大型填埋場垃圾降解規律研究
隨著我國人口的增加，土地資源日益緊缺，垃圾填埋場的再利用問題倍受關注，這勢必涉及到填埋場的穩定化評價問題。填埋場穩定化的一個重要指標是垃圾組成[1 —5]。為了科學地利用填埋場的土地和垃圾，從本質上把握填埋場的日常管理、設計、安全防護等，有必要對填埋場中的垃圾進行深入系統地研究。這方面我國所作的研究工作非常有限。國外所做的研究工作，其研究結果對我國有參考價值[6—10]。本工作研究了垃圾降解過程中固體殘余物的含量及BDM與填埋時間的定量關系，從微觀垃圾組成的角度來預測垃圾的礦化程度。
1試驗場的建立和垃圾組成的監測
1.1試驗場的建造
在上海市老港垃圾填埋場建造了國內外規模最大的垃圾填埋場穩定化試驗場。該試驗場位于老港填埋場北側的試驗小區(17號單元)。試驗場底部和四周鋪設有粘土和高分子材料襯底及排水管道。填埋完畢后在垃圾表面覆蓋了30cm的粘土，并設有排水溝。可以認為該試驗場是小型的標準垃圾衛生填埋場。1995-04-10開始向試驗場填入垃圾，至1995-04-25填畢。共填埋垃圾10858t，垃圾填埋高度4m，有效填埋面積3000m2(50m×60m)。填入后垃圾的初始容重為0.905t/m3。所用垃圾末摻有建筑垃圾和工業垃圾，也看不出有明顯的煤灰存在，是典型的燃氣居民區生活垃圾，其組成為含水率43%，有機物 (干重)38%，無機物(干重)44%。
1.2垃圾組成分析
(1)沿試驗場對角線的兩角和中心各設一個采樣點，每點取5—10kg 的垃圾樣品。烘干后挑出石頭、磚頭、玻璃等無機硬廢物和無法降解的橡膠、塑料蓋、塑料瓶后的剩余部分用球磨機和破碎機破碎至20目以下。取其粉末進行分析測試。同時，分別對老港填埋場199l、1992、1993、1994年4月份的填埋單元進行了挖掘，取出垃圾進行相同物化參數的測定，以便檢驗通過試驗場垃圾取樣測定結果所得出的數學模型的準確性。
總糖含量分析：糖與硫酸作用，脫水生成羥甲基呋喃甲醛(羥甲基糖醛)，再與蒽酮縮合生成藍色化合物，其呈色強度與溶液中糖的濃度成正比，在610nm波長處定量測定。單糖、雙糖、糊精、淀粉等都直接與試劑發生作用。(2)揮發分和有機碳含量分析：通過在650℃溫度下灼燒的方法來測定垃圾中有機物(揮發性固體)的含量。又因為垃圾中的碳含量大約是有機物質的47%，因此可以通過測定易揮發性物體的含量再乘以47%來估算有機碳的含量。(3)BDM分析：在強酸性條件下，以強氧化劑重鉻酸鉀在常溫下氧化樣品中有機質，過量的重鉻酸鉀以硫酸亞鐵回滴。根據所消耗氧化劑的量，計算樣品中有機質的量，再換算為生物可降解度。(4)粗纖維含量分析：垃圾樣品經一定濃度的酸處理后，去除其中的糖類等雜質，最后的殘渣減去灰分，即得粗纖維。
2結果與討論
2.1垃圾組成與填埋時間的關系
 圖1垃圾組成與填埋時間的關系 |
圖 1為試驗場3個取樣點垃圾組成監測結果，從圖中可以看出，在2年內，垃圾組成的監測結果波動比較大。而經2年左右的時間填埋后，取出的垃圾卻臭味大減，也易晾干。1990年和1991年填入的垃圾則基本上無味，呈黑色，放在實驗室會很快自然晾干而且不產生滲濾液。由圖1可以看出，3個取樣點的垃圾組成是非常接近的。表明取樣和分析是可靠的。顯然，垃圾分析的重現性非常好。在進行數學模擬時，只能應用填埋2年后的垃圾組成監測數據。
2.2實驗場垃圾組成與填埋時間關系的數學擬合和驗證
用3個取樣點的垃圾組成的平均值。通過數學擬合，得到各垃圾成分與填埋時間的擬合關系式，結果見表1。
表1垃圾組成與填埋時間(d)關系的數學擬合式 |
2.3老港垃圾填埋場1991—1994年4月封場填埋單元垃圾組成監測
老港垃圾填埋場屬于平原式填埋場。整個填埋場被劃分為幾十個填埋單元。填埋單元之間用3m厚的土壩相隔。可以認為，填埋單元之間是相互獨立的。每個填埋單元可使用3個月時間。從1997年3月開始，對老港垃圾填埋場199l，1992，1993和1994年4月份封場的填埋單元的垃圾進行取樣分析。結果見表 2。
表2老港垃圾填埋場1991—1994年4月份封場填埋單元垃圾監測 |
BDM：生物可降解物含量；OC：有機碳；RC：粗纖維；VS：揮發性固體；TS：總糖
2.4數學擬合方程的驗證
利用表1的方程式，就可計算出垃圾組成與填埋時間的定量關系。用表2的數據與表1的方程式計算值進行對比，發現表2的數據在與計算值相差±(3%—5%)左右(總糖除外)。因此，表1的方程式是可靠的，完全能夠用于老港垃圾填埋場垃圾組成與填埋時間的關系預測，其結果見表3(由于總糖含量實在太低，誤差較大)。
表3垃圾組成預測值  |
從表3可以看出，垃圾各成分含量的降低是非常緩慢的。垃圾無害化過程，實際上也是垃圾中有機質含量的下降過程。經測定，老港垃圾填埋場覆蓋土的BDM含量為 2.5%，若垃圾中的BDM含量降低到這個數值，大約需要22—23年。根據同時進行的滲濾水濃度預測結果，老港垃圾填埋場滲濾水下降到國家一級排放標準所需的時間也是22—23年[1—2]。
3討論與結論
垃圾無害化程度除了一些微生物和病理指標外，似乎無其它規范標準可參照。從本報告看，隨著填埋時間的延長，垃圾中揮發性物質含量、有機碳含量、粗纖維含量、BDM、總糖含量等均會緩慢下降。對于一個填埋場，只要建立起這些參數的方程，通過測定該場任何點的垃圾組成，就可較準確判斷填埋年限。
對垃圾無害化程度與本項目所測得的各物化參數進行關聯看來還不可行。但若在分析測試這些參數的同時也對垃圾中的病原微生物等進行分析，通過衛生指標確定垃圾無害化程度，再與物化參數進行關聯，就有可能用物理化學方法判定垃圾無害化程度與填埋時間的關系[2]。這方面的工作還有待于進行。全國每年產生1.2億t垃圾，基本上是采用填埋方法處理。經若干年降解而轉化為礦化垃圾后，其數量至少有1億t。歷年來我國堆存的礦化垃圾數量有幾億t，利用價值很大。
從垃圾組成的衰減規律來看，老港垃圾填埋場穩定化時間大約為22—23年。此時滲濾水污染物濃度也自然衰減到國家一級排放標準。一般的安全性也能保證，只要不用作修建房屋等建筑用地，填埋場就可安全地被再利用。
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