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1、第四节垃圾填埋气体的收集利用第四节垃圾填埋气体的收集利用填埋场气体的组成与性质填埋场气体的组成与性质垃圾填埋气体的产生过程垃圾填埋气体的产生过程LFG产生量的估算产生量的估算LFG收集系统收集系统LFG净化与利用净化与利用1、填埋场气体的组成与性质填埋气填埋气(LFG)指在填埋垃圾中可生物降解有机物在微生物作指在填埋垃圾中可生物降解有机物在微生物作用下的用下的产物。物。填埋气的主要填埋气的主要组成成 NH3、CO2、CO、H2、H2S、CH4、Cl2和和O2等。等。特征：温度特征：温度4349C，相，相对密度密度1.021.06，高位，高位热值1563019537kJ/m3。填埋场气体对环境的
2、影响填埋场气体对环境的影响温室效应温室效应产生令人讨厌的气味产生令人讨厌的气味产生毒害影响和健康问题产生毒害影响和健康问题产生爆炸的可能性产生爆炸的可能性对植物生长不利对植物生长不利但其有较高的利用价值但其有较高的利用价值2、垃圾填埋气体的产生过程、垃圾填埋气体的产生过程第一阶段第一阶段初始调整阶段（好氧分解阶段）初始调整阶段（好氧分解阶段）垃圾刚填埋即进入初始调整阶段，此阶段中垃圾刚填埋即进入初始调整阶段，此阶段中垃垃圾中易降解组分迅速与填埋时所夹带的氧气发圾中易降解组分迅速与填埋时所夹带的氧气发生好氧生物降解反应，生好氧生物降解反应，生成生成CO2和和H2O，同时，同时释放热量，垃圾温度可
3、升高释放热量，垃圾温度可升高1015C。本阶段渗滤液水量较少本阶段渗滤液水量较少，O2明显下降，无明显下降，无CH4生成。生成。本阶段持续时间较短本阶段持续时间较短第二阶段第二阶段过渡阶段过渡阶段氧气耗尽，开始形成厌氧条件，进入氧气耗尽，开始形成厌氧条件，进入兼性厌氧兼性厌氧降解阶段降解阶段。硝酸盐和硫酸盐开始被还原为氮气。硝酸盐和硫酸盐开始被还原为氮气和硫化氢。和硫化氢。特征特征由于水解、发酵作用生成挥发性有机物，气体成分由于水解、发酵作用生成挥发性有机物，气体成分复杂，但仍以复杂，但仍以CO2为主，含少量为主，含少量N2、H2，但基本，但基本没有没有CH4；渗滤液的渗滤液的pH值开始下降，
4、值开始下降，COD升高，渗滤液含有升高，渗滤液含有较高浓度的脂肪酸、钙、铁、重金属。较高浓度的脂肪酸、钙、铁、重金属。第三阶段第三阶段酸化阶段（产酸阶段）酸化阶段（产酸阶段）非甲烷菌非甲烷菌(主要是兼性厌氧菌和专性厌氧菌主要是兼性厌氧菌和专性厌氧菌)活活动显著，复杂有机化合物如多糖、蛋白质等在动显著，复杂有机化合物如多糖、蛋白质等在微生物作用下水解、发酵，由不溶性物质变为微生物作用下水解、发酵，由不溶性物质变为可溶性物质，并迅速生成挥发性脂肪酸将和醇。可溶性物质，并迅速生成挥发性脂肪酸将和醇。特征特征CO2占主要，到后阶段逐渐减少，同时会产生少量占主要，到后阶段逐渐减少，同时会产生少量H2；由
5、于大量有机酸的累积，由于大量有机酸的累积，pH值下降显著，导致重金值下降显著，导致重金属溶出增加，属溶出增加，COD和和BOD急剧升高；急剧升高；渗滤液含有大量的可产气的有机物和营养物质。渗滤液含有大量的可产气的有机物和营养物质。第四阶段第四阶段甲烷发酵阶段甲烷发酵阶段厌氧阶段厌氧阶段，甲烷菌成为优势种群，将产酸阶段，甲烷菌成为优势种群，将产酸阶段的酸和的酸和H2转化成转化成CH4和和CO2。主要特征主要特征CH4产生率稳定，浓度保持在产生率稳定，浓度保持在5065%；脂肪酸浓度下降，渗滤液的脂肪酸浓度下降，渗滤液的BOD、COD下降，下降，BOD5/COD为为0.10.01，可生化性差，属于
6、后期的，可生化性差，属于后期的渗滤液，也称为渗滤液，也称为“老化老化”的垃圾渗滤液的垃圾渗滤液pH值开始升高，保持在值开始升高，保持在6.58，重金属离子浓度开，重金属离子浓度开始下降始下降第五阶段第五阶段成熟阶段（填埋场稳定阶段）成熟阶段（填埋场稳定阶段）当废物中大部分可降解有机物转化成当废物中大部分可降解有机物转化成CH4和和CO2后，垃圾中的易降解组分基本分解完全，后，垃圾中的易降解组分基本分解完全，LFG的释放速率显著减少，填埋场处于的释放速率显著减少，填埋场处于稳定阶稳定阶段或成熟阶段段或成熟阶段。特征特征几乎没有气体产生，开始复氧；几乎没有气体产生，开始复氧；渗滤液及废物的性质稳定
7、，渗滤液中常含有富里酸渗滤液及废物的性质稳定，渗滤液中常含有富里酸和腐殖酸，很难用生化方法处理；和腐殖酸，很难用生化方法处理；填埋场中微生物量极贫乏填埋场中微生物量极贫乏CH43、LFG产生量的估算产生量的估算动力学模型动力学模型化学需氧量法化学需氧量法1gCOD有机物有机物0.25gCH4换算成体积：换算成体积：1gCOD有机物有机物0.35LCH4IPCC的统计模型的统计模型仅适用于估算较大规模的产气量仅适用于估算较大规模的产气量式中：式中：VCH4为垃圾填埋场的甲烷排放量，为垃圾填埋场的甲烷排放量，m3；MSW为城市固体废物量，为城市固体废物量，t；H为城市垃圾填埋率；为城市垃圾填埋率；
8、DOC为垃圾中可降解机碳的质量分数，为垃圾中可降解机碳的质量分数，IPCC的推荐值为：发展中国家为的推荐值为：发展中国家为15%，发达国家为，发达国家为22%；r为垃圾中可降解为垃圾中可降解有机碳的分解率，有机碳的分解率，IPCC推荐为推荐为77%。16/12为为CH4和和C之间的换算系数；之间的换算系数；0.5为甲烷中碳与总碳的比率。为甲烷中碳与总碳的比率。Marticorena经验模型经验模型 式中，式中，MP0为新鲜垃圾的特定产甲烷潜能，为新鲜垃圾的特定产甲烷潜能，m3/t；t为时为时间，间，a；td为垃圾生命持续时间，为垃圾生命持续时间，a；mi为第为第i层中废物的质层中废物的质量，量
9、，t；F为整个填埋场的甲烷产率，为整个填埋场的甲烷产率，m3/a 4、LFG导排系统导排系统导排分类导排分类被动式收集系统被动式收集系统利用填埋气体的压力进行收利用填埋气体的压力进行收集，适用于：填埋面积不集，适用于：填埋面积不大，产气较小，填埋深度大，产气较小，填埋深度浅的填埋场浅的填埋场主动式收集系统主动式收集系统利用抽真空的方式进行收集利用抽真空的方式进行收集水平收集系统水平收集系统竖井收集系统竖井收集系统主动收集系统竖井收集系统垂直集气井v收集竖井管网布置收集竖井管网布置一般采用正三角形布局一般采用正三角形布局X=2Rcos30常用井间距常用井间距4560m，如果，如果覆盖层使用粘土，
10、一般井覆盖层使用粘土，一般井间距为间距为30m。主动式收集系统主动式收集系统水平收集系统水平收集系统填埋场水平抽气管填埋场水平抽气管(沟沟)示意图示意图5、LFG净化与利用净化与利用vLFG的利用的利用燃料燃料发电、产热发电、产热民用燃气民用燃气化工原料化工原料合成合成LFG的净化的净化脱水脱水脱脱CO2脱脱H2S脱脱O2脱脱N2从从垃垃圾圾场场回回收收的的甲甲烷烷气气体体的的利利用用与与当当地地或或周周围围地地区区对能源的需求及使用条件有关。对能源的需求及使用条件有关。（1 1）填埋气体的能源回收系统）填埋气体的能源回收系统）填埋气体的能源回收系统）填埋气体的能源回收系统LFG常常被被转转换
11、换成成能能源源。对对于于小小的的装装机机容容量量而而言言（到到5MW），常常使使用用内内燃燃发发电电机机或或者者使使用用气气轮轮机机。对对于于大大的的装装机机容容量量而而言言，常常常常使使用用蒸蒸汽汽涡涡轮轮机机。当当使使用用内内燃燃发发电电机机时时，要要尽尽量量除除去去LFG中中的的水水分分以以防防损损坏坏柱柱头头。如如LFG含含H2S，必必须须控控制制焚焚烧烧温温度度以以防防产产生生腐腐蚀蚀。也也可可以以先先除除去去LFG中中含含有有的的H2S，然然后后再再燃烧。燃烧。（2 2）气体净化和回收）气体净化和回收）气体净化和回收）气体净化和回收LFG中中的的二二氧氧化化碳碳和和甲甲烷烷可可通通
12、过过物物理理、化化学学吸吸附附方方法法和和膜膜分分离离法法加加以以分分离离。但但只只能能吸吸附附某某些些组组分分，而而使用弱渗透薄膜分离法可从甲烷中分离出二氧化碳。使用弱渗透薄膜分离法可从甲烷中分离出二氧化碳。（3 3）就地使用）就地使用）就地使用）就地使用最最简简单单的的利利用用方方法法是是用用管管道道将将回回收收的的LFG从从采采集集点点输输送送到到临临近近的的使使用用地地。在在输输送送给给使使用用者者前前，LFG必必须须经经干干燥燥和和（或或）过过滤滤，去去除除冷冷凝凝液液和和粉粉尘尘，使使之之变为达一定清洁度的甲烷浓度为变为达一定清洁度的甲烷浓度为35%50的气体。的气体。（4 4）管
13、道注气）管道注气）管道注气）管道注气如果找不到当地的使用者，管道输送是一种适宜的如果找不到当地的使用者，管道输送是一种适宜的选择。若附近有输送中等质量选择。若附近有输送中等质量LFG的管道，将气体的管道，将气体处理，干燥并除去腐蚀杂质，加压到管道压力便可处理，干燥并除去腐蚀杂质，加压到管道压力便可注入注入LFG的输送管道。中等质量的的输送管道。中等质量的LFG甲烷浓度为甲烷浓度为50，具有明显的能源价值。为得到高质量的，具有明显的能源价值。为得到高质量的LFG，需要回收气体中的二氯化碳并去除微量杂质，该，需要回收气体中的二氯化碳并去除微量杂质，该处理过程较为困难，费用更贵。处理过程较为困难，费用更贵。（5 5）发电）发电）发电）发电
