[摘要]垃圾填埋是目前城市垃圾处置的主要手段,但是其带来的环境影响极其严重,同时它的生态恢复也成为环境保护领域一个相当紧迫和突出的问题。从垃圾填埋场的存在问题着手,考虑修复过程中总体原则,分别阐述几种垃圾填埋场生态修复和污染控制技术:覆土技术、微生物技术、植被技术及其封场技术。
[关键词]固体废弃物 垃圾填埋场 生态恢复 植被 土壤
中图分类号:X7文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)0910092-02
城市固体废物(municipal solid waste,MSW)俗称垃圾,是城市的必然产物。在美国及世界上大部分其它国家,填埋法被认为可能是最简便、最经济的固体废物处理方式[12]。目前,西方发达国家约有一半以上的城市垃圾采用填埋的方法处理。与卫生填埋法相比,其他的固体废物处理方式都有各自严重的不足。焚烧导致空气污染(而且排出的废气中含有很难处理的二恶嘤)。堆肥及厌氧消化要求有专业的人员操作且成本较高。最重要的是,所有的其他方法都不可避免地要产生部分次生(二级)废物,这些废物最终还是要用填埋的方式理。但是,固体废物的填埋要占用大面积的土地,同时也产生了诸如填埋气、渗滤液等环境问题,并对附近地区的公众健康构成威胁。同时,为了减少运输费用,填埋场通常选址在离收集废物的城市不远的地方,当市区向四周扩张时,填埋场常常被城市发展所包围。
一般而言,填埋场被建议用以发展成公园、高尔夫球场或者其它露天的娱乐场所,但在开发和利用它们之前必须进行填埋场的生态恢复或者植被的重建和维持。然而,许多国家在复垦固体废物填埋场的过程中相继遇到了各种各样的困难。填埋场的环境影响和生态恢复已成为国际上环境保护领域面临的一个相当紧迫和突出的重大问题。
一、垃圾填埋场存在的主要问题
简易垃圾填埋场存在的问题突出表现在以下几个方面:
(一)选址不当
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,为填埋场的污染控制及运行管理留下种种隐患。
(二)污染环境
由于缺乏系统的规划设计,简易填埋场在污染控制方面十分薄弱,虽然采取一些补救措施,由于缺乏系统性,效果并不明显。在国内一些地方,渗沥液污染地下及地表水问题突出,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;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,对环境的污染不容忽视,填埋气中的多种非甲烷类有机物(NMOCs),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。
(三)扰民严重
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,在一些地方,填埋场附近恶臭袭人,蚊蝇鼠害严重,已引起周围居民强烈不满和社会公众的关注。
(四)运行管理不规范,事故隐患多
由于没有分单元进行填埋作业,填埋作业面大,不能及时有效覆盖;压实程度不够,垃圾体稳定性差,极易发生人身安全事故;填埋气的无序排放,存在燃烧、爆炸的安全隐患。
二、垃圾填埋场修复的总体原则
在修复工程开始前,首先需要的是一套总体性对策。这套对策应当能做到:在工程开始前,正确地估量问题地性质和范围;在工程进行中,力求使破坏量为最小;在破坏产生后,力求得到迅速、稳妥和经济上允许的治理。具体来说,应当遵守以下几条原则。
(一)最小量化原则
尽可能使垃圾填埋占有的土地最少,使填埋过程中造成的景观破坏、环境质量破坏和生物群落破坏最小,使垃圾填埋产生的渗滤液和有害气体最少。
(二)资源化原则
它有两层意义:其一是使受到破坏以及被垃圾占用的土地等,经过治理和生态恢复,具有一定的景观效用,或能作为合格的自然资源再度具有生态经济价值;其二,是使填埋场的固体废弃物能够在其他的社会活动中得到使用,例如作为植物生长的养分。
(三)无害化原则
填埋场中的垃圾成分复杂,可能含有重金属等有害物质,同时会产生一些有毒有害气体。这就是说,在消除这些有害因素的同时,在恢复的过程中也不产成有害成分。
(四)生态系统的恢复和重建原则。
这一原则是填埋场修复对策中最重要和最基本的原则,包括环境质量的恢复以及生物群落的恢复和重建。在任何情况下,垃圾填埋都会造成土地、环境质量以及生物的破坏,而且这些破坏往往是数量极大的。最小量化原则、资源化原则和无害化原则只能在一定程序上减缓这些破坏,但远不能取代生态系统的恢复和重建的原则。
三、垃圾填埋场的生态恢复技术
生态环境的恢复与重建是根据生态学原理,人为的改变和消除限制生态系统发展的不利因子,尽快的恢复已退化的生态系统,使其健康的发展。生态恢复是一个整体过程,不能通过单个要素的孤立操作来完成,目标应是建立一个模拟自然的自我调控系统。该系统与环境背景值保持一致性,这是可持续性的具体表现[8]。垃圾填埋场的生态恢复技术有多种,目前我们认为生物恢复技术最有生命力。
(一)表面覆盖处理技术
城市垃圾填埋场生态恢复工程的表面覆盖处理技术是指在填埋场实施生态恢复工程中选择合适的覆盖材料,结合有效、合理的覆盖厚度和外形设计等措施,达到防止废物中有害气体外逸,减少废物分解产生的渗滤液极其危害,支持营建以植被为主的人工生态系统,实现土地资源化。[4]
1997年沈英娃等,以青岛市湖岛垃圾填埋场作为试验点,对城市垃圾填埋场生态恢复工程的表面覆盖处理技术中的材料选择进行了研究。对城市垃圾场生态恢复工程表面处理中覆盖材料的选择指标主要取决于其投入费用和生态恢复的产出效益,同时因恢复工程的设计方案和填埋地点而异。他们通过定期测定非填埋场试验中的植物生长指标:株高、生物量、覆盖度;以及秋季填埋场现场试验测定地上部和地下部的生物量,同时测定株高和根系水平幅宽和垂直深度,确定覆土材料对植物的生长和质量的影响。并以材料的相对投入费用和产出效益作为选择指标,选择表面覆盖材料。
垃圾填埋场表面覆盖材料对植物生长和品质影响因覆盖材料的不同而异。对生长影响的优劣顺序依次为:活性污泥、砂土、垃圾土、壤土、底土、粉煤灰、炉渣、粘土;对植物品质指标影响的优劣顺序依次为:底土、壤土、垃圾土、砂土、活性污泥、粘土、粉煤灰、炉渣。
表面覆盖材料的选择,主要取决于投入费用和生态恢复产出效益,同时因恢复设计方案和填埋地点而异。对以降低投入为优先因子的设计方案,推荐垃圾土、活性污泥、炉渣和粉煤灰,其中以垃圾土为首选材。
(二)微生物恢复技术
利用微生物特别是细菌和真菌对污染土壤进行生态恢复,就是利用微生物将土壤中有机污染物降解为无机物(CO2、H2O)的过程,降解过程是通过改变土壤条件(包括土壤pH、温度、湿度、通气性及营养元素的添加)来完成。也可接种特殊驯化与构建的工程微生物来提高降解速率[10],目前微生物恢复技术已成功的用于清除油污染。
垃圾填埋场有特定的生态环境,为了缩短驯化期和提高污染物的降解率,在垃圾填埋场生态恢复技术中所用的微生物应从垃圾填埋的土壤中分离出来。有人认为用经过培养和使用填埋地点本身的土壤进行生物降解时,污染物的降解速度最快[9]。目前对利用微生物进行生态恢复研究的重点放在对特殊类型微生物的鉴定和监测,以及在受压迫环境中,维持和恢复有益微生物的自然平衡的方法上。对于垃圾临时卸地点,研究微生物对污染物的作用机理、降解菌的选育与生物工程菌的应用,是提高微生物恢复技术处理效果的关键,关于垃圾填埋场的微生物恢复技术尚需进一步研究。
(三)植物恢复技术
利用植物对垃圾填埋场进行生态恢复,效果更直观。即从垃圾临时卸地点的立地条件(生态破坏特点)出发,在填埋后的土地上引种、筛选、培育、驯化一批适合垃圾临时卸地点生存的抗逆种群,在垃圾临时卸地点上重建植物群落,改善垃圾临时卸地点的生态环境。戴树桂等人认为植物恢复技术在经济、美学和技术方面比传统的工程修复技术有更大的优点。
首先,植被能充分利用垃圾中的有效成分。周乃杰等97年以上海老港垃圾填埋场为例,对植被的有关作用进行了比较,证明植被对恢复垃圾填埋场的生态环境具有重要的作用。在填埋完毕或暂不作业的区域建立植被生态系统,经植被后,垃圾土中的有效成分明显减小。植被对氮的吸收率约在10.47%-62.02%,其中以植皮植物吸收率为最好。对磷的吸收率可达62.38%-85.81%,各种植物的利用率都较高。对钾的吸收率在27.5%-88.07%之间,以东青树吸收的最多。由于这些有效成分被利用,促进了植物生长。马尼拉草、苜蓿、话梅草等,生长茂密、根系庞大,有较强的固土保水作用,并改良了土壤。
其次,植被对垃圾土中重金属有吸收富集能力。由于垃圾成分比较复杂,其固态和垃圾的渗滤液中都含有重金属的成分,通过植被工程,可加速土壤重有害物质的去除,从而达到净化目的,为填埋场的综合应用和开发提供了前景。在实践中应根据不同目的选择相应的植被品种。垃圾填埋后,宜采用目本植物进行密植,以利大量吸收重金属,避免重金属进入食物链。
同时,植被技术还能产生一定的环境效益。如,小气候效应:通过调研,有植被地比空旷场地气温降低0.5-1°C,日平均相对湿度增加3%-5%,植被对降低地面温度比较明显,在夏季,植被地比裸露空旷地降温4.5-5.5°C,充分说明生态恢复对改善小气候起着重大作用。减尘和净化效应:由于植物叶片有过滤和吸附粉尘作用,叶子表面的绒毛、皱纹及分泌物,更有阻挡、滞留、吸附、粘着作用。与裸露空旷地相比,草地可减尘54%,林地可减尘61%。无论是分散、阻滞或吸收作用,都有利于净化空气、减轻污染、改善环境。[6]
除此之外,还有垃圾填埋场的封场技术。这是将表面覆盖处理技术和植被技术联合使用的极其复杂的处理技术。它是在垃圾填埋场达到使用寿命后,生态和环境破坏极其严重的情况下采用的技术。整个封场工程由终场覆盖和生态恢复系统、防渗导排系统、渗滤液处理系统、气体控制与回收利用系统的组成。
四、垃圾填埋场污染控制和生态恢复的前景
虽然垃圾填埋处理场生态环境问题已经引起人们的足够重视,但是,实际上他的生态恢复和重建技术还没有得到完全的应用。这许多的地区,当地政府只是从经济角度考虑,垃圾填埋场中的垃圾还只是松散的堆积,更别谈对其进行生态恢复。
同时,在进行修复的过程中,根据当地的气候、土质、垃圾的污染情况等因素,选择合适的修复工艺也是至关重要的。例如微生物的修复技术,大多应用于含油较多的位置,进行原位修复。在更多的实践中,植被的修复等到的肯定和应用更多。但是,在某些地区,垃圾渗滤液污染严重,单独考虑植被的修复是很难达到效果的,往往需要考虑多种技术连用,使用最多的是植被和覆土技术联用。
现阶段,应用于生态恢复的技术还很有限,许多都是从其他区域的生态修复技术上成熟的实践后,直接借鉴过来的。随着科学技术的发展,新的技术新的方法不断涌现,根据垃圾填埋场的特点,发展更加合理的更加经济的修复技术,并充分利用垃圾中的可回收利用的资源,将是未来生态和环境学者共同努力的方向。
参考文献:
[1]国家环保总局污染控制司,城市固体废物管理与处理处置技术,北京:中国石化出版社,2000,242-245.
[2]赵由才、黄仁华等,大型填埋场垃圾降解规律研究[J].环境科学学报,2000,20(6):733-740.
[3]T.J.Bookter,R.K.Ham.Stabilization of solid waste in landfill[J].J.of Envir.Engrg,1982,108(6):1090-1100.
[4]彭绪亚、黄文雄、余毅,简易垃圾填埋场的污染控制与生态恢复,重庆建筑大学学报,2002,4(1):206-210
[5]林泉,生活垃圾发酵——填埋处理技术研究,环境卫生工程,1997,4:31-33.
[6]周乃杰等,植被对恢复卫生填埋场环境的作用,上海环境科学,1998,17(4):41-45.
[7]徐家英、宋述传,垃圾临时卸地点的生态恢复,环境卫生工程,2000,8(1):17-19.
[8]崔保山,湿地生态系统生态特征变化极其可持续性问题,生态学杂志,1999,18(2):43-49.
[9]刘新英译,环境生物技术的发展,环境科学动态,1997(1):20-26.
[10]张春桂、许华夏、姜晴楠,污染土壤生物恢复技术,生态学杂志,1997,16(4):52-58.