淺析垃圾的分類性狀及處理
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1試驗(yàn)材料與研究方法
1.1試驗(yàn)材料
本試驗(yàn)不考慮危險(xiǎn)廢物和大件垃圾的影響。將取自垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)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(jìn)行取樣，然后裝填進(jìn)試驗(yàn)裝置，人工壓實(shí)，并做重復(fù)試驗(yàn)。
1.2試驗(yàn)裝置
模擬試驗(yàn)在50L具蓋塑料桶內(nèi)進(jìn)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(yàn)條件
夏季氣溫高最適合微生物生長(zhǎng)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(yàn)在溫室內(nèi)進(jìn)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(cè)指標(biāo)及方法
CODCr、氨氮的測(cè)定方法參照GB/T18772—2008生活垃圾填埋場(chǎng)環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)要求；氣體中揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）、NH3、H2S、CH4測(cè)定采用美國(guó)英思科公司的便攜式多氣體檢測(cè)儀；密度通過(guò)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(cè)定；進(jìn)出水量用量杯測(cè)定。
2結(jié)果與討論
2.1各分類垃圾污染負(fù)荷
試驗(yàn)歷時(shí)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(lái)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(lái)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(duì)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?jī)H大于混合垃圾6.25%，這是因?yàn)榛旌侠炔豢苫厥绽卸嗔怂芰?、紡纖等易于貯存氧氣的物質(zhì)，致使試驗(yàn)中混合垃圾與不可回收垃圾相比，處于準(zhǔn)好氧狀態(tài)，而準(zhǔn)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(fù)荷最大，其次是不可回收垃圾。由于武漢市鼓勵(lì)垃圾收運(yùn)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(fù)荷較低。如果進(jìn)行源頭分類收集，干垃圾的污染負(fù)荷可能更低。從各分類垃圾揮發(fā)性污染物析出情況來(lái)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)?？芍嗖钭畲蟮氖荂H4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(shí)度較大、含水率較高，以致其整個(gè)堆放過(guò)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(huì)抑制產(chǎn)甲烷菌的活性，造成“酸中毒”，同時(shí)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(qiáng)。VOCs、NH3和H2S是城市生活垃圾堆放過(guò)程中產(chǎn)生的重要臭氣物質(zhì)。H2S是垃圾堆放過(guò)程中氧氣供應(yīng)不足時(shí)厭氧菌對(duì)有機(jī)物分解不徹底的產(chǎn)物，本次試驗(yàn)證明了這一點(diǎn)，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(lái)自堆放過(guò)程中有機(jī)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(yàn)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(jì)算垃圾燃值高于3360kJ/kg才能自燃）。堆肥法處理后還得進(jìn)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(shí)，垃圾產(chǎn)水量接近降雨入滲產(chǎn)水量；含水率60%時(shí)，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(fèi)用的幾十至上百倍。因此城市生活垃圾填埋處理時(shí)，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(shí)將產(chǎn)生大量的滲瀝液，而焚燒處理時(shí)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(dá)11703kJ/kg，1t干垃圾的能量相當(dāng)于0.4t標(biāo)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(duì)于干濕分類垃圾處理時(shí)，濕垃圾生物處理中好氧處理要加強(qiáng)通風(fēng)，厭氧處理要加強(qiáng)攪拌。城市生活垃圾進(jìn)行干濕分類法較適合我國(guó)國(guó)情。濕垃圾占垃圾量的64%，進(jìn)行生物處理可獲得堆肥或沼氣，干垃圾送到分選車間進(jìn)一步分選，可回收垃圾送廢品回收站，無(wú)機(jī)物送填埋場(chǎng)，其余焚燒處理，真正做到垃圾處理的減量化、資源化和無(wú)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(guò)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(shí)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(shì)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(dāng)天就達(dá)2.5g/kg，10d左右增至最高值然后趨于下降。說(shuō)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(dāng)活躍，為減少二次污染，應(yīng)及時(shí)清運(yùn)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(jī)物，以致于氨氮析出量在整個(gè)堆放過(guò)程中初期最低。氨氮析出量25d達(dá)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(qiáng)，氨氮析出量趨于下降。當(dāng)試驗(yàn)進(jìn)行到70~80d時(shí)，由于垃圾中易降解物質(zhì)消耗殆盡，微生物活動(dòng)降低，隨降雨進(jìn)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(kāi)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(shí)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(yùn)行，然后下降。NH3主要來(lái)自垃圾堆放過(guò)程中有機(jī)物（如蛋白質(zhì)等）的降解，其嗅覺(jué)閾值27mg/L；而H2S則是氧氣供應(yīng)不足時(shí)厭氧菌對(duì)有機(jī)物分解不徹底的產(chǎn)物，其嗅覺(jué)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(lái)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(jué)閾值0.017mg/L；二甲基二硫醚占硫醚類析出量的80％~90％，其嗅覺(jué)閾值0.0001mg/L，且硫醚類物質(zhì)呈單調(diào)上升趨勢(shì)。因此，城市生活垃圾應(yīng)及時(shí)清運(yùn)、處理，否則對(duì)城市大氣環(huán)境污染相當(dāng)嚴(yán)重。VOCs、H2S析出量變化與垃圾堆體環(huán)境有很大關(guān)系，當(dāng)堆體處于好氧向厭氧環(huán)境轉(zhuǎn)化時(shí)，二者析出量趨于下降趨勢(shì)，而當(dāng)環(huán)境處于完全厭氧環(huán)境時(shí)，二者析出量相對(duì)整個(gè)變化來(lái)說(shuō)趨于平穩(wěn)運(yùn)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(jī)物，當(dāng)環(huán)境適宜時(shí)微生物代謝旺盛，堆體的氧氣將迅速消耗，而進(jìn)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(jìn)入?yún)捬醐h(huán)境，CH4產(chǎn)生量達(dá)0.07L/kg；10~30dCH4產(chǎn)生量緩慢上升，垃圾中的有機(jī)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(jī)酸，也就是通常所說(shuō)的進(jìn)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(kāi)始快速增加，70d上升至最大值后趨于下降。混合垃圾CH4析出濃度最高，其次是不可回收垃圾。濕垃圾在整個(gè)堆放過(guò)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(shí)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(huì)抑制產(chǎn)甲烷菌的活性，造成“酸中毒”?？梢钥闯?，整個(gè)過(guò)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(fù)荷最大，其次是混合垃圾。應(yīng)加強(qiáng)濕垃圾的收運(yùn)管理。
(3)濕垃圾好氧處理時(shí)要加強(qiáng)通風(fēng)，厭氧處理時(shí)要加大攪拌力度。
(4)除干垃圾外，其余各類垃圾都應(yīng)及時(shí)清運(yùn)，以減少城市生活垃圾氣、水污染程度。
(5)不管是垃圾臨時(shí)堆放，還是簡(jiǎn)易堆放場(chǎng)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(xué)研究院