摘要
針對我國生活垃圾廚余組分含量高、含水率高和熱值低的特點，提出以降低廚余組分含水率為主要手段，實現(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。在蘇州市兩個居民小區(qū)進(jìn)行了為期十個月的項目試點，監(jiān)測結(jié)果顯示，居民家庭在廚房對廚余垃圾采取簡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)施運行效率和二次污染控制水平，降低運輸及處理成本。
1.引言
我國從2000年開始在北京、上海、南京、杭州等八個城市開展生活垃圾分類收集試點，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)對廢塑料、廢紙和廢金屬等高價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)重影響收運系統(tǒng)及處理設(shè)施運行效率和污染控制水平的提升?；诖吮尘埃瑥N余垃圾單獨收集已成為我國各大城市生活垃圾分類收集的重點工作。
近年來，杭州、上海、青島等城市先后開展居民區(qū)生活垃圾干濕分離的試點工作，但是對居民家庭層面的減水提質(zhì)措施尚缺乏相關(guān)研究和實踐。廚余垃圾含水率高達(dá)80%，通過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)量的同時提高總體熱值。在居民家庭實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)行計算，理論上當(dāng)廚余垃圾含水率降低5%時，生活垃圾總量將減少13%。為了檢驗源頭瀝水的實際效果，選擇在蘇州市居民小區(qū)進(jìn)行實地試點。
蘇州市固體廢物處理設(shè)施比較完善，同時建有填埋場、焚燒廠和餐廚垃圾厭氧消化廠，并且成立了專門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，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。初期單獨收集的廚余垃圾較少，仍與其他垃圾混合后焚燒處理，重點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)實施四分類模式，兩小區(qū)試點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，為自愿報名的50戶居民安裝了廚余垃圾粉碎機，并選取60戶居民發(fā)放了臺式電子稱用于測量瀝水前后的廚余垃圾質(zhì)量。試點小區(qū)在2015年3月正式投入運行，連續(xù)運行時間為10個月。
2.2 監(jiān)測分析方法
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氧彈量熱儀測定。
3.結(jié)果與討論
3.1 試點小區(qū)運行情況
試點小區(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)場參觀，普及生活垃圾常識，提高參與積極性。問卷調(diào)查是了解居民對垃圾分類知曉率和參與程度的有效途徑，試點期間在試點小區(qū)發(fā)放調(diào)查問卷150份，收回有效問卷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，居民長期形成的生活習(xí)慣在短時間內(nèi)難以改變。廚余垃圾粉碎機的實際使用率約為90%，大部分居民對粉碎機的運行效果比較滿意。綜合來看，試點小區(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，其余30%的居民沒有真正參與。
圖2 居民參與試點項目情況
3.2 廚余垃圾減量率
試點期間共收集小區(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)慣和消費支出有關(guān)，試點小區(qū)居民戶均日產(chǎn)生量如圖4所示。試點小區(qū)10個月內(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)生率與在家停留時間成正相關(guān)性。
圖4 生活垃圾戶均日產(chǎn)生量
試點期間，兩小區(qū)共單獨收集廚余垃圾60 t，隨著宣傳引導(dǎo)工作的深入，單獨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%計算，按要求源頭瀝水并單獨投放廚余垃圾的居民比例約為62%，問卷調(diào)查顯示60%的居民能夠按照要求操作，與監(jiān)測結(jié)果基本吻合。
圖5 廚余垃圾單獨收集比例
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。試點初期居民將廚房垃圾與廚余垃圾混淆，用過的餐巾紙和食品外包裝等大量進(jìn)入廚余垃圾桶，三個月后，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，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各種污染物的主要來源。食品消費結(jié)構(gòu)影響廚余垃圾的元素組成，植物類殘渣越多，C/N值越高。
低位熱值
利用氧彈法測定熱值時，將垃圾中的玻璃、金屬等惰性物質(zhì)的熱值忽略不計。氧彈法測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(%)，計算時均采用實測值，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，60%的居民按要求源頭瀝水和分類投放廚余垃圾，其余30%的居民沒有按要求操作得到的綜合效果。廚余垃圾粉碎機能夠?qū)?0%的廚余垃圾粉碎后排入下水道，全部安裝粉碎機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的減量作用，試點小區(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題，大面積推廣廚余垃圾粉碎機的時機尚不成熟。
實施試點前，居民區(qū)生活垃圾中廚余組分為70.18%，含水率為67.82%，實施試點后，廚余組分為67.05%，含水率為65.34%。假設(shè)安裝粉碎機、按要求源頭瀝水和沒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%，計算值略低于實測值。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。實測值反映了原生廚余垃圾的最大減量潛力，計算值代表了實際運用時的真實減量效果。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，北京市實施垃圾分類的小區(qū)廚余垃圾分出量不到實際產(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178萬噸，假設(shè)其中50%來自居民區(qū)生活垃圾，采取源頭瀝水后年生活垃圾產(chǎn)生量將減少5.76萬噸，能夠有效節(jié)約運輸和處理成本。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單，成本較低，不需要專門的人工和設(shè)備投入，具有更強的實用性。
氧彈法測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滲濾液的產(chǎn)生量。
4.結(jié)論
廚余含量高、含水率高是我國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)開展的試點工作表明，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%。源頭瀝水措施的實施成本低廉，操作簡單易懂，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)濟效益，值得進(jìn)一步開展深入研究和示范應(yīng)用。
來源:《環(huán)境科學(xué)研究》 作者:張明武等
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