摘要：針對我國生活垃圾廚余組分含量高、含水率高和熱值低的特點(diǎn)，提出以降低廚余組分含水率為主要手段，實(shí)現生活垃圾源頭減量和提質(zhì)為主要目標的源頭瀝水和選擇性分質(zhì)收集模式。在蘇州市兩個(gè)居民小區進(jìn)行了為期十個(gè)月的項目試點(diǎn)，監測結果顯示，居民家庭在廚房對廚余垃圾采取簡(jiǎn)易的源頭瀝水措施后，生活垃圾產(chǎn)生量減少6.47%，含水率降低2.23%，低位熱值提高10.94%。生活垃圾源頭瀝水的減量提質(zhì)效應良好，有助于提高后續焚燒及填埋處理設施運行效率和二次污染控制水平，降低運輸及處理成本。
1.引言
我國從2000年開(kāi)始在北京、上海、南京、杭州等八個(gè)城市開(kāi)展生活垃圾分類(lèi)收集試點(diǎn)，雖然取得了一定進(jìn)展，但是總體而言，生活垃圾分類(lèi)準確性、實(shí)際減量效果和資源回收利用水平都遠不如預期。由于我國居民生活和飲食習慣的影響，大量廚余物質(zhì)進(jìn)入生活垃圾，再加上“拾荒者”為主體的廢品回收系統對廢塑料、廢紙和廢金屬等高價(jià)值組分的回收利用率較高，使得生活垃圾中廚余組分占60%以上。我國城市生活垃圾含水率高、熱值低、易生物降解，嚴重影響收運系統及處理設施運行效率和污染控制水平的提升?；诖吮尘?，廚余垃圾單獨收集已成為我國各大城市生活垃圾分類(lèi)收集的重點(diǎn)工作。
近年來(lái)，杭州、上海、青島等城市先后開(kāi)展居民區生活垃圾干濕分離的試點(diǎn)工作，但是對居民家庭層面的減水提質(zhì)措施尚缺乏相關(guān)研究和實(shí)踐。廚余垃圾含水率高達80%，通過(guò)源頭瀝水降低廚余垃圾含水率，可以在顯著(zhù)減少生活垃圾質(zhì)量的同時(shí)提高總體熱值。在居民家庭實(shí)施源頭瀝水和選擇性分質(zhì)收集，考察生活垃圾產(chǎn)生量和理化特性的變化，分析減量和提質(zhì)效果，對提高生活垃圾管理水平和處理效率有重要意義。
2.方案設計與分析方法
2.1生活垃圾堿水模式處理
生活垃圾中的水分可分為結合水和自由水兩大類(lèi)，源頭瀝水可以去除附在廚余垃圾表面的部分自由水。按照廚余組分比例為65%，含水率為80%進(jìn)行計算，理論上當廚余垃圾含水率降低5%時(shí)，生活垃圾總量將減少13%。為了檢驗源頭瀝水的實(shí)際效果，選擇在蘇州市居民小區進(jìn)行實(shí)地試點(diǎn)。
蘇州市固體廢物處理設施比較完善，同時(shí)建有填埋場(chǎng)、焚燒廠(chǎng)和餐廚垃圾厭氧消化廠(chǎng)，并且成立了專(zhuān)門(mén)的再生資源和有害垃圾回收單位。結合蘇州市生活垃圾分類(lèi)收集現狀和處理系統構成，提出如圖1所示的新模式。在排水條件較好的小區，為部分家庭安裝廚余垃圾粉碎機，將廚余垃圾粉碎后排入污水處理系統。其他居民需要將含水率較高的廚余垃圾，比如剩菜剩湯、清洗過(guò)的菜葉、茶葉渣等，先放入底部帶有網(wǎng)眼的瀝水籃中把水分瀝出后，再倒入廚余垃圾桶。初期單獨收集的廚余垃圾較少，仍與其他垃圾混合后焚燒處理，重點(diǎn)研究源頭瀝水措施的減量和提質(zhì)效果。
圖1生活垃圾源頭瀝水和分類(lèi)收集方案
選定姑蘇區的A小區（200戶(hù)居民）和B小區（230戶(hù)居民）實(shí)施四分類(lèi)模式，兩小區試點(diǎn)前均為三分類(lèi)模式即把生活垃圾分為可回收物、有害垃圾和其他垃圾。課題組向全部430戶(hù)居民提供了底部帶有網(wǎng)眼的瀝水籃、家庭廚余垃圾桶和專(zhuān)用廚余垃圾袋，為自愿報名的50戶(hù)居民安裝了廚余垃圾粉碎機，并選取60戶(hù)居民發(fā)放了臺式電子稱(chēng)用于測量瀝水前后的廚余垃圾質(zhì)量。試點(diǎn)小區在2015年3月正式投入運行，連續運行時(shí)間為10個(gè)月。
2.2監測分析方法
廚余垃圾減量率取自居民家庭反饋的數據，生活垃圾產(chǎn)生量取自收運人員的稱(chēng)量記錄，生活垃圾物理組成和組分分析按照《生活垃圾采樣和分析方法》（CJ/T313-2009）執行。C、H、O、N的元素含量采用EA3000元素分析儀，S的含量采用SJCLY-6A快速智能測硫儀，Cl的含量采用高溫燃燒水解-電位滴定法。生活垃圾熱值分析采用Parr1281氧彈量熱儀測定。
3.結果與討論
3.1試點(diǎn)小區運行情況
試點(diǎn)小區內設立了生活垃圾分類(lèi)督導員，負責日常宣傳和監督工作。在環(huán)衛處的協(xié)調下，組織居民到固體廢物處理終端和管理中心進(jìn)行現場(chǎng)參觀(guān)，普及生活垃圾常識，提高參與積極性。問(wèn)卷調查是了解居民對垃圾分類(lèi)知曉率和參與程度的有效途徑，試點(diǎn)期間在試點(diǎn)小區發(fā)放調查問(wèn)卷150份，收回有效問(wèn)卷124份，主要結果列于圖2。調查顯示，盡管90%以上的居民了解生活垃圾源頭瀝水和分類(lèi)收集的具體要求，但是僅有60%的居民能夠按照要求采取源頭瀝水并分類(lèi)投放，居民長(cháng)期形成的生活習慣在短時(shí)間內難以改變。廚余垃圾粉碎機的實(shí)際使用率約為90%，大部分居民對粉碎機的運行效果比較滿(mǎn)意。綜合來(lái)看，試點(diǎn)小區約有60%的居民按要求源頭瀝水和分類(lèi)投放廚余垃圾，10%的居民使用了廚余粉碎機，其余30%的居民沒(méi)有真正參與。
圖2居民參與試點(diǎn)項目情況
3.2廚余垃圾減量率
試點(diǎn)期間共收集小區居民反饋的廚余垃圾瀝水前后質(zhì)量數據4038條，瀝水前后的質(zhì)量差與瀝水前廚余垃圾質(zhì)量的比值即為廚余垃圾減量率。利用軟件IBMSPSSstatistics20進(jìn)行描述性統計分析，得到廚余垃圾減量率的頻率分布直方圖（圖3）。廚余垃圾減量率主要分布在5%~15%之間，平均值為18%，中位數為12%，其頻率分布為右偏分布（偏度，2.27>0）和尖峰分布（峰度，5.14>3）。由于極端值和稱(chēng)量誤差的干擾，直接用平均值表示廚余垃圾減量率并不準確，宜采用中位數表征。
圖3廚余垃圾減量率頻率分布直方圖
3.3生活垃圾產(chǎn)生量
居民家庭的生活垃圾產(chǎn)生量與日常生活習慣和消費支出有關(guān)，試點(diǎn)小區居民戶(hù)均日產(chǎn)生量如圖4所示。試點(diǎn)小區10個(gè)月內共收集生活垃圾177t，戶(hù)均日產(chǎn)生量為1.37kg，6~9月生活垃圾產(chǎn)生率較高。統計數據顯示，周末和節假日的居民區生活垃圾產(chǎn)生量比工作日高20%以上，生活垃圾產(chǎn)生率與在家停留時(shí)間成正相關(guān)性。
圖4生活垃圾戶(hù)均日產(chǎn)生量
試點(diǎn)期間，兩小區共單獨收集廚余垃圾60t，隨著(zhù)宣傳引導工作的深入，單獨收集的廚余垃圾比例逐月升高（圖5），最終穩定在40%以上。以廚余垃圾在生活垃圾中的比例為65%計算，按要求源頭瀝水并單獨投放廚余垃圾的居民比例約為62%，問(wèn)卷調查顯示60%的居民能夠按照要求操作，與監測結果基本吻合。
圖5廚余垃圾單獨收集比例
3.4理化特性分析
物理組成
生活垃圾的物理組成與多種因素有關(guān)，不同產(chǎn)生源的生活垃圾物理組成差異較大。表1列出了試點(diǎn)小區生活垃圾的物理組成，廚余垃圾的含量顯著(zhù)高于其他成分，且5~9月的比例更高。四分類(lèi)推廣過(guò)程中，有害垃圾的分類(lèi)效果最好，可回收物分離效果最差。紙盒、塑料包裝和玻璃瓶混在生活垃圾中，被廚余垃圾污染，回收難度加大。試點(diǎn)初期居民將廚房垃圾與廚余垃圾混淆，用過(guò)的餐巾紙和食品外包裝等大量進(jìn)入廚余垃圾桶，三個(gè)月后，廚余垃圾桶內廚余垃圾比例達到90%以上，滿(mǎn)足生物處理的需要。
組分分析
生活垃圾的三組分包括水分、可燃分和灰分（圖6），廚余垃圾平均含水率為75.24%，生活垃圾平均含水率為65.34%，且5~9月含水率最高。夏季水分含量較高的果蔬類(lèi)廢棄物所占比例明顯高于其他季節，導致廚余垃圾比例升高，含水率隨之升高。利用軟件IBMSPSSstatistics20對生活垃圾含水率和廚余垃圾含水率數據分別進(jìn)行W檢驗，在顯著(zhù)性水平α=0.05條件下均滿(mǎn)足正態(tài)分布。二者Pearson相關(guān)系數為0.726，在0.01水平（雙側）顯著(zhù)相關(guān)，降低生活垃圾含水率的關(guān)鍵在于降低廚余垃圾含水率。
圖6生活垃圾三組分和廚余垃圾含水率（上為A小區，下為B小區）
元素分析
對廚余垃圾和其他可燃組分進(jìn)行元素分析（表2），廚余垃圾對可燃組分中N、S、Cl的貢獻率分別為67%、96%、62%，是填埋和焚燒處理時(shí)各種污染物的主要來(lái)源。食品消費結構影響廚余垃圾的元素組成，植物類(lèi)殘渣越多，C/N值越高。
低位熱值
利用氧彈法測定熱值時(shí)，將垃圾中的玻璃、金屬等惰性物質(zhì)的熱值忽略不計。氧彈法測出生活垃圾的干基高位熱值Q，利用《生活垃圾采樣和分析方法》（CJ/T313-2009）推薦的熱值計算公式將其轉化為濕基低位熱值QL，其中Cw表示樣品含水率（%），H為干基氫元素含量（%），計算時(shí)均采用實(shí)測值，結果如圖7所示。
熱值與橡塑類(lèi)和可燃分正相關(guān)，與廚余類(lèi)、含水率和灰分負相關(guān)。試點(diǎn)小區生活垃圾平均低位熱值為4736kJ?kg-1，居民區生活垃圾的廚余組分和含水率較高，導致熱值較低。在居民生活和飲食習慣不改變的情況下，降低廚余垃圾含水率是提高生活垃圾熱值的重要途徑。
圖7生活垃圾低位熱值
3.5討論
生活垃圾產(chǎn)生量和理化特性是基于10%的居民使用廚余粉碎機，60%的居民按要求源頭瀝水和分類(lèi)投放廚余垃圾，其余30%的居民沒(méi)有按要求操作得到的綜合效果。廚余垃圾粉碎機能夠將80%的廚余垃圾粉碎后排入下水道，全部安裝粉碎機后生活垃圾減量率將達到50%以上，減量效果顯著(zhù)。如果不考慮廚余垃圾粉碎機的減量作用，試點(diǎn)小區生活垃圾戶(hù)均日產(chǎn)生量將由1.37kg上升至1.44kg。盡管廚余垃圾粉碎機減量效果可觀(guān)，但是現階段由于排水管網(wǎng)、污水廠(chǎng)負荷以及安裝成本等問(wèn)題，大面積推廣廚余垃圾粉碎機的時(shí)機尚不成熟。
實(shí)施試點(diǎn)前，居民區生活垃圾中廚余組分為70.18%，含水率為67.82%，實(shí)施試點(diǎn)后，廚余組分為67.05%，含水率為65.34%。假設安裝粉碎機、按要求源頭瀝水和沒(méi)有參與源頭瀝水的居民所產(chǎn)生的生活垃圾物理組成相同，非廚余組分的產(chǎn)生量不變。試點(diǎn)后非廚余組分占生活垃圾的比例從29.82%提高到32.95%，利用物質(zhì)守恒定律得到如下方程式（x表示廚余垃圾減量率）：
由上式解得源頭瀝水的廚余垃圾減量率為9.23%，居民家庭反饋的廚余垃圾減量率為12%，計算值略低于實(shí)測值。通常情況下，居民只將湯水類(lèi)垃圾倒入廚房水槽中利用濾網(wǎng)過(guò)濾，采取源頭瀝水措施后，廚余垃圾表面附著(zhù)的部分自由水在重力作用下得以去除。實(shí)測值反映了原生廚余垃圾的最大減量潛力，計算值代表了實(shí)際運用時(shí)的真實(shí)減量效果。由廚余垃圾減量率可以得到采取源頭瀝水措施的生活垃圾減量率為6.47%，源頭瀝水后生活垃圾含水率為65.59%，降低了2.23%。
據統計，北京市實(shí)施垃圾分類(lèi)的小區廚余垃圾分出量不到實(shí)際產(chǎn)生量的10%。相比之下，僅采取源頭瀝水，生活垃圾減量率即可達到6.47%，源頭減量意義顯著(zhù)。2014年蘇州市生活垃圾產(chǎn)生量達到178萬(wàn)噸，假設其中50%來(lái)自居民區生活垃圾，采取源頭瀝水后年生活垃圾產(chǎn)生量將減少5.76萬(wàn)噸，能夠有效節約運輸和處理成本。據研究，基于社區人工分揀模式下的生活垃圾減量率可以達到52.6%，源頭瀝水的減量率雖然低于人工分揀模式下的減量率，但是源頭瀝水操作簡(jiǎn)單，成本較低，不需要專(zhuān)門(mén)的人工和設備投入，具有更強的實(shí)用性。
氧彈法測得生活垃圾干基高位熱值Q等于19656kJ?kg-1，干基氫含量平均值為6.34%，利用熱值計算公式可以得到，源頭瀝水前生活垃圾低位熱值為4222kJ?kg-1，源頭瀝水后上升到4684kJ?kg-1，提高了10.94%。我國生活垃圾含水率高、熱值低，在進(jìn)入焚燒爐前通常要經(jīng)過(guò)堆酵預處理。堆酵3d可以使進(jìn)爐垃圾含水率降低2.98%，源頭瀝水在居民家庭層面能夠實(shí)現堆酵2~3d的提質(zhì)效果，有利于提高焚燒處理效率。生活垃圾進(jìn)入填埋場(chǎng)的原始含水率直接決定了垃圾自身可能產(chǎn)生的滲濾液量，降低生活垃圾含水率可以在源頭上減少填埋場(chǎng)滲濾液的產(chǎn)生量。
4.結論
廚余含量高、含水率高是我國生活垃圾的主要特征，廚余垃圾源頭瀝水是生活垃圾減量提質(zhì)的重要途徑。在蘇州市居民小區開(kāi)展的試點(diǎn)工作表明，源頭瀝水措施的生活垃圾減量率為6.47%，生活垃圾源頭瀝水后含水率降低2.23%，低位熱值提高10.94%。源頭瀝水措施的實(shí)施成本低廉，操作簡(jiǎn)單易懂，便于民眾接受，源頭減量提質(zhì)效果較為顯著(zhù)，具有良好的環(huán)境和經(jīng)濟效益，值得進(jìn)一步開(kāi)展深入研究和示范應用。
本文原文《生活垃圾源頭瀝水的減量提質(zhì)效應研究》發(fā)表于《環(huán)境科學(xué)研究》2017年第3期，有少量刪減修改。
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