水電工程移民安置區(qū)生活垃圾理化特性研究

徐勁草，陳偉勝

（1.中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川 成都 610072；2.華北水利水電大學環(huán)境與市政工程學院，河南 鄭州 450046）

我國西南山區(qū)大型水電工程移民安置區(qū)通常地處偏遠，交通不便，安置區(qū)生活垃圾成為當?shù)卮彐?zhèn)污染的重要來源，由于缺乏有效的管理模式及合適的處理技術，垃圾多數(shù)靠河道坡地自然堆存或就地簡易焚燒，對生態(tài)環(huán)境造成了嚴重污染，汛期隨河流沖刷而下，對水電工程的安全運行形成了巨大風險[1-2]。近年來我國垃圾分類及處置工作持續(xù)深入推進，297 個地級以上城市已全面實施生活垃圾分類，居民小區(qū)平均覆蓋率達到82.5%，也開始加強農村生活垃圾收運處置體系的建設[3]。但是，農村地區(qū)垃圾分類及處置工作起步較晚，先前國內研究者主要著眼于北京、上海、杭州等大城市生活垃圾特性的調查與分析，也有部分學者開始對三峽庫區(qū)村鎮(zhèn)生活垃圾和東部地區(qū)農村生活垃圾的特性展開調查研究，并開始嘗試構建村鎮(zhèn)生活垃圾的處理模式[4-11]。對于具有“點多、量小、分散”特點的水電工程移民安置區(qū)生活垃圾而言，尚缺乏基礎的調查及特性研究。

為深入認識水電工程移民安置區(qū)生活垃圾的特點，構建合理的生活垃圾管理模式和有效處理技術，有必要對移民安置區(qū)的生活垃圾進行系統(tǒng)的調查與分析，研究其理化性質特點，為安置區(qū)生活垃圾的最終處理提供依據(jù)。

1 研究方法

依據(jù)《生活垃圾采樣和分析方法》（CJ/T 313—2009）[12]和《生活垃圾化學特性通用檢測方法》（CJ/T 96—2013）[13]，對典型移民安置區(qū)的居民生活垃圾進行了夏冬兩季的取樣調查，并對其組成成分、含水率、容重、熱值等理化特性進行了分析、測定和計算。

1.1 垃圾樣品來源

研究實驗所用的生活垃圾全部采樣自四川省石棉縣大渡河沿線某移民安置區(qū)，該安置區(qū)人口數(shù)量1 000 人左右，年齡結構覆蓋全面，經濟水平存在差異，安置區(qū)生活垃圾處理現(xiàn)狀為簡單收運、河邊堆置，有較強代表性。

1.2 實驗設備

參考相關文獻資料[14]和國家標準方法，垃圾分類采用手動分選，粒徑篩分選擇8、40、120 mm 孔徑手動篩；稱重采用量程為0～5 kg 臺秤及0～100 kg 的磅秤；配套塑料箱、塑料桶及塑料膜若干。

1.3 實驗及分析方法

實驗在夏季8 月氣溫25～38 ℃，冬季12 月氣溫3～12 ℃進行，每個季節(jié)持續(xù)時間2 周左右，去除雨天影響，每天上午9 點采樣一次，為保證采樣均勻性，每點每次采樣量不少于100 kg，采用四分法逐次縮分至不少于5 kg 樣品，然后進行篩分、分選及測定。含水率采用105 ℃烘干法測定，熱值采用氧彈量熱計法。

2 結果及討論

2.1 生活垃圾的粒徑組成

生活垃圾的粒徑（顆粒度）是描述生活垃圾顆粒大小的指標，由于生活垃圾多為不均勻性物料，僅采用特征尺寸難以對其粒徑進行整體描述，因此，生活垃圾整體的粒徑通常采用分布數(shù)據(jù)的方式予以描述，獲得這些分布數(shù)據(jù)的基本方法是篩分實驗。篩分結果如圖1所示，不同粒徑生活垃圾的質量分數(shù)如圖2 所示。

圖1 生活垃圾樣品篩分曲線

由圖1 和圖2 可見，該移民安置區(qū)粒徑為8～40 mm的生活垃圾質量分數(shù)均占比最大，分別為夏季占比23.65%，冬季占比26.51%。粒徑〈8 mm 的細碎顆粒類垃圾在安置區(qū)生活垃圾中占比也比較高，分別為夏季占比21.44%，冬季占比25.37%。粒徑〉80 mm 的一般都是塑料及紙類物品，分別為夏季占比40.78%，冬季占比31.49%，但是，粒徑〉120 mm 的生活垃圾在夏季占比遠高于冬季占比，經與生活垃圾的物理組成進行對照分析發(fā)現(xiàn)，粒徑〉120 mm 的生活垃圾主要是飲料的包裝盒等物品，在夏季的產生量遠大于冬季。粒徑是生活垃圾預處理的重要參數(shù)，尤其是對于可以作為資源回收利用的垃圾，粒徑大小可顯著影響降解速度和能源/資源轉化率，也顯著影響到處理的方式，部分粒度大的垃圾樣品預處理要增加分解破碎的工作量。生活垃圾的粒度是選擇處理技術方法與設施設計的重要基礎型數(shù)據(jù)。粒度尺寸數(shù)據(jù)還可用于對其他固體廢物物理性質的推測，從而有助于判斷相關處理技術措施的適用性。

2.2 生活垃圾的組成成分

生活垃圾組成成分在一定程度上反映了居民的整體生活水平和生活方式，為考察移民安置區(qū)居民家庭新鮮垃圾物理組成特點和垃圾流節(jié)點（垃圾房）積存垃圾物理組成性質，通過對采集自樣本戶和垃圾房的樣品分別進行了分揀。對取到的生活垃圾樣品按果蔬廚余類（瓜果、蔬菜、皮核等）、紙品類（紙張和紙制品）、塑膠類（塑料、橡膠）、紡織類（天然和合成的布頭、線）玻璃、金屬、無機物（磚瓦、水泥、貝殼、泥土、陶瓷）、小于8 mm 的難以區(qū)分的計入混合類，分揀稱量每個組分的質量并記錄，計算生活垃圾各成分濕基百分含量，分析結果如圖3 所示。

依據(jù)圖3 的垃圾成分組成取樣分析，冬夏兩季生活垃圾均是以廚余（食品）垃圾、包裝垃圾（主要為塑料、紙類）為主，其他部分所占比例都不大，紙類和塑料類垃圾主要是各種商品包裝、方便袋，其組成含量已經接近城市內相應組成比例，充分說明在當前因農村經濟條件和生活方式的改變及商品供應鏈的變化已使包裝垃圾成為農村生活垃圾中的主要組成，顯示出城市消費模式對農村的輻射效應，也提示了廢品回收的潛力。生活垃圾中來自于固體燃料的灰渣比例不大，顯示出相應區(qū)域移民的民用燃料已基本氣體化或電氣化，這與入戶調查結果一致。通過對新鮮垃圾和堆存垃圾的組成含量分析比較，在夏季高溫條件下堆積垃圾在堆存過程中易發(fā)生生物降解作用，堆積垃圾中無機垃圾組分（主要是混合類）含量增高，而易腐有機垃圾組分（主要是廚余類）含量大幅下降。由于調查地區(qū)冬季氣溫依然都維持在13～18 ℃，在冬季堆積垃圾在堆存過程中依然會發(fā)生生物降解作用，堆積垃圾中無機垃圾組分（主要是混合類）含量普遍都會增高，而易腐有機垃圾組分（主要是廚余類）含量也會下降，只是下降幅度小于夏季。

2.3 生活垃圾的含水率

含水率表示的是生活垃圾中水的質量分數(shù)，常以單位質量樣品所含水的質量百分比表示，農村地區(qū)生活垃圾的含水率受氣候、季節(jié)、天氣與區(qū)域狀況、生活垃圾種類的影響而有很大差異。垃圾的含水率是研究垃圾特性、選擇和確定垃圾處理方法時必不可少的參數(shù)。測定垃圾含水率的目的主要有3 個：一是以垃圾干物質為基礎（干基），計算垃圾中各成分的含量；二是以便科學合理地計算垃圾堆放場或填埋場產生的滲濾液數(shù)量；三是將垃圾進行堆肥或焚燒處理時，可作為處理過程的重要調節(jié)控制參數(shù)。含水率計算公式為：

式中：Ci(w)—某成分含水率，%；

C(w)—樣品含水率，%；

Ci—某成分濕基含量，%；

Mi—某成分濕重，kg 或g；

i —各成分序數(shù)；

n —成分數(shù)量。

安置區(qū)生活垃圾組分含水率及總含水率測定及分析結果如表1 所示。廚余類垃圾含水率在所有組成成分中最大，磚瓦陶瓷由于自身屬性含水率最小。夏季堆放垃圾在有頂蓋并有門窗的垃圾房內，水分蒸發(fā)損失較大且不會有降水進入，致使含水率相對較小。而冬季蒸發(fā)損失較小，廚余類垃圾含水率明顯較高。

表1 安置區(qū)垃圾樣品含水率測定結果（平均值） %

2.4 生活垃圾的熱值

生活垃圾的熱值是生活垃圾在燃燒反應中所能釋放的熱能，是其化學能含量的一種度量。熱值的大小可用于判斷生活垃圾及其組分的可燃性和能量回收潛力，也是生活垃圾熱化學轉化技術過程設計和運行的基本參數(shù)。生活垃圾的熱值一般是利用氧彈式熱量計測得垃圾的彈筒熱值，用彈筒熱值減去燃燒中稀硫酸的生成熱和二氧化硫的生成熱以及稀硝酸的生成熱，即為高位熱值；再減去被測物質燃燒時產生的全部水的蒸發(fā)熱，即為低位熱值。通常垃圾中的硫含量很低，其對高位熱值的影響很小，僅占彈筒熱值的千分之幾，故可將彈筒熱值近似作為高位熱值?？砂凑帐剑?）～（5）換算成濕基高位熱值和濕基低位熱值。

式中：Q'j(h)—干基高位熱值，kJ/kg；

Q(h)—濕基高位熱值，kJ/kg；

Q(l)—濕基低位熱值，kJ/kg；

缺鈣矯正技術：在新梢期噴0.3%～0.5%硝酸鈣或0.3%過磷酸鈣浸出液。隔5-7天噴1次，連續(xù)噴2-3次。新墾殖的柑橘園，有機質缺乏，且酸性大，易缺鈣，造園時要施石灰。當土壤pH為5左右，砂質土每畝施熟石灰60千克，黏質土施120千克。當土壤pH超過8.5時，應施用石膏，一般每畝用量為80-100千克。

H' —干基氫元素含量，%；

C(w)—樣品含水率，%；

C'i—某成分干基百分含量，%；

J —重復測定序數(shù)；

m —重復測定次數(shù)；

i —各成分序數(shù)；

24.4—水的凝縮熱常數(shù)，kJ/kg。

當垃圾的低位熱值達到3 350 kJ/kg 時,燃燒過程無須添加助燃劑,易于實現(xiàn)自燃燒。從表2 中數(shù)據(jù)可見安置點生活垃圾熱值無法滿足自燃燒要求，如果采用焚燒方法需添加助燃劑，會增加燃料成本。含水率對垃圾熱值影響很大，廚余類有機垃圾含水量較高，不適合采用焚燒方式處理，因此，安置區(qū)生活垃圾不適宜采用單一的處理模式進行處置，應采用綜合處理模式，即在資源化回收的基礎上，進行垃圾堆肥、焚燒和填埋綜合處置。

表2 生活垃圾發(fā)熱量測定及計算值

3 結論

3.1 典型水電工程移民安置區(qū)粒徑〈40 mm 的生活垃圾質量分數(shù)占比最大，達到45%～50%；粒徑〉80 mm以上的一般都是塑料及紙類物品，分別為夏季占比40.78%，冬季占比31.49%，粒徑〉120 mm 的生活垃圾主要是飲料的包裝盒等物品，在夏季的產生量遠大于冬季。

3.2 冬夏兩季生活垃圾均是以廚余垃圾、包裝垃圾為主，紙類和塑料類垃圾主要是各種商品包裝、方便袋，其組成含量已接近城市內相應組成比例，顯示出城市消費模式對農村的輻射效應，也提示了廢品回收的潛力。生活垃圾中燃料灰渣比例不大，顯示出相應區(qū)域移民的民用燃料已基本氣體化或電氣化，與入戶調查結果一致。夏季高溫條件下堆積垃圾易發(fā)生生物降解作用，堆積垃圾中無機垃圾組分（主要是混合類）含量增高，而易腐有機垃圾組分（主要是廚余類）含量大幅下降。易腐有機垃圾組分冬季含量也會下降，下降幅度小于夏季。

3.3 廚余類垃圾含水量在所有組成成分中最大；夏季堆放垃圾水分蒸發(fā)損失較大致使含水率相對較小。而冬季蒸發(fā)損失較小，廚余類垃圾含水率明顯較高。

3.4 生活垃圾中有機成分含量較高，其含水率較大，對垃圾熱值影響很大，不適合焚燒；而塑料、織物、木竹類垃圾含水率較低、熱值較高，適合焚燒，因此，安置區(qū)生活垃圾不適宜采用單一的處理模式進行處置，應構建綜合處理模式以實現(xiàn)資源化。