城鎮生活垃圾填埋場開采的可行性評估體系

　　摘要：近年來，填埋場開采成為填埋場生態治理的重要技術之一。然而，填埋場開采的可行性評估一直是制約填埋場開采項目的關鍵決策因素。以紹興市越城區簡易垃圾堆放場為例，基于該填埋場建設、運營概況及場地調查結果，從填埋場穩定化程度、環境風險等級和經濟效益三個維度，篩選并建立評估指標體系，采用層次分析法和綜合評價法，構建適用于城鎮生活垃圾填埋場開采的可行性評估體系，為填埋場開采提供決策依據。結果表明：一期堆放場為中度穩定，低環境風險，低經濟效益;二期堆放場為中度穩定，低環境風險，高經濟效益。兩期堆放場均具有填埋場開采的可行性，適合采用填埋場開采技術進行生態治理。

　　關鍵詞：生活垃圾填埋場;填埋場開采;穩定化程度;環境風險;經濟效益;可行性評估

　　王英達; 李洵; 吳小雯; 羅淋; 王豐; 王維明， 環境工程 發表時間：2021-11-15

　　0 引 言

　　伴隨我國固體廢物處置形式轉變為焚燒為主、填埋為保障，受制于早期規范標準及施工工藝，我國衛生填埋場面臨庫容不足，簡易填埋場亟需生態治理的難題 [1,2]。填埋場開采是填埋場生態治理的重要技術之一，通過對在役或封場填埋場垃圾實施開采并分質資源化利用，實現衛生填埋場庫容循環再利用、簡易填埋場環境綜合治理，促進開采物和土地資源利用等[3]。1953 年以色列首次報道開采垃圾用作園林用土， 1990 年后美國、歐洲和亞洲的填埋場開采研究逐漸增多。我國早期的深圳市鹽田垃圾場、上海老港填埋場在開采方面也作了一些積極嘗試，北京市非正規垃圾填埋場治理工程實現了填埋場開采技術的大范圍應用。近年來，隨著我國填埋場生態治理和土地資源利用的需求不斷增大，如何建立一套適用于我國填埋場開采的可行性評估體系已成為重要的議題。

　　我國填埋垃圾具有高有機質、高含水率和高壓縮性[4]等特征，導致填埋堆體降解過程中填埋氣和滲濾液產量較高，且堆體在上覆荷載作用下易發生堆體沉降，引起堆體失穩滑移。國內多數研究側重于從填埋場的垃圾組分、滲濾液、填埋氣體和場地沉降等方面，通過指數評價法[5]、專家打分法[6]、層次分析法[7] 和模糊綜合評價法[8]等評價填埋場的穩定化程度，從技術可行性角度判斷填埋場開采的可行性。部分研究從填埋場污染風險的角度，結合填埋場的建設、運營狀況以及周邊水土特征，采用層次分析法和綜合評價指數法進行評估，作為垃圾填埋場治理順序、治理技術選擇的依據[9,10]。研究發現開采過程中也會產生環境風險，包括滲濾液溢流、堆體失穩滑移和有毒有害氣體的釋放[11]。許多文獻從經濟可行性角度，主要研究填埋場開采的有關經濟指標，利用經濟凈現值法評估填埋場開采的經濟效益[12]。目前，仍缺少一套完整的體系用以綜合評估填埋場開采的可行性。國外填埋場開采的可行性評估體系相對完善，主要結合前期填埋場調研數據，綜合分析填埋場開采的環境風險和經濟效益，確定生態治理方案[13]。然而，國外的評估體系通常未考慮填埋場的穩定化程度，因為國外填埋場運行時間普遍較長，填埋垃圾基本完全礦化。因此，有必要結合我國填埋場的特性，綜合考慮填埋場開采的關鍵影響因素，對填埋場開采的可行性評估體系進行研究。

　　為了合理評估填埋場開采的可行性，本文擬從填埋場的穩定化程度、開采環境風險等級及經濟效益三個維度，基于文獻研究、標準規范及工程實用性，建立填埋場開采的可行性評估指標體系;采用層次分析法和綜合評價法構建填埋場開采可行性評估模型。紹興市越城區簡易堆放場由于擬建地鐵停車場，其具有填埋場開采的可行性評估需求，同時兩期堆放場地填埋性質不同，可以進行對比分析，因此本文選擇紹興市越城區簡易堆放場作為項目案例，驗證填埋場開采可行性評估體系的適用性，以期為填埋場開采工程提供決策依據。

　　1 填埋場開采的可行性評估方法

　　1.1 填埋場開采的可行性評估指標體系

　　在進行填埋場開采的可行性評估時，按照填埋場的穩定化程度、開采的環境風險等級和經濟效益三個維度分別進行評估。填埋場的穩定化程度評估指標包括垃圾固相指標、滲濾液水質指標、填埋氣特性指標、堆體沉降指標、堆體穩定安全指標。填埋場開采的風險等級評估指標由存量垃圾自身污染風險、存量垃圾對周邊環境污染現狀、開采對周邊環境的影響[14]、開采對工作人員健康影響[14]和開采的社會穩定風險[15] 組成。經濟效益等級評估指標由填埋場開采的建設投資(包括垃圾開挖費用、垃圾篩分費用、垃圾運輸費用、垃圾處理費用、環保措施費用等工程費用，其他基本建設費和工程預備費)、開采物料回收利用效應(包括骨料和金屬)、土地回用于城市發展、減少滲濾液收集處理費用、減少填埋氣收集處理費用。

　　1.2 填埋場開采的可行性評估方法

　　1.2.1 填埋場穩定化程度和環境風險等級評估方法

　　填埋場的穩定化程度采用層次分析法(AHP)[16]進行評價：根據評價指標，分別確定評價因子，建立層次分析結構模型;采用 1~9 標度法對評價因子進行兩兩比較，構造判斷矩陣;再利用求和法和歸一化處理計算權重值，并通過一致性檢驗。 穩定化評價因子權重值(Wi)計算如表 1 所示，相應的因子值(ri)采用百分制計取。

　　根據上表確定的穩定化權重值(Wi)和因子值(ri)，計算穩定化指數(I1)。 (1)式中：I1 為穩定化程度指數，無量綱;wi 為權重值，無量綱;ri 為因子值，無量綱。計算出的穩定化指數(I1)范圍為 30~90，采用 Min-Max 標準化，將計算的穩定化指數進行線性變換(如公式 2 所示)，將值映射到[0,1]之間，并以無量綱值 0.3 和 0.8 作為填埋場穩定化程度指數評級的臨界值，如表 2 所示。 (2)

　　1.2.2 開采的環境風險等級評估方法

　　開采的環境風險等級采用層次分析法(AHP)[16]進行評價，各評價因子權重值(Wj)計算如表 3 所示，相應的因子值(rj)采用百分制計取。

　　根據上表確定的環境風險權重值(Wj)和因子值(rj)，計算開采的環境風險指數(I2)。(3)式中：I2 為環境風險指數，無量綱;Wj 為權重值，無量綱;rj 為因子值，無量綱。計算出開采的環境風險指數(I2)范圍為-21~38，采用 Min-Max 標準化，將計算的穩定化指數進行線性變換(如公式 4 所示)，將值映射到[0,1]之間，并將填埋場的環境風險等級以無量綱值 0.3 和 0.8 作為填埋場開采的環境風險指數評級的臨界值，如表 4 所示。

　　1.2.3 經濟效益等級評估方法基于考慮經濟凈現值和建設投資計算投資收益率(一般為 5%~20%)，作為填埋場開采的經濟效益指數(I3)，并以無量綱值 0.05 和 0.2 作為填埋場開采的經濟效益評級的臨界值，如表 5 所示。(5)式中：BTi，CTi 為發生在第 i 年的總效益和總費用，萬元;n 為計算期，年;r 為社會貼現率，本文取 8%。

　　1.3 填埋場開采可行性評估體系

　　根據填埋場穩定程度、開采的環境風險等級及經濟效益評估，填埋場穩定化程度、開采的環境風險等級和經濟效益三個維度的評價可分別分為低、中、高三級，按照風險矩陣法構建填埋場開采可行性評估的綜合評價體系(見圖 3)。針對穩定化程度高、風險等級低及經濟效益等級高的填埋場推薦開采;針對風險等級高、經濟效益等級低的填埋場不推薦開采;其他情況可根據填埋場實際情況決定開采與否。

　　構建填埋場開采可行性評估的綜合指數(I)如公式 6 所示，可以進一步科學、定量地評估填埋場開采的可行性。

　　2 案例研究

　　2.1 紹興市越城區簡易堆放場概況

　　紹興市越城區簡易垃圾堆放場緊鄰下白線公路，該垃圾堆放場于 2013 年開始堆填垃圾，總占地面積約 6.2 萬 m2，其中一期占地面積約 2.2 萬 m2，填埋量約 5.5 萬 m3;二期占地面積約 4.0 萬 m2，填埋量約 5.7 萬 m3。根據軌道交通規劃，該簡易垃圾堆放場邊界南側規劃有紹興市軌道交通 1 號線路，堆放場場地擬規劃為地鐵停車場。為保證軌道交通及配套工程建設順利推進，該堆放場進行了場地調查，并在此基礎上開展了填埋場開采的可行性評估及生態治理。

　　對簡易垃圾堆放場一期和二期進行垃圾組分和熱值檢測，并對填埋堆體內滲濾液水質、填埋氣組分和堆放場周邊地表水、地下水進行污染監測，監測點位分布如圖 5 所示。

　　2.2 穩定化程度評估

　　根據一期、二期垃圾的有機質含量、C/L、BOD5/CODcr、CH4 含量、堆體沉降率和抗滑穩定安全系數，通過賦值計算及評估，一期和二期堆放場穩定化程度分別為 0.57 和 0.75，填埋場穩定化程度均為“中”。

　　2.3 開采的環境風險等級評估

　　(1)存量垃圾自身污染風險

　　紹興市越城區簡易堆放場形成于 2013 年，堆填物以生活垃圾和建筑垃圾為主，2016 年停止填埋。其中，一期堆放場占地面積約 2.2 萬 m2，堆填量約 5.5 萬 m3，堆體有機質含量約為 18.27%;二期占地面積約 4.0 萬 m2，堆填量約 5.7 萬 m3，堆體有機質含量約為 17.22%。兩期堆放場建設及運營均未按照規范嚴格執行，堆放場底部均為自然土層，庫底及邊坡未設防滲系統，堆放場內缺乏滲濾液、填埋氣導排收集系統，堆體沒有規范壓實，也無覆蓋。由老生活垃圾填埋場的污染風險評價體系[9]計算分析，兩期堆放場存量垃圾自身污染風險等級為“中”。

　　(2)存量垃圾對周邊環境污染現狀

　　在一期、二期簡易堆場周邊取地表水試樣、地下水試樣、堆體及周邊土壤試樣進行檢測，分別以《地表水環境質量標準》(GB 3838-2002)III 類限值、《地下水質量標準》(GB/T 14848-2017)III 類限值、《土壤環境質量 建設用地土壤污染風險管控標準(試行)》(GB 36600-2018)第二類用地篩選值作為標準值，分別計算試樣的內梅羅污染指數(Pn)[21]，其箱形圖分布如圖 6 所示。可以看出，垃圾堆放場周圍的地表水、堆體及周邊土壤污染程度較小，地下水污染最嚴重。因此綜合判斷紹興市越城區簡易垃圾堆放場周邊環境現狀為“污染”。

　　(3)開采對周邊環境的影響

　　紹興市越城區簡易堆放場周邊主要分布廠房和部分居民點，其中芳泉村東側部分位于堆放場 500m 范圍內，人口總數小于 500 人，屬于大氣環境低度敏感區。堆放場周圍地表水為水塘，水域環境功能為 III 類以下，周圍無敏感保護目標，屬于地表水環境低度敏感區。堆放場周圍的地下水處于集中式飲用水水源準保護區外，屬于不敏感區，且場地土層為粉質粘土，滲透性能差，屬于地下水環境低度敏感區。

　　(4)開采對工作人員健康的影響

　　根據填埋氣檢測濃度，將氨、一氧化碳和硫化氫的濃度帶入有毒有害氣體大氣傷害概率估算公式進行估算，人員吸入毒性物質而導致急性死亡的概率均為 0。由此判斷，填埋場開采對工作人員的健康風險等級為低。

　　(5)開采的社會穩定性風險

　　按照填埋場開采項目開展的政策程序、社會環境對項目的敏感性、公眾參與三個方面，對紹興市越城區簡易堆放場生態治理項目進行社會穩定風險評估。綜上，一期和二期堆放場開采的環境風險指數均為 0.21，開采的環境風險等級均為“低”。

　　2.4 開采的經濟效益等級等級評估

　　對一期堆放場和二期堆放場開采篩分工程進行投資估算，項目建設投資分別為 3125.63 萬元和 3245.62 萬元。在填埋場開采篩分工程中，一期堆放場和二期堆放場第 0 年可通過出售金屬、利用骨料獲得開采物料回收利用收益，并減少填埋氣體處理和減少滲濾液處理獲得潛在的環境效益，其減少的費用記為收益;土地回收用于城市建設的收益預計將于 1.5 年實現，以 8%作為社會貼現率。由此估算分析，一期堆放場開采的經濟效益指數分別為 0.015 和 0.72，其經濟效益等級分別為“低”和“高”。

　　2.5 開采可行性評估

　　通過上述評估，紹興越城區簡易垃圾堆放場一期穩定化程度為中度穩定，開采的環境風險等級為低環境風險，開采經濟效益為低經濟效益;二期堆放場穩定化程度為中度穩定，開采的環境風險等級為低環境風險，開采的經濟效益為高經濟效益(見圖 7);經計算，一期和二期的可行性評估綜合指數分別為 0.38 和 1.26，開采可行性評估等級分別為“低”和“高”，二期堆放場推薦填埋場開采，一期堆放場需根據實際情況考慮。目前，一期堆放場對周邊水土環境已存在一定程度污染，急需進行生態治理;且一期堆放場存量垃圾較少，開采過程中的環境風險等級較低;該區域后續擬開發建設為地鐵停車場，開采的經濟效益值較高。綜合考慮，一期堆放場適合采用填埋場開采技術。

　　3 結 論

　　(1)本文綜合考慮填埋場的穩定化程度、開采的環境風險和經濟效益等級，構建生活垃圾填埋場開采的可行性評估指標體系，可有效指導填埋場開采項目的實施。

　　(2)針對穩定化程度高、風險等級低及經濟效益等級高的填埋場推薦開采;針對風險等級高、經濟效益等級低的填埋場不推薦開采;其他情況可根據填埋場實際情況決定開采與否。通過建立填埋場開采的可行性評估綜合指數，可定量評估填埋場開采的可行性。

　　(3)以紹興市越城區簡易堆放場為例，進行填埋場開采的可行性評估，綜合判斷一期堆放場為中度穩定，低環境風險，低經濟效益，綜合指數等級為中可行性;二期堆放場為中度穩定，低環境風險，高經濟效益，綜合指數等級為高可行性;兩期堆放場的生態治理均適宜采用填埋場開采技術。