生活垃圾填埋场矿化垃圾分选研究
城市生活垃圾填埋场的开采一可以获得土地资源；二可以使填埋场重复使用；三可以获得可回收利用的资源。国内外对垃圾填埋场的开采利用研究已有报道 [1-3]。为了使开采出来的垃圾充分得到资源化利用，应对其进行筛分研究，以了解不同填埋龄垃圾的组成及百分含量。笔者对上海市老港生活垃圾填埋场填埋龄为1～14年的垃圾进行了分选研究，以探求填埋生活垃圾组分随填埋龄的变化情况，并分析其变化的原因。
1 研究内容和方法
1.1垃圾填埋场概况及开采取样
1.1.1垃圾填埋场概况
上海老港生活垃圾填埋场位于南汇县老港镇的东海之滨，距上海市中心约60km，系由东海滩涂经围垦筑堤而成，是个典型的平原垃圾填埋场；填埋场占地约 340hm2，分为1、2、3号填埋区(也称为1、2、3期工程)，其中1号填埋区占地约160hm2，2号填埋区约100hm2，3号填埋区约 80hm2；每个填埋区用粉质粘土分隔围成若干个填埋单元，单元面积约为400m×125m，整个填埋场共隔成56个填埋单元；垃圾填埋作业时，按单元分层填埋，每层垃圾填埋厚度约为1m，分层压实，每个单元填埋垃圾的总高度约为4m，约填埋3个月封场。老港生活垃圾填埋场于1985年底开始建设，从 1989年10月运转至2004年底，3个填埋区已基本填满，平均日填埋生活垃圾约6000～8000t(船吨位)。从2005年1月开始，生活垃圾填于 4号填埋区(即第4期工程)。此填埋场是我国目前最大的生活垃圾填埋场。根据上海市南汇气象台2004年1月至12月气象资料统计，南汇区平均气温 16.2℃，其中最高气温38.9℃，最低气温1.5℃；全年降水量1036.1mm；全年蒸发量1602.8mm，年日照率为49.5%(气象资料由上海老港生活垃圾处置场提供)。
1.1.2开采取样
采样方法：参照土壤分析方法[4]和随机采样的方法[5]采集矿化垃圾样品。由于城市生活垃圾特性具有季节性变化的特征，结合老港填埋场提供的历史记录和生活垃圾春夏和秋冬两季的明显差异，忽略不同季节生活垃圾填埋量的差异，从老港场 1991—2004年封场单元中随机抽取采样单元，分层采集矿化垃圾样品。
采样单元：所抽取采样单元的填埋时间及填埋龄如表1所示。
表1矿化垃圾采样单元情况 |
采样时间：为便于开采作业和垃圾装运，采样选择在没有降雨和大风的天气，此次采样时间选择在2005年4月中旬到5月中旬，历时约1个月。
采样工具和步骤：采用挖掘机对开采单元分层开挖取样。将表层花草和表层覆盖土(30～50cm厚)铲去。分层开挖。每层取样重约200kg，每单元取样重800kg。将样品运至矿化垃圾试验分选场。
1.2分选方法
将样品按编号分摊在HDPE膜上，自然晾干24h；各单元垃圾晾干前后的含水率见表2。其中晾干前的含水率为开采出来后在现场采样所测得各单元4层垃圾含水率的平均值。
表2 矿化垃圾晾干前后的含水率 |
从表2可看出，填埋龄在6年以上的矿化垃圾样品晾干前的含水率较高，约为40%，但挖出来后，矿化垃圾的持水能力不强，渗滤液马上从垃圾中滤出；填埋龄短的单元渗滤液较少，因垃圾降解时需要水分，含水率略低。经过24h晾干后，各填埋龄的含水率接近，说明填埋龄长的垃圾易于晾干，其持水能力低于填埋龄短的垃圾。
分选方法为人工手选，因人工手选可以按分类要求细化，且分选结果较准确。
2 结果与讨论
2.1开采取样现场的直观结果
(1)填埋龄长，表层植被好。从所取样的填埋单元表层可以发现，填埋龄在4年以上时，表层植被良好。因为：①填埋龄短的垃圾产气率高，影响花草、植物的生长；②填埋龄短，堆体表层覆盖土易被暴雨冲刷，如填埋龄为1～4年的填埋单元表层覆土有明显的雨水冲刷沟。
(2) 填埋龄长，垃圾开采取样孔内渗滤液水位较高；反之，则垃圾开采取样孔内渗滤液水位较低。填埋龄大于4年的单元，当开挖深约为1.5m时，有大量的渗滤液涌入开挖孔内，在此深度以下的垃圾完全浸泡在渗滤液中；而最近3年填埋的单元，当开挖到最底层时，要等0.5h以上，才能取到渗滤液；填埋龄为1年的单元，根本就取不到渗滤液。这是由于：①老港填埋场属于平原型垃圾填埋场，垃圾填埋龄越长，垃圾稳定化程度越好，其水力性能越好，渗滤液及地下水等易于渗流涌入开挖孔内。②填埋龄越短，垃圾还未完全降解，填埋堆体高度还未沉降。如填埋龄小于4年的堆体，其平均标高出填埋单元之间的道路标高约2～3m，特别是 2004年填埋的堆体高出道路标高约5～6m，故取不到渗滤液。
(3)填埋龄长，开挖取样时气味较淡。填埋龄短的单元，开挖时，气味非常浓，刺鼻难受；而填埋龄6年以上的垃圾气味较小，且填埋龄越长，气味越淡。因为垃圾填埋龄越长，垃圾降解越彻底，即垃圾稳定化程度越好，散发出来的有害气体也越少。
(4) 填埋龄长，泥土类含量多。从开采出来的垃圾外观看，填埋龄在5年以上的垃圾样品中，大块物品为塑料和塑纤(如鱼网、编织袋等)、帆布、橡胶、砖、石、瓦块、木块、竹块、玻璃等，小块物品除上述细料外，多数为颗粒状泥土类物质，且其持水性不强；而填埋龄短的垃圾样品中，除上述大块物品外，小块物品中的泥土类物质呈团状，含水率高。
2.2垃圾填埋龄与垃圾组分
对开挖出来的每个单元每一层(共4层)垃圾样品，用手工进行分选，共分为砖头、石头、瓦块类，玻璃类，木块、竹块、骨头类，塑料(塑料袋、塑料薄膜)、硬质塑料(塑料盖、塑料饭盒等)、橡胶类，金属类等类别，然后用50mm筛孔的筛进行筛分，再进行归类、称重(将各个单元4层垃圾同一个组分的百分比按加权平均值计)，结果见表3。
表3 矿化垃圾填埋龄与各组分质量分数% |
注：表中未将垃圾中分选出来的电池计入到成分中去。根据分选记录，填埋龄为5年以上的每个单元中平均有2～3粒5号或7号小干电池；填埋龄为4年以下的单元中平均有0～1粒5号或7号小干电池。
从表3可看出，填埋龄在8年以上矿化垃圾细料的百分比约60%，塑料类、纤维类所占比例小，特别是填埋龄在13年以上的矿化垃圾细料比例约达70%。填埋龄低于5年的垃圾中，砖头类、木块类塑料类、纤维类比例较高，垃圾细料比例较低，低于40%；特别是填埋龄为1～2年的垃圾中，垃圾细料比例小于20%。
根据表3的结果，分析其主要原因有：
(1)燃料结构的改变。早期，上海市居民燃料结构由煤、液化气、天然气构成，未完全禁止燃煤。上海市于1996年实施有关燃气结构的管理条例，禁止市区居民燃烧煤炭。因此，1996年前(垃圾填埋龄大于8年)矿化垃圾细料成分所占比例自然会比1996 年后的垃圾细料高一些，而且填埋龄越长矿化垃圾细料越高。
(2)单元填埋有利于垃圾降解。单元填埋法有利于垃圾降解的原因有：①填埋龄6年以上的垃圾压实度未达到设计要求，甚至未压实，垃圾空隙大，有利于空气进入垃圾中，使垃圾处于好氧或准好氧状态；②垃圾的密实度小，易于降解；③老港场用 HDPE膜进行日覆盖，第二天填埋作业时，将HDPE膜掀开，在原填埋的垃圾上继续填埋垃圾，未用粘土覆盖，雨水易进入垃圾，利于垃圾降解；④终场后未铺设阻隔雨水的HDPE膜，雨水易进入垃圾中，填埋气体易释放，利于垃圾降解。
(3)早期填埋的垃圾细料已趋于稳定。Zhao[6]、郭亚丽等[7]对上海市老港填埋场垃圾特性进行了研究，结果表明，填埋龄在8年以上的矿化垃圾的矿化度已趋稳定。
(4) 垃圾中塑料类成分呈递增趋势。近6年来垃圾中塑料类成分高达30%，且呈增长的趋势，因为近年来塑料袋包装非常盛行。塑料袋装垃圾，既难降解，又在分选中增加破袋工序，尤其是当垃圾基本稳定后，填埋场中塑料类(塑料、泡沫、纤维、硬塑和橡胶等)成分的体积约占填埋场总体积的1/3，浪费了填埋场的有效容积。
(5)近几年，垃圾中玻璃、竹、木和金属等物品所占比例提高了。根据国外的经验[8]，随着生活水平的提高，原生生活垃圾中的玻璃、竹、木和金属等组分所占比例呈增长的趋势。
(6)建筑垃圾增多。近几年建筑业与家庭装修业旺盛，垃圾中，砖头、瓦块类建筑垃圾成分较多。
(7)医疗业家庭化。分选时发现，填埋龄在1～3年的垃圾中有少量医用垃圾，如一次性注射器和针头等。因上海市的医用垃圾专门收集，并有跟踪监测措施，这些医用垃圾多为家庭医用垃圾。
(8)原生垃圾进行了初步有偿分拣。开挖时垃圾中大件(直径大于120mm)多为不可利用的帆布、尼龙网、塑料袋、泡沫和纤维类等，可回收利用的木材、金属、硬纸板和橡胶等物极少。据调查，原生垃圾在垃圾中转站进行了初选，在老港填埋场，拾荒者又进行了选拣。
2.3填埋龄与筛分粒径组成
对上述分选的垃圾再分别用筛孔孔径为50、40、30、20、10mm的手动筛进行筛分。从筛分的最初情况来看，筛孔孔径的规格太密，其不同粒径质量分数可比性不强，后经多次试验，选用50、20mm两种规格的筛对垃圾样品进行筛分，筛分结果见表4。
从表4可看出，垃圾填埋龄在5年以内时，粒径小于20mm的细料所占比例较小，且填埋龄越短，比例越小，如填埋龄为1～2年时，小于20mm粒径的垃圾低于 20%。填埋龄在6～12年时，3种粒径垃圾的比例基本接近，但填埋龄为13、14年时，粒径大于50mm的垃圾所占比例低于20%，而粒径小于20mm 的细料所占比例高于50%。
表4 垃圾筛分粒径质量分数%  |
2.4相同填埋龄与垃圾组分
在分选时发现，同一填埋单元不同填埋层垃圾的组分与百分组成相差不大。但同一填埋单元中第1、2层垃圾细料略多于第3、4层的垃圾细料，因为上层的垃圾处于好氧和准好氧状态，且密实度较小、呈松散结构垃圾易降解，而下层的垃圾长期泡在渗滤液中，密实度较大，又处于厌氧状态，比上层的垃圾降解速度慢一些。
2.5矿化垃圾分选产品的资源化利用途径
(1)金属、玻璃回收后出售。
(2)废塑料、橡胶的用途有[9]：①作燃料，与矿化垃圾中可燃烧的成分如木块、竹块等均可以送往垃圾焚烧场作为燃料，或制成固形燃料(Refuse Derived Fuel，RDF)出售；②热解制油；③造粒；④再生成各种塑料、橡胶器具。
(3)大块无机物材料如砖头、石头类经破碎后可用作各种建筑材料[10]。
(4) 通过对上海市老港填埋场垃圾特性的分析，不同填埋龄矿化垃圾筛分后的细料(粒径小于20mm)的用途有：填埋龄在5年内的适合用于城市园林绿化肥料 [11]；填埋龄在6～9年的适合用作垃圾填埋场封场后的表层营养土；老港场已有应用示范工程，在填埋龄10年以上的试验单元上用矿化垃圾细料作营养土培植苗圃；填埋龄在10～15年的适合于作污、废水(垃圾渗滤液、畜禽废水等)的处理介质[12-14]；填埋龄大于15年的适合于作填埋场的日覆盖材料和终场覆盖材料，填埋龄大于15年的矿化垃圾中煤炭灰分含量较高，密实性能较好[15]。
3 结论
(1)上海老港生活垃圾填埋场，填埋龄越短，开采出来的垃圾中，塑料类组成所占比例越大。近7年来的矿化垃圾中塑料类组分约占30%，其体积约占开挖垃圾的1/3，而塑料又很难降解。对这部分垃圾经资源化利用后，使重新获得的填埋场容量大大增加，提高填埋场的容积利用率，从而节省土地资源。
(2)填埋龄越长，垃圾越稳定。填埋龄在8年以上矿化垃圾细料(粒径<50mm)的百分比约占60%，而填埋龄低于5年的垃圾中垃圾细料比例低于40%。垃圾填埋龄在6年以上时，矿化垃圾中易降解物已基本降解，垃圾趋于稳定化状态。
(3) 随着经济技术的发展，开采出来的矿化垃圾经分选后金属、玻璃可回收；塑料、橡胶、木、竹和纤维等可燃物可作燃料，塑料、橡胶还可再生；砖、石等可作建筑材料；不同填埋龄的矿化垃圾细料可作肥料、营养土、难降解废水处理介质和垃圾填埋场的日覆盖和终场覆盖土等用途，使分选后的物品得到有效的资源化利用。
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