上海市分類垃圾理化特性分析及處置方式探討

賈 悅，董曉丹，夏蘇湘，李曉勇

（1.上海市環境工程設計科學研究院有限公司，上海200232；2.上海環境衛生工程設計院，上海200232）

1 引言

隨著城市化進程加快，居民生活水平的提高，垃圾問題越來越成為上海市突出的環境問題［1］。目前，上海市居民生活垃圾尚處于以混合收集為主，并逐漸實行分類收集試點階段。上海市垃圾分類為干濕垃圾分類法，即先將專項收集的有害垃圾、可回收物單獨收集后，把生活垃圾分類為廚余、果皮垃圾（濕垃圾）和其他垃圾（干垃圾）兩類。對分類后的各種垃圾進行有針對性的處理，進行垃圾減量化、無害化與資源化處置。為此，掌握分類垃圾理化特性數據及其規律顯得尤為重要，關系垃圾后續處置方式選擇。目前有關垃圾理化特性研究，主要集中于對混合收集垃圾特性研究［2］，僅有的涉及垃圾分類的也多側重于分類方式方法的研究等［3，4］，而對分類垃圾理化特性的研究甚少。

本文通過對上海市分類垃圾的物理組成、含水率、容重、發熱量、元素、生化指標的測試及分析，并將其與常規的混合收集垃圾特性進行比對分析，研究分類干、濕垃圾的理化特性，并探討分類垃圾后續合理的處置利用方式。為探索城市生活垃圾減量化、無害化、資源化的技術途徑，提供數據支撐與技術支持。

2 試驗方法

隨機選取上海市4個城區居民分類小區，對其干、濕垃圾理化指標進行測定及分析。為保證比較的一致相關性，選定城區居民混合垃圾為對比。

2.1 分析方法

生活垃圾主要理化特性包括容重、物理組成、含水率、發熱量（熱值）、元素等。各指標測定均參考《生活垃圾采樣和分析方法》（CJ/T313－2009）。具體操作為：容重測定采用容器法，將采集的樣品破袋混勻，在不施加外力的作用下填滿固定容積的容器，稱量記錄，計算垃圾的容重；物理組成測定是將各組分稱量記錄，并計算每類濕基成分比重；各物理組分縮分取樣，先單組分含水率分析，根據濕基成分質量分數計算混合狀態下垃圾的含水率；單組分樣品烘干后制樣，制成的樣品進入發熱量、元素、生化指標等測試階段，獲得干基狀態下的檢測結果，結合單組分樣品含水率、元素含量等數據，計算濕基狀態下生活垃圾的發熱量、元素和灰分。

2.2 材料與設備

磅秤、樣品采集車輛、分類樣品容器；分析天平、電熱鼓風恒溫干燥箱、研磨儀（研磨系統）、元素分析儀、氧彈式量熱儀。

3 結果與分析

3.1 物理組成

從濕基角度，通過與混合收集生活垃圾物理組成作對比，分析說明分類干、濕垃圾的組分情況，并從可資源化利用角度，對比分析垃圾潛在可回收物、易燃物以及易腐物質比例。表1是混合垃圾和分類垃圾的物理組成。由表1可看出：分類干、濕垃圾各組分含量相對混合垃圾有顯著變化。

分類干垃圾可回收廢物比例顯著提高，有機物比例明顯降低。潛在可回收廢物包括紙類、橡塑類、橡塑類、紡織類、金屬類、玻璃類等，分類干垃圾中可回收廢物量達到垃圾總量的45%以上，比混合收集垃圾提高了近75%；分類干垃圾中有機物（易腐廚余類）含量減少了約30%；渣石、煤灰等其他垃圾因其本身含量較低，相差不甚明顯；此外，從易燃組分（僅包括紙類、橡塑類、木竹類、紡織類）角度看，干垃圾易燃組分比混合垃圾含量顯著提高，由原來24%增加至41%，提高了近75%。

從分類干垃圾各組分比例看，廚余類最大（51%），橡塑類次之（21%～27%），其次為紙類（11%～18%），橡塑類、紙類、廚余類比重含量之和近90%，可見，廚余、橡塑、紙是分類干垃圾的主體部分。與混合收集垃圾相比，分類干垃圾紙類、橡塑類、金屬類、玻璃類比例均有所提升，分別上升了147%、73%、292%、62%；木竹類、紡織類、廚余類比例均有所降低，分別下降27%、44%、30%。由此可見，分類干垃圾中的廚余類含量的減少導致了有機物減少；而分類后紙類、金屬、玻璃、塑料的增加，與潛在可回收廢物的增多直接相關，尤其金屬提升近3倍、紙類提升1倍以上。

表1 混合垃圾和分類垃圾的物理組成（濕基）%

分類濕垃圾主要是剩飯、剩菜、菜皮、果皮及過期食品等廚余果類。數據結果表明（表1），相較混合收集生活垃圾而言，分類濕垃圾幾乎不含塑料、紙類、玻璃等組分，有機物（廚余）純度較高，其比例占濕垃圾總量的80%，利于有機生活垃圾的有效利用。

3.2 含水率、容重、發熱量

垃圾含水率與廚余相關性大［5］。研究結果表明（圖1、表2），分類干垃圾含水率顯著降低，含水率平均值不到55%，比混合垃圾含水率降低了20%；分類濕垃圾含水率相對較高，其值高達72%。由圖1可知，含水率與容重呈正比關系，而與熱值呈負相關性，與其他學者研究結果一致［6］。

一般而言，垃圾主體成分不同，容重值將有所不同。廚余類比例越高，容重就越大，而塑料等包裝物組分越高，則容重越小，反之亦然。由圖1、表2知，分類干垃圾容重顯著減小，其值為117～133kg/m3，相對混合收集垃圾減少了約40%；隨著分類濕垃圾中廚果類組分的集中，含水率增多，濕垃圾容重增大，最大值達304 kg/m3。

圖1 混合垃圾和分類垃圾的含水率、熱值及容重的關系

表2 混合垃圾和分類垃圾的容重、含水率、熱值（濕基）

熱值高低是生活垃圾處理方式選擇的重要參考指標，是垃圾燃燒性能好壞的主要參數，用來衡量城市垃圾作為燃料的價值和能力的標志［7］。垃圾熱值高低取決于構成垃圾的各種廢棄物性質及其所占比例，輕質可燃組分含量具有決定作用［8］。數據結果顯示（圖1、表2）：分類干垃圾熱值（濕基低位發熱量）達到6881～7279kJ/kg，比混合收集垃圾熱值提高了80%以上；與之相反，因含水率高而輕質可燃組分低的緣故，分類濕垃圾熱值較低，平均值低于2500kJ/kg。

3.3 元素、三成分

“三成分”即水分、灰分、可燃分；垃圾元素包括碳、氫、氮、氧、揮發性氯、燃燒性硫等元素，與垃圾作為資源、能源的價值密切相關。

一般情況下，垃圾中紙、塑料含量多少決定C、H元素含量的高低。研究結果表明（表3），分類濕垃圾中各元素含量均低于混合收集生活垃圾，尤其C、H元素比例顯著較低，其值分別為8.75%和1.45%，這與分類濕垃圾紙、塑料等組分含量較少有關；分類濕垃圾可燃分比例13.37%～19.2%，低于混合收集垃圾近20%。盡管分類濕垃圾灰分較低，因其可燃分低且水分高，說明分類濕垃圾不易燃燒。這與發熱量呈現良好的正相關性。

表3 混合垃圾和分類垃圾元素、三成分（濕基）＊

3.4 生化指標

從化學組成看，分類濕垃圾以淀粉、纖維素、蛋白質、脂類和無機鹽等組成，為進一步了解分類濕垃圾生化特征，探索濕垃圾后續處置利用方式，對濕垃圾的有機質、蛋白質、粗脂肪等指標進行測定。

研究表明（表4），分類濕垃圾中有機質、蛋白質、粗脂肪的含量占其干物質比例，分別為75%、14%、7%，具有良好的生物利用價值和前景。分類濕垃圾含水率高、熱值低，但其有機質含量高，且含有一定量的蛋白質，是生化堆肥的良好材料，不適合焚燒及填埋處置。

表4 分類濕垃圾生化指標含量（干基）%

3.5 處置方式

生活垃圾混合收集，一方面增加垃圾收集和運輸數量，消耗更多的人力、物力和財力；另一方面增加垃圾處理的技術難度、工程投資和運行費用，不利于垃圾的減量、循環利用和無害化處理。由上海市生活垃圾分類垃圾理化特性可知，一方面干垃圾的易燃組分高，廚余組分少，垃圾含水率低而熱值高，改善了垃圾焚燒性能；另一方面，隨著廚余類組分集中，濕垃圾有機質純度高且含有一定量的蛋白質，可集中生化處理轉化為肥料等實現資源再利用；同時居民源頭垃圾分類，避免了有害垃圾直接混入末端處置設施，預防環境二次污染。

綜上可知，收集應有利于后期收運和處置，有助于減少垃圾處理的難度。目前上海市生活垃圾處理技術多以混合收集為主，建議后續的配套措施有效跟進，將垃圾分類目的與后續的垃圾處理方式有效結合，提高和改進分類垃圾處理技術；應重視高科技處理技術轉化應用于分類垃圾處置，尤其對塑料袋、廢紙、廚余等加工和應用。

4 結論與建議

（1）相比混合收集垃圾，分類干垃圾有機物減少，而可回收廢物、易燃物含量增加。其中，有機物減少約30%，潛在可回收廢物、易燃物增加約75%。紙、塑、廚余為分類干垃圾的主要組分，比重之和近90%；含水率55%，比混合垃圾減少了20%；容重顯著降低，其值為117～133kg/m3；熱值（濕基低位發熱量）6881～7279 kJ/kg。適合作焚燒處置，利于處置效果的實現。

（2）分類濕垃圾有機物純度高，占濕垃圾比重80%；含水率為72%，容重達304kg/m3，熱值（濕基低位發熱量）低于2500kJ/kg，而有機質、蛋白質、粗脂肪的含量占其干物質比例，分別為75%、14%、7%。是生化堆肥的良好材料，不適合焚燒及填埋處置。

（3）垃圾分類收集，有利于后期收運和處置，有助于減少垃圾處理的難度。建議后續的配套措施有效跟進，提高和改進分類垃圾處理技術；應重視高科技處理技術轉化應用于分類垃圾處置，尤其對塑料袋、廢紙、廚余等加工和應用。

［1］胡倩雨，陳 超，黃盈盈.上海市城市社區推行垃圾分類存在的問題及其改進措施［J］.綠色科技，2013，3（3）：164～167.

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［5］秦宇飛，白 焰，王 瀟.北京市朝陽區城市生活垃圾組分分布特征研究［J］.環境工程學報，2009，3（8）：1498～1502.

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