城镇生活垃圾填埋场开采的可行性评估体系

　　摘要：近年来，填埋场开采成为填埋场生态治理的重要技术之一。然而，填埋场开采的可行性评估一直是制约填埋场开采项目的关键决策因素。以绍兴市越城区简易垃圾堆放场为例，基于该填埋场建设、运营概况及场地调查结果，从填埋场稳定化程度、环境风险等级和经济效益三个维度，筛选并建立评估指标体系，采用层次分析法和综合评价法，构建适用于城镇生活垃圾填埋场开采的可行性评估体系，为填埋场开采提供决策依据。结果表明：一期堆放场为中度稳定，低环境风险，低经济效益;二期堆放场为中度稳定，低环境风险，高经济效益。两期堆放场均具有填埋场开采的可行性，适合采用填埋场开采技术进行生态治理。

　　关键词：生活垃圾填埋场;填埋场开采;稳定化程度;环境风险;经济效益;可行性评估

　　王英达; 李洵; 吴小雯; 罗淋; 王丰; 王维明， 环境工程 发表时间：2021-11-15

　　0 引 言

　　伴随我国固体废物处置形式转变为焚烧为主、填埋为保障，受制于早期规范标准及施工工艺，我国卫生填埋场面临库容不足，简易填埋场亟需生态治理的难题 [1,2]。填埋场开采是填埋场生态治理的重要技术之一，通过对在役或封场填埋场垃圾实施开采并分质资源化利用，实现卫生填埋场库容循环再利用、简易填埋场环境综合治理，促进开采物和土地资源利用等[3]。1953 年以色列首次报道开采垃圾用作园林用土， 1990 年后美国、欧洲和亚洲的填埋场开采研究逐渐增多。我国早期的深圳市盐田垃圾场、上海老港填埋场在开采方面也作了一些积极尝试，北京市非正规垃圾填埋场治理工程实现了填埋场开采技术的大范围应用。近年来，随着我国填埋场生态治理和土地资源利用的需求不断增大，如何建立一套适用于我国填埋场开采的可行性评估体系已成为重要的议题。

　　我国填埋垃圾具有高有机质、高含水率和高压缩性[4]等特征，导致填埋堆体降解过程中填埋气和渗滤液产量较高，且堆体在上覆荷载作用下易发生堆体沉降，引起堆体失稳滑移。国内多数研究侧重于从填埋场的垃圾组分、渗滤液、填埋气体和场地沉降等方面，通过指数评价法[5]、专家打分法[6]、层次分析法[7] 和模糊综合评价法[8]等评价填埋场的稳定化程度，从技术可行性角度判断填埋场开采的可行性。部分研究从填埋场污染风险的角度，结合填埋场的建设、运营状况以及周边水土特征，采用层次分析法和综合评价指数法进行评估，作为垃圾填埋场治理顺序、治理技术选择的依据[9,10]。研究发现开采过程中也会产生环境风险，包括渗滤液溢流、堆体失稳滑移和有毒有害气体的释放[11]。许多文献从经济可行性角度，主要研究填埋场开采的有关经济指标，利用经济净现值法评估填埋场开采的经济效益[12]。目前，仍缺少一套完整的体系用以综合评估填埋场开采的可行性。国外填埋场开采的可行性评估体系相对完善，主要结合前期填埋场调研数据，综合分析填埋场开采的环境风险和经济效益，确定生态治理方案[13]。然而，国外的评估体系通常未考虑填埋场的稳定化程度，因为国外填埋场运行时间普遍较长，填埋垃圾基本完全矿化。因此，有必要结合我国填埋场的特性，综合考虑填埋场开采的关键影响因素，对填埋场开采的可行性评估体系进行研究。

　　为了合理评估填埋场开采的可行性，本文拟从填埋场的稳定化程度、开采环境风险等级及经济效益三个维度，基于文献研究、标准规范及工程实用性，建立填埋场开采的可行性评估指标体系;采用层次分析法和综合评价法构建填埋场开采可行性评估模型。绍兴市越城区简易堆放场由于拟建地铁停车场，其具有填埋场开采的可行性评估需求，同时两期堆放场地填埋性质不同，可以进行对比分析，因此本文选择绍兴市越城区简易堆放场作为项目案例，验证填埋场开采可行性评估体系的适用性，以期为填埋场开采工程提供决策依据。

　　1 填埋场开采的可行性评估方法

　　1.1 填埋场开采的可行性评估指标体系

　　在进行填埋场开采的可行性评估时，按照填埋场的稳定化程度、开采的环境风险等级和经济效益三个维度分别进行评估。填埋场的稳定化程度评估指标包括垃圾固相指标、渗滤液水质指标、填埋气特性指标、堆体沉降指标、堆体稳定安全指标。填埋场开采的风险等级评估指标由存量垃圾自身污染风险、存量垃圾对周边环境污染现状、开采对周边环境的影响[14]、开采对工作人员健康影响[14]和开采的社会稳定风险[15] 组成。经济效益等级评估指标由填埋场开采的建设投资(包括垃圾开挖费用、垃圾筛分费用、垃圾运输费用、垃圾处理费用、环保措施费用等工程费用，其他基本建设费和工程预备费)、开采物料回收利用效应(包括骨料和金属)、土地回用于城市发展、减少渗滤液收集处理费用、减少填埋气收集处理费用。

　　1.2 填埋场开采的可行性评估方法

　　1.2.1 填埋场稳定化程度和环境风险等级评估方法

　　填埋场的稳定化程度采用层次分析法(AHP)[16]进行评价：根据评价指标，分别确定评价因子，建立层次分析结构模型;采用 1~9 标度法对评价因子进行两两比较，构造判断矩阵;再利用求和法和归一化处理计算权重值，并通过一致性检验。 稳定化评价因子权重值(Wi)计算如表 1 所示，相应的因子值(ri)采用百分制计取。

　　根据上表确定的稳定化权重值(Wi)和因子值(ri)，计算稳定化指数(I1)。 (1)式中：I1 为稳定化程度指数，无量纲;wi 为权重值，无量纲;ri 为因子值，无量纲。计算出的稳定化指数(I1)范围为 30~90，采用 Min-Max 标准化，将计算的稳定化指数进行线性变换(如公式 2 所示)，将值映射到[0,1]之间，并以无量纲值 0.3 和 0.8 作为填埋场稳定化程度指数评级的临界值，如表 2 所示。 (2)

　　1.2.2 开采的环境风险等级评估方法

　　开采的环境风险等级采用层次分析法(AHP)[16]进行评价，各评价因子权重值(Wj)计算如表 3 所示，相应的因子值(rj)采用百分制计取。

　　根据上表确定的环境风险权重值(Wj)和因子值(rj)，计算开采的环境风险指数(I2)。(3)式中：I2 为环境风险指数，无量纲;Wj 为权重值，无量纲;rj 为因子值，无量纲。计算出开采的环境风险指数(I2)范围为-21~38，采用 Min-Max 标准化，将计算的稳定化指数进行线性变换(如公式 4 所示)，将值映射到[0,1]之间，并将填埋场的环境风险等级以无量纲值 0.3 和 0.8 作为填埋场开采的环境风险指数评级的临界值，如表 4 所示。

　　1.2.3 经济效益等级评估方法基于考虑经济净现值和建设投资计算投资收益率(一般为 5%~20%)，作为填埋场开采的经济效益指数(I3)，并以无量纲值 0.05 和 0.2 作为填埋场开采的经济效益评级的临界值，如表 5 所示。(5)式中：BTi，CTi 为发生在第 i 年的总效益和总费用，万元;n 为计算期，年;r 为社会贴现率，本文取 8%。

　　1.3 填埋场开采可行性评估体系

　　根据填埋场稳定程度、开采的环境风险等级及经济效益评估，填埋场稳定化程度、开采的环境风险等级和经济效益三个维度的评价可分别分为低、中、高三级，按照风险矩阵法构建填埋场开采可行性评估的综合评价体系(见图 3)。针对稳定化程度高、风险等级低及经济效益等级高的填埋场推荐开采;针对风险等级高、经济效益等级低的填埋场不推荐开采;其他情况可根据填埋场实际情况决定开采与否。

　　构建填埋场开采可行性评估的综合指数(I)如公式 6 所示，可以进一步科学、定量地评估填埋场开采的可行性。

　　2 案例研究

　　2.1 绍兴市越城区简易堆放场概况

　　绍兴市越城区简易垃圾堆放场紧邻下白线公路，该垃圾堆放场于 2013 年开始堆填垃圾，总占地面积约 6.2 万 m2，其中一期占地面积约 2.2 万 m2，填埋量约 5.5 万 m3;二期占地面积约 4.0 万 m2，填埋量约 5.7 万 m3。根据轨道交通规划，该简易垃圾堆放场边界南侧规划有绍兴市轨道交通 1 号线路，堆放场场地拟规划为地铁停车场。为保证轨道交通及配套工程建设顺利推进，该堆放场进行了场地调查，并在此基础上开展了填埋场开采的可行性评估及生态治理。

　　对简易垃圾堆放场一期和二期进行垃圾组分和热值检测，并对填埋堆体内渗滤液水质、填埋气组分和堆放场周边地表水、地下水进行污染监测，监测点位分布如图 5 所示。

　　2.2 稳定化程度评估

　　根据一期、二期垃圾的有机质含量、C/L、BOD5/CODcr、CH4 含量、堆体沉降率和抗滑稳定安全系数，通过赋值计算及评估，一期和二期堆放场稳定化程度分别为 0.57 和 0.75，填埋场稳定化程度均为“中”。

　　2.3 开采的环境风险等级评估

　　(1)存量垃圾自身污染风险

　　绍兴市越城区简易堆放场形成于 2013 年，堆填物以生活垃圾和建筑垃圾为主，2016 年停止填埋。其中，一期堆放场占地面积约 2.2 万 m2，堆填量约 5.5 万 m3，堆体有机质含量约为 18.27%;二期占地面积约 4.0 万 m2，堆填量约 5.7 万 m3，堆体有机质含量约为 17.22%。两期堆放场建设及运营均未按照规范严格执行，堆放场底部均为自然土层，库底及边坡未设防渗系统，堆放场内缺乏渗滤液、填埋气导排收集系统，堆体没有规范压实，也无覆盖。由老生活垃圾填埋场的污染风险评价体系[9]计算分析，两期堆放场存量垃圾自身污染风险等级为“中”。

　　(2)存量垃圾对周边环境污染现状

　　在一期、二期简易堆场周边取地表水试样、地下水试样、堆体及周边土壤试样进行检测，分别以《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)III 类限值、《地下水质量标准》(GB/T 14848-2017)III 类限值、《土壤环境质量 建设用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB 36600-2018)第二类用地筛选值作为标准值，分别计算试样的内梅罗污染指数(Pn)[21]，其箱形图分布如图 6 所示。可以看出，垃圾堆放场周围的地表水、堆体及周边土壤污染程度较小，地下水污染最严重。因此综合判断绍兴市越城区简易垃圾堆放场周边环境现状为“污染”。

　　(3)开采对周边环境的影响

　　绍兴市越城区简易堆放场周边主要分布厂房和部分居民点，其中芳泉村东侧部分位于堆放场 500m 范围内，人口总数小于 500 人，属于大气环境低度敏感区。堆放场周围地表水为水塘，水域环境功能为 III 类以下，周围无敏感保护目标，属于地表水环境低度敏感区。堆放场周围的地下水处于集中式饮用水水源准保护区外，属于不敏感区，且场地土层为粉质粘土，渗透性能差，属于地下水环境低度敏感区。

　　(4)开采对工作人员健康的影响

　　根据填埋气检测浓度，将氨、一氧化碳和硫化氢的浓度带入有毒有害气体大气伤害概率估算公式进行估算，人员吸入毒性物质而导致急性死亡的概率均为 0。由此判断，填埋场开采对工作人员的健康风险等级为低。

　　(5)开采的社会稳定性风险

　　按照填埋场开采项目开展的政策程序、社会环境对项目的敏感性、公众参与三个方面，对绍兴市越城区简易堆放场生态治理项目进行社会稳定风险评估。综上，一期和二期堆放场开采的环境风险指数均为 0.21，开采的环境风险等级均为“低”。

　　2.4 开采的经济效益等级等级评估

　　对一期堆放场和二期堆放场开采筛分工程进行投资估算，项目建设投资分别为 3125.63 万元和 3245.62 万元。在填埋场开采筛分工程中，一期堆放场和二期堆放场第 0 年可通过出售金属、利用骨料获得开采物料回收利用收益，并减少填埋气体处理和减少渗滤液处理获得潜在的环境效益，其减少的费用记为收益;土地回收用于城市建设的收益预计将于 1.5 年实现，以 8%作为社会贴现率。由此估算分析，一期堆放场开采的经济效益指数分别为 0.015 和 0.72，其经济效益等级分别为“低”和“高”。

　　2.5 开采可行性评估

　　通过上述评估，绍兴越城区简易垃圾堆放场一期稳定化程度为中度稳定，开采的环境风险等级为低环境风险，开采经济效益为低经济效益;二期堆放场稳定化程度为中度稳定，开采的环境风险等级为低环境风险，开采的经济效益为高经济效益(见图 7);经计算，一期和二期的可行性评估综合指数分别为 0.38 和 1.26，开采可行性评估等级分别为“低”和“高”，二期堆放场推荐填埋场开采，一期堆放场需根据实际情况考虑。目前，一期堆放场对周边水土环境已存在一定程度污染，急需进行生态治理;且一期堆放场存量垃圾较少，开采过程中的环境风险等级较低;该区域后续拟开发建设为地铁停车场，开采的经济效益值较高。综合考虑，一期堆放场适合采用填埋场开采技术。

　　3 结 论

　　(1)本文综合考虑填埋场的稳定化程度、开采的环境风险和经济效益等级，构建生活垃圾填埋场开采的可行性评估指标体系，可有效指导填埋场开采项目的实施。

　　(2)针对稳定化程度高、风险等级低及经济效益等级高的填埋场推荐开采;针对风险等级高、经济效益等级低的填埋场不推荐开采;其他情况可根据填埋场实际情况决定开采与否。通过建立填埋场开采的可行性评估综合指数，可定量评估填埋场开采的可行性。

　　(3)以绍兴市越城区简易堆放场为例，进行填埋场开采的可行性评估，综合判断一期堆放场为中度稳定，低环境风险，低经济效益，综合指数等级为中可行性;二期堆放场为中度稳定，低环境风险，高经济效益，综合指数等级为高可行性;两期堆放场的生态治理均适宜采用填埋场开采技术。