上海市產(chǎn)生源生活垃圾理化特性比較及處理方式探討

王 磊，吳 爽，馬志峻

（上海環(huán)境衛(wèi)生工程設(shè)計(jì)院，上海 200232）

上海市產(chǎn)生源生活垃圾理化特性比較及處理方式探討

王 磊，吳 爽，馬志峻

（上海環(huán)境衛(wèi)生工程設(shè)計(jì)院，上海 200232）

對(duì)上海市某地區(qū)生活垃圾進(jìn)行理化特性調(diào)查，比較不同產(chǎn)生源生活垃圾特性的差異，探討合適的處理方式，并對(duì)城市生活垃圾處理方案制定提出建議。

原生垃圾；垃圾理化特性；垃圾處理方式

城市生活垃圾的產(chǎn)生量及物理成分與城市規(guī)模、地理特點(diǎn)、居民生活習(xí)慣和生活水平等因素有關(guān)［1］，而同一地區(qū)產(chǎn)生源類別的差異也會(huì)導(dǎo)致生活垃圾在理化特性上的差別。以往許多案例表明垃圾特性差異會(huì)直接降低垃圾的處理效率。產(chǎn)生源生活垃圾特性研究作為生活垃圾處理的基礎(chǔ)工作，同時(shí)也是生活垃圾綜合治理和綜合利用系統(tǒng)的重要組成部分，通過系統(tǒng)科學(xué)地調(diào)查分析手段掌握垃圾成分、含水率、發(fā)熱量等重要參數(shù)的現(xiàn)狀，為制定垃圾收運(yùn)、中轉(zhuǎn)、處理的方針政策提供重要依據(jù)。

表1 上海市產(chǎn)生源生活垃圾調(diào)查點(diǎn)位描述

1 方案制定

產(chǎn)生源分為居住區(qū)、事業(yè)區(qū)、商業(yè)區(qū)和清掃區(qū)，由于目前上海市某地區(qū)已無燃煤和半燃煤的居住區(qū)，因此設(shè)置了普通居民區(qū)和高檔居民區(qū)，與CJ/T 313—2009生活垃圾采樣和分析方法中的分類有所區(qū)別，具體點(diǎn)位描述見表1。

生活垃圾主要理化特性包括垃圾密度、物理成分、含水率、發(fā)熱量、灰分和有機(jī)元素等。密度測試采用容器法：先將采集的樣品破袋后混勻，在不施加外力的作用下填滿固定容積的容器，稱量記錄，計(jì)算垃圾的密度；物理成分分析是將垃圾按照紙、塑、竹、布、廚、果等12類進(jìn)行分揀，然后稱量記錄，計(jì)算得到一個(gè)垃圾樣本中每類濕基成分的組成情況；成分測試結(jié)束后縮分取樣，進(jìn)行單成分含水率分析，根據(jù)濕基成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)算得到混合狀態(tài)下垃圾的含水率；單成分樣品烘干后制樣，制成的樣品進(jìn)入發(fā)熱量、有機(jī)元素、灰分測試階段，最后獲得干基狀態(tài)下的檢測結(jié)果。結(jié)合單成分樣品含水率、氫含量等數(shù)據(jù)可以計(jì)算出濕基狀態(tài)下生活垃圾的發(fā)熱量、元素和灰分。

2 物理組成

筆者從干物質(zhì)角度分析生活垃圾的組成，這樣可以更直觀地比較產(chǎn)生源生活垃圾中可回收物、易燃以及易腐物質(zhì)含量，分析哪些產(chǎn)生源垃圾值得回收、哪些產(chǎn)生源垃圾值得焚燒處理、哪些產(chǎn)生源垃圾值得堆肥處理。避免不同取樣點(diǎn)同類垃圾含水率差異造成其含量偏高或偏低的影響。

表2是2010年各產(chǎn)生源生活垃圾成分、含水率、密度和發(fā)熱量。從表2可看出：除清道垃圾外，塑料和廚余是居住區(qū)、事業(yè)區(qū)和商業(yè)區(qū)生活垃圾的主要組成成分。這3類區(qū)域生活垃圾中塑料含量為8．96%～17．36%，廚余含量為16．24%～24．70%。其中教育機(jī)構(gòu)和超市分別是塑料和廚余含量最高的產(chǎn)生源。高檔居住區(qū)生活垃圾中紙塑、廚余和果類含量高于普通居住區(qū)生活垃圾，這與入住居民生活方式有關(guān)。教育機(jī)構(gòu)生活垃圾中塑料和廚余含量在事業(yè)和商業(yè)產(chǎn)生源中處于較高水平，分別為17．36%和20．09%。這與教育機(jī)構(gòu)調(diào)查點(diǎn)性質(zhì)有關(guān)，是規(guī)模在2 000人左右的寄宿制學(xué)校，食物包裝袋和餐廚垃圾成為主要成分。

除清道垃圾外其他產(chǎn)生源調(diào)查點(diǎn)中紙類和塑料是易燃垃圾的主要組成部分，占77．32%～94．23%。其中辦公區(qū)和機(jī)關(guān)團(tuán)體的紙類和塑料含量最高，接近普通居民垃圾中紙類含量的4倍。清道垃圾的紙類和塑料含量最低，分別為0．89%和4．93%，竹木類垃圾是其易燃物的主要組成成分，易腐物含量為3．74%，是所有產(chǎn)生源中最低的。超市與集市垃圾中易腐物含量處于較高水平，分別為26．00%和22．48%。

生活垃圾燃腐比（易燃物和易腐物含量的比例）可以直觀反映易燃和易腐物質(zhì)組成情況。4類區(qū)域中居住區(qū)垃圾燃腐比在0．95左右；教育機(jī)構(gòu)、事業(yè)區(qū)和辦公區(qū)的燃腐比在1以上，分別為1．26、1．65和1．92；超市和集市垃圾燃腐比分別為 0．65 和 0．50。

3 含水率、密度、發(fā)熱量

產(chǎn)生源生活垃圾含水率與發(fā)熱量關(guān)系、含水率與密度關(guān)系分別見圖1、2?？梢钥闯鲆话闱闆r下含水率高的調(diào)查點(diǎn)其垃圾密度相對(duì)較高，發(fā)熱量相對(duì)較低。所有產(chǎn)生源調(diào)查點(diǎn)中集市垃圾的含水率和密度最高，分別為63．02%和240 kg/m3，發(fā)熱量則最低，只有3 200 kJ/kg；辦公區(qū)生活垃圾的含水率在所有調(diào)查點(diǎn)中最低，為48．96%，而其發(fā)熱量在所有調(diào)查點(diǎn)中最高，為7 630 kJ/kg，可以直接焚燒處理。

高檔居民區(qū)生活垃圾的含水率比普通居民區(qū)低3．62個(gè)百分點(diǎn)，垃圾的密度低了17%，發(fā)熱量高了32%。與蘇州市生活垃圾相比，上海調(diào)查點(diǎn)垃圾含水率與發(fā)熱量的相關(guān)性更為明顯［2］。

事業(yè)區(qū)、商業(yè)區(qū)生活垃圾含水率為48．96%～63．02%，密度為 136～240 kg/m3，發(fā)熱量為 3 200～7 630 kJ/kg。說明在相近類別調(diào)查點(diǎn)中垃圾物化性質(zhì)存在較為明顯的差異。

圖1 上海市產(chǎn)生源生活垃圾含水率與發(fā)熱量關(guān)系

圖2 上海市產(chǎn)生源生活垃圾含水率與密度關(guān)系

表2 2010年上海市產(chǎn)生源生活垃圾的物理成分（干基）、含水率、密度、發(fā)熱量

4 元素、三成分

生活垃圾的有機(jī)元素一般包括碳、氫、氧、氮、硫、氯6種元素。垃圾中紙類和塑料含量多少?zèng)Q定著碳、氫元素含量的高低。從表3可以看到辦公區(qū)生活垃圾中碳?xì)浜渴撬姓{(diào)查點(diǎn)中最高的，分別為25．47%和3．75%。這主要與該調(diào)查點(diǎn)中紙類和塑料含量高有關(guān)，超過垃圾總量的30%。高檔居民區(qū)生活垃圾中紙類和塑料含量高于普通居民區(qū)，其碳?xì)浜糠謩e比普通居民區(qū)高17%和19%。清道垃圾中碳?xì)浜渴撬姓{(diào)查點(diǎn)中最低的，分別為7．66%和1．15%，與該類垃圾無機(jī)物含量高有關(guān)。

表3 上海市產(chǎn)生源生活垃圾的元素、灰分、水分和燃灰比（濕基）

根據(jù)產(chǎn)生源生活垃圾的元素組成情況，結(jié)合每種元素的原子量計(jì)算出各類元素的摩爾比，從而估算出每個(gè)點(diǎn)位生活垃圾干基狀態(tài)下可燃分分子式。假設(shè)可燃分燃燒后最終產(chǎn)物分別是CO2、H2O、NO3、SO2、HCl，可近似估算出耗氧量，結(jié)果見表4。

表4 上海市產(chǎn)生源生活垃圾可燃分分子式和耗氧量

從圖3可看到事業(yè)區(qū)生活垃圾中可燃分處于較高水平，超過41%；清掃區(qū)垃圾的灰分最高，接近60%，可燃分不到15%；商業(yè)區(qū)生活垃圾三成分差異比較明顯，可燃分為24．83%～44．22%，灰分為6．82%～12．15%。其中辦公區(qū)生活垃圾的可燃分為44．22%，是所有調(diào)查點(diǎn)中最高的，灰分是所有調(diào)查點(diǎn)中最低的。居住區(qū)生活垃圾存在差異，與普通居住區(qū)相比高檔居住區(qū)生活垃圾中可燃分高18%，灰分低14%。

燃灰比（生活垃圾中可燃分和灰分的比例）越大說明生活垃圾的可燃性越好，產(chǎn)灰量越少，垃圾焚燒處理的減容減量作用越明顯。辦公區(qū)垃圾的燃灰比是所有調(diào)查點(diǎn)中最高的，為6．49，清道垃圾最低為0．24；事業(yè)區(qū)的燃灰比在4類產(chǎn)生源中處于較高水平，在4．91左右；居住區(qū)和商業(yè)區(qū)的燃灰比存在差異，分別為2．53～3．47和2．04～6．49。

圖3 上海市產(chǎn)生源調(diào)查點(diǎn)生活垃圾三成分比較

5 相關(guān)性

從本次調(diào)查的數(shù)據(jù)中可以看到生活垃圾的紙類和塑料含量與發(fā)熱量、碳、氫的含量成正相關(guān)關(guān)系；易腐物含量與含水率也成正相關(guān)關(guān)系，與發(fā)熱量成負(fù)相關(guān)關(guān)系。選擇紙類和塑料含量分別與垃圾的發(fā)熱量、碳、氫的測試結(jié)果作線性回歸，根據(jù)圖4～6中的線性相關(guān)系數(shù)R大小可以判斷出生活垃圾紙類和塑料的含量與發(fā)熱量的相關(guān)性最為明顯，其次是碳含量，最后是氫含量。相關(guān)系數(shù)依次為 0．937 8、0．924 2 和 0．922 3。

圖4 上海市產(chǎn)生源生活垃圾發(fā)熱量與紙塑含量關(guān)系

圖5 上海市產(chǎn)生源生活垃圾碳含量與紙塑含量關(guān)系

6 處理方式探討

目前生活垃圾的主要處理處置方式有填埋、堆肥和焚燒。填埋是最原始最傳統(tǒng)的處理方法，但存在浪費(fèi)土地資源，廢液、廢氣難處理的特點(diǎn)；堆肥適合處理有機(jī)成分含量高的垃圾，但存在處理周期長、產(chǎn)品銷路困難等缺點(diǎn)；焚燒具有占地少、減容減量效果好等特點(diǎn)，但對(duì)垃圾的熱值要求較高。

結(jié)合各產(chǎn)生源生活垃圾的燃腐比、燃灰比可以看出居住區(qū)、教育機(jī)構(gòu)、事業(yè)區(qū)的生活垃圾可以采取綜合處理［3-4］或焚燒處理的方式；超市和集市垃圾適合堆肥處理；清道垃圾在剔除大粒徑物質(zhì)后適合填埋處理。

辦公區(qū)和事業(yè)區(qū)生活垃圾的發(fā)熱量超過6 700 kJ/kg，達(dá)到低溫直接加熱氣化燃燒熔融技術(shù)［5］或回轉(zhuǎn)窯氣化熔融技術(shù)［6］的要求。由于該類垃圾中富含可回收物，選擇回收利用或燃燒處理，值得進(jìn)一步評(píng)估。

圖6 上海市產(chǎn)生源生活垃圾氫含量與紙塑含量關(guān)系

7 結(jié)論與建議

1）產(chǎn)生源生活垃圾的特性差異與產(chǎn)生源功能有重要關(guān)系，因此在城市規(guī)劃中對(duì)功能區(qū)定義與劃分顯得至關(guān)重要。僅從垃圾投放、收運(yùn)、處理這一角度看，清晰的功能區(qū)劃分可以很好地解決垃圾分類投放難、分類清運(yùn)成本高、垃圾處理效率低等不足。對(duì)于已經(jīng)成型的城市來說，合理處理生活垃圾的關(guān)鍵在于分類，而將分類放在投放環(huán)節(jié)還是處置環(huán)節(jié)應(yīng)根據(jù)城市規(guī)模、人口素質(zhì)、地理?xiàng)l件等因素來決定。

2）建議在事業(yè)區(qū)、商業(yè)區(qū)、高檔居住區(qū)設(shè)置分類投放點(diǎn)，僅設(shè)置有機(jī)類和其他類，有機(jī)類日產(chǎn)日清，其他類可以根據(jù)其產(chǎn)生量制定清運(yùn)頻率。在末端建立生活垃圾處理處置園，采取綜合處理的方式，彌補(bǔ)混合處理的不足。

3）在今后城市規(guī)劃中居住區(qū)、商業(yè)和事業(yè)區(qū)應(yīng)有明顯區(qū)分，利于垃圾收運(yùn)與處理處置。

［1］李建新，王永川，張美琴，等．國內(nèi)城市生活垃圾特性及處理技術(shù)研究［J］．熱力發(fā)電，2006（1）：11-14．

［2］何晟，朱水源，郁莉強(qiáng)．蘇州市生活垃圾特性分析及處理對(duì)策［J］．環(huán)境衛(wèi)生工程，2008，16（6）：62-64．

［3］施慶文，張志強(qiáng)．上海市生活垃圾綜合處理體系的構(gòu)建［J］．環(huán)境衛(wèi)生工程，2007，15（1）：45-50．

［4］吳玉生．生活垃圾綜合處理探討及發(fā)展趨勢［J］．山西建筑，2008，31（11）：341-342．

［5］李潤東，池涌，李水清，等．城市垃圾氣化熔融處理技術(shù)探討［J］．電站系統(tǒng)工程，2002，18（2）：45-50．

［6］李水清，姚強(qiáng)，李潤東，等．城市垃圾氣化熔融工藝的理論計(jì)算和技術(shù)分析［J］．動(dòng)力工程，2004，24（1）：125-131．

Physical and Chemical Characteristics and Treatment Mode of Raw Waste in Shanghai

Wang Lei,Wu Shuang,Ma Zhijun
（Shanghai Environmental Sanitary Engineering Design Institute,Shanghai 200232）

Physical and chemical characteristics of domestic waste in Shanghai were investigated．Characteristic differences of domestic waste from different kinds of source were compared．The appropriate treatment mode of domestic waste was discussed,and suggestions about treatment planning of municipal domestic waste were put forward．

raw waste；physical and chemical characteristic；waste treatment mode

X705

B

1005-8206（2011）04-0034-04

2011-01-10

王磊（1980—），主要從事環(huán)境監(jiān)測和固體廢物特性研究。E-mail：sidree_jcs@yahoo．com．cn。

（責(zé)任編輯：鄭雯）