事前通风预处理对存余垃圾机械分选效率影响浅析

袁志业 张文涛 宫文龙 李丹阳

（1.北京铮实环保工程有限公司，北京 102600；2.南京大学环境学院污染控制与资源化研究国家重点实验室，江苏南京 210023）

1 引言

我国非正规垃圾填埋场异位治理技术主要采用安全开采—智能分选—分类资源化处置的工艺。其中垃圾开挖绝大多数未经隐患识别和防治措施就进行贸然开挖，经简易晾晒堆存后直接上料至垃圾分选线，其过程安全和二次环境问题存在极大隐患，如甲烷引起的火灾爆炸安全事故［1］，场内机械作业中跑冒滴漏引起的渗滤液和臭气等二次污染［2-3］。非正规垃圾填埋场堆体内环境极其复杂，被行业内关注的主要有垃圾物理组分、含水率、有机质、填埋气组分等。在安全开采阶段通过通风预处理化技术有效地控制其物理特征，不仅在垃圾的分选、运输以及末端处置方面均具有很大的效益，还可以为施工安全、环保提供保障，提高治理效率，节省成本［4］。

2 垃圾填埋场概况

存余垃圾填埋场位于华北某市区东北方向24 km，占地约51 000 m2，存余垃圾约28 万m3。20 世纪90年代末利用自然地势开始非规范填埋，垃圾类型主要为以生活垃圾为主的混合垃圾，还有少量（＜10%）一般工业废弃物和建筑垃圾。2016 年停止堆填，地面以下最大埋深约4 m，地面以上堆高2～3 m，地下水位埋深约3 m。堆体表面80%以上部分未经有效封场覆盖呈暴露状态，受降雨和地表水体的影响，堆体内垃圾含水率较高。

垃圾挖方前经布点取样分析，得出垃圾的物理基本信息，包括垃圾物理组分、含水率、粒径分布、有机质含量等［5］。该场地内垃圾主要以生活垃圾为主，一般生活垃圾可分为厨余类、橡塑类、纸类、玻璃类、金属类、木竹类、纺织类、砖瓦陶瓷类、混合类等。对其进行分析，各取样点W1-W10 的物理组分（湿基）百分比见表1，方法和依据主要参考《生活垃圾采样和分析方法》（CJ/T 313—2009）［6］。

表1 垃圾物理组分

10 个垃圾样品中，垃圾粒径以大于40 mm 和小于20 mm 为主，见表2。

表2 垃圾粒径分布

垃圾含水率为31.07%～41.13%，垃圾容重平均为336.3 kg/m3，垃圾有机质占比平均为33.12%，详见表3。

表3 垃圾基本信息

3 治理工程概述

施工单位进场后完成场地平整、地面构筑物拆除的同时，对垃圾堆体进行二次安全隐患排查工作。排查期间发现堆体东北侧占地约12 000 m2（下文定义为 S 区域），7.6 万 m3堆体表面甲烷气体浓度超限，对S 区域存余垃圾采用原位通风预处理技术直至达到安全开采条件，其他部分采取直接开采并配合实时监测措施；垃圾经沥水晾晒后，进入机械分选车间（配置2 套FZJX2500 型分选线）分为轻质可燃类、无机重物类、筛下渣土类和金属类4 类物料，4类物料分别经不同途径合理资源化处置。

4 通风预处理技术介绍

该技术是按照三角网分别布设抽气、排气井，其中抽气井以4～5 眼为一组，通过支管串联，有组织收集并排放至填埋气预处理系统，多组预处理系统经干管输送至连接控制系统的沼气发电机，尾气达标后高空排放。整体系统设置监测仪器，包括温度、湿度、气体分析、气流控制、抽排气功能切换等。为对垃圾堆体高效快速稳定预处理，纵向每2 m 为一个单元（垃圾开采分层开挖为2 m/层），该分项工程建设和运营周期共12 周。

5 通风预处理对垃圾机械分选效率的影响分析

垃圾堆体经原位通风预处理后，其垃圾特征得到明显变化。施工中间过程分别对S 区域经过通风预处理处理的垃圾物料和直接开采（未经通风预处理处理）的垃圾物料在垃圾分选阶段进行取样分析，得出物料含水率、有机质信息对垃圾筛分质量和效率的影响；数据采集分析周期为持续8 周，采集分析间隔为2 周；采样点位同原采样点位，W1～W4 点位于S 区，W5～W10 位于未处理直接开采区域。

5.1 物料特性对比

由于工程现场情况复杂的原因，其他数据采集量较少，故选择 W1～W3，W6～W8 数据量充足的点进行对比。经8 周的采样分析得出，S 区域经通风预处理技术处理后W1～W3 点位垃圾样品的含水率和有机质显著降低，其中含水率平均降低了28%，有机质含量平均降低了61.3%，垃圾中轻质可燃物表面附着物含量可降低约67%；未经通风预处理技术处理区域的W6～W8 点位数据显示基本变动较小。

垃圾含水率变化趋势见图1。

图1 垃圾含水率变化趋势

垃圾有机质含量变化趋势见图2。

图2 垃圾有机质含量变化趋势

5.2 对单位产量的影响

该工程前期结合场地特征、垃圾基础参数和设备技术指标，确定的设计产能单套分选线为45 t/h。采用通风预处理技术处理的垃圾，使机械化分选效率提升约30.2%，产能平均约58.6 t/h。未经通风预处理处理的垃圾经分选线处理，其产能平均约42.5 t/h，见图3。

图3 垃圾分选线单位时间产量变化趋势

5.3 对筛分物料纯净度B 影响

垃圾经分选后的物料取样分析其纯净度B（B＝杂质质量/样品质量×100%），分别从分选线的3 类物料出料口取样分析，取样间隔为1 周，通过3 类物料经通风预处理化的8 周内样品与未经通风预处理的样品对比，得出纯净度变化趋势，见图4。从图4 中可以明显看出，3 类物料的纯净度均有效提升，轻质物、筛上重质物和筛下渣土分别为94.3%，95.1%和93.2%，与未经通风预处理处理筛分物料对比（88.6%，91.7%和85.1%），分别提升了5.7%，3.4%和8.1%。

图4 垃圾分选后物料纯净度变化趋势

5.4 其他影响

经通风预处理技术处理的物料连续8 周内经分选线I 处理，其他物料经分选线II 处理。从设备维修故障率以及筛孔堵塞情况来看，分选线I 的维修故障以及筛孔清理频率明显下降，配套工人可减少2～3 人；另外，S 区域物料开采和场内倒运过程中的臭味也得到很大程度改善。

6 结论

（1）本填埋场属于典型华北地区非规范堆填形成，是以生活垃圾、灰土为主的混合垃圾堆填场，其物理组成、含水率、有机质等数据可作为治理工程设计、施工参考数据。

（2）对于存余垃圾分选资源化法治理工艺中事前经通风预处理，通过合理调参可使垃圾含水率、有机质含量、分选物料含杂率等均显著降低，对节省治理工程成本、工期，提升工程质量具有重要科学意义。

（3）本工程施工过程中采用通风预处理技术达到中试规模，试验数据未充分考虑填埋场其他影响因素，如垃圾填埋年限、埋深、液位和地表水体、降雨和季节温度、施工机械方法等，要系统得出含水率、有机质含量变化对其分选产生的影响，还需进行更深层次、更全面的研究。