城市垃圾填埋氣的產生、控制與利用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢
0 引言
城市生活垃圾(Municipal solid waste)是在城市日常生活及為城市生活提供服務的活動中產生的固體廢棄物，是城市環(huán)境的主要污染物之一。隨著我國社會經濟的發(fā)展，城市人口的增加以及人民生活水平的提高，城市生活垃圾的產量也迅速地增加。目前，我國城市生活垃圾產量已達1.5億噸Π年左右，歷年堆存量達60多億噸，預計城市垃圾產量還將以8%～10%的速度遞增[1]。生活垃圾污染問題已成為一個十分嚴峻的社會及環(huán)境問題。
表1三種垃圾處理方法對比表
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縱觀全球城市生活垃圾處理技術現(xiàn)狀，可以發(fā)現(xiàn)，焚燒、堆肥、填埋等是目前常見的處理方式。表1是這三種垃圾處理方式的優(yōu)缺點[2]。從表1中可以看出，盡管填埋法也有其自身的缺點，如選址困難，占地面積大，產生的滲瀝液(leachate)與填埋氣(LFG)會產生二次污染等，但是它投資省，處理費用低，處理量大，回收填埋氣可有一定經濟效益等優(yōu)點，而且是城市生活垃圾的最終處置方式，也是焚燒、堆肥等處理技術不可或缺的重要組成部分。填埋法是目前世界上包括英、美等許多國家城市生活垃圾處理的主要方法。根據我國《城市生活垃圾污染防治技術政策》，加上社會財力、技術水平等影響，填埋在很長一段時間內也將是我國城市生活垃圾處理的主要方式和最終手段。
1 垃圾填埋氣(LFG)的產生
垃圾填埋場里發(fā)生著一系列龐雜的物理、化學及生物反應，這些反應持續(xù)時間很長，一般要幾十年甚至上百年。研究表明，盡管這些反應既龐雜而又漫長，但是垃圾填埋降解過程大致可以分為5個階段[3]，即Ⅰ.初期調整階段(Initial adjustment)；Ⅱ.過渡階段(Transition phase)；Ⅲ.酸化階段(Acid phase)；Ⅳ.甲烷發(fā)酵階段(Methane fermentation)及Ⅴ.成熟階段(Maturation phase)。圖1為垃圾填埋降解過程5個階段的劃分。
2垃圾填埋氣(LFG)的控制
控制系統(tǒng)的作用是減少填埋氣向大氣的排放量和在地下的橫向遷移，并回收利用甲烷等氣體。工程上對填埋氣的控制手段主要有兩種：被動型和主動型。
被動型氣體控制是利用填埋場內部產生氣體的壓力和濃度梯度，將氣體導排入大氣或控制系統(tǒng)。對于填埋場主要氣體和微量氣體，被動控制是在主要氣體大量產生時，為其提高滲透性的通道，使氣體沿設計的方向運動。例如通過由透氣性較好的礫石等材料構筑的氣體導排通道，填埋場內產生的氣體被直接導入大氣、燃燒裝置或氣體利用設備，它適于頂部、周邊及底部防透氣性能較好的填埋場或僅考慮防止氣體向周邊土壤遷移的填埋場。被動型控制只解決了部分環(huán)境問題，如減少爆炸的危險、防止填埋氣壓力釋放損壞防滲層及阻斷LFG的地表遷移等，尚不能滿足對氣體進行充分回收和利用的要求。
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圖1垃圾填埋降解過程5個階段劃分
主動型氣體控制是通過空氣泵等耗能設備創(chuàng)造壓力梯度來收集氣體，收集的氣體可進行利用，也可直接燃燒。收集系統(tǒng)又可分為垂直收集系統(tǒng)和水平收集系統(tǒng)。垂直收集系統(tǒng)一般在填埋場大部分或全部填埋完成以后，再進行鉆孔和安裝，適于分區(qū)填埋的填埋場；而水平收集系統(tǒng)在填埋過程中即進行分層安裝，適于分層填埋的填埋場和山谷型自然凹陷的填埋場。主動型氣體控制系統(tǒng)的關鍵是根據收集井的影響范圍確定系統(tǒng)的布設，保證填埋場內各部分氣體盡可能完全地被回收。
3垃圾填埋氣(LFG)的利用
填埋氣利用方式的確定，需要綜合考慮多方面的因素，包括：填埋氣的產生量與產氣速率，利用方式的經濟可行性，填埋場內部及周邊地區(qū)的能源需求及使用條件等。綜合國內外利用現(xiàn)狀，目前主要有以下幾種利用方式：
(1)做燃氣使用。一種是作為燃氣本地使用，要求甲烷最低濃度為35%，場內使用適于有較大能源需求的填埋場，特別是已經使用天然氣的填埋場。另一種是輸入燃氣管道，經過干燥和過濾等凈化處理過程，使甲烷濃度達到95%以上，要求燃氣管道距填埋場較近，并有接收氣體的能力[4]。
(2)發(fā)電。LFG可用于內燃機或氣輪機發(fā)電，要求甲烷濃度在40%以上，且必須去除填埋氣中的水分和H2S等雜質，控制焚燒溫度，以防產生腐蝕和化學反應。從1996年起，荷蘭填埋場氣體的利用量為每年1.15億m3，大部分(約8000萬m3)用于25個發(fā)電機組進行發(fā)電，其發(fā)電量150兆瓦時，可以滿足約5萬個荷蘭家庭的用電量[5]，其經濟效益和環(huán)境效益明顯。
(3)作化工原料。LFG中的CH4和CO2可通過物理、化學吸附方法及膜分離法加以分離，分離出的組分可用作化工原料。隨著未來科技的快速進步，以下幾方面都是利用垃圾填埋氣的很有前景的方法：①新型高效垃圾填埋氣燃燒發(fā)電機和發(fā)電系統(tǒng)開發(fā)及優(yōu)化運行。②新型高效垃圾填埋氣火炬燃燒系的開發(fā)及優(yōu)化運行。③垃圾填埋氣提純工藝(如變壓附、膜分離)等的研究。④垃圾填埋氣燃燒熱能用于埋場滲濾液蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)的開發(fā)。
參考文獻略
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