隨著垃圾分類(lèi)的推行，進(jìn)入焚燒廠的生活垃圾廚果類(lèi)比例下降、紙類(lèi)及橡塑類(lèi)比例升高。由此焚燒廠垃圾發(fā)生了密度降低、熱值升高、滲濾液產(chǎn)率降低、總氮降低、有機(jī)氮占比升高的變化，引起了生活垃圾焚燒廠與滲濾液處理設(shè)施運(yùn)行工況的改變。未來(lái)生活垃圾焚燒廠及滲濾液處理設(shè)施的設(shè)計(jì)建設(shè)項(xiàng)目，將根據(jù)分類(lèi)后的實(shí)施情況調(diào)整工藝參數(shù)。通過(guò)對(duì)垃圾分類(lèi)效果調(diào)查，以上海某焚燒廠為例，主要分析垃圾分類(lèi)對(duì)垃圾成分比例、垃圾密度、熱值、滲濾液產(chǎn)率及滲濾液水質(zhì)的影響，為后續(xù)焚燒廠、滲濾液處理設(shè)施的運(yùn)行及新廠設(shè)計(jì)選值提供參考。
一、背景
2019年1月31日上海市第十五屆人民代表大會(huì)第二次會(huì)議通過(guò)《上海市生活垃圾管理?xiàng)l例》，自2019年7月1日起施行[1]。條例將生活垃圾分為可回收垃圾、有害垃圾、濕垃圾、干垃圾，并做出如下規(guī)定：本市以實(shí)現(xiàn)生活垃圾減量化、資源化、無(wú)害化為目標(biāo)，建立健全生活垃圾分類(lèi)投放、分類(lèi)收集、分類(lèi)運(yùn)輸、分類(lèi)處置的全程分類(lèi)體系，積極推進(jìn)生活垃圾源頭減量和資源循環(huán)利用[2]。《生活垃圾管理?xiàng)l例》實(shí)施后，分類(lèi)效果超過(guò)預(yù)期。以閔行區(qū)某濕垃圾中轉(zhuǎn)站為例，該中轉(zhuǎn)站設(shè)計(jì)濕垃圾處理能力為50噸/天，2019年1至6月濕垃圾日均入場(chǎng)量為30噸/天，7至11月份濕垃圾日均入場(chǎng)量為90噸/天，最高值為114噸/天。
二、分類(lèi)前后的性質(zhì)變化情況
分類(lèi)后的生活垃圾分別處理，在末端處理設(shè)施中，焚燒廠受垃圾分類(lèi)的影響較大。生活垃圾分類(lèi)前：垃圾密度較大、含水率較高、熱值相對(duì)較低、焚燒爐的機(jī)械負(fù)荷較高而熱力負(fù)荷偏低，運(yùn)行時(shí)需不定期投加輔燃燃料提升爐溫，噴水降溫情況較少，同時(shí)垃圾滲濾液產(chǎn)率偏高，滲濾液處理設(shè)施滿負(fù)荷運(yùn)行期持續(xù)較長(zhǎng)。生活垃圾分類(lèi)后：垃圾密度下降、含水率降低、熱值升高、焚燒爐在相同機(jī)械負(fù)荷下熱力負(fù)荷提升，運(yùn)行時(shí)輔燃燃料投加量降低，噴水降溫頻次增加，同比垃圾滲濾液產(chǎn)率下降，滲濾液處理設(shè)施滿負(fù)荷運(yùn)行期減短[3]。
本文以上海某生活垃圾焚燒廠為例，自2018年1月-2019年12月，每月取一次數(shù)據(jù)，研究分類(lèi)實(shí)施前、后生活垃圾成分、密度、熱值、滲濾液產(chǎn)率、滲濾液水質(zhì)的變化情況。
（一）各成分占比變化
圖1 生活垃圾分類(lèi)前、后各成分占比分布對(duì)比圖
分類(lèi)前，進(jìn)入焚燒廠的垃圾成分中廚果類(lèi)占比55.24%，橡塑類(lèi)占比23.82%，紙類(lèi)占比14.71%，紡織類(lèi)、玻璃類(lèi)、金屬類(lèi)、木竹類(lèi)、磚瓦陶瓷類(lèi)等合計(jì)占比6.23%。垃圾分類(lèi)后，進(jìn)入焚燒廠的生活垃圾廚果類(lèi)占比19.63%，橡塑類(lèi)占比46.81%，紙類(lèi)占比23.24%，紡織類(lèi)、玻璃類(lèi)、金屬類(lèi)、木竹類(lèi)、磚瓦陶瓷類(lèi)等合計(jì)占比10.32%。
（二）垃圾密度變化
圖2 生活垃圾分類(lèi)前后密度分布對(duì)比圖
生活垃圾分類(lèi)前后密度分布對(duì)比見(jiàn)圖2。分類(lèi)前，進(jìn)入焚燒廠的生活垃圾密度在150-274 kg/m3之間變化，均值為187 kg/m3。分類(lèi)后，進(jìn)入焚燒廠的生活垃圾密度在89.6-160 kg/m3之間變化，均值為112.75 kg/m3。
（三）滲濾液產(chǎn)率變化
圖3 生活垃圾分類(lèi)前后滲濾液產(chǎn)率分布對(duì)比圖
生活垃圾分類(lèi)前后滲濾液產(chǎn)率分布對(duì)比見(jiàn)圖3。分類(lèi)前，進(jìn)入焚燒廠的生活垃圾滲濾液產(chǎn)率為19.47%-28.83%，年度均值22.94%，夏季產(chǎn)率高出均值4.25個(gè)百分點(diǎn)。分類(lèi)后，進(jìn)入焚燒廠生活垃圾滲濾液產(chǎn)率為10.82%-20.24%，年度均值15.70%，夏季產(chǎn)率高出均值4.30個(gè)百分點(diǎn)。
（四）垃圾熱值變化
圖4 生活垃圾分類(lèi)前后熱值分布對(duì)比圖
生活垃圾分類(lèi)前后熱值分布對(duì)比見(jiàn)圖4。分類(lèi)前，進(jìn)入焚燒廠垃圾熱值為6208-7165 kJ/kg，均值為6634 kJ/kg。分類(lèi)后，進(jìn)入焚燒廠垃圾熱值為7490-7997 kJ/kg，均值為7749 kJ/kg。
（五）滲濾液水質(zhì)變化
圖5 生活垃圾分類(lèi)前后滲濾液主要水質(zhì)指標(biāo)分布對(duì)比
生活垃圾分類(lèi)前后滲濾液主要水質(zhì)指標(biāo)分布對(duì)比見(jiàn)圖5。分類(lèi)前，滲濾液pH均低于7.10，均值為5.90；化學(xué)需氧量為56000-83000 mg/L，均值為67814 mg/L；總氮為2400-3800 mg/L，均值為3048 mg/L，氨氮為1700-3200 mg/L，均值為2502 mg/L；有機(jī)氮為130-900 mg/L，均值為547 mg/L。分類(lèi)后，滲濾液pH為5.76-6.66之間，均值為6.46；化學(xué)需氧量為54000-71000 mg/L，均值為64507 mg/L；總氮為1400-3100 mg/L，均值為2041 mg/L；氨氮為500-1600 mg/L，均值為1095 mg/L；有機(jī)氮為200-1600 mg/L，均值為946 mg/L。
2019年7月垃圾分類(lèi)實(shí)施后，進(jìn)入焚燒廠的生活垃圾中廚果類(lèi)占比降低35.61個(gè)百分點(diǎn)，紙類(lèi)占比增加8.53個(gè)百分點(diǎn)，橡塑類(lèi)占比增加22.99個(gè)百分點(diǎn)，變化對(duì)比見(jiàn)圖6。
圖6 2018年至2019年生活垃圾分類(lèi)前后各成分占比月度堆積圖
由于生活垃圾分類(lèi)的實(shí)施，成分占比超50%的廚果類(lèi)中，可分揀部分被分流至濕垃圾；成分占比超40%的橡塑類(lèi)與紙類(lèi)中，可再利用部分被分流至可回收垃圾；廚果類(lèi)可分練部分占比較大，而橡塑類(lèi)與紙類(lèi)可再利用部分占比較小，進(jìn)而導(dǎo)致進(jìn)入焚燒廠的生活垃圾廚果類(lèi)占比下降，其余組分占比均有所上升，且提升比例不同。垃圾分類(lèi)主要影響廚果類(lèi)、紙類(lèi)、橡塑類(lèi)組分變化；分類(lèi)后各組分占分類(lèi)前各組分的百分比如下：廚果36%、紙類(lèi)153%、橡塑類(lèi)196%，見(jiàn)圖7。
圖7 2018年與2019年生活垃圾分類(lèi)前后主要成分占比趨勢(shì)
生活垃圾中的廚果類(lèi)與橡塑類(lèi)密度相近，與之相比紙類(lèi)密度較低；垃圾分類(lèi)導(dǎo)致廚果類(lèi)與橡塑類(lèi)合計(jì)占比下降12.62%，紙類(lèi)占比上升8.53%，進(jìn)而影響垃圾密度降低。垃圾密度在2019年1-6月（分類(lèi)前）與2018年同期（分類(lèi)前）相比上升4%，7-12月（分類(lèi)后）同期相比下降38%，由此推算分類(lèi)后的垃圾密度與分類(lèi)前同期相比下降42%，見(jiàn)圖8。
圖8 垃圾分類(lèi)前后密度變化趨勢(shì)圖
廚果類(lèi)垃圾的自濾與發(fā)酵是滲濾液主要產(chǎn)生源，垃圾中影響滲濾液產(chǎn)率的主要成分為廚果類(lèi)、紙類(lèi)；在其他條件基本相同的情況下，廚果類(lèi)占比降低、紙類(lèi)占比升高，垃圾含水率與滲濾液產(chǎn)率下降[4]。垃圾含水率也是滲濾液產(chǎn)率的主要影響因素之一，在其他條件不變的情況下，滲濾液產(chǎn)率隨著垃圾含水率的變化而變化。垃圾分類(lèi)使垃圾含水率降低20.99個(gè)百分點(diǎn)，滲濾液產(chǎn)率降低7.23個(gè)百分點(diǎn)，垃圾分類(lèi)實(shí)施前后的含水率、滲濾液產(chǎn)率及兩者變化趨勢(shì)見(jiàn)圖9。
圖9 2018年-2019年生活垃圾分類(lèi)前后垃圾含水率、滲濾液產(chǎn)率及兩者變化趨勢(shì)
分類(lèi)后進(jìn)入焚燒廠的生活垃圾，廚果類(lèi)占比降低、紙類(lèi)與橡塑類(lèi)占比升高、滲濾液產(chǎn)率降低，單位質(zhì)量中可燃物占比增大，垃圾熱值提升[5]，同比上升17%，變化趨勢(shì)見(jiàn)圖10。
圖10 垃圾分類(lèi)前后熱值變化趨勢(shì)圖
滲濾液中的總氮主要來(lái)源于廚果類(lèi)，進(jìn)入焚燒廠的廚果類(lèi)垃圾減少，導(dǎo)致滲濾液中總氮含量下降。垃圾中水含量降低，發(fā)酵受到限制，影響有機(jī)氮的氨化效果，出現(xiàn)氨氮降低、有機(jī)氮升高的情況。垃圾分類(lèi)實(shí)施后，使得pH上升約9.30%，化學(xué)需氧量降低4.90%，總氮降低33.10%，氨氮降低56.20%，有機(jī)氮提高73.10%，滲濾液水質(zhì)變化趨勢(shì)見(jiàn)圖11、圖12。
圖11 2018、2019年生活垃圾分類(lèi)前后滲瀝液水質(zhì)中氨氮、有機(jī)氮變化趨勢(shì)
圖12 2018年與2019年生活垃圾分類(lèi)前后滲濾液水質(zhì)中pH、化學(xué)需氧量、總氮變化趨勢(shì)
垃圾分類(lèi)后，垃圾熱值提升，焚燒爐在相同熱力負(fù)荷工況下機(jī)械負(fù)荷降低，表現(xiàn)為垃圾進(jìn)料量降低、噴水降溫頻率增加，垃圾處理能力降低比例不等價(jià)于熱值提升比例；滲濾液產(chǎn)率降低、總氮濃度降低、總氮中有機(jī)氮占比升高，使得滲濾液處理系統(tǒng)運(yùn)行負(fù)荷同步降低、生化脫氮階段C/N升高、能源與藥劑耗量降低，針對(duì)運(yùn)營(yíng)單位，滲濾液噸水運(yùn)營(yíng)成本增加。
四、 對(duì)設(shè)計(jì)取值的建議
生活垃圾密度受含水率影響較大，有關(guān)研究表明生活垃圾密度與垃圾含水率成正相關(guān)關(guān)系，而垃圾含水率與垃圾中廚果類(lèi)、紙類(lèi)、橡塑類(lèi)及紡織類(lèi)占比相關(guān)；經(jīng)分析，生活垃圾中廚果類(lèi)、紙類(lèi)及橡塑類(lèi)占比是影響生活垃圾密度的主要因素。選取2018年1月-2019年12月生活垃圾各組分占比變化與密度數(shù)據(jù)耦合分析，廚果類(lèi)占比與垃圾密度呈正相關(guān)關(guān)系；紙類(lèi)占比與密度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系；橡塑類(lèi)占比與密度整體上呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，當(dāng)占比為22%-26%時(shí)，密度在170-280 kg/m3波動(dòng)，見(jiàn)圖13。
圖13 生活垃圾主要成分占比對(duì)垃圾密度的影響趨勢(shì)圖
垃圾組分中，廚果類(lèi)、紙類(lèi)、橡塑類(lèi)及紡織類(lèi)垃圾對(duì)含水率影響較大[6]。選取2018年1月-2019年12月生活垃圾各組分占比變化與含水率數(shù)據(jù)耦合分析，廚果類(lèi)占比與含水率呈正相關(guān)關(guān)系；橡塑類(lèi)、紡織類(lèi)占比與含水率呈負(fù)相關(guān)關(guān)系；而紙類(lèi)占比與垃圾水率關(guān)系呈波動(dòng)關(guān)系，即為在占比低于45%及高于65%時(shí)與含水率成正相關(guān)關(guān)系，占比在45%-65%與含水率成負(fù)相關(guān)關(guān)系，垃圾主要成分對(duì)垃圾含水率影響趨勢(shì)見(jiàn)圖14。
圖14 主要組分對(duì)垃圾含水率影響趨勢(shì)圖
（三）主要組分對(duì)熱值的影響
根據(jù)生活垃圾理論燃燒熱值的計(jì)算公式，對(duì)垃圾熱值影響較大的組分為廚果類(lèi)、紙類(lèi)及橡塑類(lèi)。選取2018年1月-2019年12月生活垃圾廚果類(lèi)、紙類(lèi)及橡塑類(lèi)占比變化與熱值數(shù)據(jù)耦合分析，廚果類(lèi)占比與垃圾熱值呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，紙類(lèi)、橡塑類(lèi)與熱值呈正相關(guān)關(guān)系，見(jiàn)圖15。按CJ/T313-2019《生活垃圾采樣和分析方法》的垃圾熱值計(jì)算公式，用垃圾成分計(jì)算得到高于實(shí)際運(yùn)行熱值的結(jié)果，說(shuō)明實(shí)際運(yùn)行中可通過(guò)調(diào)整垃圾坑的停留時(shí)間等維持垃圾熱值在一個(gè)穩(wěn)定、可承受的范圍[7]。
圖15 主要組分對(duì)垃圾熱值影響趨勢(shì)圖
（四）對(duì)后續(xù)設(shè)計(jì)取值的建議
垃圾分類(lèi)后，對(duì)在建或已投產(chǎn)的生活垃圾焚燒廠及滲濾液處理設(shè)施，后續(xù)運(yùn)行應(yīng)根據(jù)分類(lèi)情況及組分對(duì)主要參數(shù)的影響做相應(yīng)調(diào)整；對(duì)擬建的生活垃圾焚燒廠及滲濾液處理設(shè)施，應(yīng)在設(shè)計(jì)階段根據(jù)分類(lèi)情況及垃圾組分變化對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)做相應(yīng)調(diào)整。
1、降低進(jìn)入焚燒廠的生活垃圾密度。針對(duì)運(yùn)營(yíng)項(xiàng)目，建議在垃圾收集、運(yùn)輸、儲(chǔ)存及調(diào)運(yùn)設(shè)施設(shè)備更新時(shí)，應(yīng)考慮降低設(shè)備相關(guān)參數(shù)，本文研究的垃圾焚燒廠密度降低幅度建議取值為38%；針對(duì)擬建項(xiàng)目，建議在垃圾收集、運(yùn)輸、儲(chǔ)存及調(diào)運(yùn)時(shí)，相應(yīng)建構(gòu)筑物及設(shè)施設(shè)備參數(shù)取值降低。
2、提升進(jìn)入焚燒廠的生活垃圾熱值。針對(duì)運(yùn)營(yíng)項(xiàng)目，建議焚燒廠在運(yùn)行中減短垃圾發(fā)酵時(shí)間，增加濃縮液回噴量，濃縮液量不足可用滲濾液原液代替；針對(duì)擬建項(xiàng)目，建議提升焚燒爐熱力負(fù)荷并與后續(xù)的發(fā)電設(shè)備相匹配。
3、降低進(jìn)入焚燒廠的生活垃圾滲濾液產(chǎn)水率。針對(duì)運(yùn)營(yíng)項(xiàng)目，采用多條生產(chǎn)線的建議部分生產(chǎn)線停運(yùn)，采用單條生產(chǎn)線的建議部分設(shè)備停運(yùn)，設(shè)施設(shè)備更新建議根據(jù)水量的變化更換低位型號(hào)設(shè)備或增加變頻配置；針對(duì)擬建項(xiàng)目，建議在滲濾液處理設(shè)施設(shè)計(jì)中降低處理規(guī)模。
4、進(jìn)入焚燒廠生活垃圾滲濾液水質(zhì)變化，針對(duì)運(yùn)營(yíng)項(xiàng)目，總氮降低而有機(jī)氮占比升高，有機(jī)氮在好氧段降解難度較大，建議滲濾液全部經(jīng)厭氧氨化后再進(jìn)入生化池，若厭氧段運(yùn)行效果過(guò)好導(dǎo)致好氧段碳源不足，可通過(guò)降低厭氧段運(yùn)行效率提升好氧段進(jìn)水碳氮比；針對(duì)擬建項(xiàng)目，垃圾滲濾液處理設(shè)施設(shè)計(jì)參數(shù)中，COD可沿用以往的設(shè)計(jì)取值，氨氮取值建議降低30%，對(duì)有機(jī)氮含量升高需有所考慮。
分類(lèi)后進(jìn)入焚燒廠的生活垃圾密度降42%；熱值由6634 kJ/kg升高至7749 kJ/kg，升高16.80%。滲濾液產(chǎn)率由22.94%降低至15.70%，降低約7.24個(gè)百分點(diǎn)；化學(xué)需氧量由67814 mg/L降低至64507mg/L，降低4.9%；總氮由3048 mg/L降低至2041 mg/L，降低33.10%；氨氮由2502 mg/L降低至1095 mg/L，降低約56.24%；有機(jī)氮由547 mg/L提升至946 mg/L，升高約72.94%。
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來(lái)源 | 《環(huán)境衛(wèi)生工程》第29卷第1期