隨著垃圾分類的推行，進入焚燒廠的生活垃圾廚果類比例下降、紙類及橡塑類比例升高。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)施運行工況的改變。未來生活垃圾焚燒廠及滲濾液處理設(shè)施的設(shè)計建設(shè)項目，將根據(jù)分類后的實施情況調(diào)整工藝參數(shù)。通過對垃圾分類效果調(diào)查，以上海某焚燒廠為例，主要分析垃圾分類對垃圾成分比例、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)施的運行及新廠設(shè)計選值提供參考。
一、背景
2019年1月31日上海市第十五屆人民代表大會第二次會議通過《上海市生活垃圾管理條例》，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：本市以實現(xiàn)生活垃圾減量化、資源化、無害化為目標，建立健全生活垃圾分類投放、分類收集、分類運輸、分類處置的全程分類體系，積極推進生活垃圾源頭減量和資源循環(huán)利用[2]?！渡罾芾項l例》實施后，分類效果超過預期。以閔行區(qū)某濕垃圾中轉(zhuǎn)站為例，該中轉(zhuǎn)站設(shè)計濕垃圾處理能力為50噸/天，2019年1至6月濕垃圾日均入場量為30噸/天，7至11月份濕垃圾日均入場量為90噸/天，最高值為114噸/天。
二、分類前后的性質(zhì)變化情況
分類后的生活垃圾分別處理，在末端處理設(shè)施中，焚燒廠受垃圾分類的影響較大。生活垃圾分類前：垃圾密度較大、含水率較高、熱值相對較低、焚燒爐的機械負荷較高而熱力負荷偏低，運行時需不定期投加輔燃燃料提升爐溫，噴水降溫情況較少，同時垃圾滲濾液產(chǎn)率偏高，滲濾液處理設(shè)施滿負荷運行期持續(xù)較長。生活垃圾分類后：垃圾密度下降、含水率降低、熱值升高、焚燒爐在相同機械負荷下熱力負荷提升，運行時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)施滿負荷運行期減短[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)，研究分類實施前、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
分類前，進入焚燒廠的垃圾成分中廚果類占比55.24%，橡塑類占比23.82%，紙類占比14.71%，紡織類、玻璃類、金屬類、木竹類、磚瓦陶瓷類等合計占比6.23%。垃圾分類后，進入焚燒廠的生活垃圾廚果類占比19.63%，橡塑類占比46.81%，紙類占比23.24%，紡織類、玻璃類、金屬類、木竹類、磚瓦陶瓷類等合計占比10.32%。
（二）垃圾密度變化
生活垃圾分類前后密度分布對比見圖2。分類前，進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。分類后，進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 生活垃圾分類前后滲濾液產(chǎn)率分布對比圖
生活垃圾分類前后滲濾液產(chǎn)率分布對比見圖3。分類前，進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個百分點。分類后，進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個百分點。
（四）垃圾熱值變化
生活垃圾分類前后熱值分布對比見圖4。分類前，進入焚燒廠垃圾熱值為6208-7165 kJ/kg，均值為6634 kJ/kg。分類后，進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 生活垃圾分類前后滲濾液主要水質(zhì)指標分布對比
生活垃圾分類前后滲濾液主要水質(zhì)指標分布對比見圖5。分類前，滲濾液pH均低于7.10，均值為5.90；化學需氧量為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；有機氮為130-900 mg/L，均值為547 mg/L。分類后，滲濾液pH為5.76-6.66之間，均值為6.46；化學需氧量為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；有機氮為200-1600 mg/L，均值為946 mg/L。
2019年7月垃圾分類實施后，進入焚燒廠的生活垃圾中廚果類占比降低35.61個百分點，紙類占比增加8.53個百分點，橡塑類占比增加22.99個百分點，變化對比見圖6。
圖6 2018年至2019年生活垃圾分類前后各成分占比月度堆積圖
由于生活垃圾分類的實施，成分占比超50%的廚果類中，可分揀部分被分流至濕垃圾；成分占比超40%的橡塑類與紙類中，可再利用部分被分流至可回收垃圾；廚果類可分練部分占比較大，而橡塑類與紙類可再利用部分占比較小，進而導致進入焚燒廠的生活垃圾廚果類占比下降，其余組分占比均有所上升，且提升比例不同。垃圾分類主要影響廚果類、紙類、橡塑類組分變化；分類后各組分占分類前各組分的百分比如下：廚果36%、紙類153%、橡塑類196%，見圖7。
圖7 2018年與2019年生活垃圾分類前后主要成分占比趨勢
生活垃圾中的廚果類與橡塑類密度相近，與之相比紙類密度較低；垃圾分類導致廚果類與橡塑類合計占比下降12.62%，紙類占比上升8.53%，進而影響垃圾密度降低。垃圾密度在2019年1-6月（分類前）與2018年同期（分類前）相比上升4%，7-12月（分類后）同期相比下降38%，由此推算分類后的垃圾密度與分類前同期相比下降42%，見圖8。
廚果類垃圾的自濾與發(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、紙類；在其他條件基本相同的情況下，廚果類占比降低、紙類占比升高，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。垃圾分類使垃圾含水率降低20.99個百分點，滲濾液產(chǎn)率降低7.23個百分點，垃圾分類實施前后的含水率、滲濾液產(chǎn)率及兩者變化趨勢見圖9。
圖9 2018年-2019年生活垃圾分類前后垃圾含水率、滲濾液產(chǎn)率及兩者變化趨勢
分類后進入焚燒廠的生活垃圾，廚果類占比降低、紙類與橡塑類占比升高、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%，變化趨勢見圖10。
滲濾液中的總氮主要來源于廚果類，進入焚燒廠的廚果類垃圾減少，導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，影響有機氮的氨化效果，出現(xiàn)氨氮降低、有機氮升高的情況。垃圾分類實施后，使得pH上升約9.30%，化學需氧量降低4.90%，總氮降低33.10%，氨氮降低56.20%，有機氮提高73.10%，滲濾液水質(zhì)變化趨勢見圖11、圖12。
圖11 2018、2019年生活垃圾分類前后滲瀝液水質(zhì)中氨氮、有機氮變化趨勢
圖12 2018年與2019年生活垃圾分類前后滲濾液水質(zhì)中pH、化學需氧量、總氮變化趨勢
垃圾分類后，垃圾熱值提升，焚燒爐在相同熱力負荷工況下機械負荷降低，表現(xiàn)為垃圾進料量降低、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、總氮中有機氮占比升高，使得滲濾液處理系統(tǒng)運行負荷同步降低、生化脫氮階段C/N升高、能源與藥劑耗量降低，針對運營單位，滲濾液噸水運營成本增加。
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、紙類、橡塑類及紡織類占比相關(guān)；經(jīng)分析，生活垃圾中廚果類、紙類及橡塑類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，廚果類占比與垃圾密度呈正相關(guān)關(guān)系；紙類占比與密度呈負相關(guān)關(guān)系；橡塑類占比與密度整體上呈負相關(guān)關(guān)系，當占比為22%-26%時，密度在170-280 kg/m3波動，見圖13。
圖13 生活垃圾主要成分占比對垃圾密度的影響趨勢圖
垃圾組分中，廚果類、紙類、橡塑類及紡織類垃圾對含水率影響較大[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，廚果類占比與含水率呈正相關(guān)關(guān)系；橡塑類、紡織類占比與含水率呈負相關(guān)關(guān)系；而紙類占比與垃圾水率關(guān)系呈波動關(guān)系，即為在占比低于45%及高于65%時與含水率成正相關(guān)關(guān)系，占比在45%-65%與含水率成負相關(guān)關(guān)系，垃圾主要成分對垃圾含水率影響趨勢見圖14。
（三）主要組分對熱值的影響
根據(jù)生活垃圾理論燃燒熱值的計算公式，對垃圾熱值影響較大的組分為廚果類、紙類及橡塑類。選取2018年1月-2019年12月生活垃圾廚果類、紙類及橡塑類占比變化與熱值數(shù)據(jù)耦合分析，廚果類占比與垃圾熱值呈負相關(guān)關(guān)系，紙類、橡塑類與熱值呈正相關(guān)關(guān)系，見圖15。按CJ/T313-2019《生活垃圾采樣和分析方法》的垃圾熱值計算公式，用垃圾成分計算得到高于實際運行熱值的結(jié)果，說明實際運行中可通過調(diào)整垃圾坑的停留時間等維持垃圾熱值在一個穩(wěn)定、可承受的范圍[7]。
垃圾分類后，對在建或已投產(chǎn)的生活垃圾焚燒廠及滲濾液處理設(shè)施，后續(xù)運行應(yīng)根據(jù)分類情況及組分對主要參數(shù)的影響做相應(yīng)調(diào)整；對擬建的生活垃圾焚燒廠及滲濾液處理設(shè)施，應(yīng)在設(shè)計階段根據(jù)分類情況及垃圾組分變化對設(shè)計參數(shù)做相應(yīng)調(diào)整。
1、降低進入焚燒廠的生活垃圾密度。針對運營項目，建議在垃圾收集、運輸、儲存及調(diào)運設(shè)施設(shè)備更新時，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%；針對擬建項目，建議在垃圾收集、運輸、儲存及調(diào)運時，相應(yīng)建構(gòu)筑物及設(shè)施設(shè)備參數(shù)取值降低。
2、提升進入焚燒廠的生活垃圾熱值。針對運營項目，建議焚燒廠在運行中減短垃圾發(fā)酵時間，增加濃縮液回噴量，濃縮液量不足可用滲濾液原液代替；針對擬建項目，建議提升焚燒爐熱力負荷并與后續(xù)的發(fā)電設(shè)備相匹配。
3、降低進入焚燒廠的生活垃圾滲濾液產(chǎn)水率。針對運營項目，采用多條生產(chǎn)線的建議部分生產(chǎn)線停運，采用單條生產(chǎn)線的建議部分設(shè)備停運，設(shè)施設(shè)備更新建議根據(jù)水量的變化更換低位型號設(shè)備或增加變頻配置；針對擬建項目，建議在滲濾液處理設(shè)施設(shè)計中降低處理規(guī)模。
4、進入焚燒廠生活垃圾滲濾液水質(zhì)變化，針對運營項目，總氮降低而有機氮占比升高，有機氮在好氧段降解難度較大，建議滲濾液全部經(jīng)厭氧氨化后再進入生化池，若厭氧段運行效果過好導致好氧段碳源不足，可通過降低厭氧段運行效率提升好氧段進水碳氮比；針對擬建項目，垃圾滲濾液處理設(shè)施設(shè)計參數(shù)中，COD可沿用以往的設(shè)計取值，氨氮取值建議降低30%，對有機氮含量升高需有所考慮。
分類后進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個百分點；化學需氧量由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%；有機氮由547 mg/L提升至946 mg/L，升高約72.94%。
[1] 奚慧.上海市生活垃圾全程分類體系建設(shè)現(xiàn)狀分析及對策建議[J].環(huán)境衛(wèi)生工程,2020,03:80-85.
[2] 張黎.生活垃圾分類的國內(nèi)外對比與分析[J].環(huán)境衛(wèi)生工程,2019,05:8-12.
[3] 陳紅霞.華南地區(qū)生活垃圾分類處理前后物理特性變化分析[J].節(jié)能與環(huán)保,2019,6:16-17.
[4] 陳磊 ,閆志強.垃圾分類對滲濾液減量的影響研究[J].山西建筑,2018,44(12):184-185.
[5] 王延濤,曹陽.我國城市生活垃圾焚燒發(fā)電廠垃圾熱值分析[J].環(huán)境衛(wèi)生工程,2019,27(5):41-44.
[6] 杜海亮,焦學軍,王若飛,等.生活垃圾焚燒發(fā)電廠滲瀝液產(chǎn)率變化趨勢分析[J].環(huán)境衛(wèi)生工程,2019,27(4):48-54.
[7] 王和平.垃圾水分對焚燒爐熱力性能的影響[J].鍋爐技術(shù)雜志,2015,46(1):75-79.
來源 | 《環(huán)境衛(wèi)生工程》第29卷第1期