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堆填

垃圾掩埋场（英语：landfill、 garbage dump 或 dumping ground）是用途为堆放垃圾的地点。掩埋是最古老和最常见的垃圾处理形式，但有系统性的进行分阶段垃圾掩埋是在1940年代才开始。有些掩埋场则用于进行垃圾管理，例如临时储存、整合和转移，或是进行垃圾分类、整理或是回收。人类过去单纯只将垃圾聚集堆放或扔进坑里，例如考古遗址中的贝冢。

垃圾掩埋需要占用大量土地，且制造许多环境问题。垃圾掩埋场可能会在地震时发生剧烈晃动或土壤液化。[1]掩埋场一旦填满，其上方可复原（英语：Landfill restoration），之后作其他用途。复原可活化生态环境、降低原址对环境的负面影响，以及确定此地点适于将来的其他用途。[2]

运作

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一处位于波兰的垃圾掩埋场。
 
加拿大安大略省西北部德赖登市使用的数个垃圾掩埋场之一。
 
巴基斯坦城市喀拉蚩道路上堆积的垃圾。

妥善运作的无害垃圾掩埋场会依据下列的规范作业：[3]

  1. 尽量缩小堆放的区域
  2. 把垃圾压缩以减少体积[4]

管理者还会（通常每天）用土壤或其他材料（例如木屑和细沙）把垃圾覆盖。

在掩埋场的运作流程：当垃圾车抵达时会使用地磅（英语：truck scale）称重，而工作人员会检查车辆装载内容是否符合可接受的标准。[4]之后，垃圾车驶往倾卸点（或称工作点）卸载，接著由压实机（英语：compactor）（或推土机）把工作点上的垃圾摊开和压实。垃圾车在离开掩埋场之前通常会经清洁设施把车轮清洗。如有需要，可对空车再做一次地磅称重。称重记录存入数据库作记录。除卡车外，有些垃圾掩场可能有处理铁路货柜的设备。“铁路运输”让垃圾掩埋场可设于更偏远的地点，避免许多经由垃圾车产生的相关问题（譬如说破坏路面及沿路产生污染）。

掩埋场通常每天会在工作点用土壤或替代材料（包括碎木或其他“绿色垃圾”、几种喷涂式泡沫物、化学“固定”生物固体和临时覆盖毯）把摊开及压实的垃圾覆盖。[5]临时覆盖毯会在在第二天掀起，待当日垃圾倾倒及处理后，再度覆盖。每天被压实的垃圾和覆盖材料占据的所在称为日常单位（daily cell）。垃圾压实过程对于延长掩埋场的使用寿命很重要。垃圾本身的压缩性、垃圾层厚度和压实机在垃圾上运作的次数等因素会影响到垃圾的密度。

掩场内垃圾生命周期

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英文landfill（垃圾掩埋场）这一词通常是municipal landfill（市立垃圾掩埋场）或sanitary landfill（垃圾卫生掩埋场）的简写。这类设施于20世纪初首次引入，但在1960年代和1970年代才广泛使用，设置目的在消除露天垃圾场和其他“不卫生”的垃圾处置做法。卫生掩埋场是种把垃圾分离和管制的工程操作场所。这类掩埋场有生物反应的作用（参阅生物反应器），其中的微生物会随时间演进而把复杂的有机垃圾分解成较简单、毒性更小的化合物。这些反应必须依照监管标准和指南进行设计和操作（参见环境工程）。

掩埋场分解垃圾的第一阶段通常是采用好氧分解。接下来有5个厌氧降解的阶段。呈固相的有机材料由较大分子降解为较小分子时，其过程通常会很迅速。之后，较小的有机分子开始溶解并移为液相，接著发生水解，水解后的化合物发生转化并挥发成二氧化碳(CO2和甲烷 (CH4)，所馀的仍以固相和液相形式存在。

在早期阶段，因为垃圾中可生物降解的有机物体积迅速减少，几乎少有有材料会进入渗滤液（英语：leachate），。同时，渗滤液的化学需氧量会随著更顽固化合物的浓度（与反应化合物相比）增加而增加。能否成功转化和稳定取决于微生物种群的共生功能（即不同种群相间互作用以提供彼此的营养所需）。：[6]

以下为掩埋厂内垃圾的5阶段生命周期：[7][6]

初步调整（阶段一）

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当垃圾被倾倒入掩埋场时，其空隙间含有大量的分子氧 (O2)。随著垃圾数量的增加和压实，垃圾生物反应器内的O2含量逐渐降低。微生物种群开始增长，密度增加。好氧生物降解成主流，主要电子受体是O2。

转变 (阶段二)

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O2被已有的微生物种群迅速降解，而导致垃圾中的需氧条件减少和厌氧条件增长。转变阶段的主要电子受体是硝酸盐和硫酸盐（由于O2会迅速被流出气体中的二氧化碳取代）。

酸形成（阶段三）

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在酸形成阶段，固体垃圾中的可生物降解成分开始水解，导致渗滤液中短链脂肪酸 (VFA) 快速积累，这种有机酸的增加让渗滤液的pH值从约7.5降低到5.6。在此阶段，分解中间化合物（如VFA）会产生大量化学需氧量 (COD)。长链脂肪酸 (VOA) 转化为乙酸 (C2H4O2)、二氧化碳和氢气 (H2)。高浓度的VFA会增加生化需氧量 (BOD) 和VOA浓度，而启动发酵细菌产生氢气，继而刺激氢气氧化细菌的生长。 氢气生成阶段时间相对较短，它在酸形成阶段结束时就完成。厌氧消化细菌在生物质中增加后，会增加垃圾降解和消耗养分的数量。金属通常在较低的pH值下更易溶于水，而在此阶段变得更具流动性，导致渗滤液中的金属浓度增加。

甲烷生成（阶段四）

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甲烷菌将酸形成阶段的中间产物（例如乙酸、丙酸和丁酸）转化为甲烷和二氧化碳。VFA被甲烷菌代谢，掩埋场中水的pH值恢复成中性。渗滤液的有机强度（以需氧量表示）随著甲烷和二氧化碳产量的增加而快速下降。此阶段是历时最长的分解阶段。

最终成熟与稳定（阶段五）

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在垃圾分解的最后阶段，因为营养物质的供应减少（例如生物可利用的磷变得越来越稀缺）而将化学反应限制，微生物活动速度因而减缓。甲烷的产生几乎完全停止，O2从对流层向下渗透，O2和氧化物质逐渐重新出现在空隙中,会把渗滤液中的氧化还原反应 (ORP) 转化为氧化过程。残留的有机物质逐渐转化为气相，有机物质变成堆肥（即有机物转化为类腐殖质化合物）。[8]

社会和环境影响

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在夏威夷的一处垃圾掩埋场，其中有个单一且明显的堆放垃圾单位，单位左边有片隔层（英语：landfill liner），可防止垃圾产生的渗滤液进入地下水层。

垃圾掩埋场有可能产生许多问题 - 例如由于重型垃圾车损坏道路而妨碍交通。当车辆离开掩埋场时，如果车轮未妥善清洗，会对当地道路和水道产生污染。[1]掩埋场产生的沼气也有污染附近社区的可能，或是因为鼠蝇滋生而传染疾病给附近社区的居民。[1]也可能因渗滤液（英语：leachate）泄漏而发生对当地环境（例如对地表水体、地下水或含水层，或是土壤）的污染。

渗滤液

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主条目：渗滤液（英语：leachate）

当降水落在露天掩埋场时，会渗入垃圾，连同悬浮和溶解的物质，形成渗滤液。如果不对渗滤液加以控制，会有污染地下水的机会。现代掩埋场通常都会透过铺设几米厚的不透水衬垫层、选择地质稳定处和收集系统的组合来容纳和收集这种渗滤液，[9]然后对其进行处理和使用蒸发方式解决。一旦掩埋场填满，就会将其封闭，以防止降水进入和形成新的渗滤液。但是不透水衬垫层有其使用寿命。最终，任何垃圾填埋场衬里都可能发生泄漏，[10]只是新的掩埋场的建立标准较旧的泄漏程度会轻微很多。[11]

分解而生的气体

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主条目：掩埋场沼气（英语：landfill gas）

腐败的食物和其他的腐败有机垃圾会产生掩埋场沼气，特别是由好氧和厌氧分解出的二氧化碳和甲烷。这两个过程同时在掩埋场不同区域发生。除既有的O2之外，其他气体成分的比例也会有所不同，取决于掩埋场的年龄、垃圾类型、所含水分和其他因素。例如，可用简化的乙二酸二甲酯净反应来解释这些同时发生的反应：[12] 4 C6H10O4 + 6 H2O → 13 CH4 + 11 CO2

平均而言，此类气体的体积浓度中，甲烷大约占一半，二氧化碳占比低于一半，另还含有约5%的分子氮(N2)、不到1%的硫化氢 (H2S) 和低浓度的非甲烷有机化合物 (NMOC），约为2,700ppmv（百万分之2700）)。[12]

 
位于希腊雅典的一处垃圾掩埋场。

掩埋场沼气会从掩埋场渗出，并进入周围的空气和土壤。甲烷是种温室气体，在一定浓度下易燃且会爆炸，因此很适于燃烧以发电（是种清洁能源）。由于分解植物和废弃食物而释放的碳是原植物生长时，透过光合作用从大气中捕获而来的碳，因此不会有新的碳进入碳循环，大气中的二氧化碳浓度不会受到影响。二氧化碳将大气中的热量留住，导致全球变暖。[13]经妥善管理的掩埋场，气体被收集后经燃除（英语：gas flare）处理，或再利用（英语：landfill gas utilization）来发电、供热或是当作燃料。

病媒

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管理不善的掩埋场会因为滋生鼠蝇等可传播疾病的媒介，危害附近的居民。[1]这情况可利用日常覆盖物以减少问题发生。

其他滋扰

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一群在斯里兰卡垃圾堆中觅食的大象。

其他问题包括野生动物栖息地受到破坏[14]以及野生动物食用垃圾而产生健康问题，[15]还有灰尘、气味、噪音污染以及邻近地区的房地产价值下降等问题。

掩埋场沼气

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主条目：掩埋场沼气（英语：landfill gas）和掩埋场沼气利用（英语：landfill gas utilization）

掩埋场中垃圾经微生物的厌氧消化会产生气体。在妥善管理的掩埋场，此类气体会被收集和使用，包括单纯的燃除，及其他利用。在掩埋场设置气体监测可提醒工作人员，避免气体浓度累积到有害的程度。有些国家在掩埋场广设气体回收系统；例如美国有超过850个掩埋场安装有主动运作的气体回收系统。[16]

 
垃圾掩埋场内的燃除作业（位于美国俄亥俄州东北部的克莱县）。

区域做法

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位于澳大利亚西澳大利亚州首府伯斯的一处垃圾掩埋场。
 
位于香港的新界东南堆填区。

加拿大

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加拿大的掩埋场受省级环境机构和环境保护立法的监管。[17]较旧的设施往往不符合现行标准，因而设有渗滤液浸出监测。[18]一些从前的掩埋场已被改造成公园。

欧洲联盟

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欧盟中各国必须立法，以遵守欧洲垃圾掩埋指令（英语：landfill directive）的要求和义务。

大多数欧盟成员国都立法禁止或严格限制利用掩埋场处理生活垃圾。[19]

印度

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印度处理城市垃圾的主要方式就是送往掩埋场处置。位于孟买郊区的迪奥纳（英语：Deonar）拥有亚洲规模第一的垃圾倾倒场。[20]但由于送入此地垃圾的惊人增长速度和管理不善，问题层出不穷。[21]在过去的几年里，印度垃圾掩埋场经常发生垃圾表面及内部燃烧的灾害。 [20]

英国

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主条目：英国垃圾掩埋场（英语：Landfills in the United Kingdom）

英国为应对欧洲垃圾掩埋指令的要求，在近年已进行改变。英国现在对送入垃圾掩埋场的可生物降解垃圾会征收垃圾掩埋税（英语：landfill tax）。除此之外，还为英格兰地方当局建立垃圾掩埋配额交易计划（英语：Landfill Allowance Trading Scheme），所产生的配额可用于买卖，但此配额交易计画已于2013年3月31日终止。[22]威尔斯、苏格兰及北爱尔兰有不同的系统，地方当局不能用配额作“交易”，但有称为垃圾填埋津贴计划（Landfill Allowance Scheme）的做法，此津贴计画迄2014年9月仍在实施中。[22]

美国

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主条目：美国垃圾掩埋场（英语：Landfills in the United States）

美国垃圾掩埋场由各州的环境机构监管，并制定最低准则；但均不得低于美国环境保护局 (EPA) 所制定的标准。[23]

从申请到取得掩埋场许可通常需时5到7年，耗资数百万美元，并且需经严格的选址、工程和环境研究及撰写报告，以确保能符合当地环境和安全的要求。 [24]

类型

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微生物

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掩埋场内微生物群落的状况可决定其消化效率。 [27]

在掩埋场中曾发现有可消化塑料的细菌。[28]

回收材料

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主条目：垃圾掩埋场开采（英语：landfill mining）

人们可把掩埋场视为一种资源丰富（包含材料及能源），值得开采的所在。开发中国家的拾荒者经常来此寻找仍可使用的材料。也有公司开始在掩埋场采收材料和能源。[29]例如一般所知的沼气回收设备。[30]其他商业设备包括具有材料回收功能的垃圾焚化炉。回收系经过滤的方式（电过滤（英语：Electrofiltration）、活性炭过滤和钾过滤、喷水过滤、氯化氢过滤器、二氧化硫过滤器、底灰栅等）以回收不同的材料。

替代做法

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参见：处理固体垃圾技术列表（英语：List of solid waste treatment technologies）

除垃圾减量（英语：Waste minimisation）和回收的做法外，另有其他替代掩埋场的方案，例如废弃物转制能源（经过焚烧）、厌氧消化、堆肥、机械化生物处理（英语：Mechanical biological treatment）、热裂解和电浆弧气化（英语：Plasma gasification）。根据当地经济和激励措施，这些有可能比掩埋的方式更具经济吸引力。

限制

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大多数欧盟成员国都根据欧洲垃圾掩埋指令，立法禁止或严格限制利用掩埋场处理生活垃圾。 [19]指令条文包括只有经过处理过的垃圾才能送往掩埋场，到2035年只有10%城市垃圾能被送往掩埋场，欧盟在2018年有24%的城市垃圾被送往掩埋场处置。[31]

参见

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参考文献

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  1. ^ 1.0 1.1 1.2 1.3 Dr. Mohammad Rahim Rahnama, Alireza Bidkhori and Amir Ali Kharazmi. A Survey on Heavy Metal Concentration in Downstream Wells of Landfill (Case of Mashhad, Iran) (PDF). [2023-03-03]. （原始内容存档 (PDF)于2023-07-24）. 
  2. ^ Vaverková, M. D., Radziemska, M., Bartoň, S., Cerdà, A., & Koda, E. (2018). The use of vegetation as a natural strategy for landfill restoration. Land Degradation & Development, 29(10), 3674–3680. https://doi.org/10.1002/ldr.3119
  3. ^ https://sustainabledevelopment.un.org/content/documents/dsd/dsd_aofw_ni/ni_pdfs/NationalReports/finland/WASTE.pdf （页面存档备份，存于互联网档案馆） [裸网址]
  4. ^ 4.0 4.1 How a Landfill Operates. www.co.cumberland.nc.us. [2020-02-22]. （原始内容存档于2021-02-27）. 
  5. ^ Alternative Daily Cover (ADC). CA.GOV. [2023-03-03]. （原始内容存档于2023-07-24）. 
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  8. ^ Weitz, Keith; Barlaz, Morton; Ranjithan, Ranji; Brill, Downey; Thorneloe, Susan; Ham, Robert. Life Cycle Management of Municipal Solid Waste. The International Journal of Life Cycle Assessment. July 1999, 4 (4): 195–201. ISSN 0948-3349. S2CID 108698198. doi:10.1007/BF02979496 （英语）. 
  9. ^ Christensen, T.H.; Cossu, R.; Stegmann, R. (编). Landfilling of Waste: Leachate 0. CRC Press. 1992-10-07. ISBN 978-0-429-08221-4. doi:10.1201/9781482288933 （英语）. 
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  11. ^ Jensen, Heidi. How Much Does my Landfill Leak?. 2014-08-15 [2023-07-28]. （原始内容存档于2023-07-24）. 
  12. ^ 12.0 12.1 Themelis, Nickolas J., and Priscilla A. Ulloa. "Methane generation in landfills." Renewable Energy 32.7 (2007), 1243–1257
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  14. ^ How does landfill and litter affect our wildlife?. MY ZERO WASTE. 2009-01-30 [2020-02-22]. （原始内容存档于2023-05-21） （美国英语）. 
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进一步阅读

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  • Modern landfills. [2015-02-21]. （原始内容存档于2015-02-22）. 
  • Council Directive 1999/31/EC of 26 April 1999, on the landfill of waste (PDF). [2005-08-29]. （原始内容 (PDF)存档于2010-07-05）. 
  • The Landfill Operation Management Advisor Web Based Expert System. [2005-08-29]. （原始内容存档于2005-10-30）. 
  • H. Lanier Hickman Jr. and Richard W. Eldredge. Part 3: The Sanitary Landfill. A Brief History of Solid Waste Management in the US During the Last 50 Years. [2005-08-29]. （原始内容存档于2005-11-23）. 
  • Daniel A. Vallero, Environmental Biotechnology: A Biosystems Approach. 2nd Edition. Academic Press, Amsterdam, Netherlands and Boston MA, Print Book ISBN 9780124077768; eBook ISBN 9780124078970. 2015.

外部链接

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