大型填埋场垃圾降解规律研究
随着我国人口的增加，土地资源日益紧缺，垃圾填埋场的再利用问题倍受关注，这势必涉及到填埋场的稳定化评价问题。填埋场稳定化的一个重要指标是垃圾组成[1 —5]。为了科学地利用填埋场的土地和垃圾，从本质上把握填埋场的日常管理、设计、安全防护等，有必要对填埋场中的垃圾进行深入系统地研究。这方面我国所作的研究工作非常有限。国外所做的研究工作，其研究结果对我国有参考价值[6—10]。本工作研究了垃圾降解过程中固体残余物的含量及BDM与填埋时间的定量关系，从微观垃圾组成的角度来预测垃圾的矿化程度。
1试验场的建立和垃圾组成的监测
1.1试验场的建造
在上海市老港垃圾填埋场建造了国内外规模最大的垃圾填埋场稳定化试验场。该试验场位于老港填埋场北侧的试验小区(17号单元)。试验场底部和四周铺设有粘土和高分子材料衬底及排水管道。填埋完毕后在垃圾表面覆盖了30cm的粘土，并设有排水沟。可以认为该试验场是小型的标准垃圾卫生填埋场。1995-04-10开始向试验场填入垃圾，至1995-04-25填毕。共填埋垃圾10858t，垃圾填埋高度4m，有效填埋面积3000m2(50m×60m)。填入后垃圾的初始容重为0.905t/m3。所用垃圾末掺有建筑垃圾和工业垃圾，也看不出有明显的煤灰存在，是典型的燃气居民区生活垃圾，其组成为含水率43%，有机物 (干重)38%，无机物(干重)44%。
1.2垃圾组成分析
(1)沿试验场对角线的两角和中心各设一个采样点，每点取5—10kg 的垃圾样品。烘干后挑出石头、砖头、玻璃等无机硬废物和无法降解的橡胶、塑料盖、塑料瓶后的剩余部分用球磨机和破碎机破碎至20目以下。取其粉末进行分析测试。同时，分别对老港填埋场199l、1992、1993、1994年4月份的填埋单元进行了挖掘，取出垃圾进行相同物化参数的测定，以便检验通过试验场垃圾取样测定结果所得出的数学模型的准确性。
总糖含量分析：糖与硫酸作用，脱水生成羟甲基呋喃甲醛(羟甲基糖醛)，再与蒽酮缩合生成蓝色化合物，其呈色强度与溶液中糖的浓度成正比，在610nm波长处定量测定。单糖、双糖、糊精、淀粉等都直接与试剂发生作用。(2)挥发分和有机碳含量分析：通过在650℃温度下灼烧的方法来测定垃圾中有机物(挥发性固体)的含量。又因为垃圾中的碳含量大约是有机物质的47%，因此可以通过测定易挥发性物体的含量再乘以47%来估算有机碳的含量。(3)BDM分析：在强酸性条件下，以强氧化剂重铬酸钾在常温下氧化样品中有机质，过量的重铬酸钾以硫酸亚铁回滴。根据所消耗氧化剂的量，计算样品中有机质的量，再换算为生物可降解度。(4)粗纤维含量分析：垃圾样品经一定浓度的酸处理后，去除其中的糖类等杂质，最后的残渣减去灰分，即得粗纤维。
2结果与讨论
2.1垃圾组成与填埋时间的关系
 图1垃圾组成与填埋时间的关系 |
图 1为试验场3个取样点垃圾组成监测结果，从图中可以看出，在2年内，垃圾组成的监测结果波动比较大。而经2年左右的时间填埋后，取出的垃圾却臭味大减，也易晾干。1990年和1991年填入的垃圾则基本上无味，呈黑色，放在实验室会很快自然晾干而且不产生渗滤液。由图1可以看出，3个取样点的垃圾组成是非常接近的。表明取样和分析是可靠的。显然，垃圾分析的重现性非常好。在进行数学模拟时，只能应用填埋2年后的垃圾组成监测数据。
2.2实验场垃圾组成与填埋时间关系的数学拟合和验证
用3个取样点的垃圾组成的平均值。通过数学拟合，得到各垃圾成分与填埋时间的拟合关系式，结果见表1。
表1垃圾组成与填埋时间(d)关系的数学拟合式 |
2.3老港垃圾填埋场1991—1994年4月封场填埋单元垃圾组成监测
老港垃圾填埋场属于平原式填埋场。整个填埋场被划分为几十个填埋单元。填埋单元之间用3m厚的土坝相隔。可以认为，填埋单元之间是相互独立的。每个填埋单元可使用3个月时间。从1997年3月开始，对老港垃圾填埋场199l，1992，1993和1994年4月份封场的填埋单元的垃圾进行取样分析。结果见表 2。
表2老港垃圾填埋场1991—1994年4月份封场填埋单元垃圾监测 |
BDM：生物可降解物含量；OC：有机碳；RC：粗纤维；VS：挥发性固体；TS：总糖
2.4数学拟合方程的验证
利用表1的方程式，就可计算出垃圾组成与填埋时间的定量关系。用表2的数据与表1的方程式计算值进行对比，发现表2的数据在与计算值相差±(3%—5%)左右(总糖除外)。因此，表1的方程式是可靠的，完全能够用于老港垃圾填埋场垃圾组成与填埋时间的关系预测，其结果见表3(由于总糖含量实在太低，误差较大)。
表3垃圾组成预测值  |
从表3可以看出，垃圾各成分含量的降低是非常缓慢的。垃圾无害化过程，实际上也是垃圾中有机质含量的下降过程。经测定，老港垃圾填埋场覆盖土的BDM含量为 2.5%，若垃圾中的BDM含量降低到这个数值，大约需要22—23年。根据同时进行的渗滤水浓度预测结果，老港垃圾填埋场渗滤水下降到国家一级排放标准所需的时间也是22—23年[1—2]。
3讨论与结论
垃圾无害化程度除了一些微生物和病理指标外，似乎无其它规范标准可参照。从本报告看，随着填埋时间的延长，垃圾中挥发性物质含量、有机碳含量、粗纤维含量、BDM、总糖含量等均会缓慢下降。对于一个填埋场，只要建立起这些参数的方程，通过测定该场任何点的垃圾组成，就可较准确判断填埋年限。
对垃圾无害化程度与本项目所测得的各物化参数进行关联看来还不可行。但若在分析测试这些参数的同时也对垃圾中的病原微生物等进行分析，通过卫生指标确定垃圾无害化程度，再与物化参数进行关联，就有可能用物理化学方法判定垃圾无害化程度与填埋时间的关系[2]。这方面的工作还有待于进行。全国每年产生1.2亿t垃圾，基本上是采用填埋方法处理。经若干年降解而转化为矿化垃圾后，其数量至少有1亿t。历年来我国堆存的矿化垃圾数量有几亿t，利用价值很大。
从垃圾组成的衰减规律来看，老港垃圾填埋场稳定化时间大约为22—23年。此时渗滤水污染物浓度也自然衰减到国家一级排放标准。一般的安全性也能保证，只要不用作修建房屋等建筑用地，填埋场就可安全地被再利用。
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