浅析垃圾的分类性状及处理

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1试验材料与研究方法

1.1试验材料

本试验不考虑危险废物和大件垃圾的影响。将取自垃圾转运站的城市生活垃圾剔除粒径≥5cm的垃圾，按混合垃圾、湿垃圾（厨渣、果皮、毛骨、木质杂草）、干垃圾（纸张、塑料、橡胶皮革、纺纤、煤灰、玻璃、金属、陶瓷砖石）、不可回收垃圾（厨渣、果皮、木质杂草、毛骨、煤灰、陶瓷砖石）进行取样，然后装填进试验装置，人工压实，并做重复试验。

1.2试验装置

模拟试验在50L具盖塑料桶内进行，桶盖中央设置抽气孔，以便气体采样；桶底覆盖2~3cm厚碎石层，渗沥液由底部出水口流出。

1.3试验条件

夏季气温高最适合微生物生长繁殖，因此是城市生活垃圾分解发酵最快的季节，也是垃圾中各种污染物析出最快的季节。试验在温室内进行，控制温度为30~35℃，每隔2~3d采集气样、水样各1次，样品采集完成后，模拟降雨洒水1次。

1.4检测指标及方法

CODCr、氨氮的测定方法参照GB/T18772—2008生活垃圾填埋场环境监测技术要求；气体中挥发性有机物（VOCs）、NH3、H2S、CH4测定采用美国英思科公司的便携式多气体检测仪；密度通过称量固定体积容器内垃圾质量而得；含水率采用105℃烘干法；热值采用氧弹式量热仪测定；进出水量用量杯测定。

2结果与讨论

2.1各分类垃圾污染负荷

试验历时90d，各分类垃圾水污染物析出量。各分类垃圾成分比例。从自然产水量来看，除干垃圾外，湿垃圾产水率近25%，不可回收垃圾23.1%，混合垃圾20.7%，三者相差不大，这与该3类垃圾均包含了含水率较大的厨渣、果皮等垃圾成分有关。由于干垃圾是从混合垃圾中经分类后分离出来的，稍带部分水，致使其产水量不为零。城市生活垃圾的渗沥液COD、氨氮及其相应的累积析出量以湿垃圾最高，干垃圾最低（因其值相对太低后续不作比较）。由COD浓度及其相应的累积析出量可知，湿垃圾分别大于不可回收垃圾18.28%、14.30%，不可回收垃圾又分别大于混合垃圾26.75%、14.40%；氨氮浓度及其累积析出量大小顺序与COD相同，数值也相差不大。不可回收垃圾氨氮累积析出量仅大于混合垃圾6.25%，这是因为混合垃圾比不可回收垃圾中多了塑料、纺纤等易于贮存氧气的物质，致使试验中混合垃圾与不可回收垃圾相比，处于准好氧状态，而准好氧填埋同厌氧填埋相比具有很好的氨氮处理功能。

结果表明湿垃圾的水污染负荷最大，其次是不可回收垃圾。由于武汉市鼓励垃圾收运人员废物回收利用，干垃圾中的易腐物除纸张外（少许卫生纸）其他很少，致使其污染负荷较低。如果进行源头分类收集，干垃圾的污染负荷可能更低。从各分类垃圾挥发性污染物析出情况来看，数值变化较大，不像渗沥液COD和氨氮那么有规律，这可能与各分类垃圾组分有关。可知，相差最大的是CH4析出量，混合垃圾CH4的产生量是湿垃圾的2倍，不可回收垃圾是湿垃圾的近2倍，造成这种状况的原因是湿垃圾密实度较大、含水率较高，以致其整个堆放过程中处于产酸阶段（气味为酸臭味），而总挥发性脂肪酸（VFAs）浓度太高会抑制产甲烷菌的活性，造成“酸中毒”，同时垃圾成分中蔬菜产甲烷能力较弱，纸张产甲烷能力较强。VOCs、NH3和H2S是城市生活垃圾堆放过程中产生的重要臭气物质。H2S是垃圾堆放过程中氧气供应不足时厌氧菌对有机物分解不彻底的产物，本次试验证明了这一点，由于湿垃圾密度大、通气不充分，湿垃圾H2S析出量高于不可回收垃圾28.27%，高于混合垃圾39.96%。NH3主要来自堆放过程中有机物（如蛋白质等）的降解，理论上湿垃圾蛋白质含量高于不可回收垃圾和混合垃圾，则其NH3的析出量也应最大，但本次试验显示与理论不符，混合垃圾NH3的析出量分别比湿垃圾、不可回收垃圾高出26.76%和40.10%，具体原因还有待研究。相差最小的是VOCs析出量，湿垃圾与混合垃圾相差不大，不可回收垃圾VOCs析出量比前述两类垃圾低10%左右。

2.2各分类垃圾物理性状

不可回收垃圾低位湿基热值不到2000kJ/kg，不适合焚烧法处理（根据理论计算垃圾燃值高于3360kJ/kg才能自燃）。堆肥法处理后还得进一步筛除其中的陶瓷、砖石和碎玻璃，加大后续工作量。据资料介绍填埋垃圾含水率50%时，垃圾产水量接近降雨入渗产水量；含水率60%时，其产水量是降雨入渗量的1.5倍，这里的产水就是垃圾渗沥液。渗沥液污染物浓度高，处理工艺复杂，处理成本是生活污水处理费用的几十至上百倍。因此城市生活垃圾填埋处理时，应尽可能降低其含水率。湿垃圾含水率近70%，热值仅2292kJ/kg，填埋处理时将产生大量的渗沥液，而焚烧处理时将添加较多的辅助燃料，因此仅适合堆肥法处理；干垃圾热值达11703kJ/kg，1t干垃圾的能量相当于0.4t标煤，不仅适合焚烧法处理，还可作为辅助燃料用于其他方面。对于干湿分类垃圾处理时，湿垃圾生物处理中好氧处理要加强通风，厌氧处理要加强搅拌。城市生活垃圾进行干湿分类法较适合我国国情。湿垃圾占垃圾量的64%，进行生物处理可获得堆肥或沼气，干垃圾送到分选车间进一步分选，可回收垃圾送废品回收站，无机物送填埋场，其余焚烧处理，真正做到垃圾处理的减量化、资源化和无害化。

2.3各分类垃圾污染物析出变化

各分类垃圾在90d的堆放过程中，各种污染物析出变化除气体NH3外，其余均有较好的规律性，其堆放时间与析出量相关性显著，且各分类垃圾的污染物析出变化趋势相差不大。主要原因是这3类垃圾中析出污染物的垃圾成分相同，仅所占比例不同。

2.3.1渗沥液由于模拟的是夏季垃圾在自然堆放状况下污染物析出情况

各类垃圾COD析出量堆放当天就达2.5g/kg，10d左右增至最高值然后趋于下降。说明城市生活垃圾是微生物很好的培养基，夏季垃圾中的微生物相当活跃，为减少二次污染，应及时清运城市生活垃圾。氨氮是城市生活垃圾中蛋白质发酵分解的产物，由于蛋白质发酵分解速度低于其他有机物，以致于氨氮析出量在整个堆放过程中初期最低。氨氮析出量25d达到最高值，由于垃圾中空气的消耗，垃圾分解发酵从好氧向兼氧和厌氧状态转化，氧化性脱氨逐渐减少而非氧化性脱氨反应增强，氨氮析出量趋于下降。当试验进行到70~80d时，由于垃圾中易降解物质消耗殆尽，微生物活动降低，随降雨进入垃圾堆体的氧不能被微生物迅速利用，堆体处于兼性厌氧状态，氨氮析出量又趋上升。可以看出不可回收垃圾的COD、氨氮析出量比混合垃圾量大，且其减量速度也快于混合垃圾，这主要是混合垃圾中的塑料阻碍了微生物分解发酵中物质的交流，以致限制了微生物的新陈代谢。因此城市生活垃圾生物处理前应尽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，最大值出现在最初的2~3d内，随后开始下降。与相关资料中垃圾发酵前期释放的多数恶臭物质浓度最高，随后逐渐降低，VOCs最大释放发生在48h内相符。VOCs析出量30d时为零，40多d后又趋于上升，60~70d上升至次高值后下降，80d左右趋于零。H2S析出量40~80d属平稳运行，然后下降。NH3主要来自垃圾堆放过程中有机物（如蛋白质等）的降解，其嗅觉阈值27mg/L；而H2S则是氧气供应不足时厌氧菌对有机物分解不彻底的产物，其嗅觉阈值0.7mg/L［10］。据资料介绍城市生活垃圾堆放72h内释放出来的VOCs主要是酮类物质，占70％~80％，其次是硫醚类物质占10％~20％。酮类物质中丁酮占90％以上，其嗅觉阈值0.017mg/L；二甲基二硫醚占硫醚类析出量的80％~90％，其嗅觉阈值0.0001mg/L，且硫醚类物质呈单调上升趋势。因此，城市生活垃圾应及时清运、处理，否则对城市大气环境污染相当严重。VOCs、H2S析出量变化与垃圾堆体环境有很大关系，当堆体处于好氧向厌氧环境转化时，二者析出量趋于下降趋势，而当环境处于完全厌氧环境时，二者析出量相对整个变化来说趋于平稳运行。各类垃圾VOCs析出量变化差别不大；湿垃圾H2S析出量大大高于其他两类垃圾，这与其易腐物含量高、含水量大和密度大有关。

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机物，当环境适宜时微生物代谢旺盛，堆体的氧气将迅速消耗，而进入厌氧状态。城市生活垃圾堆放不到10d，堆体就从好氧环境进入厌氧环境，CH4产生量达0.07L/kg；10~30dCH4产生量缓慢上升，垃圾中的有机物如脂肪、蛋白质、木质素，在微生物作用下水解成各种有机酸，也就是通常所说的进入了沼气发酵的厌氧产酸阶段；30d后垃圾堆体中的CH4析出浓度开始快速增加，70d上升至最大值后趋于下降。混合垃圾CH4析出浓度最高，其次是不可回收垃圾。湿垃圾在整个堆放过程中充满了酸臭味，而挥发性脂肪酸是水解酸化阶段的产物，同时也是产甲烷阶段的底物，其浓度的大小反映了其水解酸化程度的高低，但高浓度的VFAs会抑制产甲烷菌的活性，造成“酸中毒”。可以看出，整个过程中湿垃圾CH4产生量变化不大，处于厌氧产酸阶段。

3结论

(1)各分类垃圾中以湿垃圾污染负荷最大，其次是混合垃圾。应加强湿垃圾的收运管理。

(3)湿垃圾好氧处理时要加强通风，厌氧处理时要加大搅拌力度。

(4)除干垃圾外，其余各类垃圾都应及时清运，以减少城市生活垃圾气、水污染程度。

(5)不管是垃圾临时堆放，还是简易堆放场堆放都应防止CH4遇明火自爆燃烧。

作者：刘东 王玥 童永志 罗毅 陈伟 谈正雄 单位：武汉市环境卫生科学研究院