垃圾填埋場(chǎng)氣體的收集與處理

1、垃圾填埋場(chǎng)氣體的收集與處理*李霞顧建良 楊安輝(深圳市市政工程設(shè)計(jì)院，深圳 518028) (深圳市燃?xì)饧瘓F(tuán))摘要就垃圾填埋場(chǎng)可燃?xì)怏w的產(chǎn)生、氣體的成分及濃度、氣體收集的重要性、產(chǎn)氣量的估算方法以及氣體的收集系統(tǒng)、氣體的處理方法進(jìn)行了詳細(xì)論述。為今后垃圾填埋場(chǎng)的設(shè)計(jì)、施工提供依據(jù)，為垃圾填埋場(chǎng)運(yùn)行及封場(chǎng)后氣體的處理提供參考。關(guān)鍵詞垃圾填埋場(chǎng)可燃?xì)馐占幚碇袌D分類(lèi)號(hào)TU9961概述隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，許多城市都在向國(guó)際化大都市邁進(jìn)，在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的同時(shí)，環(huán)境也越來(lái)越引起人們的關(guān)注和重視，創(chuàng)造一個(gè)整潔、優(yōu)美的工作環(huán)境和生活環(huán)境是一個(gè)現(xiàn)代化城市的重要標(biāo)志之一。垃圾是伴隨著人類(lèi)的生產(chǎn)、生活而產(chǎn)

2、生的，隨著工業(yè)化和城市化的推進(jìn)，城市人民的物質(zhì)文化水平日益提高，垃圾的產(chǎn)量和成份也迅速增加和變化。在當(dāng)今世界上，處理垃圾的難度越來(lái)越大，給城市的發(fā)展和管理帶來(lái)了新的困難，直接或間接地影響著生態(tài)環(huán)境，對(duì)居民的健康和生存構(gòu)成了嚴(yán)重威協(xié)，在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家(如日本)，人均垃圾產(chǎn)量每天已達(dá)2.5 左右，即使是發(fā)展中國(guó)家(如中國(guó)深圳)，人均垃圾產(chǎn)量每天也達(dá)0.71.2 ，一座百萬(wàn)人口城市每天要產(chǎn)生上千噸垃圾，其處理難度是可想而知的。我國(guó)城市垃圾的處理方法目前還比較落后，其主要方法是填埋，約占整個(gè)垃圾處理方法的95%以上，焚燒僅占很少部分，且僅在少數(shù)幾個(gè)城市實(shí)行(如深圳市)。因此，垃圾填埋場(chǎng)可能產(chǎn)生的污染問(wèn)題

3、、爆炸問(wèn)題應(yīng)引起我們足夠的重視，目前，我國(guó)所采用的填埋方法基本上是隨意堆放的方法，未經(jīng)無(wú)害化處理。在填埋過(guò)程中，由于厭氧分解產(chǎn)生大量的甲烷氣體，如果不加以收集處理就會(huì)發(fā)出臭味并可能產(chǎn)生火災(zāi)危險(xiǎn)。本文著重對(duì)垃圾填埋場(chǎng)氣體的收集系統(tǒng)及處理系統(tǒng)進(jìn)行論述，以解決垃圾填埋場(chǎng)在封場(chǎng)后可能發(fā)生的火災(zāi)危險(xiǎn)。2填埋場(chǎng)氣體的產(chǎn)生城市生活垃圾包括居民家庭、道路清掃(包括果皮箱收集)、商業(yè)營(yíng)業(yè)垃圾(包括菜場(chǎng)垃圾)、企事業(yè)單位(包括機(jī)關(guān)、學(xué)校、醫(yī)院)、以及露天公共場(chǎng)所等產(chǎn)生的垃圾，亦有一部分工業(yè)垃圾和建筑垃圾混雜其中。因此在投入填埋場(chǎng)的垃圾中，含有相當(dāng)豐富的有機(jī)物質(zhì)。通常，家庭垃圾中，含有馬鈴薯皮、水果皮、食物殘?jiān)⒉?/p>

4、葉、紙張、毛皮等有機(jī)物。庭院垃圾中也含有一定數(shù)量的有機(jī)物質(zhì)。垃圾一旦進(jìn)入填埋場(chǎng)，微生物的分解過(guò)程就開(kāi)始了。第一步是好氧分解，消耗填埋場(chǎng)中的氧氣，產(chǎn)生大量的熱。第二步進(jìn)行厭氧分解，產(chǎn)生沼氣，其組成見(jiàn)表1。作為垃圾本身的生物厭氧降解過(guò)程，其最終產(chǎn)物主要是CO2和CH4。垃圾被填埋的初期，有機(jī)物分解產(chǎn)生的廢氣主要是CO2，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間以后，氣體中的甲烷成分逐漸上升，產(chǎn)氣高峰一般要在垃圾填埋35年之后才出現(xiàn)，而廢氣中CH4含量較高時(shí)會(huì)引起爆炸(空氣中CH4的爆炸極限范圍是515 V%。因此，做好填埋場(chǎng)氣體的收集處理是一項(xiàng)很重要的工作。氣體成分和濃度隨填埋年限和垃圾成分的不同而變化。其主要成分隨時(shí)間的變

5、化見(jiàn)表2。表1填埋場(chǎng)內(nèi)氣體成分與濃度氣體名稱(chēng)分子式濃度甲烷CH4085 V%二氧化碳CO2085 V%一氧化碳CO2.8 V%氨NH300.35×10-6氫H203.6 V%氧O2031.6 V%氮N2082.5 V%硫化氫H2S075 V%ACETACH3CHO150×10-6 ACETOC2H6CO100×10-6苯C6H60.08 V%氬Ar0.01 V%HEPTAC7H160.45 V%甲苯C6H5CH30.09 V%表2垃圾處理場(chǎng)廢氣主要成分變化完工時(shí)間(月)0336612121818242430303636424248CH4 V%52129404647

6、514748CO2 V%887465525251465050N2 V%5.23.00.41.00.40.21.30.90.43深圳垃圾填埋場(chǎng) 深圳市玉龍坑垃圾填埋場(chǎng)是市區(qū)垃圾處理的最終消納場(chǎng)所，占地面積6.12 公頃，該填埋場(chǎng)建于1980年，投入運(yùn)行時(shí)為裸堆，后經(jīng)擴(kuò)建并增設(shè)了排氣管、排洪溝等設(shè)施，進(jìn)行 了垃圾的碾壓和覆土，于1984年正式啟用，成為一個(gè)準(zhǔn)衛(wèi)生填埋場(chǎng)，目前，容量已接近飽和，年底即將封場(chǎng)。該垃圾場(chǎng)位于一個(gè)山谷地帶，四周地勢(shì)較高，產(chǎn)生的沼氣不易很快擴(kuò)散，而且易燃、易爆、有毒的氣體長(zhǎng)期自然排放，不僅存在著嚴(yán)重的環(huán)境污染，而且還存在著爆炸的危險(xiǎn)。玉龍坑垃圾填埋場(chǎng)由于設(shè)計(jì)沒(méi)有安裝排氣管，垃

7、圾填埋后，所產(chǎn)生的氣體自然排出，為了減少其危害程度，1984年增設(shè)了排氣設(shè)施，但由于設(shè)計(jì)不規(guī)范，而且垃圾覆土過(guò)程中，推土機(jī)將部分導(dǎo)氣管推彎，使導(dǎo)氣管出現(xiàn)傾斜，甚至斷裂的現(xiàn)象，直接影響了填埋場(chǎng)的排氣效果，一旦引起火災(zāi)，就會(huì)引起填埋場(chǎng)沼氣爆炸，后果不堪設(shè)想，因此，對(duì)填埋場(chǎng)封場(chǎng)后排氣制訂切實(shí)可行的方案，對(duì)減少隱患，改善環(huán)境將有著十分重要的意義。填埋場(chǎng)氣體的量及其成分，主要取決于填埋垃圾的種類(lèi)與數(shù)量，所采用的地面處理方法、填埋深度、填埋場(chǎng)溫度和填埋場(chǎng)實(shí)際使用年限等因素。填埋初期，第一和第二階段(歷時(shí)1年左右)，主要成分是二氧化碳、氮、少量氫、一氧化碳和氧；第三階段(歷時(shí)2年)是甲烷發(fā)酵的不穩(wěn)定期,主要

8、成分是二氧化碳和甲烷，產(chǎn)生量也較少;第四階段為穩(wěn)定的廢氣產(chǎn)生期，主要成分是甲烷和二氧化碳，(歷時(shí)2030年)，一般第1516年為產(chǎn)氣高峰，本階段屬氣體回收利用期。垃圾場(chǎng)沼氣產(chǎn)生量曲線(xiàn)如圖1(K為產(chǎn)氣率)。圖1垃圾場(chǎng)沼氣產(chǎn)生量曲線(xiàn)表3深圳市市區(qū)歷年垃圾量 t/y年代198419851986198719881989垃圾量 t87 600131 400142 350147 460168 265243 734年代199019911992199319941995垃圾量 t282 420320 000429 000430 405454 425518 665以玉龍坑垃圾場(chǎng)為例，該填埋場(chǎng)于1984年開(kāi)始啟用，

9、據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，市區(qū)垃圾量見(jiàn)表3。除玉龍坑垃圾填埋場(chǎng)以外，深圳市垃圾綜合處理廠自1988年投產(chǎn)以來(lái)，日焚燒垃圾量約200 t，到1995年底，共焚燒垃圾5×104t，因此，除去燒掉的垃圾，其余約4×106t，5×106的垃圾均進(jìn)入了玉龍坑填埋場(chǎng)。據(jù)美國(guó)城市固體垃圾管理及填埋技術(shù)報(bào)道：在1215年的填埋期間里，每公斤固體垃圾可以回收0.09890.1483 m3的甲烷。與美國(guó)相比，玉龍坑垃圾填埋場(chǎng)中有機(jī)垃圾含量極少，而沼氣是通過(guò)有機(jī)物的發(fā)酵產(chǎn)生的，因此產(chǎn)氣量也較以上指標(biāo)低，考慮到填埋場(chǎng)已使用十年，填埋場(chǎng)的沼氣產(chǎn)氣率約為每公斤固體垃圾可以回收0.05 m3，回收期15年，

10、產(chǎn)氣量計(jì)算公式如下：Q=1000×g×w/(365×24×y) (m3/h)式中：g每公斤固體垃圾回收氣量 (m3/kg)；w垃圾填埋總量 (t)；y回收期限 (年)。則玉龍坑填埋場(chǎng)沼氣的小時(shí)產(chǎn)量為：Q=1000×0.05×400×104/(365×24×25)=913 (m3/h)考慮將這些氣體由預(yù)埋的排氣設(shè)施集中導(dǎo)出，送至沼氣處理設(shè)施集中處理后，送入環(huán)衛(wèi)綜合處理廠，對(duì)其綜合利用。 5氣體收集系統(tǒng)5.1氣體的收集垃圾填埋場(chǎng)內(nèi)產(chǎn)生的氣體，借壓差流向特定的氣體收集井，從收集井通過(guò)氣體收集管引至集氣柜，氣體由

11、集氣柜輸往氣體收集站。根據(jù)廢氣的不同用途進(jìn)行凈化處理。氣體的收集通過(guò)設(shè)置于填埋場(chǎng)豎井中垂直帶孔管道收集豎井，每隔4050 m設(shè)置一個(gè)，每35個(gè)收集井設(shè)置一個(gè)集氣柜，組成一組輸送系統(tǒng)，每個(gè)集氣柜設(shè)有獨(dú)立的管道接至收集站。集氣柜可以互組聯(lián)通，以便處理故障和檢修。為有效地抽出井中氣，井里應(yīng)保持約20 kPa的負(fù)壓，并以此考慮管道設(shè)計(jì)和設(shè)備的選擇。地下沼氣收集井如圖2所示。豎井中的吸引管用高密度聚乙烯制造，直徑100150 mm，吸引管上有透氣的小孔，垂直安裝在直徑為0.5 m的豎井中，為防止其客觀存在氣體滲透進(jìn)入填埋場(chǎng)表層，吸引管上部3 m沒(méi)有小孔，為增加吸收面積，吸引管周?chē)b有過(guò)濾礫石。廢氣收集系統(tǒng)如圖3所示。圖2地下廢氣收集井示意圖圖3廢氣收集系統(tǒng)示意圖1收集井(豎井)；2集氣柜；3沼氣收集管；4集氣管；5控制站；6收集站 來(lái)自豎井中的氣體含有水蒸汽，所以水平管道應(yīng)逐漸向豎井方向傾斜，以便使冷凝液返回豎井，在一些管道的最低點(diǎn)，設(shè)置了冷凝水收集裝置。6氣體處理填埋場(chǎng)內(nèi)的氣體通過(guò)收集設(shè)施導(dǎo)出地面，其處理方法有如下兩種。(1) 直接燃燒將填埋場(chǎng)內(nèi)的沼氣導(dǎo)出地面后進(jìn)行直接燃燒，是一種常用的