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1、垃圾填埋气产量的估算与勘测*摘要：针对某垃圾填埋场，采用理论模型对填埋气总产量和年产气量进行了计算，结果表明 以600m3/h的抽气量进行利用，可使用10年以上，具有很好的利用前景。在此基础上，利用开发 出的填埋气测试装置，进行了单井抽气能力的测试，通过长达半年的连续抽气运行实验，单井抽 气流量可以稳定在40m3/h，为工程设计提供了良好基础。关键词：垃圾填埋气，产气量，估算，测试1 前言垃圾填埋气是一种可再生能源，甲烷含量高，热值与城市煤气相当，约为天然气热值的一半， 具有很好的利用价值，因此在治理垃圾填埋气污染的同时，往往对其进行能源利用工作，以达到 变废为宝、实现双赢的目的1。垃圾填埋气
2、的污染治理与能源利用有多种技术方式，如火炬燃烧、 锅炉燃烧、灶具燃烧、内燃机燃烧发电、分离提纯等，其中被普遍看好的应用方式是用于发电。 填埋气发电在国内已有成功应用，如杭州天子岭垃圾填埋场发电工程、南京水阁垃圾填埋场发电 工程，但上述工程都是在世行贷款部分资助下采用国外技术建设的，国内目前还处于缺乏应用技 术和运行管理经验的状况。针对与此，论文作者经过大量的前期研究2，共同进行填埋气发电技 术开发及工程建设工作，以推动此领域在国内的发展，本文介绍了上述工作中有关填埋气产量估 算和勘测的部分内容，以供参考。2 填埋场情况简述某垃圾填埋场占地316.34亩，分为一号、二号两个库区。一号库区始填埋于
3、1991年，收集 城市生活垃圾的覆盖人口为150万，该区占地10万平方米，呈山谷形状，底部面积为6万平方米。 填埋区内日平均堆填垃圾500吨，已倾倒的垃圾总量为165万立方米，垃圾密度为0.8-0.9t/m3, 垃圾总重量为132万吨。该区已于2003年底封场，同时启用毗邻的二号填埋库区。对于已封场的一号库区，准备开展填埋气发电利用工作。在工程设计的前期，需要对填埋气 的产气能力进行评估，以确定发电机组容量、利用方式和使用年限等关键数据，为此我们首先进 行了产气量的理论计算，并在现场打井进行了长期的产气能力测试。3 填埋气产气量的理论估算由于填埋气中的利用成分是甲烷，所以在实际计算时，对甲烷总
4、产量及年产量进行预测计算。3.1 甲烷气总产量计算采用国际上通用的IPCC模型计算总产气量，该模型的计算公式如下3：E= MSW xn x DOC x r x (16/12) x 0.5CH4式中：ech4垃圾填埋场的甲烷总排放量(t),msw城市垃圾量(t), n城市垃圾填埋率CH4(%)DOC垃圾中可降解有机碳的含量(IPCC推荐发展中国家为15%)R垃圾中可降解有机碳的分解百分率(IPCC推荐为77%)根据以上公式计算出1t填埋垃圾可产甲烷气量为0.0771,转化成标准体积量为1t填埋垃圾可产107.8Nm3甲烷气。根据垃圾总填埋量，可得以下总产气量的计算结果。表1甲烷气总产量预测结果计
5、量单位万吨万立方米甲烷气总产量10.36214230为了检验以上计算的正确性,我们还采用化学平衡法进行了核算,其计算公式如下3：E 二 1.8667 x Rx (1-W) x P x C xnCH4CH4式中：E为1kg垃圾量转化成甲烷气体的体积(m3)CH4RCH4ch的浓度含量(%),w 含水率(%)CH44P 垃圾中的有机物含量(%), C 为有机物中的有机碳含量(%)n 转化率(%)根据实测的R、W、P、C结果，n取为0.8，由此得出每吨垃圾可产生103.7m3CH，这个计 CH44算结果与IPCC模型的计算结果基本一致。3.2 甲烷气年产量计算为了计算填埋场在不同年份里的甲烷气产气量
6、，我们选用理论动力学模型(Gardner-Probert模型)进行了计算，公式如下3：P = G 工 F(1-e-Kit)Mii式中： P单位重量垃圾时间t内的甲烷排放量，t填埋时间(a)G垃圾理论最大产气量(m3/1),取107.8 (m3/1)MFi各降解组分占有机碳的含量，K降解组分的降解系数(a-i)ii参考有关经验公式，确定产气规律如下：P = 1293.6 x 0.1139(1- e-o.693-t) + 0.8436(1 e-o.i39-t) + 0.425(1 e-o.046-t)利用上式对一号库区的产气规律进行了计算，结果分别见图1 和图 2。图 1 甲烷气的累积产气量图 2
7、 甲烷气的年产气量3.3 计算结果分析由以上两图可见，垃圾在初始填埋一年后才有可观的产气量，之后产气速率大大加快，大概 在初始填埋10年后，产气速率达到最大1000万立方米/年，之后产气速率快速下降，到30年后， 产气量已经很小了。填埋场的甲烷气总产量可达14000万立方米，在封场以后的10年内能够以 600m3/h 的抽气量进行连续利用，具有可观的经济效益价值。4 填埋气勘测填埋场内垃圾的成分、堆填状态等情况是比较复杂的，其降解过程也难以用理论模型准确描 述，因此理论计算往往只能提供参考依据，填埋场的真实产气能力还需要进行实际勘测，为此我 们开发了填埋气测试装置，并在现场进行了长期测试。4.
8、1 填埋气测试装置填埋气测试装置的工作流程见图3，为了便于在现场进行测试，整个装置做成可移动形式(见图 4)，装置内的电气和仪表部件采用了安保措施，以满足长期在野外进行连续工作的要求。图3填埋气测试装置工作流程图由于填埋场内的老井普遍发生弯曲或折断，为此在填埋场内新打了若干口抽气井，采用防腐软管将井口与测试装置进气口相连，抽气井的外观照片见图5，填埋气测试装置的外观照片见图6。图5抽气井外观照片 图6 填埋气测试装置现场照片4.2 抽气试验在抽气试验中，采用“step by step”的实验方式，即将抽气流量由小到大，寻找各个井的 产气能力。在这个过程中，不仅要进行单井的产气能力测试，还要进行
9、井间相互作用的实验（这 部分测试结果将另文交流），为最终确定抽气井的布置提供依据。我们对该井进行了长达半年的连续抽气试验，试验中每天对抽气流量、填埋气成分进行检测， 由于数据量较多，现将有代表性的测试结果分别列于图7图10中。在抽气试验的前期以30m3/h 流量进行抽气，待甲烷含量稳定后，将抽气流量提高至4 0m3/h，也获得了稳定的实验结果，达到 了工程设计中对单井产气能力的要求。图 7 试验中的抽气流量情况图 8 填埋气中的甲烷含量图 9 填埋气中的二氧化碳含量4.3 结果分析从以上各图可见，填埋气中的甲烷含量能稳定在50以上，二氧化碳含量在 40附近，表明 该井所产气体具有典型填埋气的组
10、成特征，而且氧气含量很低，说明空气泄漏进填埋场内部的量 很少，无危险隐患。这些结果证实了该垃圾填埋场内的填埋气具有很高的利用价值。5 结论（1）分别采用 IPCC 模型和 Gardner-Probert 模型对某垃圾填埋场的产气规律进行了计算。（2）开发了填埋气测试装置，进行了长达半年的单井连续抽气运行试验。（3）理论计算和试验测试结果表明填埋场内的填埋气具有很高的开发利用价值。参考文献1. 周红军，吴金贵. 垃圾填埋气的回收利用. 环境保护，2001（8）:44-462. 陈泽智，濮世贵，孙亚兵等. 垃圾填埋气测试与火炬装置的开发. 环境保护，2003（7）:20-213. 沈东升主编. 生活垃圾填埋生物处理技术. 北京:化学工业出版社，2003
