垃圾填埋场气体的收集与处理

1、垃圾填埋场气体的收集与处理*李霞顾建良 杨安辉(深圳市市政工程设计院，深圳 518028) (深圳市燃气集团)摘要就垃圾填埋场可燃气体的产生、气体的成分及浓度、气体收集的重要性、产气量的估算方法以及气体的收集系统、气体的处理方法进行了详细论述。为今后垃圾填埋场的设计、施工提供依据，为垃圾填埋场运行及封场后气体的处理提供参考。关键词垃圾填埋场可燃气收集垃圾处理中图分类号TU9961概述随着我国经济的不断发展，许多城市都在向国际化大都市迈进，在经济高速发展的同时，环境也越来越引起人们的关注和重视，创造一个整洁、优美的工作环境和生活环境是一个现代化城市的重要标志之一。垃圾是伴随着人类的生产、生活而产

2、生的，随着工业化和城市化的推进，城市人民的物质文化水平日益提高，垃圾的产量和成份也迅速增加和变化。在当今世界上，处理垃圾的难度越来越大，给城市的发展和管理带来了新的困难，直接或间接地影响着生态环境，对居民的健康和生存构成了严重威协，在工业发达国家(如日本)，人均垃圾产量每天已达2.5 左右，即使是发展中国家(如中国深圳)，人均垃圾产量每天也达0.71.2 ，一座百万人口城市每天要产生上千吨垃圾，其处理难度是可想而知的。我国城市垃圾的处理方法目前还比较落后，其主要方法是填埋，约占整个垃圾处理方法的95%以上，焚烧仅占很少部分，且仅在少数几个城市实行(如深圳市)。因此，垃圾填埋场可能产生的污染问题

3、、爆炸问题应引起我们足够的重视，目前，我国所采用的填埋方法基本上是随意堆放的方法，未经无害化处理。在填埋过程中，由于厌氧分解产生大量的甲烷气体，如果不加以收集处理就会发出臭味并可能产生火灾危险。本文着重对垃圾填埋场气体的收集系统及处理系统进行论述，以解决垃圾填埋场在封场后可能发生的火灾危险。2填埋场气体的产生城市生活垃圾包括居民家庭、道路清扫(包括果皮箱收集)、商业营业垃圾(包括菜场垃圾)、企事业单位(包括机关、学校、医院)、以及露天公共场所等产生的垃圾，亦有一部分工业垃圾和建筑垃圾混杂其中。因此在投入填埋场的垃圾中，含有相当丰富的有机物质。通常，家庭垃圾中，含有马铃薯皮、水果皮、食物残渣、菜

4、叶、纸张、毛皮等有机物。庭院垃圾中也含有一定数量的有机物质。垃圾一旦进入填埋场，微生物的分解过程就开始了。第一步是好氧分解，消耗填埋场中的氧气，产生大量的热。第二步进行厌氧分解，产生沼气，其组成见表1。作为垃圾本身的生物厌氧降解过程，其最终产物主要是CO2和CH4。垃圾被填埋的初期，有机物分解产生的废气主要是CO2，经过一段时间以后，气体中的甲烷成分逐渐上升，产气高峰一般要在垃圾填埋35年之后才出现，而废气中CH4含量较高时会引起爆炸(空气中CH4的爆炸极限范围是515 V%。因此，做好填埋场气体的收集处理是一项很重要的工作。气体成分和浓度随填埋年限和垃圾成分的不同而变化。其主要成分随时间的变

5、化见表2。表1填埋场内气体成分与浓度气体名称分子式浓度甲烷CH4085 V%二氧化碳CO2085 V%一氧化碳CO2.8 V%氨NH300.35×10-6氢H203.6 V%氧O2031.6 V%氮N2082.5 V%硫化氢H2S075 V%ACETACH3CHO150×10-6 ACETOC2H6CO100×10-6苯C6H60.08 V%氩Ar0.01 V%HEPTAC7H160.45 V%甲苯C6H5CH30.09 V%表2垃圾处理场废气主要成分变化完工时间(月)0336612121818242430303636424248CH4 V%52129404647

6、514748CO2 V%887465525251465050N2 V%5.23.00.41.00.40.21.30.90.43深圳垃圾填埋场 深圳市玉龙坑垃圾填埋场是市区垃圾处理的最终消纳场所，占地面积6.12 公顷，该填埋场建于1980年，投入运行时为裸堆，后经扩建并增设了排气管、排洪沟等设施，进行 了垃圾的碾压和覆土，于1984年正式启用，成为一个准卫生填埋场，目前，容量已接近饱和，年底即将封场。该垃圾场位于一个山谷地带，四周地势较高，产生的沼气不易很快扩散，而且易燃、易爆、有毒的气体长期自然排放，不仅存在着严重的环境污染，而且还存在着爆炸的危险。玉龙坑垃圾填埋场由于设计没有安装排气管，垃

7、圾填埋后，所产生的气体自然排出，为了减少其危害程度，1984年增设了排气设施，但由于设计不规范，而且垃圾覆土过程中，推土机将部分导气管推弯，使导气管出现倾斜，甚至断裂的现象，直接影响了填埋场的排气效果，一旦引起火灾，就会引起填埋场沼气爆炸，后果不堪设想，因此，对填埋场封场后排气制订切实可行的方案，对减少隐患，改善环境将有着十分重要的意义。填埋场气体的量及其成分，主要取决于填埋垃圾的种类与数量，所采用的地面处理方法、填埋深度、填埋场温度和填埋场实际使用年限等因素。填埋初期，第一和第二阶段(历时1年左右)，主要成分是二氧化碳、氮、少量氢、一氧化碳和氧；第三阶段(历时2年)是甲烷发酵的不稳定期,主要

8、成分是二氧化碳和甲烷，产生量也较少;第四阶段为稳定的废气产生期，主要成分是甲烷和二氧化碳，(历时2030年)，一般第1516年为产气高峰，本阶段属气体回收利用期。垃圾场沼气产生量曲线如图1(K为产气率)。图1垃圾场沼气产生量曲线表3深圳市市区历年垃圾量 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以玉龙坑垃圾场为例，该填埋场于1984年开始启用，

9、据资料统计，市区垃圾量见表3。除玉龙坑垃圾填埋场以外，深圳市垃圾综合处理厂自1988年投产以来，日焚烧垃圾量约200 t，到1995年底，共焚烧垃圾5×104t，因此，除去烧掉的垃圾，其余约4×106t，5×106的垃圾均进入了玉龙坑填埋场。据美国城市固体垃圾管理及填埋技术报道：在1215年的填埋期间里，每公斤固体垃圾可以回收0.09890.1483 m3的甲烷。与美国相比，玉龙坑垃圾填埋场中有机垃圾含量极少，而沼气是通过有机物的发酵产生的，因此产气量也较以上指标低，考虑到填埋场已使用十年，填埋场的沼气产气率约为每公斤固体垃圾可以回收0.05 m3，回收期15年，

10、产气量计算公式如下：Q=1000×g×w/(365×24×y) (m3/h)式中：g每公斤固体垃圾回收气量 (m3/kg)；w垃圾填埋总量 (t)；y回收期限 (年)。则玉龙坑填埋场沼气的小时产量为：Q=1000×0.05×400×104/(365×24×25)=913 (m3/h)考虑将这些气体由预埋的排气设施集中导出，送至沼气处理设施集中处理后，送入环卫综合处理厂，对其综合利用。 5气体收集系统5.1气体的收集垃圾填埋场内产生的气体，借压差流向特定的气体收集井，从收集井通过气体收集管引至集气柜，气体由

11、集气柜输往气体收集站。根据废气的不同用途进行净化处理。气体的收集通过设置于填埋场竖井中垂直带孔管道收集竖井，每隔4050 m设置一个，每35个收集井设置一个集气柜，组成一组输送系统，每个集气柜设有独立的管道接至收集站。集气柜可以互组联通，以便处理故障和检修。为有效地抽出井中气，井里应保持约20 kPa的负压，并以此考虑管道设计和设备的选择。地下沼气收集井如图2所示。竖井中的吸引管用高密度聚乙烯制造，直径100150 mm，吸引管上有透气的小孔，垂直安装在直径为0.5 m的竖井中，为防止其客观存在气体渗透进入填埋场表层，吸引管上部3 m没有小孔，为增加吸收面积，吸引管周围装有过滤砾石。废气收集系统如图3所示。图2地下废气收集井示意图图3废气收集系统示意图1收集井(竖井)；2集气柜；3沼气收集管；4集气管；5控制站；6收集站 来自竖井中的气体含有水蒸汽，所以水平管道应逐渐向竖井方向倾斜，以便使冷凝液返回竖井，在一些管道的最低点，设置了冷凝水收集装置。6气体处理填埋场内的气体通过收集设施导出地面，其处理方法有如下两种。(1) 直接燃烧将填埋场内的沼气导出地面后进行直接燃烧，是一种常用的