北京市简易生活垃圾堆填场垃圾成分特性研究

刘晓娜，韩 华，周宏磊

（1.北京市勘察设计研究院有限公司；2.北京市环境岩土工程技术研究中心，北京 100038）

经调查，长期以来，北京市建设了多处简易垃圾堆填场。本文选择21处以生活垃圾为主要成分的简易垃圾堆填场，其主要分布在朝阳区、丰台区、通州区、大兴区、密云区、昌平区及顺义区等地，其垃圾体量规模较大，且垃圾填埋时间具有一定的连续性。本文统计了北京市2010-2016年多处简易生活垃圾堆填场的勘查成果，分析了不同填埋年限的简易生活垃圾堆填场垃圾成分、垃圾渗透性、渗滤液及填埋气等的基本特性，以期推进北京市简易生活垃圾堆填场垃圾特性数据库建设。

1 物理成分

根据垃圾样品检测结果，上述21处堆填场的生活垃圾体量范围为1.1～382.5万m3，生活垃圾体量在10万m3以内的堆填场有9个，10～100万m3以内的堆填场有8个，100万m3以上的堆填场有4个。垃圾成分以混合类（腐殖土）、砖瓦陶瓷类为主，其平均含量分别介于38.3%～85.7%、11.7%～43.7%。

根据2012年北京市生活垃圾物理成分统计结果，新鲜生活垃圾组分特征较为一致，主要物理成分为厨余垃圾（53.17%～54.89%）、纸类（16.66%～18.76%）及塑料（17.77%～19.47%）；陈腐垃圾主要成分为橡塑类（36.98%～75.53%）、砖瓦陶瓷类垃圾（0%～20.3%）等。经分析，北京市阿苏卫卫生填埋场新鲜垃圾组分以有机组分（塑料、织物、纸类、木头等）为主，含量介于57.58%～62.16%，5年以上陈腐垃圾以无机物（灰土）为主，含量介于59.58%～70.66%。对比上述简易垃圾堆填场和卫生垃圾填埋场垃圾组分可知，鉴于垃圾来源与成分各不相同，其物理成分相差较大。

2 有机质含量

本研究选取14个堆填场进行垃圾有机质含量分析。其中，11处堆填场垃圾填埋时间超过10年，其有机质含量一般小于10%；其余3处填埋时间一般介于3～10年，有机质含量为10%～20%。由此可以看出，随着填埋年限的增加，堆填场有机质含量逐渐下降。同时，针对朝阳区垃圾堆填场（龄期为3～5年）不同深度处垃圾的有机质含量进行检测。检测结果表明，生活垃圾土的有机质含量大于混合垃圾土的有机质含量；在生活垃圾集中填埋区，大部分采样孔中，有机质含量随采样深度的增加而增大；饱和带的垃圾有机质含量普遍大于包气带的有机质含量[1]。

3 垃圾渗透性

垃圾堆体的平均渗透系数的数量级约为10-3cm/s[2-3]。试验分析表明，经初步压实的垃圾堆体在未承担上覆荷载时，渗透系数约为10-3cm/s。垃圾土的渗透系数如表1所示。

表1 垃圾土的渗透系数

为研究北京市简易生活垃圾-混合垃圾堆体的渗透性，本研究在大兴区堆填场开展了垃圾土现场提水试验。试验结果如下：钻孔a#、b#揭露的垃圾类型主要是混合垃圾，厚度较大，含有砖块、木块等，因而垃圾间的孔隙较生活垃圾填埋区大，渗滤液水位恢复较快；钻孔c#揭露的垃圾类型主要为生活垃圾，腐殖土等细颗粒成分含量较高，砖瓦含量较小，因而渗滤液水位恢复时间较长。

另外，根据北京另一简易垃圾堆填场垃圾土的室内渗透试验结果，对每组土样来说，垃圾土的渗透系数随制样干密度的增大而减小。在较小干密度条件下测得的渗透系数与表1数据基本吻合，均为10-4～10-3cm/s量级，而用较大的干密度制样，渗透系数则明显减小，一般为10-7～10-5cm/s量级，甚至有10-8cm/s量级的情况。

4 渗滤液特性

下面利用分布在石景山区、大兴区、丰台区、朝阳区及昌平区的5个简易生活垃圾堆填场进行垃圾渗滤液特性分析。渗滤液水质特性受垃圾成分影响较大，渗滤液中的CODCr、BOD5主要由厨余有机物产生，生物降解含氮类有机物时会产生氨氮。上述5个堆填场的垃圾成分以生活垃圾为主，因此其渗滤液中含量较大的污染物主要为有机物和氨氮，这与渗滤液检测结果是一致的。根据《生活垃圾填埋场污染控制标准》（GB 16889—2008），5个简易生活垃圾堆填场中，CODCr最大超标倍数为36.91倍，BOD5最大超标倍数为16.46倍，氨氮最大超标倍数为109.9倍。

简易生活垃圾堆填场中，石景山区堆填场垃圾填埋时间最长（龄期约25年），其有机质（CODCr和BOD5）及氨氮含量最低，最大超标倍数分别为4.31倍、4.65倍、6.80倍；大兴区堆填场垃圾龄期约为15年，其有机质（CODCr和BOD5）及氨氮最大超标倍数分别为8.39倍、5.40倍、10.72倍；丰台区堆填场垃圾龄期约为13年，但其CODCr、BOD5的最大超标倍数可达69.9、58.0倍；朝阳区堆填场和昌平区堆填场垃圾龄期相差不大，约为8年，朝阳区堆填场有机质含量（CODCr和BOD5）稍微低于昌平区堆填场。

渗滤液水质除了与垃圾成分、垃圾填埋龄期有关外，还与地下水之间的水力联系存在密切关系。根据上述5个垃圾堆填场的勘查成果，石景山区、朝阳区、大兴区3个垃圾堆体的最大填埋深度分别为11、20、13 m，地下水最小埋深分别为0.5、7.0、5.0 m，3个堆体部分区域已受到地下水浸泡影响，渗滤液与地下水存在一定的水力联系，直接影响渗滤液水质。昌平区与丰台区2个堆填场底部铺设了防渗膜，与地下水无明显的水力联系。因此，虽然丰台区堆填场垃圾龄期较长，但其渗滤液浓度较高，而昌平区堆填场渗滤液水质也比同龄期的堆填场渗滤液水质差。

石景山区、大兴区及丰台区3个垃圾堆填场填埋时间较长，理论上已成为“老年”堆填场。3个堆填场的渗滤液pH均大于7.5，CODCr含量均小于5 g/L，但其BOD5/CODCr的比值大于0.1，不完全满足“老年”垃圾堆填场渗滤液水质特性。这说明在判断渗滤液性质时不能完全依赖填埋时间，需要综合考虑其他因素。

5 填埋气甲烷特性

下面选取8处不同填埋年龄且成分以生活垃圾为主的垃圾堆填场垃圾进行分析，其CH4气体产生量与垃圾填埋年龄的对应关系如下：随着堆填场垃圾填埋时间的增加，在微生物作用下，垃圾中的有机质逐渐降解，CH4平均含量也逐渐下降。

上述垃圾堆填场垃圾成分均以生活垃圾为主，但堆填条件具有非均质性，导致产生的CH4扩散途径各异，因此对同一垃圾堆填场来说，不同点位、不同深度测得的CH4气体含量差别较大。以朝阳区垃圾堆填场为例，根据2015年测得的CH4含量，对于大部分监测点来说，CH4含量随深度的增加而降低。

填埋气在垃圾堆体中迁移运动的机理主要有三类：压差作用下产生的对流运输、浓度差作用下产生的浓度扩散及迁移运动的速度脉动引起的填埋气瞬时运动。研究表明，达西定律同样适用于填埋气在垃圾体中的迁移。

根据勘查成果，朝阳区垃圾堆填场主要分为生活垃圾填埋区、建筑渣土填埋区及混合垃圾填埋区。生活垃圾填埋区有机质含量较高，CH4含量较高，最高可达77%；建筑渣土填埋区无有机垃圾，因此CH4含量近似为零；混合垃圾填埋区西侧无垃圾填埋，根据现场检测结果，CH4含量最高可达6%，这说明混合垃圾填埋区CH4发生了横向迁移，横向影响最长距离约为34 m。

通州区垃圾堆填场由混合垃圾填埋区、其他填土填埋区（黏性土和粉土填土）及无垃圾填埋区构成。混合垃圾填埋区的CH4含量较大，且各处含量差异较大，变化范围为0%～75%。其他垃圾填埋区无有机质垃圾填埋，不会产生CH4气体。但是，现场检测发现，距离混合填埋区西侧约60 m处检测到CH4，含量为0.5%。这表明在压力差作用下CH4也发生了横向迁移。

6 结论

北京市简易生活垃圾堆填场垃圾成分以腐殖土、砖瓦陶瓷类为主；有机质含量随垃圾填埋时间及深度的增加而降低，填埋年龄超过10年的垃圾有机质含量一般小于10%；渗透性是垃圾土的重要特性之一，其大小随压实程度的变化而变化，一般为10-7～10-3cm/s。北京市以生活垃圾为主要成分的简易垃圾堆填场渗滤液主要超标物质为有机质和含氨物质，其浓度一般随填埋年龄的增大而降低。除填埋时间外，堆填场是否与地下水存在水力联系也是影响渗滤液浓度的重要因素。CH4平均含量随垃圾填埋时间及深度的增加而降低。在气体压差、浓度差等因素影响下，CH4在垃圾体中不断迁移，进而影响非垃圾堆积区，横向扩散距离为30～60 m。