人人都討厭垃圾，人人都制造垃圾，我國城市垃圾年產(chǎn)量達(dá)2.4億噸，居世界之首。
我國80%以上的垃圾采取填埋技術(shù)。填埋技術(shù)的特點(diǎn)是投資小、處理量大，可以全天候處理所有種類的垃圾，但存在嚴(yán)重的二次污染風(fēng)險(xiǎn)：垃圾滲出液污染地下水及土壤；垃圾發(fā)酵產(chǎn)生的甲烷氣體既是火災(zāi)及爆炸隱患，排放到大氣中又會(huì)產(chǎn)生溫室效應(yīng)，臭氣嚴(yán)重影響場(chǎng)地周邊的空氣質(zhì)量；松散的垃圾山還很容易產(chǎn)生失穩(wěn)滑坡，發(fā)生事故。填埋場(chǎng)的三大災(zāi)害猶如一顆巨型定時(shí)“炸彈”，潛伏在城市周圍。
浙江大學(xué)建工學(xué)院陳云敏研究團(tuán)隊(duì)從1995年開始關(guān)注這一問題，之后又聯(lián)合了中國市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院、上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院，研究“垃圾山”三大災(zāi)害的治理。
“歐美國家垃圾組成中近50%是紙，屬于‘干垃圾’，而我國近50%是廚房垃圾，有機(jī)質(zhì)和含水量高達(dá)60%。”陳云敏介紹說，降解污水給我國的填埋場(chǎng)帶來了許多特有的隱患。
成千上萬座中國特色的垃圾山災(zāi)害如何防控？填埋場(chǎng)的新建、擴(kuò)建、運(yùn)營和治理應(yīng)該遵循怎樣的科學(xué)規(guī)律？這是課題研究組需要解決的問題。
填埋場(chǎng)水位高，水多了，填埋氣體就不像發(fā)達(dá)國家那樣容易跑出來，氣出不來就容易引發(fā)爆炸。但填埋氣的主要成分是甲烷和二氧化碳，搜集起來有效利用便是能源。“我們?cè)跍y(cè)試中發(fā)現(xiàn)，水減少后會(huì)顯著提高導(dǎo)氣性。垃圾山中水并不是聚在一起，是分層的存在。這樣外國的用單根豎管子抽氣的技術(shù)就行不通。” 早期杭州第一填埋場(chǎng)采用法國威立雅公司單管抽氣井技術(shù)，氣收集率只有28%也驗(yàn)證了這點(diǎn)。“要想抽氣先排水，不同層的水要各個(gè)擊破。我們?cè)O(shè)計(jì)了水平和垂直的導(dǎo)排井同時(shí)工作，在垃圾堆體中形成了一個(gè)縱橫結(jié)合的排水管網(wǎng)，大大提高了排水性。”“為了進(jìn)一步提高導(dǎo)氣性能，我們還研發(fā)了雙套管抽排豎井，內(nèi)管抽水，外管施加負(fù)壓，抽取填埋氣，加速滲瀝液導(dǎo)排。”這套基于液氣分離的填埋氣高效采輸技術(shù)目前已應(yīng)用我國具有填埋氣發(fā)電條件的18個(gè)大型填埋場(chǎng)，填埋氣收集率顯著提高。18個(gè)填埋場(chǎng)每年新增填埋氣收集量 2.06 億m3，新增碳減排量173 萬噸。
垃圾在降解過程中會(huì)產(chǎn)生含有各種污染物的液體，填埋場(chǎng)底層的防污屏障就像一件密封的外套，將污染物與地下水分隔開。屏障的使命是在填埋場(chǎng)穩(wěn)定化之前不能被污染物擊穿。如何加強(qiáng)屏障？哪些因素影響著屏障壽命？“屏障什么時(shí)候會(huì)被擊破，不可能等填埋場(chǎng)幾十年后再來看。我們利用超重力離心機(jī)的縮時(shí)效應(yīng)，100個(gè)重力加速度下24小時(shí)實(shí)驗(yàn)?zāi)M了27.4年的屏障擊穿過程，在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)垃圾體水位升高和屏障被受損變形，是導(dǎo)致屏障失效的關(guān)鍵。”知道了問題的癥結(jié)，研究團(tuán)隊(duì)著手研究解決之道。“我們研發(fā)了淤堵反沖洗技術(shù)，在排水系統(tǒng)淤堵鈣化前，使用高壓水反沖洗，增加水的導(dǎo)排，延長屏障服役壽命。另外，我們給防污屏障加了特殊的‘筋’，這樣即使垃圾體降解沉降產(chǎn)生很大的拉力，也不容易被撕裂，通過實(shí)驗(yàn)也驗(yàn)證了。”陳云敏說。
垃圾體本身比較松散，高水位的垃圾山很容易失穩(wěn)滑坡。為保證垃圾山穩(wěn)定，要求填埋高度盡量低，但為增加填埋場(chǎng)容量，又要求增加填埋高度，如何在保障穩(wěn)定條件下實(shí)現(xiàn)大幅增容？“這就要研究清楚垃圾強(qiáng)度與變型的關(guān)系，多大程度變型會(huì)滑坡。”研究團(tuán)隊(duì)在全國7大地區(qū)、32座填埋場(chǎng)、13年填埋齡期的實(shí)地調(diào)研中，積累了數(shù)據(jù)，研發(fā)了一套填埋場(chǎng)穩(wěn)定評(píng)估的軟件，提供了確保填埋體穩(wěn)定的警戒水位的方法，并得到了超重力離心模型試驗(yàn)的驗(yàn)證，為填埋場(chǎng)穩(wěn)定控制和堆高增容提供了依據(jù)。2009年，國內(nèi)首個(gè)豎向擴(kuò)建的蘇州七子山填埋場(chǎng)采用課題組技術(shù)，將延長填埋年限18年。
“15年時(shí)間里，我們慢慢弄清楚了填埋場(chǎng)固、液、氣的相互作用規(guī)律，建立了填埋場(chǎng)降解-滲漏-壓縮耦合模型，形成了填埋場(chǎng)環(huán)境土力學(xué)基本理論。”陳云敏說，14項(xiàng)技術(shù)與方法最終編成了行業(yè)規(guī)范《生活垃圾衛(wèi)生填埋場(chǎng)巖土工程技術(shù)規(guī)范》，為我國填埋場(chǎng)新建、擴(kuò)建、運(yùn)營和治理提供了自主核心技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了填埋場(chǎng)設(shè)計(jì)由傳統(tǒng)土力學(xué)方法到環(huán)境土力學(xué)方法的轉(zhuǎn)變，填埋場(chǎng)運(yùn)營由單純消納城市固廢到高效利用填埋氣和填埋土地的轉(zhuǎn)變。
據(jù)悉，項(xiàng)目成果已在全國23省和直轄市的112座填埋場(chǎng)新建、擴(kuò)建及未達(dá)標(biāo)治理工程中使用。
（文 張鴦/攝影 盧紹慶）
