城市固體垃圾試驗(yàn)研究

摘要衛(wèi)生填埋法是現(xiàn)今各國(guó)處理垃圾的主要方法，但由于占地多對(duì)現(xiàn)今的城市發(fā)展構(gòu)成了嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。結(jié)合杭州區(qū)的垃圾成本制定室內(nèi)試驗(yàn)樣本，通過(guò)壓縮儀器對(duì)生活垃圾在單級(jí)荷載作用下的壓縮變形進(jìn)行研究。并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析可知：垃圾的壓縮量隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸增大、隨著壓力的增加而逐漸增大；壓縮在同級(jí)荷載作用下隨著時(shí)間的增長(zhǎng)其壓縮逐漸減少到最后趨向于穩(wěn)定，從數(shù)據(jù)中可以看出到達(dá)第三天左右其沉降量占總體沉降量的80%以上，以后兩天的沉降量很少；在同一時(shí)間段上垃圾土試樣隨著壓力的增大，其中的孔隙比有所減小呈有一定的線(xiàn)形關(guān)系；在一定的壓力下，垃圾土的孔隙比呈減小趨勢(shì)，這表現(xiàn)在垃圾土試樣的壓密及沉降。

關(guān)鍵詞 衛(wèi)生填埋 試驗(yàn)樣本 壓縮試驗(yàn) 單級(jí)荷載

中圖分類(lèi)號(hào)：X7 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Study on Municipal Solid Waste

JIN Haiqing[1]， YAN Li[2]

([1]Hangzhou Zhongzhou Jiangong Group， Hangzhou， Zhejiang 310013;

[2] Xiaoshan District Construction Engineering Quality Supervision Station， Hangzhou， Zhejiang 311201)

AbstractSanitary landfill method of waste disposal is now the main method of States， however， many of today's urban area constitutes a serious challenge to development. With the cost of the development of laboratory testing of samples of waste in Hangzhou area， garbage by compressing apparatus of the load in a single-stage research under compression. And the test results analysis shows that: Garbage compression gradually increased with time， the pressure gradually increases with the increasing; Compression loads at the same level of growth over time and gradually reduced to its final compression tends to stabilize， the data can be seen from the third day or so to reach overall settlement of their settlement accounts for more than 80%， small amount of settlement after two days; At the same time soil samples with the garbage on the pressure， which has reduced the void ratio was a certain linear relationship; Under a certain pressure， the waste soil void ratio decreasing trend， which is reflected in garbage compaction of soil samples and settlement.

Key wordssanitary landfill; test sample; compression test; single-stage load

0 引言

城市固體垃圾(Municipal Solid Waste. MSW)是指城市生活中所廢棄的各種固體垃圾的總稱(chēng)。隨著工業(yè)化國(guó)家的城市化和生活水平的提高，城市生活垃圾的增長(zhǎng)十分迅速。截至2001年底，我國(guó)664個(gè)城市建有各類(lèi)生活垃圾處理場(chǎng)740座，年垃圾產(chǎn)量為7835萬(wàn)噸。①由于處置設(shè)施嚴(yán)重不足，目前已有2/3的城市陷入垃圾的包圍之中，大大影響了城市的美好形象，制約著城市的發(fā)展和建設(shè)。對(duì)于城市固體垃圾的處理主要有以下方法：堆肥法、焚燒法、填埋法等。②其中衛(wèi)生填埋是我國(guó)處理垃圾最好的方法，但它的缺點(diǎn)便是占地多，這對(duì)一個(gè)人口多但農(nóng)用面積少的國(guó)家是極其不利的。據(jù)有關(guān)資料顯示我國(guó)歷年堆積的垃圾量已達(dá)60多億噸，占用土地面積超過(guò)5億m2，近200座城市發(fā)展到無(wú)適合場(chǎng)所堆放垃圾。③同時(shí)城市垃圾填埋場(chǎng)中垃圾土的成份復(fù)雜，其中磚瓦、爐灰、土石等無(wú)機(jī)物，不隨時(shí)間的延長(zhǎng)而發(fā)生成份的改變；塑料、肉骨等有機(jī)物，隨著填埋方式、填埋時(shí)間等會(huì)發(fā)生成份的改變，即分解或稱(chēng)降解。④⑤⑥⑦有機(jī)物的降解有一個(gè)時(shí)間過(guò)程，不同的有機(jī)物，其降解速率不一樣，垃圾中有機(jī)物降解后一般都使體積減小，因而使填埋場(chǎng)發(fā)生較大的沉降變形，過(guò)大的沉降變形會(huì)給填埋場(chǎng)帶來(lái)一系列的問(wèn)題，如使填埋場(chǎng)中的防滲層撕裂而使?jié)B濾液外泄、填埋場(chǎng)發(fā)生失穩(wěn)等。

因此，需要對(duì)垃圾填埋場(chǎng)進(jìn)行一定研究，以為環(huán)境決策者提供依據(jù)。本文將通過(guò)了解目前國(guó)內(nèi)的垃圾填埋場(chǎng)處理情況，結(jié)合杭州的實(shí)際情況，對(duì)杭州的垃圾土進(jìn)行取樣，采用室內(nèi)試驗(yàn)進(jìn)行研究，并對(duì)其中的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行一定的分析。

1 垃圾土樣的制取

垃圾取樣工作是試驗(yàn)成功的關(guān)鍵，垃圾試樣不同于一般意義上的工程土樣，所取的垃圾試樣一定要有代表性。本次試驗(yàn)根據(jù)杭州各區(qū)城市人口分布情況，依據(jù)取樣數(shù)與該區(qū)人口數(shù)成正比的原則，共在杭州確定了八個(gè)垃圾站進(jìn)行取樣，得到目前杭州的垃圾成分表見(jiàn)表1所示。根據(jù)表中的各垃圾成分的含量，可以配置一定的垃圾制品供試驗(yàn)所用。

2 壓縮試驗(yàn)及分析

2.1 壓縮儀器

本次試驗(yàn)所采用的大型高壓固體廢棄物壓縮儀有3部分組成：第一部分為壓縮容器；第二部分為加載裝置；第三部分為壓縮量測(cè)裝置。壓縮容器的內(nèi)徑為20 cm，凈高50 cm，壁厚為2 cm（可以保證壓縮的絕對(duì)側(cè)限）。容器底部設(shè)有排水孔，頂部設(shè)有透水孔，排水孔上套有塑料管以排出由于壓縮及降解而產(chǎn)生的滲濾液，通過(guò)手動(dòng)泵將滲濾液重新壓入試樣中，以保證含水率不變。加載裝置與常規(guī)的三聯(lián)固結(jié)儀的原理相似，相同點(diǎn)都是利用砝碼的重量通過(guò)杠桿原理將荷載加到垃圾材料的頂面，實(shí)現(xiàn)壓縮；不同點(diǎn)是生活垃圾材料的壓縮性很大，可以達(dá)到初始高度的60%~80%，而一般土的壓縮性較小。生活垃圾材料的壓縮性很大，所以位移感應(yīng)器的量程也應(yīng)很大，以滿(mǎn)足其變形的要求。其最大量程為300mm，讀數(shù)精度為0.1mm，可以滿(mǎn)足本實(shí)驗(yàn)的精度要求。每隔一定時(shí)間觀測(cè)位移顯示器的讀數(shù)，便可知道生活垃圾的壓縮量。

2.2 壓縮試驗(yàn)結(jié)果分析

圖1沉降與時(shí)間、應(yīng)力關(guān)系曲線(xiàn)

圖2垃圾的e-logp曲線(xiàn)

本次試驗(yàn)的目的是掌握生活垃圾在不同應(yīng)力作用下的壓縮性及其壓縮規(guī)律，解釋生活垃圾的壓縮機(jī)理，為計(jì)算垃圾的壓縮變形量及確定有機(jī)物降解對(duì)基礎(chǔ)影響奠定基礎(chǔ)。為了達(dá)到該試驗(yàn)?zāi)康?，本次試?yàn)垃圾土的孔隙比為4.0。垃圾試樣在荷載等級(jí)分別為25 kPa、50 kPa、100 kPa、200 kPa、400 kPa、800 kPa作用下，每級(jí)壓縮7天，并記錄對(duì)應(yīng)的沉降量。

圖1、2為垃圾式樣在不同荷載作用的沉降量，從圖1可知試樣的壓縮在同級(jí)荷載作用下隨著時(shí)間的增長(zhǎng)其壓縮逐漸減少到最后趨向于穩(wěn)定，從數(shù)據(jù)中可以看出到達(dá)第五天左右其沉降量占總體沉降量的80%以上，以后兩天的沉降量很少，例如在25 kPa下在120h時(shí)沉降量占83%左右，后兩天的沉降量不足20%；在50 kPa下到120h時(shí)沉降量占90%以上后兩天的沉降量不足5mm。這些試驗(yàn)結(jié)果差異性比較大主要是因?yàn)槊看卧囼?yàn)的式樣雖材料相同但是它們的攪拌程度不同并且放入試驗(yàn)筒體中的程序也是有所不同的，從而會(huì)有這樣的差異應(yīng)不足為奇，這也與實(shí)際符合即垃圾土是很復(fù)雜的，多次實(shí)驗(yàn)共同反映出來(lái)的性質(zhì)則是可以認(rèn)同上述所說(shuō)的。從兩者數(shù)據(jù)中也可以看出在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始階段壓縮比較迅速，而后逐漸放緩，呈穩(wěn)定的趨勢(shì)。從中也可以看出沉降量隨著壓力的增大而有所增大，但不是呈明顯的線(xiàn)性關(guān)系，這與試樣中的有機(jī)物的部分降解有關(guān)。同時(shí)可以說(shuō)明垃圾土與建筑中的土有所不同，比較復(fù)雜。同時(shí)在圖中可以看出隨著荷載的增大，第一天所占的沉降量呈增大趨勢(shì)。

為此本文可以將垃圾土式樣在經(jīng)過(guò)三、四天左右的壓縮后，其應(yīng)力壓縮已大部分完成，已達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，可將其作為穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)。在表上及圖上有些點(diǎn)異乎尋常的出現(xiàn)一些不規(guī)則，這可能是與本文實(shí)驗(yàn)過(guò)程中操作的不熟練以及本實(shí)驗(yàn)小組不能一整天24h都在實(shí)驗(yàn)室，從而不能解決突發(fā)事件有關(guān)（突發(fā)事件是指隨著時(shí)間的流失，樣本里的壓強(qiáng)會(huì)逐漸減少）以及每次加載不能保證壓強(qiáng)是恒定值，從表中及圖上可以看出那些特殊點(diǎn)大都是在加載點(diǎn)上。

圖2是垃圾的e-logp曲線(xiàn)，從總體看垃圾e-logp曲線(xiàn)的直線(xiàn)段非常明顯。在同一時(shí)間段上垃圾土試樣隨著壓力的增大，其中的孔隙比有所減小呈有一定的線(xiàn)性關(guān)系；在一定的壓力下，垃圾土的孔隙比呈減小趨勢(shì)，這表現(xiàn)在垃圾土試樣的壓密及沉降。荷載作用的前24h孔隙比變化最大，而且荷載越大孔隙比變化也越大。在25 kPa下孔隙比變化到3.57，而隨著壓力的增大到800 kPa下孔隙比變化到1.52，這也說(shuō)明變化速率隨著壓力而有所增大。隨著荷載作用時(shí)間的增加，孔隙比逐漸減小，且變化量也逐漸減小，到48h以后孔隙比變化幾乎沒(méi)有了，說(shuō)明垃圾應(yīng)力壓縮趨向于穩(wěn)定。同時(shí)也可知單級(jí)荷載下每天應(yīng)變可以看出隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，應(yīng)變逐漸減少，到三、四天后其應(yīng)變值很小，說(shuō)明達(dá)到穩(wěn)定，同時(shí)也可以從這里看出應(yīng)變速率，這些都與以上的分析相近，這里就不再詳述。垃圾沉降在剛開(kāi)始階段主要是應(yīng)力壓縮，可（下轉(zhuǎn)第155頁(yè)）（上接第127頁(yè)）以看出有機(jī)物降解在短時(shí)間內(nèi)對(duì)應(yīng)力壓縮影響不大。但是隨著時(shí)間的增大，有機(jī)物降解的充分，應(yīng)力壓縮將會(huì)有所增大，這在各學(xué)者的研究中均有所表示。

3 結(jié)論

本文對(duì)新鮮垃圾的壓縮試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析，從中知道了垃圾壓縮的規(guī)律以及知道在初始?jí)嚎s階段應(yīng)力壓縮占主要地位，有機(jī)物降解對(duì)其影響不大，得出一些結(jié)論，具體結(jié)論如下：（1）垃圾的壓縮量隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸增大、隨著壓力的增加而逐漸增大。（2）壓縮在同級(jí)荷載作用下隨著時(shí)間的增長(zhǎng)其壓縮逐漸減少到最后趨向于穩(wěn)定，從數(shù)據(jù)中可以看出到達(dá)第三天左右其沉降量占總體沉降量的80%以上，以后兩天的沉降量很少。（3）在同一時(shí)間段上垃圾土試樣隨著壓力的增大，其中的孔隙比有所減小呈有一定的線(xiàn)形關(guān)系；在一定的壓力下，垃圾土的孔隙比呈減小趨勢(shì)，這表現(xiàn)在垃圾土試樣的壓密及沉降。（4）本文根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)建立一個(gè)應(yīng)力壓縮穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)即經(jīng)過(guò)三天左右的壓縮，應(yīng)力壓縮大部分已經(jīng)完成，可以說(shuō)達(dá)到穩(wěn)定。

注釋

①陳云敏，張振營(yíng).城市固體垃圾填埋場(chǎng)邊坡穩(wěn)定分析[J].土木工程學(xué)報(bào)，2000.3.

②Watts，K.S.， Charles，J.A. Settlement characteristics of landfill wastes. Geotechnics Engineering，1999.137(10):225-233.

③張振營(yíng). 城市生活垃圾的壓縮性及填埋場(chǎng)的沉降研究[D].博士學(xué)位論文，浙江大學(xué)，2005.

④胡敏云，陳云敏.城市生活垃圾填埋場(chǎng)沉降分析與計(jì)算[J].土木工程學(xué)報(bào)，2001.34(6):88-92.

⑤朱青山，趙由才，徐迪民.垃圾填埋場(chǎng)中垃圾降解與穩(wěn)定化模型試驗(yàn)[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)，1996.24(5):596-560.

⑥張蓮，何品晶，瞿 賢，邵立明.城市生活垃圾填埋場(chǎng)沉降模型比較[J].環(huán)境衛(wèi)生工程，2006.14(6):1-5.

⑦張振營(yíng)，昊世明，陳云敏.天子嶺垃圾填埋場(chǎng)有機(jī)物降解規(guī)律的研究[J].巖土力學(xué)，2002.23(1):60-62.