黃楚雨，韓 華，康敏娟，李厚恩

（1.北京市勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，北京 100038；2.北京市環(huán)境巖土工程技術(shù)研究中心，北京100038）

1 引言

利用自然形成或人工開挖而成的砂石坑、河道、凹地等成為城市生活垃圾、建筑垃圾集中填埋的場地，這類場地沒有完善的防滲、氣體導(dǎo)排、滲濾液導(dǎo)排及環(huán)境保護(hù)與監(jiān)測等設(shè)施，填埋操作和垃圾堆體形狀也不規(guī)范，被稱為非正規(guī)垃圾堆放點(diǎn)［1］。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及城市化的進(jìn)程，垃圾的快速增長與垃圾處理能力低下所產(chǎn)生的矛盾日益凸顯，導(dǎo)致了大量非正規(guī)垃圾堆放點(diǎn)的出現(xiàn)。目前，加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)力度、加快非正規(guī)垃圾堆放點(diǎn)治理、防止城市居住環(huán)境惡化等工作，逐漸成為各級政府關(guān)注的一項(xiàng)重要發(fā)展戰(zhàn)略。對非正規(guī)垃圾堆放點(diǎn)的治理修復(fù)不僅可以改善城市環(huán)境，為城市發(fā)展提供更多的土地資源和環(huán)境容量，還可以消除土壤及地下水的污染風(fēng)險(xiǎn)［2］。

近年來非正規(guī)垃圾堆放點(diǎn)治理技術(shù)也正從簡單封場、搬遷等粗放式治理向篩分綜合利用等精細(xì)化治理方向轉(zhuǎn)變。就篩分治理技術(shù)而言，一般將垃圾篩分產(chǎn)物分為輕質(zhì)篩上物、腐殖土以及無機(jī)骨料［3-4］；其中輕質(zhì)篩上物因其可燃組分較高，可以實(shí)現(xiàn)焚燒或制備RDF 等治理工藝［5］；腐殖土可以應(yīng)用于綠化或參與水泥窯協(xié)同處置［6-7］；而以建筑垃圾為主的無機(jī)骨料則在建筑施工領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用空間。因此，為實(shí)現(xiàn)非正規(guī)垃圾堆放點(diǎn)垃圾的治理方案設(shè)計(jì)、治理費(fèi)用估算、資源化前景以及減量化規(guī)模的估計(jì)，首先要對垃圾的體量、質(zhì)量及其成分比例（指3 類篩分產(chǎn)物比例，下同）進(jìn)行準(zhǔn)確的測算。

目前主要通過鉆探的方式對非正規(guī)垃圾堆放點(diǎn)中的垃圾體進(jìn)行勘查，通過Surfer 軟件的曲面建模功能或采用DTM 土方測量方法結(jié)合地形測繪成果來計(jì)算垃圾體量，并通過對垃圾土樣的室內(nèi)分析得出垃圾整體的成分情況［8］。但就垃圾堆體質(zhì)量及其成分比例的測算而言，傳統(tǒng)的鉆探及室內(nèi)分析方法存在一定的局限性：①鉆探的實(shí)施場地有限，非正規(guī)垃圾堆放點(diǎn)大多不僅存在地下填埋的垃圾堆體，還存在地表不規(guī)則堆放的垃圾堆體，往往缺乏鉆探條件；②通過鉆探獲得的垃圾樣品體量較小，關(guān)于其混合垃圾成分的室內(nèi)分析結(jié)果精度較低，不具有普遍性；③在鉆探過程中，垃圾體可能存在一定程度的擠壓，導(dǎo)致密度計(jì)算不能準(zhǔn)確地還原其實(shí)際填埋情況；因此該方法在應(yīng)用于實(shí)際工程時(shí)效果往往不盡如人意。

此外，對于各類垃圾填埋場中垃圾成分占比的研究，目前國內(nèi)外多局限于生活垃圾填埋場等正規(guī)填埋場［9］，而非正規(guī)垃圾堆放點(diǎn)中垃圾堆體性質(zhì)不一、堆放散亂、缺乏統(tǒng)一規(guī)律，少有關(guān)于其中垃圾成分比例的數(shù)據(jù)參考。對于非正規(guī)垃圾堆放點(diǎn)治理的前期勘察工作而言，混合垃圾的成分測算是一項(xiàng)難點(diǎn)。本研究依托北京市大興區(qū)9處非正規(guī)垃圾堆放點(diǎn)垃圾質(zhì)量勘測項(xiàng)目的具體工作，旨在克服傳統(tǒng)鉆探與室內(nèi)分析方法的局限性，對混合垃圾堆體密度和成分比例的分析方法進(jìn)行進(jìn)一步探討，并以該9 處垃圾堆放點(diǎn)為樣本，提出具有參考價(jià)值的密度與比例數(shù)據(jù)。

2 材料與方法

2.1 垃圾堆體密度及質(zhì)量測算

2.1.1 垃圾平均密度測算

平均密度是垃圾堆體的一項(xiàng)重要物理性質(zhì)指標(biāo)。在傳統(tǒng)方法中，通過對鉆探采取的垃圾樣品進(jìn)行室內(nèi)分析而得到的垃圾土密度因其松散程度的改變而缺乏實(shí)際應(yīng)用中的參考價(jià)值，對于混合垃圾堆體而言，室內(nèi)測定結(jié)果與現(xiàn)場實(shí)際情況的差距尤其明顯。因此，現(xiàn)場開展密度試驗(yàn)，在結(jié)合地形測繪成果并采用DTM 土方測量方法得到垃圾堆體總方量的情況下，可獲得其總質(zhì)量，從而為后續(xù)3 類垃圾成分的比例測算奠定基礎(chǔ)。

混合垃圾堆體往往是在一定的時(shí)間內(nèi)因個人或單位的垃圾傾倒堆放而逐步形成的，在空間上具有明顯的不均勻性。為得到準(zhǔn)確的混合垃圾堆體的平均密度，需要在每個堆體上選取若干代表性點(diǎn)位，使用XCMG XE215c 履帶式挖掘機(jī)（鏟斗容量1.0 m3） 在每處挖掘定量垃圾，將其混合成一個試驗(yàn)樣品并稱量，根據(jù)密度公式計(jì)算得到該堆體垃圾的平均密度。根據(jù)DB 11/1311—2015 污染場地勘察規(guī)范，勘探點(diǎn)間距宜為40～100 m。具體點(diǎn)位數(shù)量和位置需要依據(jù)現(xiàn)場堆體的規(guī)模以及垃圾的均勻性而定，如堆體某處生活垃圾居多或是建筑垃圾居多，也應(yīng)酌情選取?？傮w而言，需要在上述規(guī)范的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際情況綜合考慮布點(diǎn)數(shù)量與位置。

2.1.2 垃圾堆體質(zhì)量計(jì)算

根據(jù)垃圾堆體的體量與2.1.1 中計(jì)算得到的平均密度可得到混合垃圾堆體的總質(zhì)量。因挖掘機(jī)或鏟車等挖掘機(jī)械可以盡可能地使垃圾的堆積形式保持原狀，因此通過上述現(xiàn)場密度試驗(yàn)計(jì)算得到的垃圾堆體密度和質(zhì)量在實(shí)際工程應(yīng)用中具有較好的參考價(jià)值，其計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性有利于確保后續(xù)垃圾成分比例分析結(jié)果的可靠性，同時(shí)在涉及到運(yùn)輸與篩分規(guī)模的估算時(shí)也具有重大意義。

2.2 混合垃圾成分比例分析

根據(jù)《北京市市政市容管理委員會關(guān)于印發(fā)北京市非正規(guī)垃圾填埋場篩分治理工程施工要求及監(jiān)管辦法的通知》，篩后物應(yīng)分為輕質(zhì)篩上物、粒徑＞20 mm 的無機(jī)骨料和粒徑＜20 mm 的腐殖土，因此本研究擬采用20 mm 作為腐殖土的篩分粒徑，100 mm 作為輕質(zhì)篩上物的篩分粒徑［10］。

2.2.1 垃圾篩分中試試驗(yàn)

針對混合垃圾堆體開展現(xiàn)場垃圾篩分中試試驗(yàn)。使用XCMG XE215c 履帶式挖掘機(jī)在某一混合垃圾堆體處選取3 個代表性點(diǎn)位（可與2.1.1中密度試驗(yàn)點(diǎn)位一致），定量采集3 m3試驗(yàn)用垃圾樣品。

在保證精度的基礎(chǔ)上，出于經(jīng)濟(jì)性的考慮，本試驗(yàn)利用100 mm×100 mm 的車載木質(zhì)篩網(wǎng)對垃圾體進(jìn)行初步篩分，并對篩上物進(jìn)行大骨料與柔性輕質(zhì)物的人工揀選，本級篩下物為小骨料、腐殖土以及較小的輕質(zhì)垃圾（塑料制品、小塊布料等）；之后利用20 mm×20 mm 不銹鋼篩網(wǎng)進(jìn)行第二級篩分，并輔以人工揀選，得到粒徑＜20 mm 的腐殖土，＞20 mm 的無機(jī)骨料（主要為水泥、塊石、磚瓦等建筑垃圾） 以及粒徑在20～100 mm 的輕質(zhì)篩上物（主要為塑料、木竹、織物等生活垃圾）。將上述兩級篩分產(chǎn)物按類別混合后，分別稱量，得到3 類篩分產(chǎn)物的質(zhì)量及其占試驗(yàn)樣品的質(zhì)量比例。篩分試驗(yàn)現(xiàn)場照片見圖1。

圖1 篩分試驗(yàn)現(xiàn)場照片

2.2.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

經(jīng)過垃圾篩分中試試驗(yàn)，可以得到垃圾試樣中各類垃圾成分的質(zhì)量比例，從而推知整個混合垃圾堆體的垃圾成分質(zhì)量比例。

式中：m 為垃圾樣品質(zhì)量，kg；mg為垃圾樣品中無機(jī)骨料的質(zhì)量，kg；mt為垃圾樣品中腐殖土的質(zhì)量，kg；ms為垃圾樣品中輕質(zhì)篩上物的質(zhì)量，kg；ng為垃圾樣品中無機(jī)骨料的質(zhì)量比例；nt為垃圾樣品中腐殖土的質(zhì)量比例；ns為垃圾樣品中輕質(zhì)篩上物的質(zhì)量比例。

由于上述垃圾試驗(yàn)樣品來自同一混合垃圾堆體的3 處代表性點(diǎn)位，關(guān)于其成分分析較之傳統(tǒng)的鉆孔采樣分析具有更高的準(zhǔn)確性與代表性。此外，根據(jù)垃圾堆放點(diǎn)的現(xiàn)場具體情況，可以酌情增減垃圾樣品的體量。如果混合垃圾堆體混合均勻、粒徑較小，亦可采用小規(guī)模的篩分試驗(yàn)，人工采取小體量的垃圾樣品進(jìn)行篩分、稱量與分析。

2.3 工程實(shí)例背景介紹

本研究依托北京市大興區(qū)9 處非正規(guī)垃圾堆放點(diǎn)垃圾質(zhì)量勘測項(xiàng)目?，F(xiàn)以其中的垃圾堆放點(diǎn)A為例，探討上述垃圾密度及成分比例測算方法的具體實(shí)施。并結(jié)合9 處非正規(guī)垃圾堆放點(diǎn)的測算成果，提出混合垃圾堆體的平均密度及篩分產(chǎn)物比例的參考范圍。

垃圾堆放點(diǎn)A 勘測范圍內(nèi)垃圾堆體面積約為3 721 m2，垃圾最大堆高約8.60 m。該處堆放點(diǎn)堆放混合垃圾，主要由建筑垃圾（大塊混凝土塊、磚塊、陶瓷等）、土類和生活垃圾（主要含塑料、織物、橡膠等） 組成。通過測繪和計(jì)算得到混合垃圾堆體體積為16 869 m3，堆體照片見圖2。

圖2 垃圾堆放點(diǎn)A

3 結(jié)果與討論

3.1 混合垃圾堆體密度及質(zhì)量測算成果

在垃圾堆放點(diǎn)A 的勘測范圍內(nèi)，針對混合垃圾堆體，選取3 處點(diǎn)位，點(diǎn)位平面位置示意見圖3。利用挖掘機(jī)挖掘總計(jì)為3 m3的垃圾樣品，針對采集的3 m3垃圾樣品進(jìn)行稱量得到垃圾樣品總質(zhì)量4.019 t。根據(jù)2.1 所述計(jì)算得到該混合垃圾堆體的垃圾平均密度1.340 t/m3，垃圾總質(zhì)量約22 599 t。

圖3 垃圾試驗(yàn)采樣點(diǎn)位平面位置示意

3.2 垃圾成分測算成果

現(xiàn)場開展垃圾成分篩分試驗(yàn)，使用上述3 m3垃圾樣品利用100 mm×100 mm 和20 mm×20 mm的篩子進(jìn)行二級篩分，得到3 類篩分產(chǎn)物的質(zhì)量比例，從而得到混合垃圾堆體中各類垃圾的質(zhì)量。結(jié)果見表1。

表1 篩分試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

結(jié)合現(xiàn)場情況與試驗(yàn)測算成果可知，大興區(qū)非正規(guī)垃圾堆放點(diǎn)A 混合垃圾堆體中的輕質(zhì)篩上物多為塑料、織物制品等，密度較低，占比最小，為4.65%；腐殖土因其粒徑小，堆放密實(shí)，密度較大，其質(zhì)量占混合垃圾堆體總質(zhì)量的62.63%；而無機(jī)骨料雖多為大塊混凝土及磚塊等高密度建材，但因其體量不大，堆放松散，所占比例低于腐殖土。

3.3 混合垃圾堆體平均密度及篩分產(chǎn)物比例參考范圍

結(jié)合大興區(qū)9 處非正規(guī)垃圾堆放點(diǎn)的現(xiàn)場情況和勘測成果，可將其中涉及的混合垃圾堆體分為兩類：第1 類是含生活垃圾較多的混合垃圾堆體，如垃圾堆放點(diǎn)D 內(nèi)的混合垃圾堆體，見圖4（a）；第2 類是含生活垃圾相對較少、以建筑垃圾為主的混合垃圾堆體，如垃圾堆放點(diǎn)I，見圖4（b）。表2 中展示的是大興區(qū)9 處垃圾堆放點(diǎn)中共10 處典型混合垃圾堆體的分類、堆體平均密度以及篩分產(chǎn)物比例。

圖4 混合垃圾堆體

表2 大興區(qū)9 處非正規(guī)垃圾堆放點(diǎn)混合垃圾堆體平均密度及篩分產(chǎn)物比例

第1 類混合垃圾堆體的輕質(zhì)篩上物平均比例為8.10%，除垃圾堆放點(diǎn)A 外，其平均密度的均值為0.680 t/m3，離散程度較低。顯然，大部分第1 類混合垃圾堆體因?yàn)榇嬖谙鄬Υ罅康纳罾?，以較小的質(zhì)量占據(jù)了較大的體量，且影響了垃圾的堆積方式，從而降低了堆體的平均密度。垃圾堆放點(diǎn)A 因存在大量腐殖土（超過60%），磚瓦和生活垃圾間的空隙被其填充，堆積十分密實(shí)，故其平均密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出其他第1 類混合垃圾堆體，本研究不將其納入第1 類混合垃圾堆體的平均值與標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算樣本中，其堆體照片見圖5。第2 類混合垃圾中的輕質(zhì)篩上物比例僅1.04%～2.10%，其平均密度也較高，在1.254～1.301 t/m3。

圖5 垃圾堆放點(diǎn)A 內(nèi)混合垃圾堆體

顯然，混合垃圾堆體的密度與其輕質(zhì)篩上物的含量有較好的負(fù)相關(guān)關(guān)系，同時(shí)也受到腐殖土含量的影響。因此，在此類項(xiàng)目中，可以根據(jù)現(xiàn)場踏勘情況與堆體性狀，對混合垃圾堆體的平均密度以及成分比例進(jìn)行初步判斷。例如，含有較多生活垃圾且外觀上無大量腐殖土的混合垃圾堆體，基本可以判定其密度在（0.680±0.070） t/m3的范圍內(nèi)。這為實(shí)際勘測工作的設(shè)計(jì)與驗(yàn)證起到一定的輔助作用。

4 結(jié)論

1） 采用現(xiàn)場中試篩分與密度試驗(yàn)可更精準(zhǔn)地得到混合垃圾的密度、質(zhì)量以及成分比例數(shù)據(jù)。在混合垃圾堆體勘測過程中，可將混合垃圾堆體劃分為第1 類混合垃圾堆體（含較多生活垃圾）和第2 類混合垃圾堆體（以建筑垃圾為主，夾雜少量生活垃圾）；一般而言，第1 類混合垃圾堆體的平均密度為0.534～0.750 t/m3，輕質(zhì)篩上物比例為4.00%～12.90%；第2 類混合垃圾堆體的平均密度為1.254～1.301 t/m3，輕質(zhì)篩上物比例為1.04%～2.10%；輕質(zhì)篩上物比例越低，垃圾堆體的平均密度越大。同時(shí)，考慮當(dāng)腐殖土填充垃圾空隙時(shí)，往往造成垃圾堆體密度增加，因此腐殖土含量也對垃圾堆體的平均密度具有一定程度的影響。

2） 開展現(xiàn)場中試篩分試驗(yàn)和密度試驗(yàn)克服了傳統(tǒng)鉆探方法中采樣代表性不足、不具有普遍性以及工程應(yīng)用效果不佳等問題，提高了混合垃圾篩分產(chǎn)物比例的測算精度，同時(shí)該方法對于地表堆放的不均勻混合垃圾堆體也具有更好的適用性。

3） 非正規(guī)垃圾堆放點(diǎn)中垃圾堆體性質(zhì)不一、堆放散亂、缺乏統(tǒng)一規(guī)律，目前國內(nèi)外缺乏關(guān)于其垃圾成分比例的相關(guān)研究。本研究提出的精準(zhǔn)勘測方法與混合垃圾密度及篩分產(chǎn)物比例經(jīng)驗(yàn)參考值，對非正規(guī)垃圾堆放點(diǎn)篩分治理工程設(shè)計(jì)具有重要的借鑒和參考價(jià)值，也為今后類似工程的垃圾堆體勘測和成果驗(yàn)證提供了方法和借鑒。