垃圾填埋气甲烷

垃圾填埋气甲烷一、垃圾填埋气的产生垃圾填埋气体指的是在垃圾填埋场中,被堆积或填埋的城市生活垃圾中所含的大量有机物,被微生物厌氧消化、降解所生成的气体。填埋气体的主要成分为CH4和CO2,此外还有一些恶臭物质等。CH4和CO2是主要的温室气体,其产生的温室效应对全球环境将造成很大的影响,而其中CH4的当量体积的温室效应潜在值是CO2的21倍。一、垃圾填埋气的产生（一）第1阶段：好氧发酵阶段

固体废物进入填埋单元的开始的几个星期，由于在填埋作业过程中，空气充分进入垃圾内，垃圾体供氧充分，处于好氧发酵状态。此时，垃圾的降解过程与好氧发酵相似，垃圾中气体的主要成分为N2、O2和CO2。

第1阶段也是产酸阶段，酸性条件为后续厌氧分解创造了条件。此阶段所产生的渗滤液含有高浓度的有机物质。一、垃圾填埋气的产生（二）第2阶段：厌氧发酵初始阶段

当垃圾体中的氧气消耗完后，垃圾进入厌氧发酵初始阶段，该阶段持续时间约为11～14天。垃圾中气体的主要成分为N2、H2和CO2，随着厌氧分解的进行，pH值和填埋气产量都开始上升，此时也会产生高浓度的有机渗出液。（三）第3阶段：甲烷产生的初始阶段

第3阶段为CH4产生的初始阶段，垃圾体开始产生CH4气体，并且不断增加；随着厌氧分解的进行，pH值和填埋气产量都开始上升，此时也会产生高浓度的有机渗出液。一、垃圾填埋气的产生（四）第4阶段：甲烷稳定产气阶段

第4阶段为CH4稳定产气阶段，气体的主要成分为CH4和CO2；CH4稳定产气阶段持续7～15年左右。在此阶段，pH上升到最大值，有机渗滤液的浓度下降，填埋气产量和产气中的甲烷浓度升高到最大值。（五）第5阶段：降解终止阶段

第5阶段为降解终止阶段，CH4和CO2的产生量不断下降，大气渗入填埋场的垃圾层中。由于该阶段厌氧降节速度减缓，垃圾体内有机物基本降解完毕，垃圾体也趋于稳定。

一、垃圾填埋气的产生填埋气的产生过程二、产气量的主要决定因素

对于某一固定填埋场影响填埋气体产生速率的因素包括垃圾组分、垃圾含水率、垃圾体内温度和缺氧状态等等（1）垃圾体含水量与渗滤液回灌填埋场中多数有机物必须经过经过水解成为溶于水的颗粒才能被微生物利用产生甲烷，填埋场中水分的运移有助于营养物质、微生物的运移，加快产气。适宜产生甲烷垃圾体湿度范围在50%~70%渗滤液回灌增加填埋场堆体内的湿度，不仅可以改善渗滤液的水质，降低渗滤液中BOD、COD及重金属的浓度，而且可以加速填埋堆体的稳定二、产气量的主要决定因素

（2）垃圾体内温度填埋场中微生物的生长对温度比较敏感，因此，填埋场产气速率与温度也有一定关联。大多数产甲烷菌是嗜中温菌，在15~45

C可以生长，最适宜温度范围是32~35

C，温度在10~15

C以下时，产气速率会显著降低。（3）垃圾中的营养物质成分填埋场中微生物的生长代谢需要足够的营养物质，包括C、O、H、N、P及一些微量营养

物质，通常填埋垃圾的组成都能满足要求。研究指出，当垃圾的C/N比在20/1~30/1之间时，厌氧微生物生长状态最佳，即产气速率最快。垃圾中的有机质越多，生物气体的产量就越高。食品垃圾分解时，生物气体的甲烷含量达70%以上。有毒垃圾和工艺垃圾会降低甲烷的产量。二、产气量的主要决定因素

（4）微生物量填埋场中与产气有关的微生物主要包括水解微生物、发酵微生物、产乙酸微生物和产甲烷微生物四类[34]，大多为厌氧菌，在氧气存在状态下，产气会受到抑制。大量研究表明，将污水处理厂污泥与垃圾共同填埋，可以引入大量微生物，显著提高产气速率，缩短产气之前的停滞期。

（5）pH值填埋场中对产气起主要作用的产甲烷菌适宜于中性或微碱性环境，因此，产气的最佳pH范围为6.6~7.4。当pH值在6~8范围以外时，填埋产气会受到抑制。三、填埋气体产量预测

按照LFG产生方式的不同，产气量计算方法有化学平衡法、生物降解法、总有机碳法和纤维素含量估算法等。目前应用最多的是美国环保总署（USEPA）提出的经验公式：L0

为最大理论产气量，m3/t；R为垃圾填埋场的平均处理能力，t/a；k为产生率常数，1/a；c为垃圾填埋场使用年限，a；t为垃圾填埋场运行以来的时间，a。甲烷发酵：

理论产气量和原料碳氮比计算

理论产甲烷量E=0.37A+0.49B+1.04CL/g发酵原料理论产CO2量D=0.37A+0.49B+0.364CL/g发酵原料每克发酵原料中脂类化合物的重量，g每克发酵原料中碳水化合物的重量，g每克发酵原料中蛋白质的重量，g四、填埋气体安全控制与回收利用

（一）填埋气体安全控制

垃圾填埋气体（LFG）是由CH4、CO2和N2为主要组分的混合气体。CH4是一种温室气体，在全球气候变暖过程中所起的作用仅次于CO2而据第二位。CH4对臭氧层的破坏作用是CO2的20倍。 CH4也是一种无色、无味的易燃气体。当CH4在空气中的浓度达到5~15%时，遇到火种容易发生爆炸。 LFG中还含有H2S等上百种不同的微量气体。气体中含有的某些刺激性成份（H2S），会被上呼吸系统粘膜产生的分泌液吸收，刺激波状纤毛。如果这种情况反复发生的话，就有可能发生细胞变异。填埋气体安全控制与回收利用（二）填埋气体安全控制

由于LFG中的CH4含量通常在55%左右，是一种可资利用的燃料气体。根据美国的经验，在容量100万m3以上的固体废物填埋场进行LFG回收利用是可以获利的。垃圾容量在200万m3以上的填埋场，LFG回收利用则可以获得较大的经济效益。

五、填埋气的收集1、被动收集系统适用于垃圾填埋量不大、填埋深度浅、产气量较低的小型城市垃圾填埋场（<40000m3），被动收集系统包括被动排放井和管道、水泥墙和截留管等。2、主动收集系统适用于大型填埋场系统包括抽气井、集气/输送管道、抽风机、冷凝液收集装置、气体净化设备及填埋气利用系统（如发电系统）。生活垃圾填埋甲烷排放现状

全世界城市生活垃圾：7.2亿t/a（中国1.5亿t/a），80％以上卫生填埋或简易堆放填埋场产生CH4占全球释放总量的12％以上我国填埋场产生的CH4量大约为800万t/a，相当于

1.7亿

tCO2当量/a温室效应，约占全球填埋场甲烷排放量的20％—生活垃圾填埋场甲烷温室气体必须加以控制！温室气体减排量的计算联合国气候变化纲要公约提供的计算温室气体减排量计算公式如下：

为该某目某年的温室气体减排量（以吨CO2计）为某年燃烧的填埋气体为某年填埋气体中的甲烷含量为某年填埋气中甲烷的密度

FE为填埋气体的利用效率为甲烷的温室效应潜力，21六、填埋气体能源化利用概况填埋气体发电制取二甲醚用于管道天然气用作汽车燃料填埋气体发电制取二甲醚填埋气发电有上网的问题。如果能把填埋气转化成方便储存，方便运送的液态物质是另外一种出路，二甲醚无毒无味，是性能优良的干净的民用或者汽车燃料在常温下加压到0.5-0.6MPa左右就能液化（比液化气所需压力低）方便储存，运输和使用。目前中科院工程热物理研究所联合北京公用事业研究所，北京环卫集团等单位，克服了填埋气净化甲烷和二氧化碳重整烟气温度控制和烟气热能的梯级利用，二甲醚高效分离等困难，完成了项目小试，该所正与北京市环卫集团合作，准备进行年产数千吨的工业示范装置的研究项目用于管道天然气经过净化提纯后并入城市燃气管道,特别是在天然气价格高的地区适宜使用。香港地区的填埋气,就是把填埋气净化提纯后注入城市燃气管道来进行利用。实践证明,用作燃气对于天然气价格高的地区经济效益较好。用作汽车燃料经科学试验及实践证明,CH4含量超过50%的CH4和CO2混合气体,可替代汽油作为汽车燃料。此项技术的限制性因素主要是装备技术商业化。压缩天然气作为汽车燃料目前正逐步为市场所接