第四節(jié)垃圾填埋氣體的收集利用

1、第四節(jié)垃圾填埋氣體的收集利用第四節(jié)垃圾填埋氣體的收集利用 填埋場(chǎng)氣體的組成與性質(zhì)填埋場(chǎng)氣體的組成與性質(zhì) 垃圾填埋氣體的產(chǎn)生過程垃圾填埋氣體的產(chǎn)生過程 LFG產(chǎn)生量的估算產(chǎn)生量的估算 LFG收集系統(tǒng)收集系統(tǒng) LFG凈化與利用凈化與利用1、填埋場(chǎng)氣體的組成與性質(zhì) 填埋氣填埋氣(LFG) 指在填埋垃圾中可生物降解有機(jī)物在微生物作指在填埋垃圾中可生物降解有機(jī)物在微生物作用下的產(chǎn)物。用下的產(chǎn)物。 填埋氣的主要組成填埋氣的主要組成 NH3、CO2、CO、H2、H2S、CH4、Cl2和和O2等。等。 特征：溫度特征：溫度4349C，相對(duì)密度，相對(duì)密度1.021.06，高位，高位熱值熱值1563019537k

2、J/m3。 填埋場(chǎng)氣體對(duì)環(huán)境的影響填埋場(chǎng)氣體對(duì)環(huán)境的影響溫室效應(yīng)溫室效應(yīng)產(chǎn)生令人討厭的氣味產(chǎn)生令人討厭的氣味產(chǎn)生毒害影響和健康問題產(chǎn)生毒害影響和健康問題產(chǎn)生爆炸的可能性產(chǎn)生爆炸的可能性對(duì)植物生長(zhǎng)不利對(duì)植物生長(zhǎng)不利但其有較高的利用價(jià)值但其有較高的利用價(jià)值2、垃圾填埋氣體的產(chǎn)生過程、垃圾填埋氣體的產(chǎn)生過程 第一階段第一階段初始調(diào)整階段（好氧分解階段）初始調(diào)整階段（好氧分解階段） 垃圾剛填埋即進(jìn)入初始調(diào)整階段，此階段中垃圾剛填埋即進(jìn)入初始調(diào)整階段，此階段中垃垃圾中易降解組分迅速與填埋時(shí)所夾帶的氧氣發(fā)圾中易降解組分迅速與填埋時(shí)所夾帶的氧氣發(fā)生好氧生物降解反應(yīng)，生好氧生物降解反應(yīng)，生成生成CO2和和H2

3、O，同時(shí)，同時(shí)釋放熱量，垃圾溫度可升高釋放熱量，垃圾溫度可升高1015C。 本階段滲濾液水量較少本階段滲濾液水量較少，O2明顯下降，無明顯下降，無CH4生成。生成。 本階段持續(xù)時(shí)間較短本階段持續(xù)時(shí)間較短 第二階段第二階段過渡階段過渡階段 氧氣耗盡，開始形成厭氧條件，進(jìn)入氧氣耗盡，開始形成厭氧條件，進(jìn)入兼性厭氧兼性厭氧降解階段降解階段。硝酸鹽和硫酸鹽開始被還原為氮?dú)狻Ｏ跛猁}和硫酸鹽開始被還原為氮?dú)夂土蚧瘹洹：土蚧瘹洹?特征特征 由于水解、發(fā)酵作用生成揮發(fā)性有機(jī)物，氣體成分由于水解、發(fā)酵作用生成揮發(fā)性有機(jī)物，氣體成分復(fù)雜，但仍以復(fù)雜，但仍以CO2為主，含少量為主，含少量N2、H2，但基本，但基本沒

4、有沒有CH4； 滲濾液的滲濾液的pH值開始下降，值開始下降，COD升高，滲濾液含有升高，滲濾液含有較高濃度的脂肪酸、鈣、鐵、重金屬。較高濃度的脂肪酸、鈣、鐵、重金屬。 第三階段第三階段酸化階段（產(chǎn)酸階段）酸化階段（產(chǎn)酸階段） 非甲烷菌非甲烷菌(主要是兼性厭氧菌和專性厭氧菌主要是兼性厭氧菌和專性厭氧菌)活活動(dòng)顯著，復(fù)雜有機(jī)化合物如多糖、蛋白質(zhì)等在動(dòng)顯著，復(fù)雜有機(jī)化合物如多糖、蛋白質(zhì)等在微生物作用下水解、發(fā)酵，由不溶性物質(zhì)變?yōu)槲⑸镒饔孟滤?、發(fā)酵，由不溶性物質(zhì)變?yōu)榭扇苄晕镔|(zhì)，并迅速生成揮發(fā)性脂肪酸將和醇可溶性物質(zhì)，并迅速生成揮發(fā)性脂肪酸將和醇。 特征特征 CO2占主要，到后階段逐漸減少，同時(shí)會(huì)產(chǎn)

5、生少量占主要，到后階段逐漸減少，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生少量H2； 由于大量有機(jī)酸的累積，由于大量有機(jī)酸的累積，pH值下降顯著，導(dǎo)致重金值下降顯著，導(dǎo)致重金屬溶出增加，屬溶出增加，COD和和BOD急劇升高；急劇升高； 滲濾液含有大量的可產(chǎn)氣的有機(jī)物和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。滲濾液含有大量的可產(chǎn)氣的有機(jī)物和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。 第四階段第四階段甲烷發(fā)酵階段甲烷發(fā)酵階段 厭氧階段厭氧階段，甲烷菌成為優(yōu)勢(shì)種群，將產(chǎn)酸階段，甲烷菌成為優(yōu)勢(shì)種群，將產(chǎn)酸階段的酸和的酸和H2轉(zhuǎn)化成轉(zhuǎn)化成CH4和和CO2。 主要特征主要特征 CH4產(chǎn)生率穩(wěn)定，濃度保持在產(chǎn)生率穩(wěn)定，濃度保持在5065%； 脂肪酸濃度下降，滲濾液的脂肪酸濃度下降，滲濾液的BOD、C

6、OD下降，下降， BOD5/COD為為0.10.01，可生化性差，屬于后期的，可生化性差，屬于后期的滲濾液，也稱為滲濾液，也稱為“老化老化”的垃圾滲濾液的垃圾滲濾液 pH值開始升高，保持在值開始升高，保持在6.58，重金屬離子濃度開，重金屬離子濃度開始下降始下降 第五階段第五階段成熟階段（填埋場(chǎng)穩(wěn)定階段）成熟階段（填埋場(chǎng)穩(wěn)定階段） 當(dāng)廢物中大部分可降解有機(jī)物轉(zhuǎn)化成當(dāng)廢物中大部分可降解有機(jī)物轉(zhuǎn)化成CH4和和CO2后，垃圾中的易降解組分基本分解完全，后，垃圾中的易降解組分基本分解完全，LFG的釋放速率顯著減少，填埋場(chǎng)處于的釋放速率顯著減少，填埋場(chǎng)處于穩(wěn)定穩(wěn)定階段或成熟階段階段或成熟階段。 特征特征

7、 幾乎沒有氣體產(chǎn)生，開始復(fù)氧；幾乎沒有氣體產(chǎn)生，開始復(fù)氧； 滲濾液及廢物的性質(zhì)穩(wěn)定，滲濾液中常含有富里酸滲濾液及廢物的性質(zhì)穩(wěn)定，滲濾液中常含有富里酸和腐殖酸，很難用生化方法處理；和腐殖酸，很難用生化方法處理； 填埋場(chǎng)中微生物量極貧乏填埋場(chǎng)中微生物量極貧乏CH43、LFG產(chǎn)生量的估算產(chǎn)生量的估算 動(dòng)力學(xué)模型動(dòng)力學(xué)模型化學(xué)需氧量法化學(xué)需氧量法 1gCOD有機(jī)物有機(jī)物0.25gCH4 換算成體積：換算成體積：1gCOD有機(jī)物有機(jī)物0.35LCH4 IPCC的統(tǒng)計(jì)模型的統(tǒng)計(jì)模型5 . 012164rDOCHMSWVCH僅適用于估算較大規(guī)模的產(chǎn)氣量?jī)H適用于估算較大規(guī)模的產(chǎn)氣量式中：式中：VCH4為垃圾填

8、埋場(chǎng)的甲烷排放量，為垃圾填埋場(chǎng)的甲烷排放量，m3；MSW為城市固體廢物量為城市固體廢物量，t；H為城市垃圾填埋率；為城市垃圾填埋率；DOC為垃圾中可降解機(jī)碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，為垃圾中可降解機(jī)碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，IPCC的推薦值為：發(fā)展中國(guó)家為的推薦值為：發(fā)展中國(guó)家為15%，發(fā)達(dá)國(guó)家為，發(fā)達(dá)國(guó)家為22%；r為垃圾中可為垃圾中可降解有機(jī)碳的分解率，降解有機(jī)碳的分解率，IPCC推薦為推薦為77%。16/12為為CH4和和C之間的換算之間的換算系數(shù)；系數(shù)；0.5為甲烷中碳與總碳的比率。為甲烷中碳與總碳的比率。 Marticorena經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ徒?jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?)exp(10nidditttMPmF式中，式中，MP0為新鮮垃

9、圾的特定產(chǎn)甲烷潛能，為新鮮垃圾的特定產(chǎn)甲烷潛能，m3/t；t為時(shí)間為時(shí)間，a；td為垃圾生命持續(xù)時(shí)間，為垃圾生命持續(xù)時(shí)間，a；mi為第為第i層中廢物的質(zhì)量層中廢物的質(zhì)量，t；F為整個(gè)填埋場(chǎng)的甲烷產(chǎn)率，為整個(gè)填埋場(chǎng)的甲烷產(chǎn)率，m3/a )exp(0ddtttMPD4、LFG導(dǎo)排系統(tǒng)導(dǎo)排系統(tǒng) 導(dǎo)排分類導(dǎo)排分類被動(dòng)式收集系統(tǒng)被動(dòng)式收集系統(tǒng)利用填埋氣體的壓力進(jìn)行收利用填埋氣體的壓力進(jìn)行收集，適用于：填埋面積不集，適用于：填埋面積不大，產(chǎn)氣較小，填埋深度大，產(chǎn)氣較小，填埋深度淺的填埋場(chǎng)淺的填埋場(chǎng)主動(dòng)式收集系統(tǒng)主動(dòng)式收集系統(tǒng)利用抽真空的方式進(jìn)行收集利用抽真空的方式進(jìn)行收集水平收集系統(tǒng)水平收集系統(tǒng)豎井收集系

10、統(tǒng)豎井收集系統(tǒng)主動(dòng)收集系統(tǒng) 豎井收集系統(tǒng) 垂直集氣井v收集豎井管網(wǎng)布置收集豎井管網(wǎng)布置 一般采用正三角形布局一般采用正三角形布局X=2Rcos30 常用井間距常用井間距4560m，如果，如果覆蓋層使用粘土，一般井覆蓋層使用粘土，一般井間距為間距為30m。 主動(dòng)式收集系統(tǒng)主動(dòng)式收集系統(tǒng) 水平收集系統(tǒng)水平收集系統(tǒng)填埋場(chǎng)水平抽氣管填埋場(chǎng)水平抽氣管(溝溝)示意圖示意圖5、LFG凈化與利用凈化與利用vLFG的利用的利用 燃料燃料發(fā)電、產(chǎn)熱發(fā)電、產(chǎn)熱民用燃?xì)饷裼萌細(xì)?化工原料化工原料合成合成 LFG的凈化的凈化 脫水脫水 脫脫CO2 脫脫H2S 脫脫O2 脫脫N2 從垃圾場(chǎng)回收的甲烷氣體的利用與當(dāng)?shù)鼗蛑車?/p>

11、地從垃圾場(chǎng)回收的甲烷氣體的利用與當(dāng)?shù)鼗蛑車貐^(qū)對(duì)能源的需求及使用條件有關(guān)。區(qū)對(duì)能源的需求及使用條件有關(guān)。 LFG常被轉(zhuǎn)換成能源。對(duì)于小的裝機(jī)容量而言常被轉(zhuǎn)換成能源。對(duì)于小的裝機(jī)容量而言（到（到5MW），常使用內(nèi)燃發(fā)電機(jī)或者使用氣輪機(jī)。），常使用內(nèi)燃發(fā)電機(jī)或者使用氣輪機(jī)。對(duì)于大的裝機(jī)容量而言，常常使用蒸汽渦輪機(jī)。對(duì)于大的裝機(jī)容量而言，常常使用蒸汽渦輪機(jī)。當(dāng)使用內(nèi)燃發(fā)電機(jī)時(shí)，要盡量除去當(dāng)使用內(nèi)燃發(fā)電機(jī)時(shí)，要盡量除去LFG中的水分中的水分以防損壞柱頭。如以防損壞柱頭。如LFG含含H2S，必須控制焚燒溫度，必須控制焚燒溫度以防產(chǎn)生腐蝕。也可以先除去以防產(chǎn)生腐蝕。也可以先除去LFG中含有的中含有的H2S

12、，然后再燃燒。然后再燃燒。 LFG中的二氧化碳和甲烷可通過物理、化學(xué)吸附中的二氧化碳和甲烷可通過物理、化學(xué)吸附方法和膜分離法加以分離。但只能吸附某些組分，方法和膜分離法加以分離。但只能吸附某些組分，而使用弱滲透薄膜分離法可從甲烷中分離出二氧而使用弱滲透薄膜分離法可從甲烷中分離出二氧化碳?；?。 最簡(jiǎn)單的利用方法是用管道將回收的最簡(jiǎn)單的利用方法是用管道將回收的LFG從采集點(diǎn)從采集點(diǎn)輸送到臨近的使用地。在輸送給使用者前，輸送到臨近的使用地。在輸送給使用者前，LFG必必須經(jīng)干燥和（或）過濾，去除冷凝液和粉塵，使之須經(jīng)干燥和（或）過濾，去除冷凝液和粉塵，使之變?yōu)檫_(dá)一定清潔度的甲烷濃度為變?yōu)檫_(dá)一定清潔度的甲烷濃度為35%50的氣體。的氣體。 如果找不到當(dāng)?shù)氐氖褂谜?，管道輸送是一種適宜的如果找不到當(dāng)?shù)氐氖褂谜撸艿垒斔褪且环N適宜的選擇。若附近有輸送中等質(zhì)量選擇。若附近有輸送中等質(zhì)量LFG的管道，將氣體的管道，將氣體處理，