城市垃圾填埋气的产生、控制与利用现状与发展趋势
0 引言
城市生活垃圾(Municipal solid waste)是在城市日常生活及为城市生活提供服务的活动中产生的固体废弃物，是城市环境的主要污染物之一。随着我国社会经济的发展，城市人口的增加以及人民生活水平的提高，城市生活垃圾的产量也迅速地增加。目前，我国城市生活垃圾产量已达1.5亿吨Π年左右，历年堆存量达60多亿吨，预计城市垃圾产量还将以8%～10%的速度递增[1]。生活垃圾污染问题已成为一个十分严峻的社会及环境问题。
表1三种垃圾处理方法对比表
 |
纵观全球城市生活垃圾处理技术现状，可以发现，焚烧、堆肥、填埋等是目前常见的处理方式。表1是这三种垃圾处理方式的优缺点[2]。从表1中可以看出，尽管填埋法也有其自身的缺点，如选址困难，占地面积大，产生的渗沥液(leachate)与填埋气(LFG)会产生二次污染等，但是它投资省，处理费用低，处理量大，回收填埋气可有一定经济效益等优点，而且是城市生活垃圾的最终处置方式，也是焚烧、堆肥等处理技术不可或缺的重要组成部分。填埋法是目前世界上包括英、美等许多国家城市生活垃圾处理的主要方法。根据我国《城市生活垃圾污染防治技术政策》，加上社会财力、技术水平等影响，填埋在很长一段时间内也将是我国城市生活垃圾处理的主要方式和最终手段。
1 垃圾填埋气(LFG)的产生
垃圾填埋场里发生着一系列庞杂的物理、化学及生物反应，这些反应持续时间很长，一般要几十年甚至上百年。研究表明，尽管这些反应既庞杂而又漫长，但是垃圾填埋降解过程大致可以分为5个阶段[3]，即Ⅰ.初期调整阶段(Initial adjustment)；Ⅱ.过渡阶段(Transition phase)；Ⅲ.酸化阶段(Acid phase)；Ⅳ.甲烷发酵阶段(Methane fermentation)及Ⅴ.成熟阶段(Maturation phase)。图1为垃圾填埋降解过程5个阶段的划分。
2垃圾填埋气(LFG)的控制
控制系统的作用是减少填埋气向大气的排放量和在地下的横向迁移，并回收利用甲烷等气体。工程上对填埋气的控制手段主要有两种：被动型和主动型。
被动型气体控制是利用填埋场内部产生气体的压力和浓度梯度，将气体导排入大气或控制系统。对于填埋场主要气体和微量气体，被动控制是在主要气体大量产生时，为其提高渗透性的通道，使气体沿设计的方向运动。例如通过由透气性较好的砾石等材料构筑的气体导排通道，填埋场内产生的气体被直接导入大气、燃烧装置或气体利用设备，它适于顶部、周边及底部防透气性能较好的填埋场或仅考虑防止气体向周边土壤迁移的填埋场。被动型控制只解决了部分环境问题，如减少爆炸的危险、防止填埋气压力释放损坏防渗层及阻断LFG的地表迁移等，尚不能满足对气体进行充分回收和利用的要求。
 |
图1垃圾填埋降解过程5个阶段划分
主动型气体控制是通过空气泵等耗能设备创造压力梯度来收集气体，收集的气体可进行利用，也可直接燃烧。收集系统又可分为垂直收集系统和水平收集系统。垂直收集系统一般在填埋场大部分或全部填埋完成以后，再进行钻孔和安装，适于分区填埋的填埋场；而水平收集系统在填埋过程中即进行分层安装，适于分层填埋的填埋场和山谷型自然凹陷的填埋场。主动型气体控制系统的关键是根据收集井的影响范围确定系统的布设，保证填埋场内各部分气体尽可能完全地被回收。
3垃圾填埋气(LFG)的利用
填埋气利用方式的确定，需要综合考虑多方面的因素，包括：填埋气的产生量与产气速率，利用方式的经济可行性，填埋场内部及周边地区的能源需求及使用条件等。综合国内外利用现状，目前主要有以下几种利用方式：
(1)做燃气使用。一种是作为燃气本地使用，要求甲烷最低浓度为35%，场内使用适于有较大能源需求的填埋场，特别是已经使用天然气的填埋场。另一种是输入燃气管道，经过干燥和过滤等净化处理过程，使甲烷浓度达到95%以上，要求燃气管道距填埋场较近，并有接收气体的能力[4]。
(2)发电。LFG可用于内燃机或气轮机发电，要求甲烷浓度在40%以上，且必须去除填埋气中的水分和H2S等杂质，控制焚烧温度，以防产生腐蚀和化学反应。从1996年起，荷兰填埋场气体的利用量为每年1.15亿m3，大部分(约8000万m3)用于25个发电机组进行发电，其发电量150兆瓦时，可以满足约5万个荷兰家庭的用电量[5]，其经济效益和环境效益明显。
(3)作化工原料。LFG中的CH4和CO2可通过物理、化学吸附方法及膜分离法加以分离，分离出的组分可用作化工原料。随着未来科技的快速进步，以下几方面都是利用垃圾填埋气的很有前景的方法：①新型高效垃圾填埋气燃烧发电机和发电系统开发及优化运行。②新型高效垃圾填埋气火炬燃烧系的开发及优化运行。③垃圾填埋气提纯工艺(如变压附、膜分离)等的研究。④垃圾填埋气燃烧热能用于埋场渗滤液蒸发浓缩系统的开发。
参考文献略
使用微信“扫一扫”功能添加“谷腾环保网”
