石河子市城市生活垃圾的组成及理化性质分析

石河子市地处我国西北，是天山北坡经济带重要城市之一。近年石河子市工业化发展和城市化进程明显加快。随着经济的发展和居民生活水平的提高，城市生活垃圾量也迅速增加。源源不断而又大量产生的生活垃圾，已经成为困扰城市发展、污染城市环境、影响市民生活的重要问题。如何合理处置生活垃圾，对石河子市城市可持续发展具有重要意义。笔者研究了石河子市城市生活垃圾的物理组成和含水量、灰分、烧失量、热值等基本理化性质，总结出石河子市城市生活垃圾的特点，以期为石河子市生活垃圾的合理处理提供基础数据。 
1材料与方法 
1.1研究区概况 
石河子市位于新疆天山北麓中段，准格尔盆地南缘，玛纳斯河畔西岸，地势南高北低，海拔高度256～6 342 m。石河子以“绿城”的特色赢得全国“卫生城市”、“园林绿化先进城市”和自治区“文明城市”、“园林城市”的称号，又以“诗城”的特色闻名海内外。 
2009年初，石河子城区总人口约33.56万，地区总人口约63万，城市化水平达到86.35%(按非农人口计算)。2009年石河子市人均垃圾日产量为0.627 kg，垃圾年产量约14.42万t，城镇居民生活垃圾清运率接近100%。据预测，到2010年，石河子市人均垃圾日产量为0. 677 kg ，垃圾年产量为15.6万t。因此，分析石河子市生活垃圾组分和理化性质，加强生活垃圾的处理研究，已刻不容缓。 
1.2采样方法 
根据石河子城市功能区划，该次垃圾的取样分析集中在居民区、商业区、文教事业区。在填埋场的垃圾混合堆也设有采样点。由于生活垃圾成分随时间和季节变化比较大，结合石城气候特点，采样集中选在5、8、12月，从夏半年到冬半年。采样点分布见图1。 
实地采样选在无雨、雪和大风时进行，每次在各采样点的采样是在同一天进行。采样工具有锹、钉耙、锤子、剪刀、磅秤、塑料薄膜、样品袋等。在居民区和商业点采样时，按随机分层的方式进行，将垃圾摊在地上混合、压实，划分出层组，然后随机地在每个层组中取样；在填埋场取样时，按网格法取样，在垃圾堆侧面划分网格，于交点处采样。各采样点初步采取的垃圾约6 kg，破碎后再采用四分法取样，装于样品袋，各约1 kg，用于分析。 
1.3分析方法 
1.3.1垃圾组成。采用磅秤称量法，以垃圾湿物质为基础(湿基)，计算垃圾中各成分的含量。 
1.3.2含水量。在105℃下烘干至恒重(2次烘干操作之间的质量之差小于0.1%)，称量，计算各垃圾样品的含水量。 
1.3.3烧失量。在600℃下灼烧2h，冷却至室温，称重。 
V＝1- (W3- W1 )／(W2-W1)×100% 
式中，V为垃圾的烧失量(%)；W1为坩锅的质量(g)；W2为样品+坩锅质量(g)；W3为灼烧残留物+坩锅质量(g)。 
1.3.4灰分。在815℃下灼烧(完全燃烧)1h，冷却至室温称重，重复此操作直至恒重。 
C＝(R- S)／ W×100% 
式中，C为样品的灰分(%)；R为灼烧后坩锅和残留量重(g)；S为坩锅质量(g)；W为样品重(g)。 
1.3.5有机质含量。可用物理方法如拣出有机物单测或用烧失量近似测算。 
1.3.6热值。测定过程费事，存在较大误差，实际上也应该容许有较大的误差。在此只作一般讨论。 
2结果与分析 
2.1垃圾的组成及所占比例 
生活垃圾的组成成分有2种基本分法：①分为可回收利用和不可回收利用两大类，其中可回收利用的包括纸类、塑胶类、金属类等，不可回收利用的包括果厨类和旧电池等；②分为有机物和无机物，有机物包括果蔬厨余类、塑胶类、纤维类、纸品类，无机物包括玻璃、金属、砖瓦、水泥、贝壳、泥土、陶瓷等。针对样品特点的分析，大致可将石河子市生活垃圾分为：①可回收物，包括纸类(未严重玷污的文字用纸、包装用纸和其他纸制品等)，塑胶类(废容器塑料、包装塑料等塑料制品和橡胶制品)，金属类(各种类别的废旧金属制品)，玻璃类(有色和无色玻璃制品)，织物类(旧纺织衣物和纺织制品)；②大件垃圾，即体积较大、整体性强，需要拆分处理的废弃物；③可燃垃圾，即植物类垃圾和不易回收的废纸类、废塑料类、废木料类等；④有害垃圾，即废日用小电子产品、废油漆、废灯管和过期药品等；⑤可堆肥垃圾，即剩菜剩饭等厨余类垃圾和树木花草等可堆砌垃圾等。

由表1可知，石河子市城市生活垃圾(湿基条件)中有机物约占76. 7%，可燃物包括纸类、塑胶、纤维类、包装物、木块等占20%左右，可回收利用的垃圾包括玻璃和金属类等约占10.9%，其他垃圾包括砖瓦、泥土、陶瓷、树叶等清扫物约占12.4%。此外，各点同类成分相差较大，分布比较离散，说明商业区、事业区、居民区的垃圾构成差异很大，应该有别对待。尽管成分比例差别大，但由于生活垃圾来源广而杂，其平均值可作为石河子市城市生活垃圾物理成分的有效值。 


图1石河子城市生活垃圾采样点分布 
表1 2009年石河子市生活垃圾组分分析% 


2.2垃圾的基本理化性质 
2.2.1含水量。在2009年12月(落雪前)测定各采样点垃圾含水量。由表2可知，石河子冬半年生活垃圾含水量都不高，平均在50%左右。这与石河子市气候特点密不可分。石河子市深居欧亚大陆腹地，在沙漠环境的影响下具有典型的大陆干旱气候特征，即夏季酷热，干旱少雨，蒸发量远大于降水量，冬季寒冷、漫长，且大气湿度高于夏季。所以，结合石河子垃圾露天收集的现状，可以推断出夏季垃圾含水量也较低，亦在50%左右。各点的垃圾含水量存在较大差异，如A1与A3。这主要受垃圾组成的影响。由于事业区和商业区生活垃圾中果蔬厨余物的含量不大，其水分含量较低于居民区。 
表2各采样点生活垃圾含水量% 


2.2.2烧失量。烧失量是反映垃圾中有机物含量近似值的指标参数，又称挥发性固体含量，以在600℃温度下灼烧减量作为指标。由表3可知，垃圾水分对事业区生活垃圾烧失量的影响不大，对居民区和商业区生活垃圾烧失量的影响很大。这主要是因为水分多数存在于厨余性有机物中，但平均水平变化不大。同时，样品中可燃烧的挥发性有机物含量比较高，达60%～90%，而不易燃烧的无机物含量较低。 
表3各采样品(冬半年)生活垃圾的烧失量% 


2.2.3灰分与热值。垃圾的灰分和热值可以为垃圾焚烧工艺提供必要的参考。在试验中，垃圾样品中有机物均被氧化燃烧，金属变成氧化物，质量损失被看作样品中的可燃烧性物质的量。 
干基条件下，A1～A6号生活垃圾灰分分别为6.2%、13.6%、1.8%、8.3%、11.3%、5.6%。由此可知，石河子市生活垃圾的可燃烧性很好，灼损率在90%以上，可以极大地减少垃圾填埋所占土地。 
垃圾的热值受水分的影响相当大，与含水量呈反相关，就是说垃圾含水量越高，垃圾的热值越低，反之越高。这主要是由于垃圾焚烧时水分蒸发会吸收大量的热。一般来说，当城市垃圾的低位热值达到3 350 kJ/kg，燃烧过程无须添加助燃剂，即可实现燃烧。在测定热值时，会存在较大误差。这是因为垃圾组成差异性大、样品代表性差、制备困难等。 
一般从产生热量的角度分析，垃圾中的组分主要是有机物和可燃物。前者如果蔬等碳水化合物，后者可按碳氢化合物处理。城市生活垃圾中可燃物的特点普遍是其含水量较低，热值高，适合焚烧；有机物则相反。对石河子市而言，由于气候原因，其有机物质量分数不仅高，约76.7%，而且含水量偏低，热值比东部城市的要高，亦适合焚烧。这是石河子市生活垃圾处理的优势。 
2.3垃圾的组成与性质分析 
生活垃圾的物理成分、性质与其城市规模、性质、功能和地理位置具有密切的关系。居民的消费水平高，其有机物含量和热值也高。一般来说，居民生活方式、消费习惯将直接影响生活垃圾中厨余部分的变化。而垃圾成分的不同，直接影响垃圾处理技术的选择。它是垃圾正确管理与处置的重要保证。国内不乏失败案例，如由于没有全面考虑生活垃圾的成分，安徽省合肥市投资上亿元的垃圾处理项目成为摆设，山西运城700万元国债建的垃圾处理厂不能运行。