北京市簡易生活垃圾堆填場垃圾成分特性研究

劉曉娜，韓 華，周宏磊

（1.北京市勘察設(shè)計研究院有限公司；2.北京市環(huán)境巖土工程技術(shù)研究中心，北京 100038）

經(jīng)調(diào)查，長期以來，北京市建設(shè)了多處簡易垃圾堆填場。本文選擇21處以生活垃圾為主要成分的簡易垃圾堆填場，其主要分布在朝陽區(qū)、豐臺區(qū)、通州區(qū)、大興區(qū)、密云區(qū)、昌平區(qū)及順義區(qū)等地，其垃圾體量規(guī)模較大，且垃圾填埋時間具有一定的連續(xù)性。本文統(tǒng)計了北京市2010-2016年多處簡易生活垃圾堆填場的勘查成果，分析了不同填埋年限的簡易生活垃圾堆填場垃圾成分、垃圾滲透性、滲濾液及填埋氣等的基本特性，以期推進北京市簡易生活垃圾堆填場垃圾特性數(shù)據(jù)庫建設(shè)。

1 物理成分

根據(jù)垃圾樣品檢測結(jié)果，上述21處堆填場的生活垃圾體量范圍為1.1～382.5萬m3，生活垃圾體量在10萬m3以內(nèi)的堆填場有9個，10～100萬m3以內(nèi)的堆填場有8個，100萬m3以上的堆填場有4個。垃圾成分以混合類（腐殖土）、磚瓦陶瓷類為主，其平均含量分別介于38.3%～85.7%、11.7%～43.7%。

根據(jù)2012年北京市生活垃圾物理成分統(tǒng)計結(jié)果，新鮮生活垃圾組分特征較為一致，主要物理成分為廚余垃圾（53.17%～54.89%）、紙類（16.66%～18.76%）及塑料（17.77%～19.47%）；陳腐垃圾主要成分為橡塑類（36.98%～75.53%）、磚瓦陶瓷類垃圾（0%～20.3%）等。經(jīng)分析，北京市阿蘇衛(wèi)衛(wèi)生填埋場新鮮垃圾組分以有機組分（塑料、織物、紙類、木頭等）為主，含量介于57.58%～62.16%，5年以上陳腐垃圾以無機物（灰土）為主，含量介于59.58%～70.66%。對比上述簡易垃圾堆填場和衛(wèi)生垃圾填埋場垃圾組分可知，鑒于垃圾來源與成分各不相同，其物理成分相差較大。

2 有機質(zhì)含量

本研究選取14個堆填場進行垃圾有機質(zhì)含量分析。其中，11處堆填場垃圾填埋時間超過10年，其有機質(zhì)含量一般小于10%；其余3處填埋時間一般介于3～10年，有機質(zhì)含量為10%～20%。由此可以看出，隨著填埋年限的增加，堆填場有機質(zhì)含量逐漸下降。同時，針對朝陽區(qū)垃圾堆填場（齡期為3～5年）不同深度處垃圾的有機質(zhì)含量進行檢測。檢測結(jié)果表明，生活垃圾土的有機質(zhì)含量大于混合垃圾土的有機質(zhì)含量；在生活垃圾集中填埋區(qū)，大部分采樣孔中，有機質(zhì)含量隨采樣深度的增加而增大；飽和帶的垃圾有機質(zhì)含量普遍大于包氣帶的有機質(zhì)含量[1]。

3 垃圾滲透性

垃圾堆體的平均滲透系數(shù)的數(shù)量級約為10-3cm/s[2-3]。試驗分析表明，經(jīng)初步壓實的垃圾堆體在未承擔上覆荷載時，滲透系數(shù)約為10-3cm/s。垃圾土的滲透系數(shù)如表1所示。

表1 垃圾土的滲透系數(shù)

為研究北京市簡易生活垃圾-混合垃圾堆體的滲透性，本研究在大興區(qū)堆填場開展了垃圾土現(xiàn)場提水試驗。試驗結(jié)果如下：鉆孔a#、b#揭露的垃圾類型主要是混合垃圾，厚度較大，含有磚塊、木塊等，因而垃圾間的孔隙較生活垃圾填埋區(qū)大，滲濾液水位恢復較快；鉆孔c#揭露的垃圾類型主要為生活垃圾，腐殖土等細顆粒成分含量較高，磚瓦含量較小，因而滲濾液水位恢復時間較長。

另外，根據(jù)北京另一簡易垃圾堆填場垃圾土的室內(nèi)滲透試驗結(jié)果，對每組土樣來說，垃圾土的滲透系數(shù)隨制樣干密度的增大而減小。在較小干密度條件下測得的滲透系數(shù)與表1數(shù)據(jù)基本吻合，均為10-4～10-3cm/s量級，而用較大的干密度制樣，滲透系數(shù)則明顯減小，一般為10-7～10-5cm/s量級，甚至有10-8cm/s量級的情況。

4 滲濾液特性

下面利用分布在石景山區(qū)、大興區(qū)、豐臺區(qū)、朝陽區(qū)及昌平區(qū)的5個簡易生活垃圾堆填場進行垃圾滲濾液特性分析。滲濾液水質(zhì)特性受垃圾成分影響較大，滲濾液中的CODCr、BOD5主要由廚余有機物產(chǎn)生，生物降解含氮類有機物時會產(chǎn)生氨氮。上述5個堆填場的垃圾成分以生活垃圾為主，因此其滲濾液中含量較大的污染物主要為有機物和氨氮，這與滲濾液檢測結(jié)果是一致的。根據(jù)《生活垃圾填埋場污染控制標準》（GB 16889—2008），5個簡易生活垃圾堆填場中，CODCr最大超標倍數(shù)為36.91倍，BOD5最大超標倍數(shù)為16.46倍，氨氮最大超標倍數(shù)為109.9倍。

簡易生活垃圾堆填場中，石景山區(qū)堆填場垃圾填埋時間最長（齡期約25年），其有機質(zhì)（CODCr和BOD5）及氨氮含量最低，最大超標倍數(shù)分別為4.31倍、4.65倍、6.80倍；大興區(qū)堆填場垃圾齡期約為15年，其有機質(zhì)（CODCr和BOD5）及氨氮最大超標倍數(shù)分別為8.39倍、5.40倍、10.72倍；豐臺區(qū)堆填場垃圾齡期約為13年，但其CODCr、BOD5的最大超標倍數(shù)可達69.9、58.0倍；朝陽區(qū)堆填場和昌平區(qū)堆填場垃圾齡期相差不大，約為8年，朝陽區(qū)堆填場有機質(zhì)含量（CODCr和BOD5）稍微低于昌平區(qū)堆填場。

滲濾液水質(zhì)除了與垃圾成分、垃圾填埋齡期有關(guān)外，還與地下水之間的水力聯(lián)系存在密切關(guān)系。根據(jù)上述5個垃圾堆填場的勘查成果，石景山區(qū)、朝陽區(qū)、大興區(qū)3個垃圾堆體的最大填埋深度分別為11、20、13 m，地下水最小埋深分別為0.5、7.0、5.0 m，3個堆體部分區(qū)域已受到地下水浸泡影響，滲濾液與地下水存在一定的水力聯(lián)系，直接影響滲濾液水質(zhì)。昌平區(qū)與豐臺區(qū)2個堆填場底部鋪設(shè)了防滲膜，與地下水無明顯的水力聯(lián)系。因此，雖然豐臺區(qū)堆填場垃圾齡期較長，但其滲濾液濃度較高，而昌平區(qū)堆填場滲濾液水質(zhì)也比同齡期的堆填場滲濾液水質(zhì)差。

石景山區(qū)、大興區(qū)及豐臺區(qū)3個垃圾堆填場填埋時間較長，理論上已成為“老年”堆填場。3個堆填場的滲濾液pH均大于7.5，CODCr含量均小于5 g/L，但其BOD5/CODCr的比值大于0.1，不完全滿足“老年”垃圾堆填場滲濾液水質(zhì)特性。這說明在判斷滲濾液性質(zhì)時不能完全依賴填埋時間，需要綜合考慮其他因素。

5 填埋氣甲烷特性

下面選取8處不同填埋年齡且成分以生活垃圾為主的垃圾堆填場垃圾進行分析，其CH4氣體產(chǎn)生量與垃圾填埋年齡的對應關(guān)系如下：隨著堆填場垃圾填埋時間的增加，在微生物作用下，垃圾中的有機質(zhì)逐漸降解，CH4平均含量也逐漸下降。

上述垃圾堆填場垃圾成分均以生活垃圾為主，但堆填條件具有非均質(zhì)性，導致產(chǎn)生的CH4擴散途徑各異，因此對同一垃圾堆填場來說，不同點位、不同深度測得的CH4氣體含量差別較大。以朝陽區(qū)垃圾堆填場為例，根據(jù)2015年測得的CH4含量，對于大部分監(jiān)測點來說，CH4含量隨深度的增加而降低。

填埋氣在垃圾堆體中遷移運動的機理主要有三類：壓差作用下產(chǎn)生的對流運輸、濃度差作用下產(chǎn)生的濃度擴散及遷移運動的速度脈動引起的填埋氣瞬時運動。研究表明，達西定律同樣適用于填埋氣在垃圾體中的遷移。

根據(jù)勘查成果，朝陽區(qū)垃圾堆填場主要分為生活垃圾填埋區(qū)、建筑渣土填埋區(qū)及混合垃圾填埋區(qū)。生活垃圾填埋區(qū)有機質(zhì)含量較高，CH4含量較高，最高可達77%；建筑渣土填埋區(qū)無有機垃圾，因此CH4含量近似為零；混合垃圾填埋區(qū)西側(cè)無垃圾填埋，根據(jù)現(xiàn)場檢測結(jié)果，CH4含量最高可達6%，這說明混合垃圾填埋區(qū)CH4發(fā)生了橫向遷移，橫向影響最長距離約為34 m。

通州區(qū)垃圾堆填場由混合垃圾填埋區(qū)、其他填土填埋區(qū)（黏性土和粉土填土）及無垃圾填埋區(qū)構(gòu)成?；旌侠盥駞^(qū)的CH4含量較大，且各處含量差異較大，變化范圍為0%～75%。其他垃圾填埋區(qū)無有機質(zhì)垃圾填埋，不會產(chǎn)生CH4氣體。但是，現(xiàn)場檢測發(fā)現(xiàn)，距離混合填埋區(qū)西側(cè)約60 m處檢測到CH4，含量為0.5%。這表明在壓力差作用下CH4也發(fā)生了橫向遷移。

6 結(jié)論

北京市簡易生活垃圾堆填場垃圾成分以腐殖土、磚瓦陶瓷類為主；有機質(zhì)含量隨垃圾填埋時間及深度的增加而降低，填埋年齡超過10年的垃圾有機質(zhì)含量一般小于10%；滲透性是垃圾土的重要特性之一，其大小隨壓實程度的變化而變化，一般為10-7～10-3cm/s。北京市以生活垃圾為主要成分的簡易垃圾堆填場滲濾液主要超標物質(zhì)為有機質(zhì)和含氨物質(zhì)，其濃度一般隨填埋年齡的增大而降低。除填埋時間外，堆填場是否與地下水存在水力聯(lián)系也是影響滲濾液濃度的重要因素。CH4平均含量隨垃圾填埋時間及深度的增加而降低。在氣體壓差、濃度差等因素影響下，CH4在垃圾體中不斷遷移，進而影響非垃圾堆積區(qū)，橫向擴散距離為30～60 m。