由浙江大學(xué)承擔(dān)的國家973計劃項目“城市固體廢棄物填埋孕育環(huán)境災(zāi)害與可持續(xù)防控的基礎(chǔ)研究”揭示了高廚余垃圾的三階段降解穩(wěn)定化規(guī)律，提出填埋場災(zāi)變從被動控制到主動調(diào)控的可持續(xù)防控理論體系，為填埋場環(huán)境災(zāi)害可持續(xù)防控和資源化利用提供了科學(xué)基礎(chǔ)。

提起生活垃圾填埋場，人們很容易想到刺鼻的味道和烏黑的滲瀝液，這主要是由垃圾中有機質(zhì)的生化降解造成的。垃圾進(jìn)入填埋場后在微生物和化學(xué)作用下發(fā)生生化降解，使得垃圾的固相質(zhì)量損失，同時釋放出滲瀝液、填埋氣和污染物溶質(zhì)。國民的生活習(xí)慣使得我國各大城市廚余類垃圾含量高，其廚余有機質(zhì)含量和含水率分別高達(dá)60%和50%，顯著高于歐美發(fā)達(dá)國家的22%和27%。我國高廚余含量的垃圾常被稱為“濕垃圾”，而歐美發(fā)達(dá)國家高紙類含量的垃圾常被稱為“干垃圾”。高廚余垃圾填埋后快速降解，產(chǎn)生大量滲瀝液和填埋氣，造成填埋場滲瀝液水位高，液氣運移相互阻滯，極易引發(fā)三大環(huán)境災(zāi)害：

（1）垃圾填埋體失穩(wěn)滑坡，導(dǎo)致大量有害滲瀝液及固體廢棄物外泄，污染城市地表環(huán)境；

（2）填埋場底部滲瀝液導(dǎo)排系統(tǒng)和防污系統(tǒng)的負(fù)荷高，難以長期服役，造成滲瀝液滲漏污染地下水土環(huán)境；

（3）填埋氣導(dǎo)排不暢、收集率低，加劇了填埋氣（惡臭）無序擴散，污染城市空氣。

由于我國城市生活垃圾高廚余含量的組分特點和垃圾填埋量巨大的現(xiàn)實，填埋場的三大環(huán)境災(zāi)害防控難度大，滲瀝液排放量大，填埋氣資源化水平低，歐美發(fā)達(dá)國家的“干垃圾”填埋技術(shù)難以解決我國“無害化、減量化、資源化”處置城市生活垃圾的重大戰(zhàn)略需求，我國必須發(fā)展自己的可持續(xù)填埋技術(shù)。依托環(huán)境巖土工程領(lǐng)域首個973項目“城市固體廢棄物填埋孕育環(huán)境災(zāi)害與可持續(xù)防控的基礎(chǔ)研究”，在填埋場孕育三大環(huán)境災(zāi)害機理及防控方面取得了重大突破。通過災(zāi)變源主動調(diào)控及屏障全壽命服役，有效控制了填埋場環(huán)境災(zāi)害，實現(xiàn)垃圾處置的無害化；通過大幅增加單位土地面積填埋量，減少滲瀝液產(chǎn)量，實現(xiàn)固廢處置的減量化；通過高效收集和利用填埋氣，實現(xiàn)固廢處置的資源化。

該項目通過巖土工程、環(huán)境工程、地質(zhì)工程等多學(xué)科交叉研究，利用室內(nèi)外實驗和理論分析相結(jié)合的方法，從城市生活垃圾的物-化-生相變和固-液-氣相互作用特性出發(fā)，揭示了高廚余垃圾填埋后經(jīng)歷快速降解-慢速降解-逐步礦化三個階段的穩(wěn)定化規(guī)律，闡明了我國城市生活垃圾廚余有機質(zhì)含量高，骨架降解弱化嚴(yán)重、產(chǎn)液量大導(dǎo)致填埋體固結(jié)慢是我國填埋場三大環(huán)境災(zāi)害比歐美國家“干垃圾”填埋場嚴(yán)重的根源，提出了以滲瀝液液位控制為核心的填埋場災(zāi)害可持續(xù)防控方法，為城市生活垃圾“無害化和資源化填埋”奠定了科學(xué)基礎(chǔ)。

該項目在綜合各課題成果的基礎(chǔ)上首次提出了基于廚余含量和降解穩(wěn)定化階段的生活垃圾工程分類方法。以城市固廢的纖維素/木質(zhì)素（C/L）作為表征指標(biāo)，將我國高廚余生活垃圾填埋物分為穩(wěn)定化初期垃圾、穩(wěn)定化中期垃圾和后穩(wěn)定化垃圾3種類型，將歐美低廚余固廢分為前穩(wěn)定化垃圾和后穩(wěn)定化垃圾兩種類型。在生活垃圾工程分類的基礎(chǔ)上，該項目結(jié)合大量室內(nèi)外測試結(jié)果，形成了生活垃圾力學(xué)與降解特性基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，包括不同降解穩(wěn)定化階段垃圾的抗剪強度、壓縮指數(shù)、滲透系數(shù)、持水特性、剩余產(chǎn)液量、剩余產(chǎn)氣潛力、產(chǎn)氣速率等，為填埋場環(huán)境災(zāi)害評估提供了重要參數(shù)。上述填埋場基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫中關(guān)鍵參數(shù)取值已被國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《生活垃圾衛(wèi)生填埋場巖土工程技術(shù)規(guī)范》（CJJ176-2012）采納，并將被在編的國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)一步采用，指導(dǎo)我國高廚余垃圾填埋場設(shè)計、災(zāi)害防控、施工運營和封場再利用。

在生活垃圾綜合分類的基礎(chǔ)上，該項目提出了填埋場穩(wěn)定化程度評估及分階段調(diào)控加速穩(wěn)定化方法。以填埋單元產(chǎn)液度、產(chǎn)甲烷度、固結(jié)度和滲瀝液EEM值為表征指標(biāo)，通過現(xiàn)場鉆孔取樣和實驗室測試分析，有效評估現(xiàn)場填埋單元所處的降解穩(wěn)定化階段，獲得現(xiàn)場填埋單元的產(chǎn)氣、產(chǎn)液剩余潛力、工后沉降量、滲瀝液水質(zhì)等災(zāi)變源數(shù)據(jù)。在填埋場穩(wěn)定化程度評估的基礎(chǔ)上，提出了以削減災(zāi)變源負(fù)荷和縮短災(zāi)變源持續(xù)時間為目標(biāo)填埋場分階段調(diào)控加速穩(wěn)定方法：在高廚余垃圾填埋場穩(wěn)定化初期（快速降解）階段采用熟化滲瀝液回灌解除酸化抑制，采用液氣分離立體導(dǎo)排和增強型臨時覆蓋，削減液氣災(zāi)變源和污染負(fù)荷；穩(wěn)定化中期（慢速降解）階段采用間歇性好氧，縮短降解穩(wěn)定化時間，削減有機氮；后穩(wěn)定化階段可采用開挖、篩分實現(xiàn)固廢減量和庫容再利用。

在理論方法方面，建立的城市生活垃圾降解-溫度-滲流-力學(xué)-溶質(zhì)遷移耦合作用模型，突破了傳統(tǒng)土力學(xué)假定“固相質(zhì)量不變”和環(huán)境工程學(xué)忽略“固結(jié)影響降解”的局限性，解決了填埋場固、液、氣轉(zhuǎn)化、變形和滲流耦合分析的科學(xué)難題。針對填埋場的防污屏障，明確了擊穿的概念，提出了判斷擊穿的指示污染物，建立了擊穿時間計算公式以及可供設(shè)計使用的防污屏障服役壽命簡化計算方法。針對填埋場的覆蓋屏障，建立了垃圾填埋場土質(zhì)覆蓋屏障理論模型，創(chuàng)新性考慮了植物根系吸水作用、甲烷氧化作用等對覆蓋屏障水、氣運移的影響，提出土質(zhì)覆蓋屏障防水閉氣性能評估方法。

在填埋場環(huán)境災(zāi)害可持續(xù)防控方面，通過超重力模型試驗和現(xiàn)場監(jiān)測，揭示了液氣聯(lián)合誘發(fā)失穩(wěn)、滲瀝液擊穿防污屏障、生態(tài)型覆蓋屏障防水閉氣與保水固土的機理，提出了相應(yīng)的服役性能評價方法。建立了填埋場多系統(tǒng)協(xié)同工作模型，通過協(xié)同分析發(fā)現(xiàn)了各子系統(tǒng)存在發(fā)生環(huán)境災(zāi)害的警戒閾值，提出了填埋堆體警戒水位、防污屏障導(dǎo)排層警戒水位、覆蓋屏障警戒氣壓的確定方法。通過典型填埋場三大環(huán)境災(zāi)害預(yù)測和重演，發(fā)現(xiàn)滲瀝液液位壅高是誘發(fā)我國填埋場三大環(huán)境災(zāi)害的最主要原因，提出了以滲瀝液液位控制技術(shù)為核心的填埋場環(huán)境災(zāi)害可持續(xù)防控方法，包括基于穩(wěn)定控制的增容方法、滲瀝液污染地下水土控制方法、填埋氣減排與高效收集方法。滲瀝液液位控制技術(shù)采用水平導(dǎo)排盲溝、深層抽排豎井和水平輻射井進(jìn)行液氣分離導(dǎo)排，解決了填埋堆體內(nèi)液氣運移相互阻滯和導(dǎo)排系統(tǒng)極易淤堵的難題，有效地控制了填埋堆體內(nèi)滲瀝液水位。填埋場警戒水位確定方法和水位控制技術(shù)作為國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《生活垃圾衛(wèi)生填埋場巖土工程技術(shù)規(guī)范》（CJJ176-2012）的強制性條文在全國推廣執(zhí)行。

該項目提出的基于堆體穩(wěn)定控制的增容技術(shù)解決了填埋場擴建或增容過程中存在失穩(wěn)風(fēng)險的問題，同時提高了填埋場單位土地的填埋量，實現(xiàn)了大型集約化填埋目標(biāo)；提出的填埋氣減排和高效收集技術(shù)，顯著提高了填埋氣資源化利用率，并且降低填埋氣無組織釋放帶來的環(huán)境危害；提出的水平及豎向組合防污屏障有效地防控滲瀝液泄漏污染地下水土的風(fēng)險。通過本項目所提出的技術(shù)手段，能夠?qū)崿F(xiàn)城市固廢填埋場在全生命周期內(nèi)環(huán)境災(zāi)害可持續(xù)防控的目標(biāo)。

該項目的成果目前已應(yīng)用于杭州天子嶺、上海老港、深圳下坪、西安江村溝等填埋場。在實現(xiàn)安全服役的同時，顯著提高了資源化水平，使填埋氣收集率可達(dá)60%～80%，單位土地面積填埋量提高30%～50%，達(dá)到50～75噸/平方米，接近西方發(fā)達(dá)國家“干垃圾”填埋場水平。

我國城市土地資源稀缺，用地矛盾日益突出，已有填埋場庫容接近飽和。該項目提出的可持續(xù)填埋技術(shù)，通過分階段調(diào)控手段加速生活填埋場的降解穩(wěn)定化過程，對于已經(jīng)進(jìn)入后穩(wěn)定化階段的城市固廢填埋場進(jìn)行開挖、篩分、再利用，實現(xiàn)生活垃圾的最終減量以及填埋土地的再利用。該技術(shù)可以用于已有填埋場庫容的循環(huán)利用以及簡易填埋場的清污再開發(fā)工程，從而大大緩解我國目前生活垃圾產(chǎn)量巨大和土地資源不足這一突出矛盾。 

致謝：感謝國家973計劃項目“城市固體廢棄物填埋孕育環(huán)境災(zāi)害與可持續(xù)防控的基礎(chǔ)研究”（項目編號：2012CB719800）的支持。  

專家簡介

陳云敏：中國科學(xué)院院士，浙江大學(xué)建筑工程學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師?，F(xiàn)任浙江大學(xué)工學(xué)部主任、國家重點學(xué)科浙江大學(xué)巖土工程研究所所長，兼任Elsevier期刊《Transportation Geotechnics》主編、《Soil Dynamics and Earthquake Engineering》編委等。長期從事軟弱土的靜動力固結(jié)和降解固結(jié)理論及工程實踐研究。

詹良通：國家杰出青年基金獲得者，科技部中青年科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才，浙江大學(xué)建筑工程學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師。現(xiàn)任軟弱土與環(huán)境土工教育部重點實驗室常務(wù)副主任，兼任巖土類國際權(quán)威期刊《Geotextiles and Geomembranes》和《Canadian Geotechnical Journal》編委等。主要從事非飽和土力學(xué)及環(huán)境巖土工程的教學(xué)與科研工作。