非正规垃圾填埋场陈腐垃圾筛分与利用

引言

非正规垃圾填埋场指的是在建设规范、环境保护等方面未能达到卫生填埋要求的填埋场，由于缺乏防渗和覆盖等措施，垃圾在生物和物理等作用下逐渐陈旧腐败，在此过程产生的渗滤液及淋溶物质会污染周边地下水、土壤和空气，并对人体健康造成潜在的严重威胁 [1,2]。鉴于非正规填埋场造成的环境污染及对人体健康的潜在危害，国家有关部委制定了非正规生活垃圾填埋场整治计划，并支持热力电厂有富余焚烧能力的城市将填埋场的陈腐垃圾开挖、筛分后回炉焚烧 [3]。在此背景下，本文结合福建某非正规垃圾填埋厂陈腐垃圾筛分处理案例，分析项目筛分技术及筛分后物料的理化性质和资源化利用潜力，以期为非正规填埋场治理及陈腐垃圾筛分处理和资源化利用提供参考。

1 陈腐垃圾筛分技术

1.1 筛分工艺流程

填埋场垃圾堆存量约11万t，其中，灰土类占比58.2%，橡塑纺织类占比21.9%，其他占比19.9%。由于填埋场建设不规范，导致填埋场周边环境及地下水污染，在环保督察中被要求进行整改，整改措施之一是将填埋场陈腐垃圾原位筛分处理。环创（厦门）科技股份有限公司承接了填埋场陈腐垃圾原位筛分处理任务，并于2020年完成筛分工作。

项目采用 “人工分拣—粒径筛分—密度分选—双磁选”的工艺流程，设计处理能力500t/d。人工分拣主要是分离石块、木板等大件杂物；粒径筛分主要是用滚筒筛分离粒径小于35mm的腐殖土，腐殖土经磁选去除铁质金属后资源化利用；粒径大于35mm的筛上物进入密度分选系统分离轻质垃圾和重质垃圾，轻质垃圾主要是塑料和纺织物等，经压缩打包送入焚烧发电厂处置，重物质主要是砖瓦等惰性物质，经磁选系统选出铁质金属后回填；项目分选出的铁质金属由下游回收企业再生利用。

图1 陈腐垃圾分选工艺流程

图2 陈腐垃圾处理

1.2 样品采集与指标测定

分别从距离表层0.5~1.0m、3.0~3.5m和5.0~5.5m的垃圾层提取各1.0t（湿基）垃圾，作为填埋龄4a、7a和9a的陈腐垃圾样品。用于重金属含量测定的样品，从滚筒筛筛下物（粒径≤35mm）中采集，样品重约5Kg，呈深灰色，含水率20.7%。

腐殖土中重金属含量测定技术包括：采用石墨炉原子吸光分光光度法测定铅和镉含量，采用火焰原子吸收分光光度法测定铬含量，采用微波消解/原子荧光法测定汞和砷含量。

轻质垃圾热值测定采用经验公式。

2 陈腐垃圾特性及资源化利用潜力

2.1 填埋场陈腐垃圾组成

样品经筛分处理后物料组成如表1所示：

表1  筛分后垃圾样品的质量百分比（%）

从表中可知，腐殖土占比最多，达到46.4%~58.9%，其次是轻物质（塑料类和纺织类），占比29.8%~45.3%，铁质金属含量仅0.0%~0.1%，其他垃圾（石块、塑料、木材和其他惰性垃圾）占比8.3%~11.2%。赵由才等[4]对上海老港填埋场（卫生填埋场）的研究表明，填埋龄4~9年的垃圾中腐殖土（粒径≤50mm）的比例为30.8%~56.3%。本研究中，腐殖土粒径更小，但是筛分后腐殖土质量占比更高，主要是因为：一、不同地区生活垃圾组成不同，垃圾填埋后形成的腐殖土粒径及质量占比有差异；二、本项目填埋场为非正规填埋场，垃圾未压实，也未做覆盖处理，雨水可大量渗入垃圾堆体，空气经由垃圾间隙渗入，导致堆体处于高含水量和高含氧量的状态，加快了堆体中有机质的氧化，促进了有机垃圾降解速度并形成腐殖土[5-8]；三、本项目中陈腐垃圾在筛分前经过开挖堆放后，含水率较低，有利于腐殖土与其他垃圾分离。

2.2 腐殖土中重金属含量

主要检测腐殖土中Cd、Hg、Pb、Cr、As 五种重金属的含量，并与《土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准（试行）》（GB 15618-2018）中对农用地土壤污染风险筛选值和管制值的进行对比，结果如表2所示：

表2 腐殖土中重金属含量及农用地土壤污染风险筛选值和管制值对比

从表中可知，腐殖土中Cd、Hg、Pb、As和Cr的含量均符合《土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准（试行）》（GB 15618-2018）中农用地土壤污染风险管制值的要求，其中，Cd、Hg、Pb和As的含量同时还符合农用地土壤污染风险筛选值的要求，但是Cr的含量超出了农用地土壤污染风险筛选值的要求。

李雄和温知玄等的研究表明，非正规填埋场中混入电子垃圾及其他工业废弃物时，会导致腐殖土中Cr含量超标[4,9]。若将重金属含量超标的腐殖土用作农用地土壤，可能导致农产品出现不符合质量安全标准等隐患。为避免上述安全隐患发生，本项目腐殖土主要考虑用于废弃矿山修复用土、作为卫生填埋场垃圾覆盖土层、与秸秆或是园林废弃物堆肥生产营养基质等[10-14]。

2.3 轻质垃圾热值分析

本研究中，轻物质垃圾可燃物含量高于80%，可燃物中塑料占比在70%以上。热值计算采用以下经验公式[15]：

QL=[4400(1-a) + 8500a]R-600W

其中：

R为可燃垃圾百分数，%；

a为可燃垃圾中塑料的百分数，%；

W为垃圾的含水率（质量分数），%。

表3 轻质可燃物垃圾热值

热值计算结果如表3所示。从表中可知，轻物质平均热值约5700kj/kg，根据焚烧发电的经验，城市垃圾热值高于3350kj/kg时可以实现自燃，因此，该填埋场陈腐垃圾筛分出来的轻质物质可以直接用于焚烧发电，无需添加辅助燃料。李国学等的研究表明，陈腐垃圾轻质垃圾热值约5600 kj/kg，制成RDF燃料棒的热值约16000kj/kg，可以达到国际上对于固体燃料的要求[10]；赵由才等的研究发现，轻物质里的废旧塑料可通过直接挤压成型等工艺制成塑料棒用于生产铝塑板、下水道管材等[16]，由于废旧塑料清洁提质困难，因此，本研究中填埋场筛分出来的轻物质直接用于焚烧发电。

2.4 处理成本分析

陈腐垃圾筛分成本主要包含陈腐垃圾开挖费用、设备折旧费、土建折旧费、电费、人工费、设备检修费用和其他费用等，筛分后物料资源化利用未给本项目带来直接的经济效益。

开挖费用主要是挖掘设备的租赁费和油耗费用；检修费用主要是日常维修费、计量仪表校验费等;其他费用主要是一些不可预见费用的支出等。核算成本过程中，电费和其他费用按陈腐垃圾总量均摊，设备折旧按6年均摊，人工费用按10名工人核算。具体运行成本组成如图3所示，其中，设备折旧费占比28.4%，是运行成本中最主要的费用组成；其次为开挖费用占比26.8%。

图3 非正规填埋场陈腐垃圾分选运行成本组成

3 结束语

项目中采用 “人工分拣—粒径筛分—密度分选—双磁选”的工艺流程可以有效实现陈腐垃圾物料的分离，对其他地区非正规填埋场陈腐垃圾筛分工艺的选择具有参考价值。陈腐垃圾中腐殖土的重金属含量高会限制其再利用，当超出农用地土壤污染风险管制值标准时，需强化监管避免其回用于农业种植中。陈腐垃圾中的轻物质主要采用焚烧方式处理，虽能快速减量，但是并未给项目创造经济效益，未来可以通过解决轻物质清洁提质技术难题，拓展轻物质再利用途径。

参考文献

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 作者简介：林文琪，硕士，工程师，现就职于环创（厦门）科技股份有限公司，主要开展固废资源化领域相关工作。

编辑：赵凡