提高高安屯卫生填埋场填埋气体收集效率的措施

1、提高高安屯卫生填埋场填埋气体收集效率的措施陆玉梅(北京市朝阳区高安屯卫生填埋场,北京 100024摘 要:以北京市朝阳区高安屯卫生填埋场为例,概述了其基本情况并对各导气管网进行抽气试验 。 针对高安屯 填埋场填埋气体产生量大,集中收集系统效率不高的问题,提出了采取对导气管网进行维修或更换;在监测数据显示 气量过剩的区域安装新导气管网;在填埋作业平面设计和修建导气盲沟;对导气管网的渗沥液液位进行监测;对集中 收集的导气管网的气体压力和成分进行监测等改进措施 。关键词:生活垃圾;填埋气体;收集效率;措施 中图分类号:X 33; X701. 7文献标识码:B文章编号:1005-8206(2009 S

2、1-0005-04Measures for Improving Collection Efficiency of Landfill Gas from Gao antun Waste Sanitary Landfill SiteLu Yumei(Gao antun Waste Sanitary Landfill Site of Chaoyang District, Beijing100024Abstract :Taking Gao antun Waste Sanitary Landfill Site in Chaoyang district, Beijing, as an example, it

3、s fundamental state was summarized, and exhaustive test of gas duct network was carried out. Aiming at high output of landfill gas from Gao antun Waste Sanitary Landfill Site, low efficiency of centralized collection system, gas duct network should be maintained and changed, new gas duct network sho

4、uld be fixed in superfluous gas area, gas drain should be designed and constructed for landfill area, leachate level in gas duct network should be monitored, gas pressure and component in gas duct network by centralized collection should be monitored. These measures can improve gas collection effici

5、ency.Key words :domestic waste ; landfill gas ; collection efficiency ; measure905-1北京市朝阳区高安屯卫生填埋场基本情况高安屯卫生填埋场位于北京市朝阳区金盏乡 高安屯村,距离北京市中心约 12km 。 该填埋场 建有 1座日处理 200t 的渗沥液处理系统, 1座装 机容量 500kW 的填埋气体集中收集发电系统及 其他生产附属设施 。 填埋区占地面积 30hm 2,填 埋区总库容 892万 m 3,有效容积 811万 m 3,填埋 场建设于相对平坦的区域,地下深度为 212m 。 填埋场基底铺设复合防渗层,包

6、括一层 GCL (土 工合成黏土层 、 上层 HDPE 和土工材料 。 该填埋 场最终设计填埋高度为地面以上 46m 。 1. 1垃圾成分及垃圾填埋量预测垃圾的一般成分 1见表 1。 垃圾中有机成分相 对较高,属于快速衰减型 。填埋场 2002年 12月开始消纳垃圾,设计日消纳垃圾 1000t ,于 2025年封场,但实际消纳 垃圾量远大于设计能力,填埋场消纳垃圾量统计见表 2。根据填埋场规划, 1座日处理 1600t 的生活 垃圾焚烧发电厂正在建设,该焚烧发电厂年处理 生活垃圾约 53. 6万 t 。 填埋场直至封场的预计填 埋量见表 3。1. 2填埋气体收集方式目前填埋气体的收集方法主要有

7、 2种:一种 是以水平管为主的集气系统,即随垃圾填埋面的 上升分层铺设水平集气管道,它适用于平地建造 台形填埋场;另一种是以垂直管为主的集气系统, 年份 填埋量 /(万 t/a日平均填埋量 /(t/d总量419表 220032007年高安屯卫生填埋场垃圾填埋量年份 填埋量 /(万 t/a2008139. 82009101. 22010116. 42011133. 3总量490. 7表 3预计高安屯卫生填埋场垃圾填埋量城市 有机物 纸 玻璃 金属 塑料 织物 无机废物北京 56. 111. 83. 81. 712. 62. 811. 2上海 70. 46. 74. 10. 811. 82. 33

8、. 9大连73. 43. 42. 60. 55. 71. 612. 8表 1我国部分城市垃圾组分%环境卫生工程Environmental Sanitation Engineering Vol.17SupplementOctober 2009第 17卷增刊 2009年 10月 ·5·环境卫生工程 第 17卷集气系统和填埋作业不交叉进行,不会影响填埋 作业,并且填埋场内垃圾的不均匀沉降对系统影响较小 。 此系统又分为垃圾单元封闭后钻井下管, 和在填埋垃圾之前预埋设垂直集气管,且随着填 埋垃圾增高而增高的 2种方式 。 高安屯卫生填埋场采用预埋设垂直集气管的 收集方式,采用三角形

9、相间布置安装,垂直导气 井布置如图 1所示 。 集气井的布置间距为 50m 。 集气井直径 1000mm ,内设直径 100mm HDPE 导气花管,管子从底部到距场表面 35m 处的管 壁上开启小孔或小缝;在井内管四周环状空间装 填直径 40mm 的碎石 。1. 3填埋气体集中收集发电系统高安屯卫生填埋场填埋区共设 130个垂直导 气管网, 2007年 7月,有 52个导气管网经过集 中收集,由被动排放改成主动收集,并以 5个集 气站为中心呈辐射式 、 通过掩埋水平支管建设 。 一期现有系统和二期计划扩容示意参见图 2。 图 3介绍了一般气井和集气站的标准构造 。收集的填埋气体通过 1条直径

10、 250mm 的地 下 HDPE 管由 1套设计容量 2000m 3/h的风机输送至预处理系统,填埋气体经过预处理系统去除 水分 、 硫化氢 、 颗粒和其它杂质,然后输送至发 电机组或火炬 。 现有发电机组设计容量 537kW ,需 315m 3/h的填埋气体满负荷运行,剩余气体输送至 1台封 闭式火炬 (设计容量 1500m 3/h 燃烧 。 发电供 渗沥液处理车间使用 。 未安装收集系统的区域填埋气体主要由被动 排放口排放 。 被动排放口深至填埋场底部,并在 顶部安装单体点燃器 。 现共有 68个导气管网安装 了单体点燃器,其位置参见图 2。 2填埋气体抽气试验 2. 1试验目的测量主动抽

11、气时负压与流量关系;测量抽取填埋气体的可持续甲烷含量;测量抽取填埋气体 的氧含量以检查填埋覆盖中是否有空气渗透;为 论证填埋气体收集预测提供依据 。 2. 2试验时间2007年 7月,北京地区处于高温多雨季节, 填埋场填埋气体在这段时间达到产气高峰,有利 于试验和更好地提供试验数据 。 2. 3试验主要采用设施和设备 1 52个垂直抽气井 (A 1号至 A 10号, B 1号 至 B 9号, C 1号至 C 9号, D 1号至 D 8号, E 1号 至 E 8号及 F 1号至 F 8号气井。 这些气井均由被 动排放口改造而成,并贯穿垃圾体整体厚度 。2 1台现有风机,设计容量 2000m 3/

12、h。 3 1台现有火炬,设计容量 1500m 3/h(50%甲烷 。4 现有水平管 、 集气站 、 井头及允许调节系 统及单井负压和流量的流量控制阀气体质量 、 流 量和压力监测设备 。 气体质量 (甲烷 、 二氧化碳 、 氧气和平衡气体 和温度的测量是采用 Geotech -nical Instruments GEM-2000红外分析仪;采用德 威尔压差计进行静压测量;流速测量是采用毕托 管及火炬站的流量计进行 。5 抽气试验将气体监测口安装于每个气井, 为操作方便起见,监测口安装于集气站之上而不 是每个井头之上 。6 挖掘了 1个深 1. 5m 通道,以便进入填 埋场和风机之间 、 风机和

13、火炬之间的地下进气管 /抽气井抽气作用范围50m图 1抽气井局部布置示意往鼓风机及火炬第一期 第二期第二期图 2气体管理系统示意气井 钢管道 HDPE 管 封闭罩阀门 膜上放置沙包 垃 圾填埋深度底层防渗膜碎石层垃圾压实土 软管 压实 土 新 安 装 的 检 测 口 包 括 气 体 浓 度 、温 度 、 压力 检测 HDPE 管集气站 阀门HDPE 管 往鼓风机 及火炬膜上放 置沙包 图 3气体 收集区 A 气体 收集区 B 气体 收集区 C气体收集区 D 气体 收集区 E·6·增 刊 中间位置以便直接利用毕托管进行流量测量 。 2. 4试验内容和数据分析风机流量从 650

14、m 3/h开始,利用逐步加快风机速度提升总流量,进而达到压力和流量要求 。 每一次流量增加 100150m 3/h。 对每一步调整进行监测直到气井抽出的填埋气体流量及甲烷含量 稳定为止 。 总的来说,每天进行一回合井区监测,在下一次调整之前将数据与上一次结果进行比较 。最大风机流量达到 1288m 3/h。根据抽气试验监测结果发现:1 监测结果显示风机流量提升时甲烷含量会 下降 。 甲烷含量的降低起初不明显,但随着试验的进行而逐步显著 。 当风机流量达到 1288m 3/h时,其中 5口气井 (即 E 2、 E 3、 F 2、 F 3和 F 4号 的甲烷含量显示中度至较大降幅 (E 3气井甲烷

15、含 量低至 22%,而氧含量上升至 12%。 说明这些 气井正经历着中度至较高空气渗漏,这些气井随 后立即关闭,并在试验余下时间里关闭这些气井 。往风机方向和 2个 (D 6和 F 3气井进气管甲烷监 测结果分别见图 46。2 气井静压随着风机负压加大和流速上升逐 步下降,说明填埋气体蓄气有所下降 。 当流量升 至 1288m 3/h时,测量的 52口气井中 17口气井 静压为 0或负压 。 其余气井均为正压,说明风机 关闭之后蓄气并没有足够时间回落,或应用压力不足 。3 发现大多数气井的气质良好 、 稳定 (即甲烷含量在 61%以上 、 氧气含量在 0. 2%以下 。 监 测显示大多数气井均

16、为 250Pa 以上的正压, A 10、 B 9、 C 7和 D 6号气井周围区域尤其如此;这种现象说明有气体在填埋场内累积,也说明产气仍不断在 进行中,而现有土壤和塑料防渗覆盖较有效 。 测量显示 E 排和 F 排气井静压相对较低,可能由于该 区域产气量较低或一期斜坡周边覆盖较差所致 。 3填埋气体收集预测填埋场固体废物在厌氧状态下分解产生填埋 气体 。 填埋气体主要包括 40%60%甲烷,大量二 氧化碳和少量二氧化硫等其他气体 。 填埋气体产 气率受填埋垃圾类型 、 湿度和垃圾年限影响 。 3. 1模型和参数的确定目前多种方法中比较符合实际的数学模型是 Monad 模型,此模型是基于以下假

17、设而建立的:垃圾在填埋场内的产气速率很快达到高峰, 随后 其产气速率以指数规律下降 。 用公式表示垃圾在 第 t 年的产气量:G t =WG0k e -kt 。 (1其中:G t 为第 t 年垃圾的产气量, m 3; W 为 所填垃圾量, t ; G 0为单位质量垃圾理论最大产气 量, m 3/t; k 为垃圾的产气系数; t 为年份 。本工程垃圾的产气速率常数取 0. 1,垃圾理 论最大产气量取 100m 3/t,最终产气模型为:R t =10e-0. 1t 。 (2 其中:R t 为填埋气体产生速率,万 m 3/(a ·t ; t 为垃圾填埋年限 。3. 2垃圾填埋场产气量预测根

18、据此模型和高安屯卫生填埋场各年垃圾填 埋量,可计算出各年份的填埋气体理论产生量, 又根据国内外的经验,气体收集率一般为 60%, 则各年的实际气体收集量见表 4。根据表 4可以得到图 78。 4结论和建议图 4往风机方向进气管填埋气体流量及甲烷浓度变化2007-07-172007-07-192007-07-212007-07-232007-07-252007-07-272007-07-29流量 甲烷 1400甲 烷 /%日期62007-07-172007-07-192007-07-212007-07-232007-07-252007-07-272007-07-29流量 甲烷1400甲 烷 /%

19、日期图 6F 3气井填埋气体流量及甲烷浓度变化2007-07-162007-07-182007-07-202007-07-222007-07-242007-07-262007-07-28流量 甲烷填 埋 气 体 流 量 /(m 3/h 甲 烷 /%日期 2007-07-30填 埋 气 体 流 量 /(m 3/h 填 埋 气 体 流 量 /(m 3/h 陆玉梅 提高高安屯卫生填埋场填埋气体收集效率的措施·7·环境卫生工程第 17卷产气量将大于 1700m 3/h,填埋场封场后产气量达到最大值,即 2011年将达到最大可收集产气量3500m 3/h,之后逐年减少,至 2030年

20、衰减为 523m 3/h。通过填埋场现场试验得出:2007年,填埋场 最大稳定收集量为 1288m 3/h,而当年填埋气体 可收集的产气量为 1782m 3/h。以上两者比较发现:填埋场实际收集量达到 可收集气量的 72%,可以通过采取一定措施提 高 。收集效率的影响因素包括集中收集系统的风 机最大流量;填埋区内覆盖面的严密程度;垃圾 成分和填埋堆体内垃圾水分;填埋作业的压实密 度 。根据试验情况和数据统计分析,提出如下建 议:1 随着填埋场建设的不断推进,填埋气体收 集发电项目的不断扩建,气体收集系统的风机流 量将不断增加,建议增加至 3500m 3/h,并增加 发电机组装机容量,充分利用填

21、埋气体,实现循 环经济,有效实现碳减排 。2 对集中收集的导气管网的气体压力和成分 进行监测,以利于采取措施,改善填埋气体收集 效率 。3 对导气管网的渗沥液液位进行监测,随时 掌握填埋堆体内水位,合理控制水分含量,为更 好 、 更大量的产生填埋气体提供湿度保障 。4 在填埋作业平面设计时考虑修建导气盲 沟,增加填埋气体横向收集方式,提高竖井导气 效率 。5 在监测数据显示气量过剩的区域安装新的 垂直导气管网,提高可收集填埋气体的竖井数量, 进而提高导气效率 。6 对导气管网进行维修或更换,保证导气管 网的通畅和密闭 。参考文献1李国建,赵爱华,张益 . 城市垃圾处理工程 M . 北京:科学出

22、版社, 2003. 2赵由才,龙燕,张华 . 生活垃圾卫生填埋技术 M . 北京:化学工业出 版社, 2004.3栾智慧,王树国 . 垃圾卫生填埋实用技术 M . 北京:化学工业出版社, 2004.4沈东升 . 生活垃圾填埋生物处理技术 M . 北京:化学工业出版社, 2003.作者简介:陆玉梅 (1980 ,工程师,主要从事垃圾卫生填埋场技术管 理与研发 。表 420082030年高安屯卫生填埋场甲烷计算产生量年份 垃圾填埋量 /(万 t/a总计填埋气体排放量 /(万 m 3/a可收集的气量 /(万 m 3/a200471. 7648. 770200585. 91364. 290200697. 72118. 4802007116. 52971. 021782. 612008139. 83953. 252371