垃圾产生量与特性分析

第三章　垃圾产生量与特性分析

3.1.1　垃圾产生量应按实际重量统计与核定。

3.1.2　垃圾产生量的计算及预测，应符合现行行业标准《城市生活垃圾产量计算及预测方法》CJ/T 106中的有关规定。

生活垃圾产生量是确定垃圾焚烧厂规模的基础数据之一。对一些城市的调查结果表明，目前垃圾收集以采用5t集装箱垃圾运输车为主，另外配合压缩式中转站建设，装备了少量15～20t压缩式垃圾运输车。长期以来环卫设施建设比较落后，对垃圾产生量的统计大多是以垃圾运输车的吨位（简称车吨）统计的。随着城市社会、经济发展，生活垃圾容重已由过去的0.6～0.8t/m3降低到0.2～0.4t/m3，造成实际装载量（简称重量吨）与按车吨统计的垃圾产生量差别较大。实际调查发现，5t集装箱垃圾运输车重量吨大多在1.8～3.0t之间，很少有超过3.5t的。因此，需要确定其实际垃圾产生量，避免垃圾焚烧规模过大。

在《城市生活垃圾产量计算及预测方法》CJ/T 106中规定的垃圾产生量计算方法包括采样法和容重法等，都是基于年人均日产生垃圾量计算的。年人均日产生垃圾量是根据近2～5年分别按月统计的日均垃圾产生量，与该垃圾产生区域的人口数量之比的算术平均值，是一统计数值。该数值主要是作为中、近期预测垃圾产生量的基本依据与核算当前垃圾产生量的手段。因此，由环卫部门每年按月连续统计的城市生活垃圾产生量和当地居住人口数量等原始数据的准确性就显得尤为重要。

连续运行的焚烧主体设备，正常服役期不低于20年。因此，对垃圾产生量与特性进行预测是确定焚烧规模的必要条件之一。垃圾产生量预测一般是以最近5年左右的垃圾产生量与居住人口的变化规律为基本条件，采用回归分析方法进行的。生活垃圾产生量与特性总是处于动态变化过程中。影响垃圾动态变化的因素是多方面的，其中最突出的影响因素包括城市人口的结构，城市气化率，城市居民消费水平、生活习惯的变化程度，垃圾分类实施情况等。因此垃圾产生量预测过程中，应特别注意对边界条件的收集、分析与确定。

台湾省提出垃圾焚烧厂的规模即日焚烧处理垃圾量是按下列公式确定的：

日焚烧处理垃圾量=年均日焚烧处理垃圾量×设计月最大变化系数

其中，设计月最大变化系数=月最大日焚烧处理垃圾量÷年均日焚烧处理垃圾量。

一般而言，焚烧处理垃圾的规模不超过焚烧厂投入运行年的城市生活垃圾总产生量。在美国和欧洲，有因建设规模过大而使焚烧厂不能正常运行，甚至关闭的教训。

此外，应说明的是，本规范引入生活垃圾焚烧厂服务区的概念，其一般不是按当地行政区划分，而是按环卫部门清运垃圾的区域划分，它是考虑生活垃圾产生量、交通运输状况、垃圾运输距离与运输费用等因素，并兼顾行政区划分而确定的。

3.2.1　垃圾特性分析应包括下列内容：

1.物理性质：物理组成、容重、尺寸；

2.工业分析：固定碳、灰分、挥发分、水分、灰熔点、低位热值；

3.元素分析和有害物质含量。

3.2.2　垃圾物理成分应由下列项目构成：

1.有机物：厨余、纸类、竹木、橡（胶）塑（料）、纺织物；

2.无机物：玻璃、金属、砖瓦渣土；

3.其他。

3.2.3　垃圾采样应具有代表性，特性分析结果应具有合理性。

3.2.4　垃圾采样和特性分析，应符合现行行业标准《城市生活垃圾采样和物理分析方法》CJ/T 3039中的有关规定。

3.2.5　垃圾元素分析与测定，应符合下列要求：

1.垃圾元素分析包括：碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N）、硫（S）、氯（Cl）。

2.垃圾元素测定的样品粒度应小于0.2mm。

3.2.6　垃圾元素分析可采用经典法或仪器法测定。采用经典法测定垃圾元素分析成分值时，可按煤的元素分析方法进行，并应符合现行国家标准中的有关规定；采用仪器法测定元素分析成分值时，应按各类仪器的使用要求确定样品量。

生活垃圾特性分析是生活垃圾焚烧厂设计、建设及运行管理的重要基础资料。因此，在设置焚烧设施之前，需要充分了解垃圾相关特性。垃圾特性分析的重点是正确掌握生活垃圾的物理、化学性质。

1.生活垃圾工业分析：

水分测定，是生活垃圾在105±5℃温度下烘干至恒重，所失去的重量占原生活垃圾重量的百分比。水分也称含水率。

灰分测定，是生活垃圾在马弗炉中以815±10℃的温度，重复灼烧至恒重时的重量百分比。可燃物是除去水分和灰分后的物质。

垃圾热值（又称发热量），是生活垃圾属性之一，是焚烧厂设计时计算热平衡、热效率以及发电量的重要依据。垃圾热值有低位热值和高位热值之分。高位热值的测定是在一个密闭的容器内，有过剩氧气存在条件下，点燃适量样品并使完全燃烧，放出的热量用水吸收，通过测定水温升高来计算的。低位热值通过下式计算：

Qd=Qg-25（9H+W）

式中　Qd——低位热值（kJ/kg）；

Qg——高位热值（kJ/kg）；

H——垃圾含氢量（％）；

W——垃圾含水量（％）。

2.我国环卫行业对生活垃圾物理成分的划分如下：

厨余：主要指居民家庭厨房、单位食堂、餐馆、饭店、菜市场等处产生的高含水率、易腐烂的生活垃圾。由于厨余中含有大量水分，使生活垃圾的总含水率增加，热值下降。

果皮：主要指各种瓜果的皮、核，含水率高，易生物降解。果皮与厨余性质相似。

纸类：主要指家庭、办公场所、流通领域等产生的纸类废物，属易燃有机物，热值高。一般来说，经济发展水平越高，垃圾中纸类成分的含量越高。

竹木类：主要指各种木材废物及树木落叶等，属纤维类有机物，易燃且热值较高。

橡塑：主要指垃圾中的塑料及皮革、橡胶等废物。橡塑垃圾也属于易燃有机物，热值高，生物降解困难。

纺织物：主要指纺织类废物，属易燃有机物，热值较高，中等可生物降解。

玻璃：主要指各种玻璃类废物，以废弃的玻璃瓶为多。有无色和有色之分。

金属：主要指各种饮料的金属包装壳及其他金属废物。

砖瓦渣土：主要指零星的碎砖瓦、陶瓷以及煤灰、土、碎石等，主要源于居民生活中废弃的物质及燃煤和街道清扫垃圾。这部分垃圾含量的多少，主要决定于生活能源结构。

其他：主要指上述各项目以外的垃圾，以及无法分类的垃圾。

不同国家典型生活垃圾成分范围见表4-6；几个城市垃圾物理成分见表4-7；韩国汉城生活垃圾热值与水分变化情况见表4-8；台北市近20年垃圾低位发热量变化情况见表4-9。

3.考虑垃圾特性分析具有动态性质，一般取最近3～5年的垃圾特性分析资料作为垃圾焚烧厂设计的基础资料。特性分析资料的合理性的前提是垃圾采样必须有代表性。

4.生活垃圾采样主要控制点：

（1）采样频率。一般确定为每月2次。当垃圾成分变化较大时期，可适当增减部分月的采样频率。

（2）采样周期。采样时间间隔一般要大于10d。

（3）采样量及采样方法。按《城市生活垃圾采样和物理分析方法》CJ/T 30393.3条规定执行。

（4）试样处理。采集的试样需要进行处理，制成可供各项目测试的样品。通常采用直接制样法，即将采集的原生样品按四分法要求，用人工和机械不断破碎、缩分，直到符合某项目测试的试样要求。一般垃圾热值和元素分析样品的粒度要小于0.2mm。相对直接制样法，有间接制样法，是指按测得的垃圾成分数据，按比例人工配制的混合样品。

（5）试样保存。采样后应立即分析。否则，必须将样品摊铺在室内避风阴凉干燥的、铺有防渗塑胶布的地面，厚度不超过50mm。保存期不超过24h。

（6）采样记录的具体要求：

1）注明采样目的、试验项目、采样要求等。

2）注明采样日期、时间、地点、采样范围，并做出采样标记。如果在企业采样，则应说明在哪个产品范围，哪个部门及在生产过程的哪个运行点提取的试样。

3）注明垃圾来源、垃圾种类、垃圾堆积形式。估计出提取试样的垃圾堆放时间，并且予以注明。

4）注明采样方法，包括采样器械。提取的单项试样和混合试样，则必须说明是由多少单项试样混合提取的混合试样。

5）注明采样时对垃圾特点的描述，其目的主要是为准确识别试样和确定以后的变化，包括：试样的颜色和气味；垃圾试样的固体或半固体状态，并说明提取的垃圾试样是否均匀的物质及其粒度分析。

6）注明储存垃圾试样容器的类型，提取的试样重量，体积与堆积密度。

7）注明天气、降雨等因素对垃圾特性的影响，这些影响对估计有害物的作用是相当重要的。

8）注明采样人员姓名及其工作部门的准确名称，签字时间。标明进行垃圾采样时在场人员的姓名。

5.物理分析方法按《城市生活垃圾采样和物理分析方法》GJ/T 3039中的有关规定进行。其中，分析样品和对分析结果的基本要求见表4-10。采用经典法测定垃圾元素分析，可按照煤的分析测定方法。下面列出部分标准，供参考：《煤的元素分析方法》GB/T 476、《煤中氯的测定方法》GB/T 3558、《煤的水分测定方法》GB/T 15334、《煤中碳和氢的测定方法》GB/T 15460、《煤中全硫的测定方法》GB/T 214。

在项目前期工作中，也可以参考《城市生活垃圾采样和物理分析方法》CJ/T3039附录A表A1数据，并结合当地垃圾特性估测，但此后需要进行补测。

6.关于垃圾设计低位热值的确定。

（1）确定垃圾设计低位热值的目的和方法。

1）垃圾设计低位热值是决定垃圾焚烧锅炉燃烧热强度，从而决定其结构形式的基本条件之一。

2）由垃圾热值与焚烧量确定的燃烧图是焚烧垃圾的运行指导图。

3）垃圾热值是一动态值，与社会、经济、环境及生活习惯等相适应，在当前经济快速发展，人民生活水平实质性提高的时期，需要适当超前考虑垃圾设计低位热值。

4）超前时间受焚烧炉等设备寿命和焚烧厂运行期制约。

5）从确定垃圾设计点低位热值的目的看，采用进入焚烧炉时的垃圾低位热值是合适的，否则与实际运行工况的差距过大。

6）预测的垃圾热值为年平均值，实际上是在一定范围内波动，最低值多发生在夏季。

（2）影响城市生活垃圾热值变化的因素。

1）城市生活垃圾元素分析与热值关系（见表4-11）。

①碳——与煤的元素分析相同，生活垃圾中碳成分含量占主要比例，但其综合含碳量比煤要低。含碳量包括固定碳中的含碳量与挥发分中的含碳量，碳完全燃烧产物为CO2，生成热32.7kJ/kg，是决定垃圾热值的主要因素。从上述某城市垃圾组成情况看，影响垃圾含碳量的组成成分依次为：厨余、果皮、橡塑、纸类、纤维。

②氢——生活垃圾中氢含量与煤相近，且为燃烧放热（达120000kJ/kg）很高的元素，但在垃圾中所占成分比例很小。其中以CmHm形式存在的物质为燃烧放热物质，还有一部分与氧化合的不可燃物质。生活垃圾中，橡塑的氢元素含量最高，厨余含量最低，其余的含量介于二者之间并相近。

③硫——生活垃圾中的硫元素成分很低，虽然硫元素属于可燃物质，生成热达9000kJ/kg，其燃烧产物为有害物质。主要含硫物质为橡塑，在垃圾中所占比例一般很小，对垃圾热值影响相应很小。

④氧——生活垃圾中氧含量较高，这点与煤相似。氧元素一方面属于助燃物质，另一方面又容易与氢化合成为不可燃物质，影响垃圾热值的提高。垃圾中纸类、竹木、纤维的氧元素含量较高。

⑤灰分——生活垃圾中有机物综合灰分含量不很高。无机物在燃烧过程中，可以近似认为不参与化学反应，全部作为灰分（残渣形式）排出。因此生活垃圾总含灰量高，比一般煤的灰分要高得多。垃圾中无机物成分是影响垃圾热值的重要因素之一。

2）垃圾含水量对热值的影响。垃圾含水量除结晶水外，包括有外在水分和内在水分。外在水分即垃圾各组分表面驻留的水分，内在水分是指垃圾各组分内部毛细孔中的水分，这两部分水分是垃圾含水量主要组成部分。

生活垃圾中转、运输、储存过程中，由于挤压、压缩作用，一部分外在水分会渗沥出来形成垃圾渗沥液，因此垃圾处在不同过程中，含水量有较大区别。目前，我国生活垃圾含水量普遍较高，特别是沿海和南方城市的垃圾平均含水量达到50％以上，根据经验，在中转、运输、储存过程中，水分损失一般达8％左右。以垃圾含水量降低4％分析垃圾含水量与热值的关系，分析结果如下：

①采用的计算公式：

Q2=（Q1+6W1）（100-W2）/（100-W1）-6W2

式中　Q2——含水率降低后的垃圾热值（kJ/kg）；

Q1——测定或预测的垃圾热值（kJ/kg）；

W2——降低后的垃圾含水率（％）；

W1——测定或预测的垃圾含水率（％）。

②计算结果见表4-12。

③结论。垃圾含水率变化后的垃圾热值为初始热值、初始含水率与含水率减少值的函数。当初始热值较低时，随含水率变化，热值增加较低；含水率减少越多，热值增加越多。

本计算工况的单位含水率减少1％，热值增加3％～4％。

3）生活垃圾灰分对热值的影响。生活垃圾的灰分主要包括有机物焚烧过程产生的残余物，其由垃圾中有机成分以及燃烧工况决定；还包括垃圾中的无机成分，主要有废金属、玻璃、渣石及灰土等，是导致垃圾热值降低的主要因素之一。

城市生活燃料结构对垃圾热值影响是很明显的。1995年以前，我国一些大城市和沿海经济发展速度较快的城市的燃气化率正处于发展时期。针对城市不同区域的燃气化率发展的不平衡，在生活垃圾收集过程中，分为燃气区与燃煤区。其中，燃煤区生活垃圾的灰渣含量达到50％以上，其垃圾热值基本停留在3340kJ/kg以下；燃气区生活垃圾的灰渣含量则在10％以下，垃圾热值基本在4200kJ/kg以上。如北京、上海、天津、广州、厦门、珠海等许多城市目前的生活燃气化率达到90％以上，生活垃圾中的无机成分大大降低，垃圾低位热值达到4400～5000kJ/kg及以上。灰分减少对垃圾热值的影响程度可按照下式计算：

Q3=100Q1/（100-ΔA）

式中　Q3——灰分减少后的垃圾热值（kJ/kg）；

Q1——测定或预测的垃圾热值（kJ/kg）；

ΔA——灰分减少的百分比（％）。

一般可按灰分减少1％，垃圾热值相应增加1％进行估算。

4）垃圾有机物成分构成与垃圾热值。生活垃圾中的有机物组成成分是一种动态组成成分，对垃圾热值的影响是复杂的，需要根据生活垃圾组成成分，分别进行不同工况的热值计算，方可比较确定其有机成分对垃圾热值的影响。

热值以采用门捷列夫公式的计算结果与实际测定结合。表4-13是根据某城市的垃圾组成成分、元素分析按照门捷列夫公式的计算结果：

（3）城市生活垃圾热值发展趋势。

1）城市生活燃料结构变化的影响。生活垃圾中的渣土主要来自城市燃煤的炉渣，我国城市煤气化率1985年为23％，对一些城市调查显示，相应垃圾无机成分达到40％以上。到1995年，气化率达到70％以上，相应垃圾无机成分降低到15％以下。目前，许多城市已经达到90％以上，一些经济发展较快的城市已经或接近100％。调查显示，随着城市气化率快速提高，垃圾中无机物相应迅速降低，从而生活垃圾热值有了较大增长。对气化率已经接近100％的城市，垃圾无机成分基本稳定在不大于3％，相应对生活垃圾热值的影响减弱。

2）城市居民生活水平、生活观念和生活方式变化的影响因素。1985年，我国城市居民人均年消费水平为802元，1995年增长到5044元。由于生活水平提高，导致生活方式和消费观念的转变，其中突出的表现为从节约型向消费型的转变。比如，人们消费的纺织品及其他商品使用周期大大缩短；讲究购物环境和包装形式；消费食品的质量由粗到精，粮食消耗减少，副食品需求日益增加。由此，除生活垃圾的厨余物尚难以推断外，纸类、果皮、塑料、橡胶、玻璃等成分将会有不同程度增长。这将有利于垃圾热值增长。另外，从一些国家的城市生活垃圾成分变化情况，也可看出这种变化趋势。表4-14部分城市生活垃圾成分变化情况。

3）我国经济发展的影响因素。目前，我国经济正处于快速发展时期，居民生活水平实质提高，经济发展迅速的东部城市的生活垃圾热值已经达到4200～5000kJ/kg及以上。根据我国经济发展蓝图，到21世纪初，人民生活水平将得到更快提高。由于经济发展，人民生活水平提高，将使生活垃圾热值得以较快提高。据了解，日本经过一段经济高速发展时期而越入发达国家行列，其城市生活垃圾热值则同步经过一段快速发展并稳定到8000kJ/kg以上。从国外和我国周边地区垃圾热值增长情况看，在经济快速发展时期，城市生活垃圾热值增长也较快，当经济进入稳定发达阶段，城市生活垃圾热值则相应稳定在某一较高范围。因此，可以认为我国城市生活垃圾热值正处于提高阶段。

4）城市生活垃圾处理技术政策的影响因素。我国当前对固体废弃物正在实施从末端管理到全过程管理的转变，包括限制过度包装，净菜上市，改变家庭燃料结构；实施生活垃圾因地制宜、综合治理、有效利用的政策。加之正在推广的垃圾分类收集和已经实施的垃圾袋装化，不但在控制、减少垃圾产生量，最大限度净化生态环境方面将产生巨大作用，而且对改变生活垃圾物理成分有重大影响，从而也更有利于垃圾热值的提高。

（4）结论。

1）我国城市生活垃圾热值正处于较快增长时期，确定焚烧垃圾设计点热值时，应适当超前。

2）影响生活垃圾热值的主要因素为垃圾的水分灰分，从发展趋势看，生活垃圾的灰分在逐步减少。

3）在生活垃圾收集、运输、中转、储存过程中，由于水分损失而使热值提高。因此，决定垃圾焚烧工况的热值应以垃圾池内的垃圾热值为准（严格讲，应为进入垃圾焚烧锅炉时的垃圾热值，由于实际化验分析取样操作不方便，故一般按垃圾池内的垃圾热值为准）。