水电工程移民安置区生活垃圾理化特性研究

徐劲草，陈伟胜

（1.中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都 610072；2.华北水利水电大学环境与市政工程学院，河南 郑州 450046）

我国西南山区大型水电工程移民安置区通常地处偏远，交通不便，安置区生活垃圾成为当地村镇污染的重要来源，由于缺乏有效的管理模式及合适的处理技术，垃圾多数靠河道坡地自然堆存或就地简易焚烧，对生态环境造成了严重污染，汛期随河流冲刷而下，对水电工程的安全运行形成了巨大风险[1-2]。近年来我国垃圾分类及处置工作持续深入推进，297 个地级以上城市已全面实施生活垃圾分类，居民小区平均覆盖率达到82.5%，也开始加强农村生活垃圾收运处置体系的建设[3]。但是，农村地区垃圾分类及处置工作起步较晚，先前国内研究者主要着眼于北京、上海、杭州等大城市生活垃圾特性的调查与分析，也有部分学者开始对三峡库区村镇生活垃圾和东部地区农村生活垃圾的特性展开调查研究，并开始尝试构建村镇生活垃圾的处理模式[4-11]。对于具有“点多、量小、分散”特点的水电工程移民安置区生活垃圾而言，尚缺乏基础的调查及特性研究。

为深入认识水电工程移民安置区生活垃圾的特点，构建合理的生活垃圾管理模式和有效处理技术，有必要对移民安置区的生活垃圾进行系统的调查与分析，研究其理化性质特点，为安置区生活垃圾的最终处理提供依据。

1 研究方法

依据《生活垃圾采样和分析方法》（CJ/T 313—2009）[12]和《生活垃圾化学特性通用检测方法》（CJ/T 96—2013）[13]，对典型移民安置区的居民生活垃圾进行了夏冬两季的取样调查，并对其组成成分、含水率、容重、热值等理化特性进行了分析、测定和计算。

1.1 垃圾样品来源

研究实验所用的生活垃圾全部采样自四川省石棉县大渡河沿线某移民安置区，该安置区人口数量1 000 人左右，年龄结构覆盖全面，经济水平存在差异，安置区生活垃圾处理现状为简单收运、河边堆置，有较强代表性。

1.2 实验设备

参考相关文献资料[14]和国家标准方法，垃圾分类采用手动分选，粒径筛分选择8、40、120 mm 孔径手动筛；称重采用量程为0～5 kg 台秤及0～100 kg 的磅秤；配套塑料箱、塑料桶及塑料膜若干。

1.3 实验及分析方法

实验在夏季8 月气温25～38 ℃，冬季12 月气温3～12 ℃进行，每个季节持续时间2 周左右，去除雨天影响，每天上午9 点采样一次，为保证采样均匀性，每点每次采样量不少于100 kg，采用四分法逐次缩分至不少于5 kg 样品，然后进行筛分、分选及测定。含水率采用105 ℃烘干法测定，热值采用氧弹量热计法。

2 结果及讨论

2.1 生活垃圾的粒径组成

生活垃圾的粒径（颗粒度）是描述生活垃圾颗粒大小的指标，由于生活垃圾多为不均匀性物料，仅采用特征尺寸难以对其粒径进行整体描述，因此，生活垃圾整体的粒径通常采用分布数据的方式予以描述，获得这些分布数据的基本方法是筛分实验。筛分结果如图1所示，不同粒径生活垃圾的质量分数如图2 所示。

图1 生活垃圾样品筛分曲线

由图1 和图2 可见，该移民安置区粒径为8～40 mm的生活垃圾质量分数均占比最大，分别为夏季占比23.65%，冬季占比26.51%。粒径〈8 mm 的细碎颗粒类垃圾在安置区生活垃圾中占比也比较高，分别为夏季占比21.44%，冬季占比25.37%。粒径〉80 mm 的一般都是塑料及纸类物品，分别为夏季占比40.78%，冬季占比31.49%，但是，粒径〉120 mm 的生活垃圾在夏季占比远高于冬季占比，经与生活垃圾的物理组成进行对照分析发现，粒径〉120 mm 的生活垃圾主要是饮料的包装盒等物品，在夏季的产生量远大于冬季。粒径是生活垃圾预处理的重要参数，尤其是对于可以作为资源回收利用的垃圾，粒径大小可显著影响降解速度和能源/资源转化率，也显著影响到处理的方式，部分粒度大的垃圾样品预处理要增加分解破碎的工作量。生活垃圾的粒度是选择处理技术方法与设施设计的重要基础型数据。粒度尺寸数据还可用于对其他固体废物物理性质的推测，从而有助于判断相关处理技术措施的适用性。

2.2 生活垃圾的组成成分

生活垃圾组成成分在一定程度上反映了居民的整体生活水平和生活方式，为考察移民安置区居民家庭新鲜垃圾物理组成特点和垃圾流节点（垃圾房）积存垃圾物理组成性质，通过对采集自样本户和垃圾房的样品分别进行了分拣。对取到的生活垃圾样品按果蔬厨余类（瓜果、蔬菜、皮核等）、纸品类（纸张和纸制品）、塑胶类（塑料、橡胶）、纺织类（天然和合成的布头、线）玻璃、金属、无机物（砖瓦、水泥、贝壳、泥土、陶瓷）、小于8 mm 的难以区分的计入混合类，分拣称量每个组分的质量并记录，计算生活垃圾各成分湿基百分含量，分析结果如图3 所示。

依据图3 的垃圾成分组成取样分析，冬夏两季生活垃圾均是以厨余（食品）垃圾、包装垃圾（主要为塑料、纸类）为主，其他部分所占比例都不大，纸类和塑料类垃圾主要是各种商品包装、方便袋，其组成含量已经接近城市内相应组成比例，充分说明在当前因农村经济条件和生活方式的改变及商品供应链的变化已使包装垃圾成为农村生活垃圾中的主要组成，显示出城市消费模式对农村的辐射效应，也提示了废品回收的潜力。生活垃圾中来自于固体燃料的灰渣比例不大，显示出相应区域移民的民用燃料已基本气体化或电气化，这与入户调查结果一致。通过对新鲜垃圾和堆存垃圾的组成含量分析比较，在夏季高温条件下堆积垃圾在堆存过程中易发生生物降解作用，堆积垃圾中无机垃圾组分（主要是混合类）含量增高，而易腐有机垃圾组分（主要是厨余类）含量大幅下降。由于调查地区冬季气温依然都维持在13～18 ℃，在冬季堆积垃圾在堆存过程中依然会发生生物降解作用，堆积垃圾中无机垃圾组分（主要是混合类）含量普遍都会增高，而易腐有机垃圾组分（主要是厨余类）含量也会下降，只是下降幅度小于夏季。

2.3 生活垃圾的含水率

含水率表示的是生活垃圾中水的质量分数，常以单位质量样品所含水的质量百分比表示，农村地区生活垃圾的含水率受气候、季节、天气与区域状况、生活垃圾种类的影响而有很大差异。垃圾的含水率是研究垃圾特性、选择和确定垃圾处理方法时必不可少的参数。测定垃圾含水率的目的主要有3 个：一是以垃圾干物质为基础（干基），计算垃圾中各成分的含量；二是以便科学合理地计算垃圾堆放场或填埋场产生的渗滤液数量；三是将垃圾进行堆肥或焚烧处理时，可作为处理过程的重要调节控制参数。含水率计算公式为：

式中：Ci(w)—某成分含水率，%；

C(w)—样品含水率，%；

Ci—某成分湿基含量，%；

Mi—某成分湿重，kg 或g；

i —各成分序数；

n —成分数量。

安置区生活垃圾组分含水率及总含水率测定及分析结果如表1 所示。厨余类垃圾含水率在所有组成成分中最大，砖瓦陶瓷由于自身属性含水率最小。夏季堆放垃圾在有顶盖并有门窗的垃圾房内，水分蒸发损失较大且不会有降水进入，致使含水率相对较小。而冬季蒸发损失较小，厨余类垃圾含水率明显较高。

表1 安置区垃圾样品含水率测定结果（平均值） %

2.4 生活垃圾的热值

生活垃圾的热值是生活垃圾在燃烧反应中所能释放的热能，是其化学能含量的一种度量。热值的大小可用于判断生活垃圾及其组分的可燃性和能量回收潜力，也是生活垃圾热化学转化技术过程设计和运行的基本参数。生活垃圾的热值一般是利用氧弹式热量计测得垃圾的弹筒热值，用弹筒热值减去燃烧中稀硫酸的生成热和二氧化硫的生成热以及稀硝酸的生成热，即为高位热值；再减去被测物质燃烧时产生的全部水的蒸发热，即为低位热值。通常垃圾中的硫含量很低，其对高位热值的影响很小，仅占弹筒热值的千分之几，故可将弹筒热值近似作为高位热值。可按照式（3）～（5）换算成湿基高位热值和湿基低位热值。

式中：Q'j(h)—干基高位热值，kJ/kg；

Q(h)—湿基高位热值，kJ/kg；

Q(l)—湿基低位热值，kJ/kg；

缺钙矫正技术：在新梢期喷0.3%～0.5%硝酸钙或0.3%过磷酸钙浸出液。隔5-7天喷1次，连续喷2-3次。新垦殖的柑橘园，有机质缺乏，且酸性大，易缺钙，造园时要施石灰。当土壤pH为5左右，砂质土每亩施熟石灰60千克，黏质土施120千克。当土壤pH超过8.5时，应施用石膏，一般每亩用量为80-100千克。

H' —干基氢元素含量，%；

C(w)—样品含水率，%；

C'i—某成分干基百分含量，%；

J —重复测定序数；

m —重复测定次数；

i —各成分序数；

24.4—水的凝缩热常数，kJ/kg。

当垃圾的低位热值达到3 350 kJ/kg 时,燃烧过程无须添加助燃剂,易于实现自燃烧。从表2 中数据可见安置点生活垃圾热值无法满足自燃烧要求，如果采用焚烧方法需添加助燃剂，会增加燃料成本。含水率对垃圾热值影响很大，厨余类有机垃圾含水量较高，不适合采用焚烧方式处理，因此，安置区生活垃圾不适宜采用单一的处理模式进行处置，应采用综合处理模式，即在资源化回收的基础上，进行垃圾堆肥、焚烧和填埋综合处置。

表2 生活垃圾发热量测定及计算值

3 结论

3.1 典型水电工程移民安置区粒径〈40 mm 的生活垃圾质量分数占比最大，达到45%～50%；粒径〉80 mm以上的一般都是塑料及纸类物品，分别为夏季占比40.78%，冬季占比31.49%，粒径〉120 mm 的生活垃圾主要是饮料的包装盒等物品，在夏季的产生量远大于冬季。

3.2 冬夏两季生活垃圾均是以厨余垃圾、包装垃圾为主，纸类和塑料类垃圾主要是各种商品包装、方便袋，其组成含量已接近城市内相应组成比例，显示出城市消费模式对农村的辐射效应，也提示了废品回收的潜力。生活垃圾中燃料灰渣比例不大，显示出相应区域移民的民用燃料已基本气体化或电气化，与入户调查结果一致。夏季高温条件下堆积垃圾易发生生物降解作用，堆积垃圾中无机垃圾组分（主要是混合类）含量增高，而易腐有机垃圾组分（主要是厨余类）含量大幅下降。易腐有机垃圾组分冬季含量也会下降，下降幅度小于夏季。

3.3 厨余类垃圾含水量在所有组成成分中最大；夏季堆放垃圾水分蒸发损失较大致使含水率相对较小。而冬季蒸发损失较小，厨余类垃圾含水率明显较高。

3.4 生活垃圾中有机成分含量较高，其含水率较大，对垃圾热值影响很大，不适合焚烧；而塑料、织物、木竹类垃圾含水率较低、热值较高，适合焚烧，因此，安置区生活垃圾不适宜采用单一的处理模式进行处置，应构建综合处理模式以实现资源化。