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，但存在嚴重的二次污染風(fēng)險：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，排放到大氣中又會產(chǎn)生溫室效應(yīng)，臭氣嚴重影響場地周邊的空氣質(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。填埋場的三大災(zāi)害猶如一顆巨型定時“炸彈”，潛伏在城市周圍。
浙江大學(xué)建工學(xué)院陳云敏研究團隊從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)計研究總院、上海市政工程設(shè)計研究總院，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，有機質(zhì)和含水量高達60%。”陳云敏介紹說，降解污水給我國的填埋場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？填埋場的新建、擴建、運營和治理應(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。
填埋場水位高，水多了，填埋氣體就不像發(fā)達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。“我們在測試中發(fā)現(xiàn)，水減少后會顯著提高導(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%也驗證了這點。“要想抽氣先排水，不同層的水要各個擊破。我們設(shè)計了水平和垂直的導(dǎo)排井同時工作，在垃圾堆體中形成了一個縱橫結(jié)合的排水管網(wǎng)，大大提高了排水性。”“為了進一步提高導(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個大型填埋場，填埋氣收集率顯著提高。18個填埋場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產(chǎn)生含有各種污染物的液體，填埋場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穩(wěn)定化之前不能被污染物擊穿。如何加強屏障？哪些因素影響著屏障壽命？“屏障什么時候會被擊破，不可能等填埋場幾十年后再來看。我們利用超重力離心機的縮時效應(yīng)，100個重力加速度下24小時實驗?zāi)M了27.4年的屏障擊穿過程，在實驗中發(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)，研究團隊著手研究解決之道。“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，通過實驗也驗證了。”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，但為增加填埋場容量，又要求增加填埋高度，如何在保障穩(wěn)定條件下實現(xiàn)大幅增容？“這就要研究清楚垃圾強度與變型的關(guān)系，多大程度變型會滑坡。”研究團隊在全國7大地區(qū)、32座填埋場、13年填埋齡期的實地調(diào)研中，積累了數(shù)據(jù)，研發(fā)了一套填埋場穩(wěn)定評估的軟件，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的驗證，為填埋場穩(wěn)定控制和堆高增容提供了依據(jù)。2009年，國內(nèi)首個豎向擴建的蘇州七子山填埋場采用課題組技術(shù)，將延長填埋年限18年。
“15年時間里，我們慢慢弄清楚了填埋場固、液、氣的相互作用規(guī)律，建立了填埋場降解-滲漏-壓縮耦合模型，形成了填埋場環(huán)境土力學(xué)基本理論。”陳云敏說，14項技術(shù)與方法最終編成了行業(yè)規(guī)范《生活垃圾衛(wèi)生填埋場巖土工程技術(shù)規(guī)范》，為我國填埋場新建、擴建、運營和治理提供了自主核心技術(shù)，實現(xiàn)了填埋場設(shè)計由傳統(tǒng)土力學(xué)方法到環(huán)境土力學(xué)方法的轉(zhuǎn)變，填埋場運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，項目成果已在全國23省和直轄市的112座填埋場新建、擴建及未達標(biāo)治理工程中使用。
（文 張鴦/攝影 盧紹慶）
