毛塋子垃圾填埋場(chǎng)存量垃圾開采可行性研究*

谷學(xué)峰，唐 軍，陳 磊，李芳然

（1．大連泰達(dá)環(huán)保有限公司，遼寧 大連 116023；2．天津科技大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系，天津 300457）

毛塋子垃圾填埋場(chǎng)存量垃圾開采可行性研究*

谷學(xué)峰1，唐 軍1，陳 磊1，李芳然2

（1．大連泰達(dá)環(huán)保有限公司，遼寧 大連 116023；2．天津科技大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系，天津 300457）

對(duì)大連毛塋子垃圾填埋場(chǎng)存量垃圾堆體進(jìn)行打孔取樣，通過分析測(cè)定樣品粒徑分布、物理組成、含水率、pH、渣土有機(jī)質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及重金屬含量，探討對(duì)該填埋場(chǎng)存量垃圾進(jìn)行開挖的可行性，結(jié)果表明：毛塋子垃圾填埋場(chǎng)存量垃圾已基本礦化，土質(zhì)呈弱堿性，達(dá)到開采要求。分選后粒徑大于30 mm的可燃組分含水率為20%左右，低位熱值高達(dá)8 568～12 847 kJ/kg，可用于改善垃圾焚燒性能；粒徑小于10 mm的渣土中富含氮、磷、鉀，但Cr及Cd含量超標(biāo)50%～70%，可用作城市綠化培植土。同時(shí)分析了填埋深度對(duì)各指標(biāo)的影響。

存量垃圾；開采；篩分；資源化

毛塋子垃圾填埋場(chǎng)是大連市主要垃圾堆放場(chǎng)地，位于甘井子區(qū)海灘邊，與沈大高速公路并行，于1983年建設(shè)，1989年投入使用，目前已建設(shè)四期工程。近期 （1994—2000年） 占地 1．18 km2；遠(yuǎn)期 （2001—2010 年） 占地 2．25 km2。預(yù)計(jì)在該填埋場(chǎng)附近動(dòng)工的立交橋、新高速公路及新機(jī)場(chǎng)項(xiàng)目的實(shí)施規(guī)劃以及填埋場(chǎng)鄰海的地理特征［1］對(duì)該填埋場(chǎng)區(qū)建設(shè)與調(diào)整提出新要求。筆者就毛塋子垃圾填埋場(chǎng)的存量垃圾基本性質(zhì)展開研究，以期為存量垃圾開采與資源化提供可行性理論支撐。

1 試驗(yàn)材料與方法

取樣點(diǎn)10組，分布于整個(gè)暫存場(chǎng)，將每個(gè)取樣點(diǎn)的0～3 m、3～6 m、6 m以下分別制成3個(gè)樣品。

取出樣品稱量后置于通風(fēng)處風(fēng)干，風(fēng)干樣品收集稱干質(zhì)量，計(jì)算含水率；分別過30、20、10 mm篩，將每道篩的篩上物稱量記錄，進(jìn)行粒徑分布測(cè)定；從10 mm篩篩下物取出2份樣品，其中一份送檢化驗(yàn)營(yíng)養(yǎng)成分及重金屬含量，另一份留存?zhèn)洳?；將各樣?0 mm篩上物進(jìn)行分揀并稱量得到組分構(gòu)成，將塑料、橡膠、織物、竹木等歸為可燃組分，石塊、陶瓷、玻璃、鐵絲等歸為石塊組分，其余部分歸為渣土組分；各樣品中可燃組分混合后測(cè)定熱值。

1.2 試驗(yàn)方法

該研究分析內(nèi)容包括垃圾粒徑分布、物理組成及含水率；渣土（粒徑＜10 mm） 組分的含水率、pH、有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、總鉻、鉛、汞、砷、鎘；易燃組分的水分、灰分、可燃分、熱值等。主要分析項(xiàng)目與方法見表1。

1.1 樣品處理

樣品取自動(dòng)遷后的大連毛塋子垃圾暫存場(chǎng)，占地面積2．8萬m2，填埋體平均高度為10 m，壓實(shí)后的容量為19．9萬m3，垃圾的填埋時(shí)間為2000—2003年。為科學(xué)考量存量垃圾分層特性，

2 結(jié)果與分析

2.1 物理性質(zhì)

垃圾樣品呈黑色，無異味，含石塊等無機(jī)物及含較多的難降解有機(jī)物，其余為塊狀土壤類物質(zhì)，黑色、易分散、質(zhì)地較均勻。從外觀性狀觀察其已完全不具備原始垃圾的特征，已腐化為較為穩(wěn)定的類似土壤的物質(zhì)。性狀與垃圾的填埋時(shí)間 （2000—2003年） 相符，郭亞麗等［2］對(duì)老港垃圾填埋場(chǎng)6 a陳垃圾形狀表征也相似，與垃圾堆體的動(dòng)遷歷史相吻合。隨填埋年限的增加，初期生物水解酸化階段產(chǎn)物逐漸損耗，填埋垃圾呈現(xiàn)堿化趨勢(shì)，各取樣pH為8．92～10．52。

將各取樣點(diǎn)不同深度的樣品組分含量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，同一打孔深度范圍含量取平均值，得到了堆體不同深度各組成成分含量，如表2所示。

表1 分析項(xiàng)目與分析方法

表2 不同填埋深度垃圾各組分平均含量%

磚石、渣土與可燃組分平均含量分別為19%、65%、16%，由于城市生活垃圾組成結(jié)構(gòu)變化不大，使得各成分含量隨深度變化不明顯，渣土含量遠(yuǎn)高于其他組分，這也與大部分相關(guān)研究結(jié)果契合。此外，筆者還對(duì)各樣品含水率進(jìn)行測(cè)定，平均含水率為7．5%，垃圾含水率隨深度變化無規(guī)律性，最大值為10．6%，最小值為4．03%，垃圾中含水率較高的果蔬等有機(jī)物經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間堆置，由生物降解后擠壓出的水分隨滲瀝液排除，陳垃圾中的水分同一般土體相同，主要包括結(jié)合水、毛細(xì)管水、膜狀水及吸附水，含水率相對(duì)比較穩(wěn)定。

2.2 粒徑分布

將各取樣點(diǎn)不同深度樣品過10、20、30 mm篩，稱量并計(jì)算10、10～20、20～30、30 mm以上各粒徑范圍垃圾質(zhì)量分?jǐn)?shù)，對(duì)樣點(diǎn)不同深度粒徑分布含量取平均值便得到了各取樣點(diǎn)粒徑分布曲線，見圖1，可見樣品粒徑分布相對(duì)穩(wěn)定。

堆體垂直粒徑分布變化不大，計(jì)算得出表3結(jié)果。另外，篩分過程中可發(fā)現(xiàn)，可燃組分絕大多數(shù)集中在30 mm篩上物中，石塊多集中于20 mm以上篩上物中，渣土集中在20 mm以下篩下物中，渣土含量高、石塊密度大，因此各范圍粒徑垃圾質(zhì)量分布呈現(xiàn)圖1趨勢(shì)。

圖1 各取樣點(diǎn)不同粒徑垃圾平均含量

表3 不同深度粒徑分布%

2.3 可燃組分熱值

30 mm篩上物中可燃組分主要包括塑料、橡膠、織物、竹木等，這些物質(zhì)也是生活垃圾中主要熱值供給組分［3］，其他物質(zhì)如灰土、石塊、玻璃等不可燃或者熱值極低。該部分混合物含水率及熱值測(cè)定結(jié)果如表4所示。

表4 熱值化驗(yàn)數(shù)據(jù)

可燃組分濕基低位熱值為8 568～12 847 kJ/kg，達(dá)到焚燒要求［4］，與可焚燒發(fā)電新鮮垃圾相比，其濕基低位熱值高出71%～160%，因此，粒徑30 mm以上的垃圾經(jīng)分揀后可回收用于直接焚燒或用于提高焚燒垃圾熱值輔助燃燒。

2.4 渣土營(yíng)養(yǎng)成分及重金屬含量

垃圾經(jīng)多年填埋，除一些無機(jī)物質(zhì)如玻璃、金屬、磚頭等，大部分有機(jī)物經(jīng)微生物厭氧發(fā)酵作用被充分降解，使得垃圾土富含多種營(yíng)養(yǎng)元素及豐富有機(jī)質(zhì)。筆者對(duì)粒徑小于10 mm的細(xì)料渣土成分進(jìn)行了有機(jī)質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)元素及重金屬含量測(cè)定分析。

2.4.1 有機(jī)質(zhì)含量

垃圾無害化過程實(shí)際上是垃圾中有機(jī)質(zhì)下降的過程，楊玉江等［5］對(duì)上海老港垃圾填埋場(chǎng)不同年份垃圾有機(jī)質(zhì)含量進(jìn)行測(cè)定，研究表明，隨著填埋年限的增加，有機(jī)質(zhì)含量呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢(shì)。王里奧等［6］也指出，易降解有機(jī)物可作為評(píng)價(jià)垃圾穩(wěn)定化的指標(biāo)之一，并得出各穩(wěn)定化程度對(duì)應(yīng)的易降解有機(jī)質(zhì)范圍。

筆者對(duì)所取24組樣品篩分后進(jìn)行有機(jī)質(zhì)測(cè)定，各組測(cè)定值為10．79%～20．55%，有機(jī)質(zhì)平均含量為16．15%，符合填埋10 a左右垃圾特性，同時(shí)達(dá)到農(nóng)田堆肥有機(jī)質(zhì)質(zhì)量含量（不小于10%）標(biāo)準(zhǔn)。圖2反映了有機(jī)質(zhì)含量隨填埋深度的變化規(guī)律：隨填埋深度的增加，有機(jī)質(zhì)含量基本呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢(shì)，上層垃圾孔隙度相對(duì)較大，使得在相對(duì)含氧量較高條件下有機(jī)物降解速度較快，而中下層含量變化不明顯。

圖2 有機(jī)質(zhì)含量隨深度變化曲線

此外，采用土壤腐殖酸組成測(cè)定法對(duì)垃圾土中腐殖酸、胡敏酸、富里酸含量測(cè)定結(jié)果顯示，干土腐植酸測(cè)定平均值為1．676%，該測(cè)定值為采用同樣方法對(duì)耕層土壤腐殖酸含量測(cè)定值的24倍［7］。HA/FA 比例為 1．19，比一般土壤 （小于 1）和堆肥 （約為 1） 高［8］。

2.4.2 營(yíng)養(yǎng)元素含量

將各樣點(diǎn)不同深度陳垃圾中營(yíng)養(yǎng)元素含量平均值與堆肥質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)［9］及遼寧省農(nóng)田土壤［10］養(yǎng)分含量進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如表5所示。

表5 垃圾土營(yíng)養(yǎng)元素含量%

由表5可以看出，垃圾土中全氮及全磷含量均高于遼寧地區(qū)農(nóng)田土壤氮磷含量，但較堆肥質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)有一定差距；全鉀雖低于農(nóng)田土壤中含量但已基本接近堆肥質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

2.4.3 重金屬含量

由于棄置前未經(jīng)嚴(yán)格分類回收處理，垃圾中混有部分含有重金屬物質(zhì)，如廣泛存在并呈增加趨勢(shì)的電子垃圾等。重金屬主要存在于陳垃圾及滲瀝液中，其含量需要嚴(yán)格控制，以防止進(jìn)入食物鏈中對(duì)生態(tài)環(huán)境及人體健康造成危害，這在很大程度上縮小了垃圾土的應(yīng)用范圍。圖3反映了不同深度渣土中重金屬含量平均值與堆肥質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)比情況。

圖3 重金屬含量及變化曲線

如圖3所示，經(jīng)過篩分的垃圾土中總鉻（Cr）、總鉛（Pb） 含量超標(biāo)，兩者平均超標(biāo)59．2%、73．1%；上中層樣品總鎘含量數(shù)據(jù)異常；且上層重金屬含量絕大部分稍低，這可能與其擴(kuò)散遷移規(guī)律有關(guān)。

3 結(jié)論

1） 經(jīng)9～12 a的填埋，大連毛塋子生活垃圾填埋場(chǎng)暫存垃圾已具有較為穩(wěn)定的性狀，無異味產(chǎn)生，除部分大顆粒無機(jī)物和大塊難降解有機(jī)物外，其余部分已基本腐化為較為穩(wěn)定的似土壤類物質(zhì)，可以開采使用。

2） 存量垃圾主要組成成分為渣土，經(jīng)30、20、10 mm篩分后，30 mm篩上可燃組分可用于垃圾輔助焚燒發(fā)電，由于可燃組分的主要成分是塑料、橡膠等，其低位熱值遠(yuǎn)高于新鮮垃圾，可以改善新鮮垃圾的焚燒性能。

3）10 mm篩下渣土物質(zhì)經(jīng)處理可用于速生林或草皮培植的營(yíng)養(yǎng)土，由于部分重金屬超標(biāo)不宜進(jìn)入食物鏈，但營(yíng)養(yǎng)成分含量較高，總氮、總磷含量均高于遼寧省境內(nèi)農(nóng)田土壤中的含量，總鉀與有機(jī)質(zhì)含量也達(dá)到堆肥標(biāo)準(zhǔn)，調(diào)整后作為城市綠化營(yíng)養(yǎng)土可有效促進(jìn)速生林或草皮的生長(zhǎng)。

4）其余組分作為覆土回填、建筑材料，可有效節(jié)省所需的土壤資源。另外，作為一種礦化垃圾，渣土中含有大量適應(yīng)堆填環(huán)境的有效微生物菌群，可作為生物反應(yīng)床對(duì)滲瀝液等廢液進(jìn)行生物處理的材料。

5）開采后的存量垃圾經(jīng)過科學(xué)、有效資源化利用，可實(shí)現(xiàn)在土地資源再生及合理分配的同時(shí)使廢物回收后最大化低風(fēng)險(xiǎn)、低成本應(yīng)用。

［1］黃勇．沿海垃圾填埋場(chǎng)滲濾液對(duì)海洋環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估：以大連毛塋子垃圾填埋場(chǎng)為例［D］．大連：大連海事大學(xué)，2010．

［2］郭亞麗，趙由才，徐迪民．上海老港生活垃圾填埋場(chǎng)陳垃圾的基本特性研究［J］．上海環(huán)境科學(xué)，2001，21（11）：669-679．

［3］李旭玲，胡美莉．提高生活垃圾熱值的有效途徑［J］．環(huán)境衛(wèi)生工程，2007，15 （5）：46-48．

［4］李愛民，李東風(fēng)，徐曉霞．城市垃圾與處理改善焚燒特性的探討［J］．環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2008，2（6）：831-834．

［5］楊玉江，趙由才．老港生活垃圾填埋場(chǎng)垃圾組成和資源化價(jià)值研究［J］．環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2007，1（2）：116-118．

［6］王里奧，林建偉，劉元元．城市生活垃圾簡(jiǎn)易堆放場(chǎng)穩(wěn)定化周期的研究［J］．上海環(huán)境科學(xué)，2003（2）：89-94．

［7］曹鵬，李華，李永清，等．兩種測(cè)定風(fēng)化煤與土壤腐殖酸含量方法的比較［J］．中國(guó)農(nóng)業(yè)通報(bào)，2007，23（1）：277-279．

［8］張維，岳波，張?jiān)鰪?qiáng)，等．準(zhǔn)好氧和厭氧填埋陳腐垃圾的穩(wěn)定化特性［J］．土木建筑與環(huán)境工程，2010，32（4）：119-124．

［9］廖利，吳學(xué)龍，梁榮華，等．深圳鹽田垃圾場(chǎng)陳垃圾基本特性的測(cè)試研究［J］．武漢城市建設(shè)學(xué)院學(xué)報(bào)，1999，16（1）：63．

［10］呂國(guó)紅，張玉書，陳鵬獅，等．遼寧農(nóng)田土壤全量養(yǎng)分空間分布［J］．安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，38（7）：3601-3604．

Feasibility of Aged Waste Excavation in Maoyingzi Waste Landfill Site

Gu Xuefeng1,Tang Jun1,Chen Lei1,Li Fangran2
（1．Dalian TEDA Environmental Protection Co．,Ltd,Dalian Liaoning 116023;2．Department of Environmental Science and Engineering,Tianjin University of Science&Technology,Tianjin 300457）

The aged waste in Maoyingzi Waste Landfill Site of Dalian was excavated for samples used for determined the particle distribution,composition,water content,pH,organic matter,nutrition element,and heavy metal content．The feasibility of excavation for the aged waste was discussed．The result showed that the aged waste was mineralized in the main,detected as weakly alkaline,and reached the requirement of excavation．After screening,the combustible component with particle size above 30 mm can be used for improving the performance of waste incineration,its water content was about 20%,and lower heat value was 8 568～12 847 kJ/kg．The screened residue below 10 mm can be used for urban greening cultivated soil．N,P and K were abundant,but Cr and Cd exceeded the standard by 50%～70%．The effects of landfill depths on the indexes were also analyzed．

aged waste；excavation；screening；reclamation

X705

A

1005-8206（2012）05-0018-04

科技部國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2012BAC05B 04）；大連市科技計(jì)劃資助項(xiàng)目（2011E13SF 040）

2012-04-19

谷學(xué)峰（1977—），工程師，研究方向?yàn)榄h(huán)境工程與環(huán)保設(shè)備。E-mail：gu_xf1977@163．com。

（責(zé)任編輯：鄭雯）