非正規(guī)填埋場陳腐垃圾分選與資源化利用

林文琪，郭子成

(環(huán)創(chuàng)(廈門)科技股份有限公司，福建 廈門 361008)

引 言

根據(jù)《關(guān)于在全國地級及以上城市全面開展生活垃圾分類工作的通知》(建城〔2019〕56號)的要求，我國到2020年底，先行先試?yán)诸惖?6個重點(diǎn)城市，要基本建成垃圾分類處理系統(tǒng)，2025年前，全國地級及以上城市要基本建成垃圾分類處理系統(tǒng)。垃圾末端處置決定前端分類，垃圾分類工作的開展，需要相匹配的末端處置能力，包括處置技術(shù)、裝備和工藝等。由于我國生活垃圾未端處置設(shè)施及建設(shè)滯后生活垃圾長期以填埋為主，不少地區(qū)存在非正規(guī)填埋場，填埋場在建設(shè)規(guī)范、環(huán)境保護(hù)等方面未能達(dá)到衛(wèi)生填埋的要求，導(dǎo)致填埋場周邊地下水質(zhì)量、土壤質(zhì)量、空氣質(zhì)量、人體健康受到嚴(yán)重威脅，因此，非正規(guī)填埋場治理是很多地區(qū)面臨的緊迫任務(wù)[1]。

北京市于2006年啟動了對非正規(guī)填埋場的治理和改造利用的研究，是全國較早開展非正規(guī)填埋場治理的城市，為我國非正規(guī)填埋場的治理積累了重要的經(jīng)驗(yàn)和成果[2]。為統(tǒng)籌推進(jìn)全國城鎮(zhèn)生活垃圾無害化處理設(shè)施建設(shè)工作，國家發(fā)展改革委與住房城鄉(xiāng)建設(shè)部聯(lián)合制定了“十二五”和“十三五”期間的城鎮(zhèn)生活垃圾無害化處理設(shè)施建設(shè)規(guī)劃，“十三五”期間，預(yù)計對803個因歷史原因形成的非正規(guī)生活垃圾堆放點(diǎn)、不達(dá)標(biāo)生活垃圾處理設(shè)施以及庫容飽和的填埋場進(jìn)行治理，使其達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求[3]。

在此背景下，本文研究了福建省漳浦縣某非正規(guī)垃圾填埋廠陳腐垃圾篩分系統(tǒng)，分析了陳腐垃圾篩分后物料的理化性質(zhì)和資源化利用潛力，以期為非正規(guī)填埋場陳腐垃圾篩分裝備性能提升，處理系統(tǒng)的運(yùn)行優(yōu)化和節(jié)能降耗，陳腐垃圾的資源化利用等提供參考。

1 材料與方法

1.1 填埋場概況

漳浦縣某非正規(guī)填埋場位于漳浦縣虎爐坑，是福建省環(huán)保督查整治的項(xiàng)目之一。該填埋場于2010年投入使用，日進(jìn)場生活垃圾150t/d，至2015年1月停用，填埋場垃圾堆存量約10.5萬t。根據(jù)《漳浦縣生活垃圾填埋場陳腐垃圾處理工程可行性研究報告(報批稿)》的數(shù)據(jù)，填埋場的灰土類占比58.2%，橡塑紡織類占比21.9%，金屬類占比2.8%，廚余類占比0.7%。

1.2 篩分工藝流程設(shè)計

該填埋場陳腐垃圾設(shè)計處理量500t/d，工藝流程如圖1所示，采用“人工分揀—滾筒篩—風(fēng)選機(jī)—雙磁選”的篩分工藝，其中，人工分揀主要是分揀大件的垃圾，如石塊、木板等；滾筒篩孔徑為35mm，篩下物主要是粒徑小于35mm的腐殖土，腐殖土經(jīng)磁選去除鐵質(zhì)金屬后可進(jìn)行資源化利用，篩上物進(jìn)入風(fēng)選工藝進(jìn)一步分選；風(fēng)選機(jī)用來分離輕質(zhì)垃圾和重質(zhì)垃圾，輕質(zhì)垃圾主要是塑料和紡織物等，經(jīng)壓縮打包送入焚燒發(fā)電廠處置，重物質(zhì)主要是磚瓦等惰性物質(zhì)，經(jīng)磁選系統(tǒng)選出鐵質(zhì)金屬后進(jìn)行回填；磁選出來的鐵質(zhì)金屬可由下游回收企業(yè)再生利用。

該項(xiàng)目篩分系統(tǒng)設(shè)備裝機(jī)功率約210kW，核心設(shè)備技術(shù)參數(shù)如表1所示。設(shè)備總投資約800萬元，簡易廠房建設(shè)及周邊道路硬化等費(fèi)用約65萬元。篩分系統(tǒng)于2019年5月投入運(yùn)行，處理規(guī)模約500t/d。

圖1 陳腐垃圾分選工藝流程圖Fig.1 Schematic diagram of sorting process in informal landfill

表1 設(shè)備技術(shù)參數(shù)Tab.1 Technical parameters of core equipment

1.3 樣品采集

測定陳腐垃圾組成的樣品，分別選取距離表層0.5～1.0m、3.0～3.5m和5.0～5.5m垃圾各1.0t(濕基)作為填埋齡4a、7a和9a的陳腐垃圾樣品。測定重金屬含量的樣品，采集自滾筒篩篩下物(粒徑≤35mm)，樣品重約5kg，呈深灰色，含水率20.7%。

1.4 指標(biāo)測定

腐殖土中重金屬含量的測定，采用石墨爐原子吸光分光光度法測定鉛和鎘含量，采用火焰原子吸收分光光度法測定鉻含量，采用微波消解/原子熒光法測定汞和砷含量。

輕質(zhì)垃圾熱值測定采用經(jīng)驗(yàn)公式。

2 結(jié)果與討論

2.1 填埋場陳腐垃圾組成

陳腐垃圾樣品經(jīng)篩分處理后物料組成如表2所示。

表2 篩分后垃圾樣品的質(zhì)量百分比Tab.2 Physical composition of aged refuse after sorting (%)

從表2中可知，腐殖土占比最多，達(dá)到46.4%～58.9%，其次是輕物質(zhì)(塑料類和紡織類)，占比29.8%～45.3%，鐵質(zhì)金屬含量僅0.0%～0.1%，其他垃圾(石塊、木材和其他惰性垃圾)占比8.3%～11.2%。李雄等人[4]對上海老港填埋場(衛(wèi)生填埋場)的研究表明，填埋齡4～9年的垃圾中腐殖土(粒徑≤50mm)的比例為30.8%～56.3%。本研究中，腐殖土粒徑更小，但是篩分后腐殖土質(zhì)量占比卻更高，可能有3方面的原因：一、漳浦與上海生活垃圾組成不同，垃圾填埋后形成的腐殖土粒徑及質(zhì)量占比有差異；二、陳腐垃圾篩分前處理工序存在差異，由于漳浦陳腐垃圾在篩分前經(jīng)過晾曬，陳腐垃圾中含水率較低，在滾筒篩分階段有利于腐殖土與其他垃圾分離；三、填埋場建設(shè)質(zhì)量不同，漳浦生活垃圾填埋場為非正規(guī)填埋場，進(jìn)入填埋場的垃圾未壓實(shí)也未覆蓋處理，雨水可以直接滲入垃圾堆體導(dǎo)致堆體含水率較高，空氣可以經(jīng)由垃圾間隙滲入堆體中導(dǎo)致氧氣含量較高，從而促進(jìn)堆體中有機(jī)質(zhì)的氧化，提高填埋場中有機(jī)垃圾的降解速度并形成腐殖土[5～8]。

2.2 腐殖土中重金屬含量

本研究中，重點(diǎn)檢測了腐殖土中Cd、Hg、Pb、Cr、As 五種重金屬的含量，將檢測結(jié)果與《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》(GB 15618-2018)中對農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險篩選值和管制值的進(jìn)行對比，結(jié)果如表3所示。

表3 腐殖土中重金屬含量及農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險篩選值和管制值對比Tab.3 Comparison of heavy metal content in humic soil and soil pollution risk screening value and control value of agricultural land (mg/kg)

從表3中可知，腐殖土中Cd、Hg、Pb、As和Cr的含量均符合《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》(GB 15618-2018)中農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險管制值的要求，其中，Cd、Hg、Pb和As的含量同時還符合農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險篩選值的要求，但是Cr的含量超出了農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險篩選值的要求。

李雄和溫智玄等人的研究表明，部分非正規(guī)填埋場Pb、Cr和Cd重金屬含量超標(biāo)，原因是填埋場中除了填埋有生活垃圾，還有部分電子產(chǎn)品或是工業(yè)垃圾[4,9]，不排除該填埋場的垃圾中混有家用電器和電子產(chǎn)品等，導(dǎo)致其中的重金屬淋溶并使腐殖土中Cr的含量較高。因此，該填埋場腐殖土作為農(nóng)用地土壤使用存在一定的風(fēng)險，若將其作為食用類農(nóng)產(chǎn)品用土，可能導(dǎo)致農(nóng)產(chǎn)品出現(xiàn)不符合質(zhì)量安全標(biāo)準(zhǔn)等隱患。為避免出現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全隱患，降低環(huán)境風(fēng)險，該填埋場的腐殖土不宜回用于水田和園林，但是可以用于廢棄礦山修復(fù)用土，或是作為衛(wèi)生填埋場垃圾覆蓋土層等，也可以考慮與秸稈或是園林廢棄物堆肥處理，與無機(jī)肥料混配后用于與園林綠化用的營養(yǎng)基質(zhì)[10～14]。

2.3 輕質(zhì)垃圾熱值分析

本研究中，輕物質(zhì)垃圾可燃物含量高于80%，可燃物中塑料占比在70%以上。熱值計算采用以下經(jīng)驗(yàn)公式[15]：

QL=[4400(1-a) + 8500a]R-600W

其中：R為可燃垃圾百分?jǐn)?shù)，%；

a為可燃垃圾中塑料的百分?jǐn)?shù)，%；

W為垃圾的含水率(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，%。

表4 輕質(zhì)可燃物垃圾熱值Tab.4 Calorific value of combustible component

熱值計算結(jié)果如表4所示。從表中可知，輕物質(zhì)平均熱值約5 700kJ/kg，根據(jù)焚燒發(fā)電的經(jīng)驗(yàn)，城市垃圾熱值高于3 350kJ/kg時可以實(shí)現(xiàn)自燃，因此，該填埋場陳腐垃圾篩分出來的輕質(zhì)物質(zhì)可以直接用于焚燒發(fā)電，無需添加輔助燃料。李國學(xué)等人的研究表明，陳腐垃圾輕質(zhì)垃圾熱值約5 600 kJ/kg，制成RDF燃料棒的熱值約16 000kJ/kg，可以達(dá)到國際上對于固體燃料的要求[10]。由于我國缺乏RDF規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，制備RDF燃料棒有較多的不確定影響因素，因此，本研究中填埋場篩分出來的輕物質(zhì)選擇直接用于焚燒發(fā)電。

2.4 經(jīng)濟(jì)效益分析

陳腐垃圾篩分費(fèi)用主要包含陳腐垃圾開挖費(fèi)用、設(shè)備折舊費(fèi)、土建折舊費(fèi)、電費(fèi)、人工費(fèi)、設(shè)備檢修費(fèi)用和其他費(fèi)用等。本研究中的開挖費(fèi)用主要是挖掘設(shè)備的租賃費(fèi)和油耗費(fèi)用；檢修費(fèi)用主要是日常維修費(fèi)、計量儀表校驗(yàn)費(fèi)等;其他費(fèi)用主要是一些不可預(yù)見費(fèi)用的支出等。

該處理廠運(yùn)行成本組成如圖2所示(電費(fèi)按實(shí)際處理量500t/d計算，其他費(fèi)用按陳腐垃圾總量10.5萬t計算)，其中，設(shè)備折舊按6年計，人工費(fèi)用按10名工人計。由圖2可知，該處理廠總運(yùn)行成本為44.7元/t，其中，設(shè)備折舊費(fèi)12.7元/t，占比28.4%，是運(yùn)行成本中最主要的費(fèi)用組成；開挖費(fèi)用為12.0元/t，占比26.8%。

3 結(jié) 語

該填埋場陳腐垃圾篩分裝備和工藝路線均能滿足陳腐垃圾篩分處理的要求，經(jīng)篩分后腐殖土(粒徑≤35mm)、可燃輕物質(zhì)垃圾、鐵質(zhì)金屬和其他垃圾占濕基的比重分別為46.4%～58.9%、29.8～45.3%、0.0%～0.1%和8.3%～11.2%。

圖2 非正規(guī)填埋場陳腐垃圾分選運(yùn)行成本組成Fig.2 Operation cost of aged refuse sorting in informal landfill

陳腐垃圾中篩分出來的輕物質(zhì)，熱值約為5 700kJ/kg，可直接焚燒處理；腐殖土中重金屬Cd、Hg、Pb、As和Cr的含量均符合《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》(GB 15618-2018)中農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險管制值的要求，且Cd、Hg、Pb和As的含量符合農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險篩選值的要求，但是Cr的含量超出了農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險篩選值的要求，不宜回用于農(nóng)業(yè)中。

陳腐垃圾篩分項(xiàng)目運(yùn)行成本約44.7元/t。陳腐垃圾篩分后，腐殖土、鐵質(zhì)金屬和輕質(zhì)垃圾具備資源化利用潛力，但要產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益存在較大困難。當(dāng)前以及未來較長一段時間，非正規(guī)填埋場陳腐垃圾篩分處置仍將依賴政府的補(bǔ)貼。