城市垃圾的物理和化学特性<sup>[3,5,9]<sup>

城市垃圾的性质主要包括物理、化学、生物化学及感观性能。感观性能是指废物的颜色、嗅味、新鲜性或者腐败程度等，一般可通过感观直接判断。下面将主要讨论垃圾的物理、化学和生物化学三种性质。

一、城市垃圾的物理性质

城市垃圾的物理性质与城市垃圾的组成密切相关，组成不同，物理性质也不同。通常以组分、含水率和容重三个物理量来表示城市垃圾的物理性质。

（一）含水率

1定义

含水率被定义为单位质量垃圾之含水量，用质量分数（%）表示。其计算式为：

城市垃圾地质环境影响调查评价方法

式中：A为新鲜垃圾（或湿垃圾）试样原始质量；B为试样在105℃烘干后的质量。

2影响因素

垃圾的含水率随成分、季节、气候等条件而变化，其变化幅度为11%～53%（典型值15%～40%）。城市垃圾的含水率与食品垃圾的含量有关。据调查，影响垃圾含水率的主要因素是垃圾中动、植物含量和无机物含量。当垃圾动、植物的含量高、无机物的含量低时，垃圾含水率就高；反之则含水率低。这种变化是有一定规律的，如表1-6所列，按其变化可得出y=067x+1238的关系，其中y为含水率，x为动、植物含量。垃圾含水率还受到收运方式（如不同收集容器，是小车收集还是集装箱，有无盖子，密封好坏等）的影响。

表1-6 垃圾中动植物含水率关系表[5]

3含水率的测定

收集的垃圾与污泥中水分类似，除含有内部结合水外，还含有吸附水、薄膜水、毛细管水等。新鲜垃圾在收集容器中各成分的含水量，因扩散、蒸发会随时间改变，而垃圾含水类型和总量则依垃圾组成及自然环境而定。一般将这种不定态的垃圾水含量称为自然含水量。垃圾中所含水分质量与垃圾总质量之比的百分数，就是垃圾含水率。测定垃圾含水率的目的主要有三：①在于以垃圾干物质为基础，计算垃圾中各种成分的含量，故有时把含水率称为干燥质量换算系数；②及时了解垃圾中水的存在状况，以便科学地计算垃圾堆放场或填埋场产生的淋滤液数量；③当垃圾直接送去堆肥或焚烧时，可作为处理过程的重要调节控制参数。

因此，含水率参数是研究垃圾特性、调节确定垃圾处理过程中必不可少的测定项目。

（1）需用设备与材料。烘箱，干燥器，天平（百分之一），大坩埚（或大铝盒、搪瓷盘），坩埚钳、剪刀、菜刀，劳保用品（橡皮手套、口罩等）。

（2）测定方法与步骤。垃圾水分的测定一般采用烘干法，温度通常控制在（105±1）℃。烘烤时间应以达到质量恒定为准。但当垃圾中有机物含量高时，完全达到质量恒定是困难的。所以一般以二次连续称量的误差小于总质量4‰为标准。或根据经验烘烤4～5h。另外，当垃圾主要为可燃物时，温度以70～75℃为宜，烘烤时间24 h，在600℃温度下，灼烧2小时，取出后，置干燥器中冷却到室温再称量。计算式为：

城市垃圾地质环境影响调查评价方法

式中：W 为用重量表示的垃圾含水量，%; Ww为垃圾中水的质量；Ws为垃圾的烘干质量。

（二）容重及其测定

城市垃圾在自然状态下，单位体积的质量称为垃圾的容重，以kg/L、kg/m3或t/m3表示。垃圾容重随成分和压实程度而有所不同，见表1-7和表1-8中所列。

表1-7 垃圾不同压实情况的容重值[5]

表1-8 某些垃圾成分的容重[5]

垃圾的容重是垃圾的重要特性之一，它是选择和设计贮存容器、收运机具大小及计算处理利用构筑物和填埋处置场规模等必不可少的参数。

测定原始垃圾容重的方法有全试样测定法和小样测定法；而测定填埋场垃圾容量则较多采用反挖法、钻孔法等。下面介绍常用的小样测定法是将经“四分法”缩分后的垃圾初试样，装满一定容积广口容器，按下计算确定垃圾容重值

城市垃圾地质环境影响调查评价方法

式中：D为垃圾容重，kg/L或kg/m3; W1为容器质量，kg; W2为装有试样的容器总质量，kg; V为容器体积，L或m3。

通常需测定三个以上试样，用平均值来代表垃圾的容重。

我国环卫系统现场采用的是所谓“多次称量平均法”。此法是用一定体积的容器，在一年12个月内，每月抽样称量一次，在年终时，将所有各次称得的质量相加除以称量次数，得到年平均城市垃圾的质量，再除以容器体积，即得垃圾的容重，其表达式为：

城市垃圾地质环境影响调查评价方法

式中：D为垃圾的容量，kg/m3; an为每次称得的垃圾质量，kg; n为称量的次数；V为称量容器的体积，m3。

二、城市固体废物的化学性质

城市垃圾的化学性质对选择加工处理和回收利用工艺十分重要，表示城市垃圾化学性质的特征参数有挥发分、灰分、灰分熔点、元素组成、固定碳及发热值。

（一）挥发组分

挥发分又称挥发性固体含量，用Vs（%）表示。

Vs是反映垃圾中有机物含量近似值的指标参数，它以垃圾在600℃温度下的灼燃减量作为指标。其测定方法是用普通天平称取一定量的烘干试样W2，装入坩埚内。将坩埚置马福炉内，在600℃温度下，灼烧2小时，取出后，置干燥器中冷却到室温再称量。计算式为：

城市垃圾地质环境影响调查评价方法

式中：Vs为垃圾的挥发性固体含量，%; W1为坩埚质量；W3为烘干垃圾质量（W2）＋坩埚质量；W4为灼烧残留量＋坩埚质量。

注意：有的方法规定灼烧温度为700℃。灼烧减量包括有机质和结合水700℃高温灼烧后，完全消失的有机质和结合水。

（二）灰分及灰分熔点

灰分是指垃圾中不能燃烧也不挥发的物质，即灰分是反映垃圾中无机物含量的参数，用符号A表示，其数值即是灼烧残留量（%），测定方法同挥发分。灰分质量分数（%）算式为：

城市垃圾地质环境影响调查评价方法

灰分熔点符号为TA，熔点高低受灰分的化学组成影响，垃圾的组成成分不同，则灰分含量及灰分熔点也不同，主要取决于Si、Al等元素含量的多少。

注意：亦有方法将垃圾放入高温炉内灰化，以（815±10）℃灼烧到质量恒定，取其残留物质量所占试样原质量的百分数作为灰分的。

（三）元素组成

城市垃圾中化学元素组成是很重要的特征性参数。测知垃圾化学元素组成可估算垃圾的发热值，以确定垃圾焚烧方法的适用性，亦可用于垃圾堆肥化等处理方法中生化需氧量的估算，所以，对选择垃圾处理工艺是很必要的。

垃圾的化学元素组成很复杂，其测定方法亦很繁琐，需要用到常规的化学分析方法和仪器分析方法，有的还要用到先进的精密仪器。其中，C、H元素联合测定要用到碳氢全自动测定仪，全氮测定用凯氏消化蒸馏法，全磷测定用硫酸过氯酸铜蓝比色法，全钾测定用火焰光度法，有些金属元素测定更要用到原子吸收光度法等精密仪器，故垃圾化学元素测定较之物理组成分析难以普及。一般城市环卫系统较少进行这项工作，现将北京环卫科研所对北京市生活垃圾元素测定数据列于表1-9。

表1-9 北京垃圾中化学元素含量表[5]

一、城市生活垃圾的产生情况和影响因素分析

（一）城市生活垃圾产生量

表1-10 全国垃圾产生情况调查统计表[5]

随着城市规模的扩大和城市化进程的加速，中国城市生活垃圾的产生量和堆积量均在逐年增加。据对666座城市调查统计，1996年垃圾清运量达10825万t（见表1-10、图1-1）。近几年城市生活垃圾的年增长率均在8%～10%。少数城市，如北京，垃圾增长率则达15%～20%。折合成人均日产垃圾量已超过10kg，接近工业中等发达国家水平。

图1-1 城市垃圾、粪便清运量变化趋势[5]

（二）影响垃圾产生量的因素

1城市垃圾产生量主要与地理条件、城市人口、经济发展水平、居民收入、居民消费水平和城市居民燃气化率有关

一些大城市虽然居民收人大幅度提高，但人均垃圾日产量却一直在112～156kg/（人·日）之间，增加比较缓慢，其原因主要是燃气普及率提高所致。

我国城市垃圾总量的大幅度增长主要是由于城市规模、数量和城市人口的增加所造成的。目前我国城市人均年产生活垃圾440kg左右，人口多的城市其垃圾的绝对产生量就多，在城市垃圾管理中承受的压力也越大。直辖市和省会城市在垃圾产生量方面占有重要比例。生活垃圾产生量的60%集中在全国50万以上人口的52座重点城市。其中以北京、上海和沈阳所占比例最大，分别为412%、349%和218%。三个城市的垃圾产量之和约占全国垃圾总量的10%。

近20年来，我国的城市化进程逐年加快，城市数量大幅度增加，城市规模不断扩大，城市非农业人口迅速增长。我国2005年人口已达13亿，城市687个，城市化水平为32%。其中，200万人以上的超大城市15个，50万～200万人口的大城市69个，20万～50万人口的中等城市198个，20万人以下的小城市397个。预计到21世纪末，我国城市数量将达到800个，小城镇2万余个，城市人口将达5亿至6亿，城市化整体水平将达到40%。由于城市数量的增加、城市规模的扩大、非农业人口比例的增长、市场的开放、农村剩余劳动力的进城以及旅游事业的发展，大大增加了城市垃圾的产生量，加重了城市环境卫生管理的负荷。图1-2显示，中国城市生活垃圾产生量和城市人口的相关关系，表明城市垃圾产生量随城市人口的增加呈直线增长态势，而且随着中国城市发展进程的加快，这一趋势在今后若干年内还将持续下去。可以说，城市人口的增加是影响城市垃圾产生量的最主要因素。

图1-3显示了城市垃圾产生量与国内生产总值（GDP）的关系，表明城市垃圾产生量随国内生产总值（GDP）的增加几乎呈直线上升，当GDP达到一定数值后，垃圾产生量的增长速度开始减缓，并逐渐趋于稳定。这与工业发达国家经济高度增长时期的情况极其相似。

图1-2 垃圾产生量与城市人口的关系[5]

图1-3 城市垃圾产生量与国内生产总值（GDP）的关系[5]

2居民生活水平的影响

调查表明，城市垃圾产生量与居民生活水平也有很大关系。经济发达、居民生活水平高的城市，垃圾产生量要高出居民生活水平相对较低的地区。

表1-11列出了由调查资料直接获取或经过计算得到的被调查城市的城市生活垃圾的产率。

表1-11 中国主要城市的城市生活垃圾生率（2003年）[5]kg/（天·人））

3燃料结构的影响

燃料结构对城市生活垃圾影响很大，从表1-11可以看出，杭州与沈阳同样是人口相近的省会大城市，杭州的GDP高于沈阳，但是杭州的人均垃圾产生量低于沈阳。这与位于北方的沈阳取暖期长，燃料消费主要以煤为主，致使垃圾产生量要远高于位于南方的杭州。

（三）垃圾成分及其影响因素

城市垃圾的构成主要受地理条件、生活习惯、居民生活水平和民用燃料结构的影响。

我国城市垃圾在产量迅速增加的同时，垃圾构成也发生了很大的变化。表现为有机物增加，可燃物增多，可利用价值增大。

1民用燃料结构对垃圾构成的作用

民用燃料结构对垃圾构成有着很大的影响（表1-12、表1-13）。燃煤区垃圾中无机组分明显高于燃气区，可回收废品的比例亦明显降低。

表1-12 不同城市（燃煤区）垃圾成分[5]　（%）

表1-13 不同城市（燃气煤区）垃圾成分[5]　（%）

由表1-12、表1-13可见，影响城市垃圾组分的一个重要因素是燃料消费结构。中国是以煤为主要燃料的国家，一次性能源的75%是煤炭。煤炭不仅广泛用于工业生产，同时也是家庭燃料的重要组成部分，大部分家庭的做饭、取暖均以煤炭为主要燃料，造成城市生活垃圾中含有大量的煤灰，垃圾中有机物含量较少。

但是，近年来随着城市集中供热和煤气化的普及，民用燃料的消费结构发生了重大变化，同时也带来了城市垃圾组分的变化。

燃煤区垃圾中的无机组分明显高于燃气区，而燃气区垃圾中的有机组分和可回收废品的比例明显高于燃煤区，变化最大的组分就是垃圾中的煤灰量。另一方面，燃煤区居民的生活水平往往也低于燃气区。在燃气区，由于垃圾中煤灰量的减少，厨余成为主要组分，因此，垃圾的含水量相对增加。

我国城市燃气的普及率（以使用人口计）从1986年的2852%增加到1995年的70%，全国的集中供热面积从1986年的9907万m2增加到1996年的73433万m2。北方地区的集中供热普及率1995年为20%,2000年计划达到30%，在经济发达城市将达到45%。城市生活垃圾中的有机物含量和热值还将进一步增加，这将会对今后城市垃圾处理处置技术的发展产生较大的影响。

2居民生活水平和消费结构与垃圾构成

居民生活水平和消费结构的改变不仅影响城市垃圾的产生量，也是影响垃圾成分的重要因素。近20年来，居民生活水平不断提高。与此同时，城镇居民排出的垃圾成分也发生了相应的变化。

改革开放以来，城市垃圾中煤灰（渣）含量持续下降，而易腐垃圾和废品含量有所增长。由表1-14可见，同一城市不同地区的垃圾成分也有所不同。高级住宅区的垃圾中可回收废物（塑料、纸类、金属、织物和玻璃）的含量（82%）明显高于普通住宅区（47%）。但是，由于普通居民生活水平还不高，垃圾中厨余物含量较高，因而垃圾含水率较高、热值较低。

表1-14 同一城市不同地区垃圾成分统计表（1994年）

3垃圾产生源与垃圾构成

我国城市垃圾主要由居民生活垃圾、街道保洁垃圾和集团垃圾三大类组成。居民生活垃圾来自居民生活过程中遗弃的垃圾，主要由易腐有机物、煤灰、泥沙、塑料、纸类等构成。它在城市垃圾整体中，不仅数量占居首位，而且成分最为复杂，其构成受时间和季节影响，变化大且极不均匀。街道保洁垃圾来自清扫马路、街道和小巷路面，它的成分与居民生活垃圾相似，但是泥沙、枯枝落叶和商品包装物较多，易腐有机物较少，平均含水量较低，低位热值略高于居民生活垃圾。集团垃圾系指机关、团体、学校、工厂和第三产业等在生产和工作过程中产生的垃圾，它的成分随发生源不同而变化。这类垃圾与居民生活垃圾相比，具有成分较为单一稳定、平均含水量较低和易燃物、特别是高热值的易燃物多的特点，它的低位热值一般为6000～20000kJ/kg。

4城市特征与垃圾构成

我国各地区经济发展不平衡，这使我国城市垃圾构成和特性有很大的不均匀性。城市垃圾的产生量及其构成，与城市的规模、性质、功能和地理位置有很大关系，其特点是：（1）大城市与中小城市垃圾构成有十分明显的区别。大城市的生活垃圾构成中有机物成分占总量的31%～36%以上，无机成分约占60%，废品约占4%～6%；中小城市的生活垃圾有机成分约占其总量的20%，无机成分约占65%，废品的比重更低。大城市虽然地理环境等基础条件不同，但是由于城市居民的消费水平都比较高，所以城市垃圾的有机含量的差距相对较小。

（2）中小城市的居民消费水平及生活能源气化率都比较低，有机物成分约占生活垃圾总量的2248%，无机物成分约占65%，其余为废品。南方城市垃圾中的有机物高于北方城市。

（3）城市气化率、集中供热面积及人均煤购买量对垃圾的产量和构成具有明显的影响。城市气化率低和集中供热面积小的城市或地区，其垃圾产量的绝对值和煤灰的含量相应要高；反之则要低一些。

（4）包装废物在城市垃圾中的比重增加，是造成城市垃圾增长的重要原因之一。随着生活水平的提高和人们消费意识的变化以及包装工业的发展，商品的包装形式越来越繁多，包装物的种类和数量急增，一次性使用的商品也广泛被应用于宾馆和餐饮行业。这些附有包装的物品和一次性用品消费后，包装材料便进入垃圾中，使得城市垃圾猛增。实际上垃圾中的金属、玻璃、纸类，特别是塑料等物质大部分是用后废弃的包装材料。尽管目前我国的产品包装还未发展到发达国家的水平，但随着产品的过度包装和一次性用品的大量消费，已使生活垃圾中包装材料所占份额具有逐步上升的趋势。

二、城市垃圾的收集与回收利用情况

（一）城市垃圾的收运

改革开放以来，城市垃圾收运设施数量逐年增加，并逐步向密闭、先进、便于操作的方向发展。但是，垃圾收运设施仍不能适应城市迅速发展的需要，目前只有少数城市实行了城市垃圾密闭运输，实际清扫面积不到应清扫面积的80%。由于一些繁华街道和公共地区的垃圾筒配备不足，一些新开发区及新建道路未按规定配备建设垃圾收集设施，致使这些地区的生活垃圾无处倾倒，从而导致了垃圾乱倒现象。在城市内收运的垃圾，被运输者非法倾倒在城乡结合部的现象也十分严重。

虽然早在1958年我国就提出城市垃圾分类收集利用，但到目前为止，只有少数城市的部分地区进行了综合袋装收集试点，个别点实行垃圾分类收集。城市垃圾混合收集仍是各大、中、小城市普遍采用的垃圾收运方式。

（二）城市垃圾中废旧物资回收利用现状

我国历来重视废旧物资的回收和综合利用。新中国成立以来，再生资源行业得到长足的发展。仅原内贸部废旧物资回收系统就已发展成一个有80万职工，各级各类公司5000多个，回收网点12万多个，各类加工厂（场）3000多个的大行业。从1950年至1994年的44年间，回收各类废旧物资238亿t，回收总值134025亿元，其中仅废钢铁就回收165亿t。再生资源行业在节约自然资源、节约能源和保护生态环境等方面发挥了重要的作用。

城市垃圾中可回收废品含量随着生活水平的提高亦不断提高。但是国家在废品回收利用方面没有强制性法律规定，缺乏有吸引力的经济激励机制，再加上作为废品回收主渠道的废旧物资回收公司，由于企业内部经营机制不适应市场经济发展，回收废品的数量和所占比重逐年下降。相反，个体商贩的废品回收数量和所占比重则逐年上升。以盈利性为主的个人回收利用就只回收那些经济回报率高的废品，相当一部分污染大、但回收效益小的废品，如废旧电池、日光灯管、废塑料等，就无法做到环境无害的回收利用。从垃圾中挑选可利用物的这种“拾荒”行为，又会造成对人体和环境的影响危害。

三、城市垃圾处理处置现状[1,5,9,12]

在过去十几年中，几乎所有的工业化国家在城市垃圾的管理上，都在由单纯的处置转向综合利用与处置，从根本上改变了垃圾处置的内涵。我国对城市垃圾的污染防治，起步较晚。长期以来，我国城市垃圾的处理处置主要是以寻找合适地点加以“消纳”为目的。目前，我国城市垃圾处理的最主要方式是填埋，约占全部处理量的70%以上；其次是高温堆肥，约占20%以上；焚烧比例小。

近10年来，我国陆续兴建了一批城市垃圾处理设施，城市垃圾处理率迅速提高。从1986年到1995年，全国的城市垃圾和粪便处理场由23座增至900多座，处理率由09%提高到437%。

一些城市建成了一些大、中型城市垃圾卫生填埋场，如日处理量2000 t的北京阿苏卫卫生填埋场；杭州、上海、深圳、广州等城市也都建成有城市垃圾填埋场，其中杭州的天子岭垃圾卫生填埋场的沼气发电系统已经建成并运行，从1998年9月开始发电。但是，大部分城市采用集中堆放或简易填埋方式处置城市垃圾，由于没有很好的压实机械，这些填埋场未达使用年限就填满封场。沿海省市垃圾填埋都很难再找到合适场地。许多城市缺乏资金，未能按标准要求建造填埋场地或焚烧设施，即使一次性的建设投资解决了，长期运行的费用也难以维持，因而也很难达到无害化处置目标。

资料[40]表明：在城市垃圾堆肥方面已建成堆肥场约20余处，主要采用机械化堆肥和简易高温堆肥技术。垃圾堆肥技术设施相当落后。堆肥产品销路不畅。质量不高，肥效低，利用率不高。

在焚烧方面，我国发展较慢，目前只有深圳已建成一座日处理量450 t的现代化的垃圾焚烧厂。另外有一些小型垃圾焚烧炉，如北京昌平100 t/d的焚烧炉，以及一些50 t/d、30 t/d的小型焚烧炉。这些焚烧炉均属于试验性质的，因而不能做到正常运行，烟气均不能全部达标。不过，已有不少城市正在筹备建设大型垃圾焚烧厂，如上海、北京、广州、大连、南京、长沙等城市，开展焚烧余热用于生产电力和供热。这对提高城市垃圾的无害化处理率，逐渐改变垃圾污染现状将起到积极作用。