生活垃圾填埋場礦化垃圾分選研究
城市生活垃圾填埋場的開采一可以獲得土地資源；二可以使填埋場重復使用；三可以獲得可回收利用的資源。國內外對垃圾填埋場的開采利用研究已有報道 [1-3]。為了使開采出來的垃圾充分得到資源化利用，應對其進行篩分研究，以了解不同填埋齡垃圾的組成及百分含量。筆者對上海市老港生活垃圾填埋場填埋齡為1～14年的垃圾進行了分選研究，以探求填埋生活垃圾組分隨填埋齡的變化情況，并分析其變化的原因。
1 研究內容和方法
1.1垃圾填埋場概況及開采取樣
1.1.1垃圾填埋場概況
上海老港生活垃圾填埋場位于南匯縣老港鎮的東海之濱，距上海市中心約60km，系由東海灘涂經圍墾筑堤而成，是個典型的平原垃圾填埋場；填埋場占地約 340hm2，分為1、2、3號填埋區(也稱為1、2、3期工程)，其中1號填埋區占地約160hm2，2號填埋區約100hm2，3號填埋區約 80hm2；每個填埋區用粉質粘土分隔圍成若干個填埋單元，單元面積約為400m×125m，整個填埋場共隔成56個填埋單元；垃圾填埋作業時，按單元分層填埋，每層垃圾填埋厚度約為1m，分層壓實，每個單元填埋垃圾的總高度約為4m，約填埋3個月封場。老港生活垃圾填埋場于1985年底開始建設，從 1989年10月運轉至2004年底，3個填埋區已基本填滿，平均日填埋生活垃圾約6000～8000t(船噸位)。從2005年1月開始，生活垃圾填于 4號填埋區(即第4期工程)。此填埋場是我國目前最大的生活垃圾填埋場。根據上海市南匯氣象臺2004年1月至12月氣象資料統計，南匯區平均氣溫 16.2℃，其中最高氣溫38.9℃，最低氣溫1.5℃；全年降水量1036.1mm；全年蒸發量1602.8mm，年日照率為49.5%(氣象資料由上海老港生活垃圾處置場提供)。
1.1.2開采取樣
采樣方法：參照土壤分析方法[4]和隨機采樣的方法[5]采集礦化垃圾樣品。由于城市生活垃圾特性具有季節性變化的特征，結合老港填埋場提供的歷史記錄和生活垃圾春夏和秋冬兩季的明顯差異，忽略不同季節生活垃圾填埋量的差異，從老港場 1991—2004年封場單元中隨機抽取采樣單元，分層采集礦化垃圾樣品。
采樣單元：所抽取采樣單元的填埋時間及填埋齡如表1所示。
表1礦化垃圾采樣單元情況 |
采樣時間：為便于開采作業和垃圾裝運，采樣選擇在沒有降雨和大風的天氣，此次采樣時間選擇在2005年4月中旬到5月中旬，歷時約1個月。
采樣工具和步驟：采用挖掘機對開采單元分層開挖取樣。將表層花草和表層覆蓋土(30～50cm厚)鏟去。分層開挖。每層取樣重約200kg，每單元取樣重800kg。將樣品運至礦化垃圾試驗分選場。
1.2分選方法
將樣品按編號分攤在HDPE膜上，自然晾干24h；各單元垃圾晾干前后的含水率見表2。其中晾干前的含水率為開采出來后在現場采樣所測得各單元4層垃圾含水率的平均值。
表2 礦化垃圾晾干前后的含水率 |
從表2可看出，填埋齡在6年以上的礦化垃圾樣品晾干前的含水率較高，約為40%，但挖出來后，礦化垃圾的持水能力不強，滲濾液馬上從垃圾中濾出；填埋齡短的單元滲濾液較少，因垃圾降解時需要水分，含水率略低。經過24h晾干后，各填埋齡的含水率接近，說明填埋齡長的垃圾易于晾干，其持水能力低于填埋齡短的垃圾。
分選方法為人工手選，因人工手選可以按分類要求細化，且分選結果較準確。
2 結果與討論
2.1開采取樣現場的直觀結果
(1)填埋齡長，表層植被好。從所取樣的填埋單元表層可以發現，填埋齡在4年以上時，表層植被良好。因為：①填埋齡短的垃圾產氣率高，影響花草、植物的生長；②填埋齡短，堆體表層覆蓋土易被暴雨沖刷，如填埋齡為1～4年的填埋單元表層覆土有明顯的雨水沖刷溝。
(2) 填埋齡長，垃圾開采取樣孔內滲濾液水位較高；反之，則垃圾開采取樣孔內滲濾液水位較低。填埋齡大于4年的單元，當開挖深約為1.5m時，有大量的滲濾液涌入開挖孔內，在此深度以下的垃圾完全浸泡在滲濾液中；而最近3年填埋的單元，當開挖到最底層時，要等0.5h以上，才能取到滲濾液；填埋齡為1年的單元，根本就取不到滲濾液。這是由于：①老港填埋場屬于平原型垃圾填埋場，垃圾填埋齡越長，垃圾穩定化程度越好，其水力性能越好，滲濾液及地下水等易于滲流涌入開挖孔內。②填埋齡越短，垃圾還未完全降解，填埋堆體高度還未沉降。如填埋齡小于4年的堆體，其平均標高出填埋單元之間的道路標高約2～3m，特別是 2004年填埋的堆體高出道路標高約5～6m，故取不到滲濾液。
(3)填埋齡長，開挖取樣時氣味較淡。填埋齡短的單元，開挖時，氣味非常濃，刺鼻難受；而填埋齡6年以上的垃圾氣味較小，且填埋齡越長，氣味越淡。因為垃圾填埋齡越長，垃圾降解越徹底，即垃圾穩定化程度越好，散發出來的有害氣體也越少。
(4) 填埋齡長，泥土類含量多。從開采出來的垃圾外觀看，填埋齡在5年以上的垃圾樣品中，大塊物品為塑料和塑纖(如魚網、編織袋等)、帆布、橡膠、磚、石、瓦塊、木塊、竹塊、玻璃等，小塊物品除上述細料外，多數為顆粒狀泥土類物質，且其持水性不強；而填埋齡短的垃圾樣品中，除上述大塊物品外，小塊物品中的泥土類物質呈團狀，含水率高。
2.2垃圾填埋齡與垃圾組分
對開挖出來的每個單元每一層(共4層)垃圾樣品，用手工進行分選，共分為磚頭、石頭、瓦塊類，玻璃類，木塊、竹塊、骨頭類，塑料(塑料袋、塑料薄膜)、硬質塑料(塑料蓋、塑料飯盒等)、橡膠類，金屬類等類別，然后用50mm篩孔的篩進行篩分，再進行歸類、稱重(將各個單元4層垃圾同一個組分的百分比按加權平均值計)，結果見表3。
表3 礦化垃圾填埋齡與各組分質量分數% |
注：表中未將垃圾中分選出來的電池計入到成分中去。根據分選記錄，填埋齡為5年以上的每個單元中平均有2～3粒5號或7號小干電池；填埋齡為4年以下的單元中平均有0～1粒5號或7號小干電池。
從表3可看出，填埋齡在8年以上礦化垃圾細料的百分比約60%，塑料類、纖維類所占比例小，特別是填埋齡在13年以上的礦化垃圾細料比例約達70%。填埋齡低于5年的垃圾中，磚頭類、木塊類塑料類、纖維類比例較高，垃圾細料比例較低，低于40%；特別是填埋齡為1～2年的垃圾中，垃圾細料比例小于20%。
根據表3的結果，分析其主要原因有：
(1)燃料結構的改變。早期，上海市居民燃料結構由煤、液化氣、天然氣構成，未完全禁止燃煤。上海市于1996年實施有關燃氣結構的管理條例，禁止市區居民燃燒煤炭。因此，1996年前(垃圾填埋齡大于8年)礦化垃圾細料成分所占比例自然會比1996 年后的垃圾細料高一些，而且填埋齡越長礦化垃圾細料越高。
(2)單元填埋有利于垃圾降解。單元填埋法有利于垃圾降解的原因有：①填埋齡6年以上的垃圾壓實度未達到設計要求，甚至未壓實，垃圾空隙大，有利于空氣進入垃圾中，使垃圾處于好氧或準好氧狀態；②垃圾的密實度小，易于降解；③老港場用 HDPE膜進行日覆蓋，第二天填埋作業時，將HDPE膜掀開，在原填埋的垃圾上繼續填埋垃圾，未用粘土覆蓋，雨水易進入垃圾，利于垃圾降解；④終場后未鋪設阻隔雨水的HDPE膜，雨水易進入垃圾中，填埋氣體易釋放，利于垃圾降解。
(3)早期填埋的垃圾細料已趨于穩定。Zhao[6]、郭亞麗等[7]對上海市老港填埋場垃圾特性進行了研究，結果表明，填埋齡在8年以上的礦化垃圾的礦化度已趨穩定。
(4) 垃圾中塑料類成分呈遞增趨勢。近6年來垃圾中塑料類成分高達30%，且呈增長的趨勢，因為近年來塑料袋包裝非常盛行。塑料袋裝垃圾，既難降解，又在分選中增加破袋工序，尤其是當垃圾基本穩定后，填埋場中塑料類(塑料、泡沫、纖維、硬塑和橡膠等)成分的體積約占填埋場總體積的1/3，浪費了填埋場的有效容積。
(5)近幾年，垃圾中玻璃、竹、木和金屬等物品所占比例提高了。根據國外的經驗[8]，隨著生活水平的提高，原生生活垃圾中的玻璃、竹、木和金屬等組分所占比例呈增長的趨勢。
(6)建筑垃圾增多。近幾年建筑業與家庭裝修業旺盛，垃圾中，磚頭、瓦塊類建筑垃圾成分較多。
(7)醫療業家庭化。分選時發現，填埋齡在1～3年的垃圾中有少量醫用垃圾，如一次性注射器和針頭等。因上海市的醫用垃圾專門收集，并有跟蹤監測措施，這些醫用垃圾多為家庭醫用垃圾。
(8)原生垃圾進行了初步有償分揀。開挖時垃圾中大件(直徑大于120mm)多為不可利用的帆布、尼龍網、塑料袋、泡沫和纖維類等，可回收利用的木材、金屬、硬紙板和橡膠等物極少。據調查，原生垃圾在垃圾中轉站進行了初選，在老港填埋場，拾荒者又進行了選揀。
2.3填埋齡與篩分粒徑組成
對上述分選的垃圾再分別用篩孔孔徑為50、40、30、20、10mm的手動篩進行篩分。從篩分的最初情況來看，篩孔孔徑的規格太密，其不同粒徑質量分數可比性不強，后經多次試驗，選用50、20mm兩種規格的篩對垃圾樣品進行篩分，篩分結果見表4。
從表4可看出，垃圾填埋齡在5年以內時，粒徑小于20mm的細料所占比例較小，且填埋齡越短，比例越小，如填埋齡為1～2年時，小于20mm粒徑的垃圾低于 20%。填埋齡在6～12年時，3種粒徑垃圾的比例基本接近，但填埋齡為13、14年時，粒徑大于50mm的垃圾所占比例低于20%，而粒徑小于20mm 的細料所占比例高于50%。
表4 垃圾篩分粒徑質量分數%  |
2.4相同填埋齡與垃圾組分
在分選時發現，同一填埋單元不同填埋層垃圾的組分與百分組成相差不大。但同一填埋單元中第1、2層垃圾細料略多于第3、4層的垃圾細料，因為上層的垃圾處于好氧和準好氧狀態，且密實度較小、呈松散結構垃圾易降解，而下層的垃圾長期泡在滲濾液中，密實度較大，又處于厭氧狀態，比上層的垃圾降解速度慢一些。
2.5礦化垃圾分選產品的資源化利用途徑
(1)金屬、玻璃回收后出售。
(2)廢塑料、橡膠的用途有[9]：①作燃料，與礦化垃圾中可燃燒的成分如木塊、竹塊等均可以送往垃圾焚燒場作為燃料，或制成固形燃料(Refuse Derived Fuel，RDF)出售；②熱解制油；③造粒；④再生成各種塑料、橡膠器具。
(3)大塊無機物材料如磚頭、石頭類經破碎后可用作各種建筑材料[10]。
(4) 通過對上海市老港填埋場垃圾特性的分析，不同填埋齡礦化垃圾篩分后的細料(粒徑小于20mm)的用途有：填埋齡在5年內的適合用于城市園林綠化肥料 [11]；填埋齡在6～9年的適合用作垃圾填埋場封場后的表層營養土；老港場已有應用示范工程，在填埋齡10年以上的試驗單元上用礦化垃圾細料作營養土培植苗圃；填埋齡在10～15年的適合于作污、廢水(垃圾滲濾液、畜禽廢水等)的處理介質[12-14]；填埋齡大于15年的適合于作填埋場的日覆蓋材料和終場覆蓋材料，填埋齡大于15年的礦化垃圾中煤炭灰分含量較高，密實性能較好[15]。
3 結論
(1)上海老港生活垃圾填埋場，填埋齡越短，開采出來的垃圾中，塑料類組成所占比例越大。近7年來的礦化垃圾中塑料類組分約占30%，其體積約占開挖垃圾的1/3，而塑料又很難降解。對這部分垃圾經資源化利用后，使重新獲得的填埋場容量大大增加，提高填埋場的容積利用率，從而節省土地資源。
(2)填埋齡越長，垃圾越穩定。填埋齡在8年以上礦化垃圾細料(粒徑<50mm)的百分比約占60%，而填埋齡低于5年的垃圾中垃圾細料比例低于40%。垃圾填埋齡在6年以上時，礦化垃圾中易降解物已基本降解，垃圾趨于穩定化狀態。
(3) 隨著經濟技術的發展，開采出來的礦化垃圾經分選后金屬、玻璃可回收；塑料、橡膠、木、竹和纖維等可燃物可作燃料，塑料、橡膠還可再生；磚、石等可作建筑材料；不同填埋齡的礦化垃圾細料可作肥料、營養土、難降解廢水處理介質和垃圾填埋場的日覆蓋和終場覆蓋土等用途，使分選后的物品得到有效的資源化利用。
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