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。基于此背景，廚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(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(jī)，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(jī)的實際使用率約為90%，大部分居民對粉碎機(jī)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(jī)，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(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題，大面積推廣廚余垃圾粉碎機(jī)的時機(jī)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(jī)、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(qiáng)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(jì)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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