城市生活垃圾填埋密度及其随深度分布规律

摘要：介绍了生活垃圾填埋密度的测定方法，基于苏州七子山垃圾填埋场现场测试数据及国外相关数据，探讨了垃圾填埋密度的主要影响因素，获得了该场垃圾填埋密度变化范围（510～1730kg/m3）及其随填埋深度增加而增大的规律，推荐了适合于我国南方城市生活垃圾场工程的密度-深度分布曲线。
关键词：城市生活垃圾；填埋密度；组分；压实度；填埋深度
垃圾密度是垃圾填埋场工程设计、运营等工作所需的关键参数之一，填埋场堆体沉降与稳定计算、库容预测、竖向扩建工程、衬垫系统、封场覆盖系统、渗沥液和填埋气收集系统、渗沥液回灌等设计都需要可靠的密度参数。由于垃圾密度在其收集、填埋、降解与沉降的过程中不断变化，应针对不同工作阶段选取相应的密度值。按照时间序列，可以将垃圾密度依次划分为堆积密度、压实密度、沉降密度。堆积密度为垃圾自然堆积状态的密度，压实密度为垃圾在填埋场经机械压实后的密度，沉降密度为垃圾经过一段时间的降解与沉降后所达到的密度值，又称填埋密度。不同阶段工作应选取对应阶段的密度值，比如垃圾填埋作业单元容积计算应选用压实密度，填埋场沉降及容量计算应选用填埋密度。在填埋场土工设计计算中常用填埋密度。目前国内有关堆积密度和压实密度的研究成果相对多一些，而填埋密度的测试结果较少。由于垃圾组分差异、填埋作业方式不同等原因，国外垃圾填埋密度的数据不可直接引用。笔者结合苏州七子山填埋场的测试数据讨论了填埋密度的主要影响因素，通过与国外相关数据的对比与分析，推荐了我国南方城市生活垃圾填埋密度随深度的分布曲线。
1填埋密度的测定方法
城市生活垃圾密度的测定方法主要包括现场测试法和间接估算法。现场测试法包括试坑法和钻孔取样称重法。试坑法是指在选定区域挖掘出一定量垃圾，然后用已知堆积密度的卵石或砾石等颗粒均匀的材料填充，根据填充材料的体积和挖出垃圾的质量计算出密度的方法。试坑法的优点在于试坑尺寸大，所得结果较准确，缺点是挖掘深度有限，无法获取深层垃圾的密度值。钻孔取样称重法根据钻孔直径又可分为小钻孔法和大钻孔法。小钻孔法钻井直径一般在20cm以内，可以通过取样称重厕得不同深度的密度值，小钻孔法测试深度比较大，但其结果的代表性可能会受试样尺寸的影响。大尺寸钻孔法钻井直径较大（一般在40cm以上），取出试样体量较大，代表性较好，是一种比较可靠的测试方法，其缺点是测试工作量较大，费用较高。在实践中，可以结合填埋场导气竖井的打设工作进行填埋垃圾的取样和密度测试。间接估算法，是根据填埋作业记录得到某一时段内填埋垃圾的质量、填埋区域面积及填埋厚度来估算密度的方法。该方法简便易行，但因垃圾沉降引起填埋高度变化等方面的影响，所得结果准确度较低。因此，在上述的各种密度测试方法中，大直径钻孔取样测试法所得结果最为可靠，小直径钻孔测试结果须经大直径钻孔法检验。
2填埋密度的主要影响因素
影响垃圾填埋密度的主要因素包括垃圾组分、填埋作业时的压实度、分层覆土情况、填埋深度与年限，以及含水率等，其中垃圾组分、压实与覆土情况和填埋深度对密度的影响最为显著，下面做重点探讨。
2.1垃圾组分
根据国内外常用的分类方法，可以将城市生活垃圾划分为3类：厨余垃圾、渣土类、废品类（塑料、织物、纸类、玻璃、金属等）。表1显示了我国苏州与美国城市生活垃圾组分及随时间变化。与美国相比，苏州城市生活垃圾中厨余垃圾、渣土含量明显高，分别达43％～57％和18％～52％，而废品类（塑料、织物、纸类、玻璃、金属等）含量较低，为3.0％～28.2％，显著低于美国的72.1％～73.4％。在1990-2005年，苏州城市生活垃圾中渣土含量逐年明显减少，废品类垃圾等含量逐年增加，而美国垃圾组分含量随时间变化不大。
表1中美城市生活垃圾组分对比％

垃圾组分对填埋密度影响很显著，垃圾中比例较大的组分（如渣土、玻璃、金属等）含量越高，则密度越大；而其中厨余、塑料、纤维、草木等比例较小的组分含量越高，则密度越小。
表2显示了组分对密度的影响，表中测试结果是从苏州七子山填埋场不同时期填埋的浅层垃圾取样测试得到的。可见，除ZK3外，随厨余、塑料等比例较小组分的含量升高，垃圾填埋密度呈降低趋势，并随渣土等比例较大组分的含量升高而增大，密度最大值与最小值相差2倍。
表2苏州七子山填埋场浅层垃圾组分