垃圾爆炸与预防

1、垃圾爆炸与预防 近年来我国连续发生了多起垃圾爆炸事故，造成人员伤亡和财产 损失，垃圾的危害性已不仅仅是对生态环境的破坏，而且已经威胁着 人们的生命安全，所以，弄清垃圾爆炸的原因，采取必要的技术措 施，已是当今垃圾处理工作的一项重要内容。 1 垃圾爆炸原因 1.1 垃圾的分解作用和气体产生 生活垃圾中含有一定比例有机物，当被运到消纳场地进行填埋 时，有机物的可生物降解组分立即开始进行细菌分解，产生大量的气 体，分解和产气过程可分为四个阶段：第一阶段称为好氧分解，这种 分解在好氧情况下作用，这时填埋物中的氧是在填埋垃圾时带入的。 分解时产生氮、氧(时间一长会耗尽)、二氧化碳(它的增长很 快)；第二

2、阶段，可利用的氧被耗尽之后，就进行厌氧下的分解，并 产生氢和二氧化碳；第三阶段，二氧化碳和氮的百分比大大减少、氢 和氧的浓度降为零(或者是极少)，甲烷的百分比迅速增加；第四阶 段，可称为伪稳态阶段，二氧化碳和氮达到稳定值，甲烷达到峰值之 后缓慢下降。表 1 为垃圾填埋产生的典型气体分布的百分数。 各个产气阶段的时间长短，是随填埋场内的特定条件而变化的， 一旦填埋场内开始产生甲烷，一般产气会持续数年，总的时间根据各 个场地的情况而定，在某些环境条件下，气体产生年分可以是几年， 甚至几十年。 1.2 气体特征 表 1 垃圾填埋产生的典型气体分布百分数单位： (%) 时间(月) (N2)(CO2)(

3、CH4) 0125.2 0.48865529 12241.00.452 534047 24360.21.352 464851 36480.90.450 514747 从表 1可知，垃圾填埋产生的气体， 90以上为 CH4和 CO2。 CO2的密度大约为空气的 1.5 倍（空气密度 1.29kg/m3,CO2 为 1.98kg/m3,） ，因此，有向填埋场低部运动的趋势，这样下去年复一年 的结果， CO2将沿地层下移而与地下水相接触，导致水质硬度增加。 CH4是一种没有颜色，密度大约为空气的 0.55 倍 （0.72kg/m3） ，因此， 会逸散入大气中，容易在凹处积聚（如填埋场附近建筑物或其它

4、封闭 式空间等）。 CH4无毒，但浓度过大时，能“熏死人”，这是因为甲烷 浓度过高时，氧含量相对降低，结果由于缺氧而造成窒息或死亡。 CH4具有可燃性和可爆性，但并不是只要空气中含有甲烷就能燃 烧或发生爆炸，甲烷爆炸必须具备三个条件，一定的CH4浓度，一定 的引火温度和足够的氧浓度。首先，空气中 CH4的浓度低于 5%，遇火 不发生爆炸而能燃烧，并呈现浅蓝色的火焰，在 CH4浓度高于 15 时，遇火也不发生爆炸，并且也不能燃烧，甲烷爆炸界限一般在5% 15之间，最强烈的爆炸发生在 CH4浓度为 9.5 左右，也就是空气中 的氧和 CH4全部参加化学反应的时候， CH4爆炸其最终的化学反应式如

5、下： CH4+2O2 CO2+2H2O+830kJ 其次， CH4的引火温度为 650750。第三，由实验得知， CH4 的爆炸界限与氧浓度有密切关系，当氧浓度降低时， CH4爆炸下限缓慢 增高，上限则迅速下降，氧浓度降低到 12%,CH4混合气体即失去爆炸 性，遇火也不爆炸。 CH4不仅能燃烧和爆炸，它还具有一个横向迁移的特性。 1.3 垃圾爆炸类型 1.3.1 物理爆炸的原因 物理爆炸是由于 CH4在垃圾层中大量积聚，形成强大的能量，当 积聚的压力大于复盖层压力时，在瞬间将垃圾以迅猛速度突出，发生 减压膨胀。发生物理爆炸事故，除垃圾产生 CH4是必要条件外，填埋 的深度，复盖层的厚度和层数

6、，以及复盖层的透气性都是影响爆炸的 因素。一般情况下，由于垃圾的透气性较好，所以，在垃圾层中不会 积累大量 CH4，其气体压力不足以将垃圾顶层起发生 CH4突出。但是， 如果垃圾上复盖土层，和填埋深度的增加，透气性受到影响，垃圾层 中容易积累 CH4，而增加爆炸的危险性。 另外，即使填埋条件都相同，但在一些特殊条件下，也会大大影 响爆炸的危险性，比如，我国城市生活垃圾中灰土比例较高，在连续 阴雨天，上面的垃圾层会变得非常泥泞，其透气系数急剧降低，而垃 圾在温和湿润条件下的产气速率又变得很大，这时就可能发生垃圾的 物理爆炸。 1994年 12 月 4 日重庆市一处垃圾场发生的爆炸，就是由于 前段

7、时间阴雨连绵，致使垃圾中大量有机物发酵，而后由于气温升 高，加速其腐化过程，而垃圾层透气系数却急剧降低当产生的 CH4 达到一定能量而不能释放时，便发生爆炸。再譬如，在寒冷的冬天， 由于复盖层结冰，透气性变得很低，而垃圾层中的温度还未降到产气 终止的温度之下，这时也可能发生垃圾物理爆炸。 1.3.2 化学爆炸的原 因 垃圾化学爆炸是由于 CH4与空气棍合后，浓度处在爆炸范围内， 遇到明火而发生激烈的放热反应，产生大量的热量，气体受热膨眼， 将垃圾喷射出来。由此可见，垃圾化学爆炸必须向时满足前面提到的 CH4浓度、引火温度和氧浓度三个条件。 如果 CH4排入大气或积聚在建筑物内，且浓度处在爆炸范

8、围内， 那么当引火温度达到 650以上时， CH4就会发生化学爆炸。 1994 年 7 月上旬，上海一艘 120t 的垃圾船爆炸就是由于船身垃圾仓的夹层壁内 储留了一定量的垃圾污水，按惯常的做法，可在包壁上气割一孔把污 水抽上来，但由于夹层壁是密封的，内存的污水已产生甲烷，当气割 枪刚一接触到船板，爆炸就发生了。 1994 年北京市昌平县阳坊镇垃圾 场连续发生的三次爆炸就是由于垃圾填埋场产生的甲烷经过横向迁 移，进入到附近的世宗智能有限公司宿舍内积聚，在点火做饭瞬间发 生爆炸。 如果空气进入垃圾层中，和那里积聚的 CH4混合，形成爆炸性气 体，那么会由于垃圾中存在没有熄灭的香烟头、煤球等，有可

9、能引起 垃圾堆化学爆炸。 垃圾物理爆炸是高压作用，而化学爆炸则是高温和高压共同作 用，所以，在爆炸的瞬间，化学爆炸伴随着火花和爆炸声，而物理爆 炸只有爆炸声，化学爆炸后的垃圾有烧糊烧焦的残余，而物理爆炸作 用后的垃圾只有被压缩的痕迹。 2 预防措施 2.1 垃圾物理爆炸的预防措施 预防填埋垃圾发生物理爆炸的基本方法是：通畅地从垃圾层中排 出产生的气体，及时地从填埋垃圾中排出垃圾渗透液，以减少垃圾层 中的压力，破坏物理爆炸的条件。 填埋气体排出技术可分为消极排出系统和积极排出系统。 最为简单的就是消极排出系统，如通风沟、通风井、排气道，这 些系统为填埋气的流动提供了通道，并且将其限制在一个可控制

10、的空 间。如排气道一般选用较垃圾填埋场四周土壤过滤性能更好的材料， 如砾石等制成，排气道间距与垃圾单元的宽度有关，排气道砾石层的 厚度应该是即使垃圾在受到不同的沉降时，仍保持其与下层排气道的 连通性。 积极排出系统对填埋气井和通风沟采用的是一种真空或一种空气 负压，最为普通的是，在垃圾里或附近安装抽气井系统。此神系统是 由一些相通的管道组成，可将附近抽气井里的填埋气抽走，然后排入 大气，放空燃烧或者作为燃料使用。 2.2 垃圾化学爆炸的预防措施 前面已经分析过垃圾化学爆炸必须同时具备三个条件，那么只要 我们采取措施，不使这三个条件同时成立，就可以避免垃圾化学爆炸 事故的发生。首先要防止 CH4进入爆炸浓度范围，这就需要将垃圾层 中的气体及时排出，并防止空气进入垃圾层。一般的填埋场，垃圾层 处于正压状态，空气不会进入垃圾层。但为了使填埋气体及时从场中 导出，或为了利用填埋气，采用动力设备强制抽取填埋气，则能导致 空气进入填埋场中。多打集气井，特别是那些打在边界或倾斜表面上 的集气井，使空气进入的可能性更大，常规检测表明，填埋气抽取速 率快于填埋气体产生速率时，空气会进填埋场中。所以，用动力抽取 填