好文推薦 | 非正規(guī)垃圾填埋場陳腐垃圾篩分技術(shù)與資源化利用

引言

福建省某非正規(guī)垃圾填埋廠于2010年投入使用，2015年1月停用，填埋場垃圾堆存量約11萬t。經(jīng)檢測，填埋場的灰土類占比58.2%，橡塑紡織類占比21.9%，金屬類占比2.8%，廚余類占比0.7%。由于填埋場建設(shè)不規(guī)范，導(dǎo)致填埋場周邊環(huán)境及地下水污染，在環(huán)保督察中被要求進(jìn)行整改，整改措施之一是將填埋場陳腐垃圾原位篩分處理。

項(xiàng)目篩分系統(tǒng)工藝流程為“人工分揀—粒徑篩分—密度分選—雙磁選”，設(shè)計(jì)處理能力500t/d，于2019年投入使用。人工分揀主要是分離石塊、木板等大件雜物；粒徑篩分主要是用滾筒篩分離粒徑小于35mm的腐殖土，腐殖土經(jīng)磁選去除鐵質(zhì)金屬后資源化利用；粒徑大于35mm的篩上物進(jìn)入密度分選系統(tǒng)分離輕質(zhì)垃圾和重質(zhì)垃圾，輕質(zhì)垃圾主要是塑料和紡織物等，經(jīng)壓縮打包送入焚燒發(fā)電廠處置，重物質(zhì)主要是磚瓦等惰性物質(zhì)，經(jīng)磁選系統(tǒng)選出鐵質(zhì)金屬后回填；項(xiàng)目分選出的鐵質(zhì)金屬由下游回收企業(yè)再生利用。

圖1 陳腐垃圾分選工藝流程

圖2 陳腐垃圾處理

分別從距離表層0.5~1.0m、3.0~3.5m和5.0~5.5m的垃圾層提取各1.0t（濕基）垃圾，作為填埋齡4a、7a和9a的陳腐垃圾樣品。用于重金屬含量測定的樣品，從滾筒篩篩下物（粒徑≤35mm）中采集，樣品重約5Kg，呈深灰色，含水率20.7%。

腐殖土中重金屬含量測定技術(shù)包括：采用石墨爐原子吸光分光光度法測定鉛和鎘含量，采用火焰原子吸收分光光度法測定鉻含量，采用微波消解/原子熒光法測定汞和砷含量。

輕質(zhì)垃圾熱值測定采用經(jīng)驗(yàn)公式。

項(xiàng)目用工藝流程可以有效實(shí)現(xiàn)陳腐垃圾物料的分離，樣品經(jīng)篩分處理后物料組成如表2所示：

表1  篩分后垃圾樣品的質(zhì)量百分比（%）

從表中可知，腐殖土占比最多，達(dá)到46.4%~58.9%，其次是輕物質(zhì)（塑料類和紡織類），占比29.8%~45.3%，鐵質(zhì)金屬含量僅0.0%~0.1%，其他垃圾（石塊、塑料、木材和其他惰性垃圾）占比8.3%~11.2%。趙由才等^[4]對上海老港填埋場（衛(wèi)生填埋場）的研究表明，填埋齡4~9年的垃圾中腐殖土（粒徑≤50mm）的比例為30.8%~56.3%。本研究中，腐殖土粒徑更小，但是篩分后腐殖土質(zhì)量占比更高，主要是因?yàn)椋阂?、不同地區(qū)生活垃圾組成不同，垃圾填埋后形成的腐殖土粒徑及質(zhì)量占比有差異；二、本項(xiàng)目中陳腐垃圾在篩分前經(jīng)過“晾曬”，含水率較低，有利于腐殖土與其他垃圾分離；三、本項(xiàng)目填埋場為非正規(guī)填埋場，垃圾未壓實(shí)，也未做覆蓋處理，雨水可大量滲入垃圾堆體，空氣經(jīng)由垃圾間隙滲入，導(dǎo)致堆體高含水量和高含氧量，加快了堆體中有機(jī)質(zhì)的氧化，促進(jìn)了有機(jī)垃圾降解速度并形成腐殖土^[5-8]。

福建省某非正規(guī)垃圾填埋廠于2010年投入使用，2015年1月停用，填埋場垃圾堆存量約11萬t。經(jīng)檢測，填埋場的灰土類占比58.2%，橡塑紡織類占比21.9%，金屬類占比2.8%，廚余類占比0.7%。由于填埋場建設(shè)不規(guī)范，導(dǎo)致填埋場周邊環(huán)境及地下水污染，在環(huán)保督察中被要求進(jìn)行整改，整改措施之一是將填埋場陳腐垃圾原位篩分處理。

項(xiàng)目篩分系統(tǒng)工藝流程為“人工分揀—粒徑篩分—密度分選—雙磁選”，設(shè)計(jì)處理能力500t/d，于2019年投入使用。人工分揀主要是分離石塊、木板等大件雜物；粒徑篩分主要是用滾筒篩分離粒徑小于35mm的腐殖土，腐殖土經(jīng)磁選去除鐵質(zhì)金屬后資源化利用；粒徑大于35mm的篩上物進(jìn)入密度分選系統(tǒng)分離輕質(zhì)垃圾和重質(zhì)垃圾，輕質(zhì)垃圾主要是塑料和紡織物等，經(jīng)壓縮打包送入焚燒發(fā)電廠處置，重物質(zhì)主要是磚瓦等惰性物質(zhì)，經(jīng)磁選系統(tǒng)選出鐵質(zhì)金屬后回填；項(xiàng)目分選出的鐵質(zhì)金屬由下游回收企業(yè)再生利用。

主要檢測腐殖土中Cd、Hg、Pb、Cr、As 五種重金屬的含量，并與《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)（試行）》（GB 15618-2018）中對農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值和管制值的進(jìn)行對比，結(jié)果如表3所示：

表2 腐殖土中重金屬含量及農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值和管制值對比

從表中可知，腐殖土中Cd、Hg、Pb、As和Cr的含量均符合《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)（試行）》（GB 15618-2018）中農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管制值的要求，其中，Cd、Hg、Pb和As的含量同時(shí)還符合農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值的要求，但是Cr的含量超出了農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值的要求。

李雄和溫知玄等的研究表明，非正規(guī)填埋場中混入電子垃圾及其他工業(yè)廢棄物時(shí)，會導(dǎo)致腐殖土中Cr含量超標(biāo)^[4,9]。若將重金屬含量超標(biāo)的腐殖土用作農(nóng)用地土壤，可能導(dǎo)致農(nóng)產(chǎn)品出現(xiàn)不符合質(zhì)量安全標(biāo)準(zhǔn)等隱患。為避免上述安全隱患發(fā)生，本項(xiàng)目腐殖土主要考慮用于廢棄礦山修復(fù)用土、作為衛(wèi)生填埋場垃圾覆蓋土層、與秸稈或是園林廢棄物堆肥生產(chǎn)營養(yǎng)基質(zhì)等^[10-14]。

本研究中，輕物質(zhì)垃圾可燃物含量高于80%，可燃物中塑料占比在70%以上。熱值計(jì)算采用以下經(jīng)驗(yàn)公式^[15]：

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

其中：

R為可燃垃圾百分?jǐn)?shù)，%；

a為可燃垃圾中塑料的百分?jǐn)?shù)，%；

W為垃圾的含水率（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），%。

表3 輕質(zhì)可燃物垃圾熱值

熱值計(jì)算結(jié)果如表3所示。從表中可知，輕物質(zhì)平均熱值約5700kj/kg，根據(jù)焚燒發(fā)電的經(jīng)驗(yàn)，城市垃圾熱值高于3350kj/kg時(shí)可以實(shí)現(xiàn)自燃，因此，該填埋場陳腐垃圾篩分出來的輕質(zhì)物質(zhì)可以直接用于焚燒發(fā)電，無需添加輔助燃料。李國學(xué)等的研究表明，陳腐垃圾輕質(zhì)垃圾熱值約5600 kj/kg，制成RDF燃料棒的熱值約16000kj/kg，可以達(dá)到國際上對于固體燃料的要求^[10]；趙由才等的研究發(fā)現(xiàn)，輕物質(zhì)里的廢舊塑料可通過直接擠壓成型等工藝制成塑料棒用于生產(chǎn)鋁塑板、下水道管材等^[16]，由于廢舊塑料清潔提質(zhì)困難，因此，本研究中填埋場篩分出來的輕物質(zhì)直接用于焚燒發(fā)電。

陳腐垃圾篩分成本主要包含陳腐垃圾開挖費(fèi)用、設(shè)備折舊費(fèi)、土建折舊費(fèi)、電費(fèi)、人工費(fèi)、設(shè)備檢修費(fèi)用和其他費(fèi)用等，篩分后物料資源化利用未給本項(xiàng)目帶來直接的經(jīng)濟(jì)效益。

開挖費(fèi)用主要是挖掘設(shè)備的租賃費(fèi)和油耗費(fèi)用；檢修費(fèi)用主要是日常維修費(fèi)、計(jì)量儀表校驗(yàn)費(fèi)等;其他費(fèi)用主要是一些不可預(yù)見費(fèi)用的支出等。核算成本過程中，電費(fèi)和其他費(fèi)用按陳腐垃圾總量均攤，設(shè)備折舊按6年均攤，人工費(fèi)用按10名工人核算。具體運(yùn)行成本組成如圖2所示，其中，設(shè)備折舊費(fèi)占比28.4%，是運(yùn)行成本中最主要的費(fèi)用組成；其次為開挖費(fèi)用占比26.8%。

圖3 非正規(guī)填埋場陳腐垃圾分選運(yùn)行成本組成

項(xiàng)目用篩分工藝流程可以有效實(shí)現(xiàn)陳腐垃圾物料的分離，同時(shí)達(dá)到環(huán)保督察整改的要求。篩分后的腐殖土（粒徑≤35mm）、可燃輕物質(zhì)垃圾、鐵質(zhì)金屬和其他垃圾，所占濕基的比重分別為46.4%~58.9% 、29.8~45.3%、0.0%~0.1%和8.3%~11.2%。

項(xiàng)目中輕物質(zhì)熱值約為5700kj/kg，可直接焚燒處理。若能解決輕物質(zhì)清潔提質(zhì)技術(shù)難題，則有助于拓展輕物質(zhì)的再利用途徑，并給項(xiàng)目創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益。腐殖土中重金屬含量是影響其再利用的關(guān)鍵，當(dāng)腐殖土中重金屬含量超出農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管制值標(biāo)準(zhǔn)，需加強(qiáng)對其流向的監(jiān)管，不可將其回用于農(nóng)業(yè)種植中。