕質可燃物約 17400 t，采用 50 t 垃圾裝運車運輸至當地生活垃圾焚燒處理廠處理，焚燒處理廠配套了污水和飛灰處理廠；采用 20 t 槽罐車將開挖和晾曬過程中約 4 000 t 滲濾液運往污水處理廠協同處理 后達標排放 ， 篩分的建筑垃 圾和腐殖土與12000 m³ 外購土進行回填，回填后土地進行綠化種植，待土地穩定化后進行利用。

通過本項目的實施 （圖 6），有效解決了臭氣擾民、地下水污染等環境隱患，化解“鄰避”問題；實現腐殖土、無機骨料以及篩上輕質可燃物的資源化利用；盤活土地資源 1.3 hm²，產生顯著經濟效益，為當地建設作出了貢獻。

圖 6 簡易垃圾填埋場開挖篩分前后對比

本工程垃圾總整治范圍為1.3 hm²，開挖篩分量為 51716.0 m³，整體工期為 100d，外運 17400t輕質可燃物至焚燒廠處理，運距為 20 km；外運4000 t 滲濾液至污水處理廠處理，運距為 28 km。項目的總投資約為 2598 萬元，其中第一部分工程費用為 2323萬元，包括垃圾開挖篩分和二次污染控制等費用 1733 萬元、輕質可燃物外運及焚燒382 萬元、滲濾液外運及處理 48 萬元、土方回填費用160萬元等，本項目單位處置成本為502 元/m³。

通過本實施方案，場地內的污染物得到消除，場地回填后可得到最終利用，項目投資在垃圾開挖篩分類項目中屬于正常合理值。本項目采用的原位篩分異地處置技術與其他處理技術 （如原位封場、全量轉運異地處理和原位好氧降解處理）進行對比，結果如表 6 所示。

表 6 本項目處置技術方案比較結果

本項目屬于小型簡易垃圾填埋場，垃圾量較少，項目的實施周期和工藝復雜程度都較為簡單可控，如何將項目做到小而精，在項目決策和實施過程中有以下幾點問題值得關注。

1） 場地調查階段需全面掌握場地的土壤污染情況，若土壤中污染物指標超標則不能就地回填，需要將污染的腐殖土外運至安全填埋場或采取其他協同處理方式。

2） 開挖篩分過程中，避免雨水進入堆體和晾曬區域，開挖堆體和晾曬區域做好日覆蓋，覆蓋材料選用防水性好的 HDPE 膜。

3） 堆體在開挖過程中應隨時監測各種臭氣指標，根據污染物的濃度做好相應的除臭措施。

小型簡易垃圾填埋場治理采用“開挖篩分+輕質物外運焚燒+腐殖土回填”的主要處理工藝，能在較短時間內將垃圾進行分類收集和處理，徹底整治環境、釋放土地資源，其處理成本為 500~600元/m³，是經濟可行的。

針對小型簡易垃圾填埋場的開挖篩分過程有以下幾點需要重視：

1）小型簡易垃圾填埋場開挖篩分前需要做好詳盡的場地調查，明確場內的污染物情況，為后續處理方式的選擇提供依據；明確垃圾堆體內的滲濾液水位和各種物質的組分可為協同處置費用的評估提供依據；

2）根據生活垃圾焚燒廠可接納的輕質可燃物量計算開挖篩分的處理規模，從而計算出開挖篩分所需的時間，合理安排工期，盡量避開雨季，減少滲濾液的產生；

3）篩分后仍需按批次對篩下腐殖土進行各項土壤指標的檢測，為后續的篩下物處理處置提供依據；

4）小型簡易垃圾填埋場開挖篩分實施完畢后還需對該地塊持續監測，直至場地完全穩定化后作為建設 （商業） 用地進行利用。