摘要
針對(duì)我國(guó)生活垃圾廚余組分含量高、含水率高和熱值低的特點(diǎn),提出以降低廚余組分含水率為主要手段,實(shí)現(xiàn)生活垃圾源頭減量和提質(zhì)為主要目標(biāo)的源頭瀝水和選擇性分質(zhì)收集模式。在蘇州市兩個(gè)居民小區(qū)進(jìn)行了為期十個(gè)月的項(xiàng)目試點(diǎn),監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示,居民家庭在廚房對(duì)廚余垃圾采取簡(jiǎn)易的源頭瀝水措施后,生活垃圾產(chǎn)生量減少6.47%,含水率降低2.23%,低位熱值提高10.94%。生活垃圾源頭瀝水的減量提質(zhì)效應(yīng)良好,有助于提高后續(xù)焚燒及填埋處理設(shè)施運(yùn)行效率和二次污染控制水平,降低運(yùn)輸及處理成本。
1.引言
我國(guó)從2000年開(kāi)始在北京、上海、南京、杭州等八個(gè)城市開(kāi)展生活垃圾分類收集試點(diǎn),雖然取得了一定進(jìn)展,但是總體而言,生活垃圾分類準(zhǔn)確性、實(shí)際減量效果和資源回收利用水平都遠(yuǎn)不如預(yù)期。由于我國(guó)居民生活和飲食習(xí)慣的影響,大量廚余物質(zhì)進(jìn)入生活垃圾,再加上“拾荒者”為主體的廢品回收系統(tǒng)對(duì)廢塑料、廢紙和廢金屬等高價(jià)值組分的回收利用率較高,使得生活垃圾中廚余組分占60%以上。我國(guó)城市生活垃圾含水率高、熱值低、易生物降解,嚴(yán)重影響收運(yùn)系統(tǒng)及處理設(shè)施運(yùn)行效率和污染控制水平的提升?;诖吮尘埃瑥N余垃圾單獨(dú)收集已成為我國(guó)各大城市生活垃圾分類收集的重點(diǎn)工作。
近年來(lái),杭州、上海、青島等城市先后開(kāi)展居民區(qū)生活垃圾干濕分離的試點(diǎn)工作,但是對(duì)居民家庭層面的減水提質(zhì)措施尚缺乏相關(guān)研究和實(shí)踐。廚余垃圾含水率高達(dá)80%,通過(guò)源頭瀝水降低廚余垃圾含水率,可以在顯著減少生活垃圾質(zhì)量的同時(shí)提高總體熱值。在居民家庭實(shí)施源頭瀝水和選擇性分質(zhì)收集,考察生活垃圾產(chǎn)生量和理化特性的變化,分析減量和提質(zhì)效果,對(duì)提高生活垃圾管理水平和處理效率有重要意義。
2.方案設(shè)計(jì)與分析方法
2.1生活垃圾堿水模式處理
生活垃圾中的水分可分為結(jié)合水和自由水兩大類,源頭瀝水可以去除附在廚余垃圾表面的部分自由水。按照廚余組分比例為65%,含水率為80%進(jìn)行計(jì)算,理論上當(dāng)廚余垃圾含水率降低5%時(shí),生活垃圾總量將減少13%。為了檢驗(yàn)源頭瀝水的實(shí)際效果,選擇在蘇州市居民小區(qū)進(jìn)行實(shí)地試點(diǎn)。
蘇州市固體廢物處理設(shè)施比較完善,同時(shí)建有填埋場(chǎng)、焚燒廠和餐廚垃圾厭氧消化廠,并且成立了專門(mén)的再生資源和有害垃圾回收單位。結(jié)合蘇州市生活垃圾分類收集現(xiàn)狀和處理系統(tǒng)構(gòu)成,提出如圖1所示的新模式。在排水條件較好的小區(qū),為部分家庭安裝廚余垃圾粉碎機(jī),將廚余垃圾粉碎后排入污水處理系統(tǒng)。其他居民需要將含水率較高的廚余垃圾,比如剩菜剩湯、清洗過(guò)的菜葉、茶葉渣等,先放入底部帶有網(wǎng)眼的瀝水籃中把水分瀝出后,再倒入廚余垃圾桶。初期單獨(dú)收集的廚余垃圾較少,仍與其他垃圾混合后焚燒處理,重點(diǎn)研究源頭瀝水措施的減量和提質(zhì)效果。
圖1 生活垃圾源頭瀝水和分類收集方案
選定姑蘇區(qū)的A小區(qū)(200戶居民)和B小區(qū)(230戶居民)實(shí)施四分類模式,兩小區(qū)試點(diǎn)前均為三分類模式即把生活垃圾分為可回收物、有害垃圾和其他垃圾。課題組向全部430戶居民提供了底部帶有網(wǎng)眼的瀝水籃、家庭廚余垃圾桶和專用廚余垃圾袋,為自愿報(bào)名的50戶居民安裝了廚余垃圾粉碎機(jī),并選取60戶居民發(fā)放了臺(tái)式電子稱用于測(cè)量瀝水前后的廚余垃圾質(zhì)量。試點(diǎn)小區(qū)在2015年3月正式投入運(yùn)行,連續(xù)運(yùn)行時(shí)間為10個(gè)月。
2.2 監(jiān)測(cè)分析方法
廚余垃圾減量率取自居民家庭反饋的數(shù)據(jù),生活垃圾產(chǎn)生量取自收運(yùn)人員的稱量記錄,生活垃圾物理組成和組分分析按照《生活垃圾采樣和分析方法》(CJ/T 313-2009)執(zhí)行。C、H、O、N的元素含量采用EA3000元素分析儀,S的含量采用SJCLY-6A快速智能測(cè)硫儀,Cl的含量采用高溫燃燒水解-電位滴定法。生活垃圾熱值分析采用Parr1281氧彈量熱儀測(cè)定。
3.結(jié)果與討論
3.1 試點(diǎn)小區(qū)運(yùn)行情況
試點(diǎn)小區(qū)內(nèi)設(shè)立了生活垃圾分類督導(dǎo)員,負(fù)責(zé)日常宣傳和監(jiān)督工作。在環(huán)衛(wèi)處的協(xié)調(diào)下,組織居民到固體廢物處理終端和管理中心進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)參觀,普及生活垃圾常識(shí),提高參與積極性。問(wèn)卷調(diào)查是了解居民對(duì)垃圾分類知曉率和參與程度的有效途徑,試點(diǎn)期間在試點(diǎn)小區(qū)發(fā)放調(diào)查問(wèn)卷150份,收回有效問(wèn)卷124份,主要結(jié)果列于圖2。調(diào)查顯示,盡管90%以上的居民了解生活垃圾源頭瀝水和分類收集的具體要求,但是僅有60%的居民能夠按照要求采取源頭瀝水并分類投放,居民長(zhǎng)期形成的生活習(xí)慣在短時(shí)間內(nèi)難以改變。廚余垃圾粉碎機(jī)的實(shí)際使用率約為90%,大部分居民對(duì)粉碎機(jī)的運(yùn)行效果比較滿意。綜合來(lái)看,試點(diǎn)小區(qū)約有60%的居民按要求源頭瀝水和分類投放廚余垃圾,10%的居民使用了廚余粉碎機(jī),其余30%的居民沒(méi)有真正參與。
圖2 居民參與試點(diǎn)項(xiàng)目情況
3.2 廚余垃圾減量率
試點(diǎn)期間共收集小區(qū)居民反饋的廚余垃圾瀝水前后質(zhì)量數(shù)據(jù)4038條,瀝水前后的質(zhì)量差與瀝水前廚余垃圾質(zhì)量的比值即為廚余垃圾減量率。利用軟件IBM SPSS statistics 20進(jìn)行描述性統(tǒng)計(jì)分析,得到廚余垃圾減量率的頻率分布直方圖(圖3)。廚余垃圾減量率主要分布在5%~15%之間,平均值為18%,中位數(shù)為12%,其頻率分布為右偏分布(偏度,2.27>0)和尖峰分布(峰度,5.14>3)。由于極端值和稱量誤差的干擾,直接用平均值表示廚余垃圾減量率并不準(zhǔn)確,宜采用中位數(shù)表征。
圖3 廚余垃圾減量率頻率分布直方圖
3.3 生活垃圾產(chǎn)生量
居民家庭的生活垃圾產(chǎn)生量與日常生活習(xí)慣和消費(fèi)支出有關(guān),試點(diǎn)小區(qū)居民戶均日產(chǎn)生量如圖4所示。試點(diǎn)小區(qū)10個(gè)月內(nèi)共收集生活垃圾177 t,戶均日產(chǎn)生量為1.37 kg,6~9月生活垃圾產(chǎn)生率較高。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示,周末和節(jié)假日的居民區(qū)生活垃圾產(chǎn)生量比工作日高20%以上,生活垃圾產(chǎn)生率與在家停留時(shí)間成正相關(guān)性。
圖4 生活垃圾戶均日產(chǎn)生量
試點(diǎn)期間,兩小區(qū)共單獨(dú)收集廚余垃圾60 t,隨著宣傳引導(dǎo)工作的深入,單獨(dú)收集的廚余垃圾比例逐月升高(圖5),最終穩(wěn)定在40%以上。以廚余垃圾在生活垃圾中的比例為65%計(jì)算,按要求源頭瀝水并單獨(dú)投放廚余垃圾的居民比例約為62%,問(wèn)卷調(diào)查顯示60%的居民能夠按照要求操作,與監(jiān)測(cè)結(jié)果基本吻合。
圖5 廚余垃圾單獨(dú)收集比例
3.4 理化特性分析
物理組成
生活垃圾的物理組成與多種因素有關(guān),不同產(chǎn)生源的生活垃圾物理組成差異較大。表1列出了試點(diǎn)小區(qū)生活垃圾的物理組成,廚余垃圾的含量顯著高于其他成分,且5~9月的比例更高。四分類推廣過(guò)程中,有害垃圾的分類效果最好,可回收物分離效果最差。紙盒、塑料包裝和玻璃瓶混在生活垃圾中,被廚余垃圾污染,回收難度加大。試點(diǎn)初期居民將廚房垃圾與廚余垃圾混淆,用過(guò)的餐巾紙和食品外包裝等大量進(jìn)入廚余垃圾桶,三個(gè)月后,廚余垃圾桶內(nèi)廚余垃圾比例達(dá)到90%以上,滿足生物處理的需要。
組分分析
生活垃圾的三組分包括水分、可燃分和灰分(圖6),廚余垃圾平均含水率為75.24%,生活垃圾平均含水率為65.34%,且5~9月含水率最高。夏季水分含量較高的果蔬類廢棄物所占比例明顯高于其他季節(jié),導(dǎo)致廚余垃圾比例升高,含水率隨之升高。利用軟件IBM SPSS statistics 20對(duì)生活垃圾含水率和廚余垃圾含水率數(shù)據(jù)分別進(jìn)行W檢驗(yàn),在顯著性水平α=0.05條件下均滿足正態(tài)分布。二者Pearson相關(guān)系數(shù)為0.726,在0.01水平(雙側(cè))顯著相關(guān),降低生活垃圾含水率的關(guān)鍵在于降低廚余垃圾含水率。
圖6 生活垃圾三組分和廚余垃圾含水率(上為A小區(qū),下為B小區(qū))
元素分析
對(duì)廚余垃圾和其他可燃組分進(jìn)行元素分析(表2),廚余垃圾對(duì)可燃組分中N、S、Cl的貢獻(xiàn)率分別為67%、96%、62%,是填埋和焚燒處理時(shí)各種污染物的主要來(lái)源。食品消費(fèi)結(jié)構(gòu)影響廚余垃圾的元素組成,植物類殘?jiān)蕉?,C/N值越高。
低位熱值
利用氧彈法測(cè)定熱值時(shí),將垃圾中的玻璃、金屬等惰性物質(zhì)的熱值忽略不計(jì)。氧彈法測(cè)出生活垃圾的干基高位熱值Q,利用《生活垃圾采樣和分析方法》(CJ/T 313-2009)推薦的熱值計(jì)算公式將其轉(zhuǎn)化為濕基低位熱值QL,其中Cw表示樣品含水率(%),H為干基氫元素含量(%),計(jì)算時(shí)均采用實(shí)測(cè)值,結(jié)果如圖7所示。
熱值與橡塑類和可燃分正相關(guān),與廚余類、含水率和灰分負(fù)相關(guān)。試點(diǎn)小區(qū)生活垃圾平均低位熱值為4736 kJ˙kg-1,居民區(qū)生活垃圾的廚余組分和含水率較高,導(dǎo)致熱值較低。在居民生活和飲食習(xí)慣不改變的情況下,降低廚余垃圾含水率是提高生活垃圾熱值的重要途徑。
圖7 生活垃圾低位熱值
3.5 討論
生活垃圾產(chǎn)生量和理化特性是基于10%的居民使用廚余粉碎機(jī),60%的居民按要求源頭瀝水和分類投放廚余垃圾,其余30%的居民沒(méi)有按要求操作得到的綜合效果。廚余垃圾粉碎機(jī)能夠?qū)?0%的廚余垃圾粉碎后排入下水道,全部安裝粉碎機(jī)后生活垃圾減量率將達(dá)到50%以上,減量效果顯著。如果不考慮廚余垃圾粉碎機(jī)的減量作用,試點(diǎn)小區(qū)生活垃圾戶均日產(chǎn)生量將由1.37 kg上升至1.44 kg。盡管廚余垃圾粉碎機(jī)減量效果可觀,但是現(xiàn)階段由于排水管網(wǎng)、污水廠負(fù)荷以及安裝成本等問(wèn)題,大面積推廣廚余垃圾粉碎機(jī)的時(shí)機(jī)尚不成熟。
實(shí)施試點(diǎn)前,居民區(qū)生活垃圾中廚余組分為70.18%,含水率為67.82%,實(shí)施試點(diǎn)后,廚余組分為67.05%,含水率為65.34%。假設(shè)安裝粉碎機(jī)、按要求源頭瀝水和沒(méi)有參與源頭瀝水的居民所產(chǎn)生的生活垃圾物理組成相同,非廚余組分的產(chǎn)生量不變。試點(diǎn)后非廚余組分占生活垃圾的比例從29.82%提高到32.95%,利用物質(zhì)守恒定律得到如下方程式(x表示廚余垃圾減量率):
由上式解得源頭瀝水的廚余垃圾減量率為9.23%,居民家庭反饋的廚余垃圾減量率為12%,計(jì)算值略低于實(shí)測(cè)值。通常情況下,居民只將湯水類垃圾倒入廚房水槽中利用濾網(wǎng)過(guò)濾,采取源頭瀝水措施后,廚余垃圾表面附著的部分自由水在重力作用下得以去除。實(shí)測(cè)值反映了原生廚余垃圾的最大減量潛力,計(jì)算值代表了實(shí)際運(yùn)用時(shí)的真實(shí)減量效果。由廚余垃圾減量率可以得到采取源頭瀝水措施的生活垃圾減量率為6.47%,源頭瀝水后生活垃圾含水率為65.59%,降低了2.23%。
據(jù)統(tǒng)計(jì),北京市實(shí)施垃圾分類的小區(qū)廚余垃圾分出量不到實(shí)際產(chǎn)生量的10%。相比之下,僅采取源頭瀝水,生活垃圾減量率即可達(dá)到6.47%,源頭減量意義顯著。2014年蘇州市生活垃圾產(chǎn)生量達(dá)到178萬(wàn)噸,假設(shè)其中50%來(lái)自居民區(qū)生活垃圾,采取源頭瀝水后年生活垃圾產(chǎn)生量將減少5.76萬(wàn)噸,能夠有效節(jié)約運(yùn)輸和處理成本。據(jù)研究,基于社區(qū)人工分揀模式下的生活垃圾減量率可以達(dá)到52.6%,源頭瀝水的減量率雖然低于人工分揀模式下的減量率,但是源頭瀝水操作簡(jiǎn)單,成本較低,不需要專門(mén)的人工和設(shè)備投入,具有更強(qiáng)的實(shí)用性。
氧彈法測(cè)得生活垃圾干基高位熱值Q等于19656 kJ˙kg-1,干基氫含量平均值為6.34%,利用熱值計(jì)算公式可以得到,源頭瀝水前生活垃圾低位熱值為4222 kJ˙kg-1,源頭瀝水后上升到4684kJ˙kg-1,提高了10.94%。我國(guó)生活垃圾含水率高、熱值低,在進(jìn)入焚燒爐前通常要經(jīng)過(guò)堆酵預(yù)處理。堆酵3 d可以使進(jìn)爐垃圾含水率降低2.98%,源頭瀝水在居民家庭層面能夠?qū)崿F(xiàn)堆酵2~3 d的提質(zhì)效果,有利于提高焚燒處理效率。生活垃圾進(jìn)入填埋場(chǎng)的原始含水率直接決定了垃圾自身可能產(chǎn)生的滲濾液量,降低生活垃圾含水率可以在源頭上減少填埋場(chǎng)滲濾液的產(chǎn)生量。
4.結(jié)論
廚余含量高、含水率高是我國(guó)生活垃圾的主要特征,廚余垃圾源頭瀝水是生活垃圾減量提質(zhì)的重要途徑。在蘇州市居民小區(qū)開(kāi)展的試點(diǎn)工作表明,源頭瀝水措施的生活垃圾減量率為6.47%,生活垃圾源頭瀝水后含水率降低2.23%,低位熱值提高10.94%。源頭瀝水措施的實(shí)施成本低廉,操作簡(jiǎn)單易懂,便于民眾接受,源頭減量提質(zhì)效果較為顯著,具有良好的環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益,值得進(jìn)一步開(kāi)展深入研究和示范應(yīng)用。
來(lái)源:《環(huán)境科學(xué)研究》 作者:張明武等
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