我國南方村鎮(zhèn)生活垃圾組分熱值特征及焚燒處置潛力分析*

晏卓逸，岳波，靳琪，黃啟飛，吳小卉，於俊穎，王瑜堂，高紅

（1.昆明理工大學(xué)建筑工程學(xué)院，云南昆明650500；2.中國環(huán)境科學(xué)研究院，北京100012）

我國南方村鎮(zhèn)生活垃圾組分熱值特征及焚燒處置潛力分析*

晏卓逸1，岳波2，靳琪1，黃啟飛2，吳小卉2，於俊穎2，王瑜堂2，高紅1

（1.昆明理工大學(xué)建筑工程學(xué)院，云南昆明650500；2.中國環(huán)境科學(xué)研究院，北京100012）

為了解我國南方村鎮(zhèn)生活垃圾的基本性質(zhì)及其采取焚燒處置的可行性，于2015年的4個(gè)季節(jié)，對(duì)我國南方36個(gè)典型村鎮(zhèn)生活垃圾產(chǎn)生源進(jìn)行分析，研究其垃圾組分的含量（濕基）、含水率及熱值。研究結(jié)果為：我國南方村鎮(zhèn)生活垃圾濕基組分由高到低為廚余類＞灰土類＞橡塑類＞紙類＞織物類＞磚瓦類＞玻璃類＞木竹類＞金屬類＞有害類。南方村鎮(zhèn)生活垃圾全組分含水率均值為（40.1±5.2）%。生活垃圾全組分低位熱值為（4 152.3±1 911.1）kJ/kg，生活垃圾經(jīng)分選后，雖然整體生活垃圾可燃組分低位熱值得到提高，但仍存在部分可燃組分的低位熱值達(dá)不到要求。為此，南方村鎮(zhèn)生活垃圾在采取焚燒處置時(shí)需加強(qiáng)管理，加強(qiáng)垃圾穩(wěn)定化以降低含水率。

南方村鎮(zhèn)生活垃圾；組成成分；含水率；熱值

生活垃圾產(chǎn)生總量的數(shù)據(jù)往往難以直接得到，在我國南方村鎮(zhèn)生活垃圾產(chǎn)生量研究方面，岳波等［1］進(jìn)行問卷調(diào)查得出我國南方農(nóng)村生活垃圾平均產(chǎn)生量為0.66 kg/（人·d）。曾秀麗等［2］對(duì)成都市典型農(nóng)村生活垃圾進(jìn)行調(diào)查得到鎮(zhèn)和鄉(xiāng)垃圾產(chǎn)生量分別為0.340、0.194 kg/（人·d）。韓志勇等［3］研究得到云貴高原農(nóng)村地區(qū)生活垃圾的平均產(chǎn)生量為0.16 kg/（人·d）。管蓓等［4］對(duì)南京市下的村生活垃圾進(jìn)行研究得出生活垃圾的產(chǎn)生量為0.4 kg/（人·d）。陳昆柏等［5］研究得到2008年浙江省農(nóng)村生活垃圾的產(chǎn)生量0.40～0.56 kg/（人·d）。袁金鵬等［6］研究得到廣州傳統(tǒng)村落生活垃圾平均產(chǎn)生量為0.547 kg/（人·d）；在農(nóng)村生活垃圾含水率方面，范先鵬等［7］得到湖北省三峽庫區(qū)農(nóng)村生活垃圾的含水率為41%。蘇暢［8］研究長沙市寧鄉(xiāng)縣的2個(gè)農(nóng)村生活垃圾含水率分別為65.97%和67.77%；在農(nóng)村生活垃圾理化特性方面，桂莉［9］研究廣東省農(nóng)村生活垃圾得出“鄉(xiāng)鎮(zhèn)生活垃圾的物理成分相同，其中無機(jī)物所占的比例較低，有機(jī)物所占的比例較高且含水率也最高（均值達(dá)61.57%），干基高位熱值為14.12～20.68 MJ·kg-1”［6］。馬軍偉等［10］研究浙江山區(qū)農(nóng)村生活垃圾得出“可降解類有機(jī)垃圾是農(nóng)村新鮮生活垃圾的主要組分，約占總量的43.64%”；在生活垃圾管理方面，目前對(duì)于村鎮(zhèn)生活垃圾的整治剛剛起步，如已經(jīng)開展著的農(nóng)村生活垃圾連片整治工程［11］。我國農(nóng)村地區(qū)的生活垃圾處理處置辦法、思路以及模式等的研究已有學(xué)者做了大量的工作［12-15］。

從已有的研究者們得到的相關(guān)研究結(jié)果中可以得出，我國南方地區(qū)的生活垃圾產(chǎn)生量為0.4～0.7 kg/（人·d），第6次人口普查顯示，居住在鄉(xiāng)村的人口為67 415萬人，占50.32%，可見，我國農(nóng)村生活垃圾的產(chǎn)生總量非?？捎^。垃圾焚燒處理技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)垃圾資源化、減量化和無害化等，是目前較為理想的垃圾處置方式之一。然而現(xiàn)有的研究多關(guān)注在局部地區(qū)，缺乏對(duì)我國南方地區(qū)農(nóng)村生活垃圾形成由局部到整體的認(rèn)識(shí)。本研究通過對(duì)南方村鎮(zhèn)生活垃圾進(jìn)行取樣調(diào)查的方式，了解生活垃圾組分含量、含水率、熱值，以明確我國南方農(nóng)村生活垃圾采取焚燒處置的可行性。

1 材料方法

1.1 采樣方法

1.1.1 采樣背景

2015年對(duì)我國南方6個(gè)省/市，每個(gè)省/市下包含3個(gè)鄉(xiāng)/鎮(zhèn)，以及每個(gè)鄉(xiāng)/鎮(zhèn)下包含1個(gè)村，共計(jì)36個(gè)垃圾產(chǎn)生源或垃圾收集轉(zhuǎn)運(yùn)站進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)取樣。采樣點(diǎn)的分布見表1。

表1 南方村鎮(zhèn)新鮮生活垃圾采樣點(diǎn)分布

1.1.2 現(xiàn)場(chǎng)采樣

垃圾采樣方法按照CJ/T313—2009生活垃圾采樣和分析方法執(zhí)行。于2015年的4個(gè)季節(jié)分別對(duì)采樣點(diǎn)進(jìn)行采樣分析。現(xiàn)場(chǎng)采樣時(shí)的天氣為晴天或陰天，針對(duì)垃圾露天堆場(chǎng)及較大的垃圾收集站，選取邊坡法進(jìn)行取樣，垃圾桶、垃圾箱則采取全采集的方式，垃圾采集量在200 kg左右，采集的垃圾匯總后稱量總質(zhì)量，然后對(duì)垃圾按廚余類、橡塑類、木竹類、紙類、織物類、磚瓦類、玻璃類、金屬類、有害類和灰土類進(jìn)行分類，稱量各組分的質(zhì)量，并取各組分約2 kg塑封冷藏送回實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析。

1.2 分析方法

1.2.1 含水率分析

垃圾現(xiàn)場(chǎng)采樣后進(jìn)行分撿，對(duì)垃圾總質(zhì)量和各組分的質(zhì)量進(jìn)行記錄，并對(duì)各組分進(jìn)行取樣送回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析。垃圾組分含水率分析參考GB/T 1931—2009木材含水率測(cè)定方法、GB/T 9995—1997紡織材料含水率和回潮率的測(cè)定烘箱干燥法和QB/T2434—2012日用陶瓷原料含水率測(cè)定方法等標(biāo)準(zhǔn)。

1.2.2 熱值分析

垃圾熱值測(cè)定按照GB/T 213—2008煤的發(fā)熱量測(cè)定方法。低位熱值難以直接測(cè)定，通常采取計(jì)算法得到，濕基低位熱值的計(jì)算按照CJ/T313—2009中“6.5熱值”下的運(yùn)算步驟進(jìn)行，干基氫元素含量取7.5%。

1.2.3 數(shù)理統(tǒng)計(jì)

運(yùn)用Excel 2013進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算，Origin 2016進(jìn)行繪圖制作。

2 結(jié)果與討論

2.1 生活垃圾組分含量

南方村、鎮(zhèn)生活垃圾濕基組分含量見圖1。圖形釋義：箱體高度表示25%～75%百分位數(shù)；工字標(biāo)簽分別代表5%和95%百分位數(shù)；上端和下端的2條短橫線表示的是除去異常值之外最大值和最小值；十字交叉代表99%和1%的分位數(shù)；箱體中的橫線表示中位數(shù)；箱體中的實(shí)心點(diǎn)表示平均數(shù)。

圖1 南方村鎮(zhèn)生活垃圾組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)（濕基）

如圖1所示，我國南方村鎮(zhèn)生活垃圾中以廚余類和灰土類的含量較高，二者總和約占垃圾總質(zhì)量的50%，同時(shí)廚余類與灰土類的含量波動(dòng)較大。相對(duì)的，垃圾中橡塑類和紙類的含量為3%～25%，木竹類、織物類、玻璃類和磚瓦類的含量在10%以下，金屬類和有害類的含量則在5%以下。垃圾中可燃組分的含量較不可燃組分高。鎮(zhèn)與村間各垃圾組分的含量相當(dāng)，這在一定程度上為村鎮(zhèn)生活垃圾進(jìn)行統(tǒng)一管理提供了條件。

2.2 生活垃圾含水率

南方村鎮(zhèn)生活垃圾單組分及全組分濕基含水率見圖2。

圖2 南方村鎮(zhèn)生活垃圾組分含水率（濕基）

如圖2所示，南方村鎮(zhèn)生活垃圾含水率中，廚余類和灰土類的含水率相對(duì)較高，垃圾組分含水率由大到小的順序?yàn)閺N余類（64.3±12.9）%＞灰土類（44.7±9.3）%＞織物類（30.3±6.4）%＞紙類（21.5±4.3）%＞木竹類（19.5±3.9）%＞橡塑類（16.4±3.5）%＞磚瓦類（12.7±2.7）%＞玻璃類（6.1±1.2）%＞金屬類（4.3±0.9）%＞有害類（3.2±0.9）%，南方村鎮(zhèn)生活垃圾含水率均值為（40.1±5.2）%，與范先鵬等［7］研究得到南方局部地區(qū)-湖北農(nóng)村生活垃圾含水率相似。

2.3 生活垃圾低位熱值

我國南方村鎮(zhèn)生活垃圾全組分低位熱值（濕基）見圖3。如圖3所示，a、b分別代表我國南方鎮(zhèn)和南方村生活垃圾全組分低位熱值。垃圾采取焚燒處置，要求垃圾的低位熱值在3 500 kJ/kg以上［16-17］。圖3中顯示，我國南方村鎮(zhèn)生活垃圾低位熱值大多在3 500 kJ/kg上下波動(dòng)，鎮(zhèn)、村生活垃圾均值分別為（4 027.5±1 887.9）、（4 278.9± 1 939.6）kJ/kg。但如廣東采樣點(diǎn)處全年，上海、重慶采樣點(diǎn)在春季和湖南采樣點(diǎn)在夏季時(shí)的村鎮(zhèn)生活垃圾低位熱值均不理想。

圖3 南方村鎮(zhèn)生活垃圾低位熱值

生活垃圾全組分中由于不可燃組分的存在，使得垃圾整體的含水率升高，為此，對(duì)垃圾中的可燃組分進(jìn)行熱值測(cè)定并通過計(jì)算得到低位熱值，南方村鎮(zhèn)生活垃圾可燃組分低位熱值與季節(jié)變化間的關(guān)系，見圖4。

圖4 南方村鎮(zhèn)生活垃圾可燃組分熱值

如圖4所示，垃圾經(jīng)過分選后得到的可燃組分熱值明顯有所提高，89%以上的采樣點(diǎn)村鎮(zhèn)均能滿足垃圾焚燒處置。僅有廣東和重慶采樣點(diǎn)在春季時(shí)生活垃圾可燃組分熱值仍有大部分達(dá)不到3 500 kJ/kg。通過分選前后垃圾熱值的對(duì)比，這也證實(shí)了減少垃圾含水率有利于垃圾焚燒處置，但如廣東采樣點(diǎn)，生活垃圾盡管經(jīng)過分選，垃圾的熱值仍然得不到提高，這主要是由于垃圾中廚余類及其高含水率所致。為此，針對(duì)春季時(shí)需對(duì)生活垃圾進(jìn)行強(qiáng)化處理以降低垃圾含水，甚至可考慮將廚余類垃圾從可燃組分中分離開來單獨(dú)處置，對(duì)于夏秋冬季節(jié)的生活垃圾，可輔以適當(dāng)?shù)睦€(wěn)定化工藝降低可燃垃圾的含水率以保障垃圾采取焚燒處置100%可行，同時(shí)，在進(jìn)行垃圾強(qiáng)化穩(wěn)定化降低垃圾含水率的過程中嚴(yán)防垃圾滲瀝液二次污染。

3 結(jié)論

1）我國南方村鎮(zhèn)生活垃圾濕基組分呈現(xiàn)廚余類＞灰土類＞橡塑類＞紙類＞織物類＞磚瓦類＞玻璃類＞木竹類＞金屬類＞有害類。

2）村鎮(zhèn)生活垃圾單組分含水率呈現(xiàn)廚余類＞灰土類＞織物類＞紙類＞木竹類＞橡塑類＞磚瓦類＞玻璃類＞金屬類＞有害類。南方村鎮(zhèn)生活垃圾全組分含水率均值為（40.1±5.2）%。

3）南方村鎮(zhèn)生活垃圾全組分低位熱值均值為（4 152.3±1 911.1）kJ/kg。垃圾分選后得到可燃組分的熱值明顯升高，均值為（5 501.5±2 470.7）kJ/kg。但在春季和夏季時(shí)垃圾可燃組分低位熱值仍偏低，因此，針對(duì)我國南方村鎮(zhèn)生活垃圾考慮焚燒處置辦法時(shí)，需注重垃圾在焚燒處置前的垃圾穩(wěn)定化輔助工藝，降低垃圾含水率。

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Combustible Characteristics of Southern China Rural Garbage Components and Its Incineration Disposal Potential

Yan Zhuoyi1，Yue Bo2，Jin Qi1，Huang Qifei2，Wu Xiaohui2，Yu Junying2，Wang Yutang2，Gao Hong1
（1.Faculty of Civil Engineering and Architectural，Kunming University of Science and Technology，KunmingYunnan 650500；2.Chinese Research Academy of Environmental Sciences，Beijing100012）

In order to understand the basic characteristicsof southern China rural garbage and the feasibility of incineration disposal，36 typical villages and towns in the south China which were the garbage sources had been chose to analyze their garbage composition in wet basis，moisture content and heating value in the four seasons of 2015.The results show that the mass percentage in wet basis from high to low was the kitchen residual＞the dust＞the rubber＞the paper＞the fabric＞the tile＞the glass＞the wood＞the metal＞the hazardous.The average moisture content of southern rural garbage in full composition was（40.1±5.2）%，and low heating value was（4 152.3±1 911.1）kJ/kg.After storing，although the low heating value of combustible rural garbage components had increased，there were still some combustible components of low calorific value can not reach the incineration requirement.That is to say，to take the southern China rural garbage by incineration method needs strengthen management，especial strengthensthe waste stabilization pretreatment to reduce moisture content.

southern China rural garbage；composition；moisture content；heating value

X501；X708

A

1005-8206（2017）04-0019-04

晏卓逸（1991—），碩士研究生，主要從事固體廢物處理處置。E-mail：chineseyanzy91@sina.com。

高紅，講師，E-mail：gaohong208@163.com。

國家科技支撐計(jì)劃課題（2014BAL02B01）；云南省人培項(xiàng)目（KKSY201306049）

2017-01-18