淺析垃圾的分類性狀及處理

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1試驗材料與研究方法

1.1試驗材料

本試驗不考慮危險廢物和大件垃圾的影響。將取自垃圾轉(zhuǎn)運站的城市生活垃圾剔除粒徑≥5cm的垃圾，按混合垃圾、濕垃圾（廚渣、果皮、毛骨、木質(zhì)雜草）、干垃圾（紙張、塑料、橡膠皮革、紡纖、煤灰、玻璃、金屬、陶瓷磚石）、不可回收垃圾（廚渣、果皮、木質(zhì)雜草、毛骨、煤灰、陶瓷磚石）進行取樣，然后裝填進試驗裝置，人工壓實，并做重復(fù)試驗。

1.2試驗裝置

模擬試驗在50L具蓋塑料桶內(nèi)進行，桶蓋中央設(shè)置抽氣孔，以便氣體采樣；桶底覆蓋2~3cm厚碎石層，滲瀝液由底部出水口流出。

1.3試驗條件

夏季氣溫高最適合微生物生長繁殖，因此是城市生活垃圾分解發(fā)酵最快的季節(jié)，也是垃圾中各種污染物析出最快的季節(jié)。試驗在溫室內(nèi)進行，控制溫度為30~35℃，每隔2~3d采集氣樣、水樣各1次，樣品采集完成后，模擬降雨灑水1次。

1.4檢測指標及方法

CODCr、氨氮的測定方法參照GB/T18772—2008生活垃圾填埋場環(huán)境監(jiān)測技術(shù)要求；氣體中揮發(fā)性有機物（VOCs）、NH3、H2S、CH4測定采用美國英思科公司的便攜式多氣體檢測儀；密度通過稱量固定體積容器內(nèi)垃圾質(zhì)量而得；含水率采用105℃烘干法；熱值采用氧彈式量熱儀測定；進出水量用量杯測定。

2結(jié)果與討論

2.1各分類垃圾污染負荷

試驗歷時90d，各分類垃圾水污染物析出量。各分類垃圾成分比例。從自然產(chǎn)水量來看，除干垃圾外，濕垃圾產(chǎn)水率近25%，不可回收垃圾23.1%，混合垃圾20.7%，三者相差不大，這與該3類垃圾均包含了含水率較大的廚渣、果皮等垃圾成分有關(guān)。由于干垃圾是從混合垃圾中經(jīng)分類后分離出來的，稍帶部分水，致使其產(chǎn)水量不為零。城市生活垃圾的滲瀝液COD、氨氮及其相應(yīng)的累積析出量以濕垃圾最高，干垃圾最低（因其值相對太低后續(xù)不作比較）。由COD濃度及其相應(yīng)的累積析出量可知，濕垃圾分別大于不可回收垃圾18.28%、14.30%，不可回收垃圾又分別大于混合垃圾26.75%、14.40%；氨氮濃度及其累積析出量大小順序與COD相同，數(shù)值也相差不大。不可回收垃圾氨氮累積析出量僅大于混合垃圾6.25%，這是因為混合垃圾比不可回收垃圾中多了塑料、紡纖等易于貯存氧氣的物質(zhì)，致使試驗中混合垃圾與不可回收垃圾相比，處于準好氧狀態(tài)，而準好氧填埋同厭氧填埋相比具有很好的氨氮處理功能。

結(jié)果表明濕垃圾的水污染負荷最大，其次是不可回收垃圾。由于武漢市鼓勵垃圾收運人員廢物回收利用，干垃圾中的易腐物除紙張外（少許衛(wèi)生紙）其他很少，致使其污染負荷較低。如果進行源頭分類收集，干垃圾的污染負荷可能更低。從各分類垃圾揮發(fā)性污染物析出情況來看，數(shù)值變化較大，不像滲瀝液COD和氨氮那么有規(guī)律，這可能與各分類垃圾組分有關(guān)?？芍?，相差最大的是CH4析出量，混合垃圾CH4的產(chǎn)生量是濕垃圾的2倍，不可回收垃圾是濕垃圾的近2倍，造成這種狀況的原因是濕垃圾密實度較大、含水率較高，以致其整個堆放過程中處于產(chǎn)酸階段（氣味為酸臭味），而總揮發(fā)性脂肪酸（VFAs）濃度太高會抑制產(chǎn)甲烷菌的活性，造成“酸中毒”，同時垃圾成分中蔬菜產(chǎn)甲烷能力較弱，紙張產(chǎn)甲烷能力較強。VOCs、NH3和H2S是城市生活垃圾堆放過程中產(chǎn)生的重要臭氣物質(zhì)。H2S是垃圾堆放過程中氧氣供應(yīng)不足時厭氧菌對有機物分解不徹底的產(chǎn)物，本次試驗證明了這一點，由于濕垃圾密度大、通氣不充分，濕垃圾H2S析出量高于不可回收垃圾28.27%，高于混合垃圾39.96%。NH3主要來自堆放過程中有機物（如蛋白質(zhì)等）的降解，理論上濕垃圾蛋白質(zhì)含量高于不可回收垃圾和混合垃圾，則其NH3的析出量也應(yīng)最大，但本次試驗顯示與理論不符，混合垃圾NH3的析出量分別比濕垃圾、不可回收垃圾高出26.76%和40.10%，具體原因還有待研究。相差最小的是VOCs析出量，濕垃圾與混合垃圾相差不大，不可回收垃圾VOCs析出量比前述兩類垃圾低10%左右。

2.2各分類垃圾物理性狀

不可回收垃圾低位濕基熱值不到2000kJ/kg，不適合焚燒法處理（根據(jù)理論計算垃圾燃值高于3360kJ/kg才能自燃）。堆肥法處理后還得進一步篩除其中的陶瓷、磚石和碎玻璃，加大后續(xù)工作量。據(jù)資料介紹填埋垃圾含水率50%時，垃圾產(chǎn)水量接近降雨入滲產(chǎn)水量；含水率60%時，其產(chǎn)水量是降雨入滲量的1.5倍，這里的產(chǎn)水就是垃圾滲瀝液。滲瀝液污染物濃度高，處理工藝復(fù)雜，處理成本是生活污水處理費用的幾十至上百倍。因此城市生活垃圾填埋處理時，應(yīng)盡可能降低其含水率。濕垃圾含水率近70%，熱值僅2292kJ/kg，填埋處理時將產(chǎn)生大量的滲瀝液，而焚燒處理時將添加較多的輔助燃料，因此僅適合堆肥法處理；干垃圾熱值達11703kJ/kg，1t干垃圾的能量相當于0.4t標煤，不僅適合焚燒法處理，還可作為輔助燃料用于其他方面。對于干濕分類垃圾處理時，濕垃圾生物處理中好氧處理要加強通風，厭氧處理要加強攪拌。城市生活垃圾進行干濕分類法較適合我國國情。濕垃圾占垃圾量的64%，進行生物處理可獲得堆肥或沼氣，干垃圾送到分選車間進一步分選，可回收垃圾送廢品回收站，無機物送填埋場，其余焚燒處理，真正做到垃圾處理的減量化、資源化和無害化。

2.3各分類垃圾污染物析出變化

各分類垃圾在90d的堆放過程中，各種污染物析出變化除氣體NH3外，其余均有較好的規(guī)律性，其堆放時間與析出量相關(guān)性顯著，且各分類垃圾的污染物析出變化趨勢相差不大。主要原因是這3類垃圾中析出污染物的垃圾成分相同，僅所占比例不同。

2.3.1滲瀝液由于模擬的是夏季垃圾在自然堆放狀況下污染物析出情況

各類垃圾COD析出量堆放當天就達2.5g/kg，10d左右增至最高值然后趨于下降。說明城市生活垃圾是微生物很好的培養(yǎng)基，夏季垃圾中的微生物相當活躍，為減少二次污染，應(yīng)及時清運城市生活垃圾。氨氮是城市生活垃圾中蛋白質(zhì)發(fā)酵分解的產(chǎn)物，由于蛋白質(zhì)發(fā)酵分解速度低于其他有機物，以致于氨氮析出量在整個堆放過程中初期最低。氨氮析出量25d達到最高值，由于垃圾中空氣的消耗，垃圾分解發(fā)酵從好氧向兼氧和厭氧狀態(tài)轉(zhuǎn)化，氧化性脫氨逐漸減少而非氧化性脫氨反應(yīng)增強，氨氮析出量趨于下降。當試驗進行到70~80d時，由于垃圾中易降解物質(zhì)消耗殆盡，微生物活動降低，隨降雨進入垃圾堆體的氧不能被微生物迅速利用，堆體處于兼性厭氧狀態(tài)，氨氮析出量又趨上升?？梢钥闯霾豢苫厥绽腃OD、氨氮析出量比混合垃圾量大，且其減量速度也快于混合垃圾，這主要是混合垃圾中的塑料阻礙了微生物分解發(fā)酵中物質(zhì)的交流，以致限制了微生物的新陳代謝。因此城市生活垃圾生物處理前應(yīng)盡量剔除垃圾中的塑料成分。

2.3.2可以看出

VOCs、H2S析出量呈前高后低，最大值出現(xiàn)在最初的2~3d內(nèi)，隨后開始下降。與相關(guān)資料中垃圾發(fā)酵前期釋放的多數(shù)惡臭物質(zhì)濃度最高，隨后逐漸降低，VOCs最大釋放發(fā)生在48h內(nèi)相符。VOCs析出量30d時為零，40多d后又趨于上升，60~70d上升至次高值后下降，80d左右趨于零。H2S析出量40~80d屬平穩(wěn)運行，然后下降。NH3主要來自垃圾堆放過程中有機物（如蛋白質(zhì)等）的降解，其嗅覺閾值27mg/L；而H2S則是氧氣供應(yīng)不足時厭氧菌對有機物分解不徹底的產(chǎn)物，其嗅覺閾值0.7mg/L［10］。據(jù)資料介紹城市生活垃圾堆放72h內(nèi)釋放出來的VOCs主要是酮類物質(zhì)，占70％~80％，其次是硫醚類物質(zhì)占10％~20％。酮類物質(zhì)中丁酮占90％以上，其嗅覺閾值0.017mg/L；二甲基二硫醚占硫醚類析出量的80％~90％，其嗅覺閾值0.0001mg/L，且硫醚類物質(zhì)呈單調(diào)上升趨勢。因此，城市生活垃圾應(yīng)及時清運、處理，否則對城市大氣環(huán)境污染相當嚴重。VOCs、H2S析出量變化與垃圾堆體環(huán)境有很大關(guān)系，當堆體處于好氧向厭氧環(huán)境轉(zhuǎn)化時，二者析出量趨于下降趨勢，而當環(huán)境處于完全厭氧環(huán)境時，二者析出量相對整個變化來說趨于平穩(wěn)運行。各類垃圾VOCs析出量變化差別不大；濕垃圾H2S析出量大大高于其他兩類垃圾，這與其易腐物含量高、含水量大和密度大有關(guān)。

2.3.3甲烷

城市生活垃圾中含有大量容易被微生物降解的有機物，當環(huán)境適宜時微生物代謝旺盛，堆體的氧氣將迅速消耗，而進入?yún)捬鯛顟B(tài)。城市生活垃圾堆放不到10d，堆體就從好氧環(huán)境進入?yún)捬醐h(huán)境，CH4產(chǎn)生量達0.07L/kg；10~30dCH4產(chǎn)生量緩慢上升，垃圾中的有機物如脂肪、蛋白質(zhì)、木質(zhì)素，在微生物作用下水解成各種有機酸，也就是通常所說的進入了沼氣發(fā)酵的厭氧產(chǎn)酸階段；30d后垃圾堆體中的CH4析出濃度開始快速增加，70d上升至最大值后趨于下降?；旌侠鳦H4析出濃度最高，其次是不可回收垃圾。濕垃圾在整個堆放過程中充滿了酸臭味，而揮發(fā)性脂肪酸是水解酸化階段的產(chǎn)物，同時也是產(chǎn)甲烷階段的底物，其濃度的大小反映了其水解酸化程度的高低，但高濃度的VFAs會抑制產(chǎn)甲烷菌的活性，造成“酸中毒”?？梢钥闯?，整個過程中濕垃圾CH4產(chǎn)生量變化不大，處于厭氧產(chǎn)酸階段。

3結(jié)論

(1)各分類垃圾中以濕垃圾污染負荷最大，其次是混合垃圾。應(yīng)加強濕垃圾的收運管理。

(3)濕垃圾好氧處理時要加強通風，厭氧處理時要加大攪拌力度。

(4)除干垃圾外，其余各類垃圾都應(yīng)及時清運，以減少城市生活垃圾氣、水污染程度。

(5)不管是垃圾臨時堆放，還是簡易堆放場堆放都應(yīng)防止CH4遇明火自爆燃燒。

作者：劉東 王玥 童永志 羅毅 陳偉 談?wù)?單位：武漢市環(huán)境衛(wèi)生科學研究院