垃圾填埋场气体的收集与处理

1、 8 煤气与热力1998年3月垃圾填埋场气体的收集与处理（深圳市市政工程设计院深圳518028）（深圳市燃气集团）就垃圾填埋场可燃气体的产生、气体的成分及浓度、气体收集的重要性、产气量的 估算方法以及气体的收集系统、气体的处理方法进行了详细论述。为今后垃圾填埋场的 设计、施工提供依据为垃圾填埋场运行及封场后气体的处理提供参考。垃圾填埋场可燃气收集垃圾处理TU9961994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 8 煤气与热力1998年3月1994-2010 China Acad

2、emic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 8 煤气与热力1998年3月随着我国经济的不断发展许多城市都在向国 际化大都市迈进，在经济高速发展的同时环境也 越来越引起人们的关注和重视,创造一个整洁、优 美的工作环境和生活环境是一个现代化城市的重 要标志之一收稿日期：1997- 05 - 20 O垃圾是伴随着人类的生产、生活而产生的随 着工业化和城市化的推进城市人民的物质文化水 平日益提高垃圾的产量和成份也迅速増加和变 化。在当今世界上处理垃圾的难度越来越大.给 城市的发展和管理带来了新的困难直接或间接地 影响着生

3、态环境对居民的健康和生存构成了严重 威协，在工业发达国家（如日本）人均垃圾产量每 天已达2.5 kg左右.即使是发展中国家（如中国深 圳）人均垃圾产量每天也达0.71.2 kg.座百 万人口城市每天要产生上千吨垃圾.其处理难度是 可想而知的。我国城市垃圾的处理方法目前还比较落后其 主要方法是填埋约占整个垃圾处理方法的95 % 以上焚烧仅占很少部分且仅在少数几个城市实 行（如深圳市）。因此.垃圾填埋场可能产生的污染 问题、爆炸问题应引起我们足够的重视，目前我国 所采用的填埋方法基本上是随意堆放的方法未经 无害化处理。在填埋过程中，由于厌氧分解产生大 量的甲烷气体如果不加以收集处理就会发出臭味 并

4、可能产生火灾危险。本文着重对垃圾填埋场气体的收集系统及处 理系统进行论述以解决垃圾填埋场在封场后可能 发生的火灾危险。2填埋场气体的产生城市生活垃圾包括居民家庭、道路清扫（包括 果皮箱收集）、商业营业垃圾（包括菜场垃圾）、企事 业单位（包括机关、学校、医院）、以及需天公共场所 等产生的垃圾.亦有一部分工业垃圾和建筑垃圾混 杂其中。因此在投入填埋场的垃圾中含有相当丰 富的有机物质。通常家庭垃圾中，含有马铃薯皮、 水果皮、食物残渣、菜叶、纸张、毛皮等有机物。庭 院垃圾中也含有一定数量的有机物质。垃圾一旦进入填埋场微生物的分解过程就开 始了。第一步是好氧分解消耗填埋场中的氧气. 产生大量的热。第二步

5、进行厌氧分解.产生沼气. 其组成见表1。作为垃圾本身的生物厌氧降解过程其最终产 物主要是co2和ch4 0垃圾被填埋的初期有机物 分解产生的废气主要是co2 经过一段时间以后, 气体中的甲烷成分逐渐上升，产气高峰一般要在垃 圾填埋35年之后才出现，而废气中CH,含量较 高时会引起爆炸（空气中C比的爆炸极限范围是5 15 V%0因此，做好填埋场气体的收集处理是一 项很重要的工作。气体成分和浓度随填埋年限和 垃圾成分的不同而变化。其主要成分随时间的变 化见表2。代体名称分于式浓度甲焼ch4085 V熒二氧化碳CO,085 V%一氧化碳co2.8 V%氨NHi00.35 X10 6氢H203.6 V

6、6；氧O、*0-31.6 ，氮N20-82.5 V%硫化氢h2s075 V%ACETACHaCHO150 X10 -6ACETOc2h6co100 X10 6苯C6He0.08 V %Ar0.01 V%HEPTAC7H160.45 V%甲苯C6H5CHj0.09 V%2完工时问03612182430364（月）3612182430364248ch4 V%52129404647514748co2 V%887465525251465050N： V%5.23.00.41.00.40.21.30.90.4气管、排洪沟等设施进行了垃圾的碾压和覆土. 于1984年正式启用.成为一个准卫生填埋场目 前容量已

7、接近饱和年底即将封场。该垃圾场位 于一个山谷地带，四周地势较高产生的沼气不易 很快扩散而且易燃、易爆、有毒的气体长期自然排 放不仅存在着严重的环境污染而且还存在着爆 炸的危险。玉龙坑垃圾填埋场由于设计没有安装 排气管.垃圾填埋后所产生的气体自然排出为了 减少其危害程度J984年増设了排气设施但由于 设计不规范，而且垃圾覆土过程中推土机将部分 导气管推弯，使导气管出现倾斜甚至断裂的现象， 直接影响了填埋场的排气效果,一旦引起火灾就 会引起填埋场沼气爆炸,后果不堪设想，因此，对填 埋场封场后排气制订切实可行的方案.对减少隐 患改善环境将有着十分重要的意义。填埋场气体的量及其成分主要取决于填埋垃 圾

8、的种类与数量所采用的地面处理方法、填埋深 度、填埋场温度和填埋场实际使用年限等因素。填 埋初期第一和第二阶段（历时1年左右）主要成 分是二氧化碳、氮、少量氢、一氧化碳和氧：第三阶 段（历时2年）是甲烷发酵的不稳定期.主要成分是 二氧化碳和甲烷产生量也较少；第四阶段为稳定 的废气产生期主要成分是甲烷和二氧化碳，（历时 2030年）.一般第1516年为产气高峰.本阶段 属气体回收利用期。垃圾场沼气产生量曲线如图图1垃圾场沼气产生量曲线1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved,

9、8 煤气与热力1998年3月1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 8 煤气与热力1998年3月3深圳垃圾填埋场深圳市玉龙坑垃圾填埋场是市区垃圾处理的 最终消纳场所占地面积6. 12公顷,该填埋场建于 1980年投入运行时为裸堆.后经扩建并増设了排3t/y年代198419851986198719881989垃饭量187 600131 400142 350147 460168 265243 734年代199019911992199319941995垃饭量1282 4203

10、20 000429 000430 405454 425518 6651994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 第18卷第2期煤气与热力9以玉龙坑垃圾场为例该填埋场于1984年开 始启用据资料统计市区垃圾量见表3。除玉龙坑垃圾填埋场以外深圳市垃圾综合处 理厂自1988年投产以来.日焚烧垃圾量约200 t, 到1995年底.共焚烧垃圾5 X104t ,因此.除去烧掉 的垃圾.其余约4 X10 1 垃圾填埋场内产生的气体借压差流向特定的 气体收集井从收集井通过气体收集管引至集气

11、 柜.气体由集气柜输往气体收集站。根据废气的不 同用途进行净化处理。气体的收集通过设置于填埋场竖井中垂直带 孔管道收集竖井每隔4050 m设置一个，每3 5个收集井设置一个集气柜组成一组输送系统, 每个集气柜设有独立的管道接至收集站。集气柜 可以互组联通以便处理故障和检修。为有效地抽出井中气井里应保持约20 kPat ,5 X106 m啲垃圾均进入了 玉龙坑填埋场。据美国城市固体垃圾管理及填埋技术漏道: 在1215年的填埋期间里.每公斤固体垃圾可以 回收0.0989-0. 1483 m3的甲烷。与美国相比.玉 龙坑垃圾填埋场中有机垃圾含量极少.而沼气是通 过有机物的发酵产生的，因此产气量也较以

12、上指标 低.考虑到填埋场已使用十年填埋场的沼气产气 率约为每公斤固体垃圾可以回收0.05 ml回收期 15年.产气量计算公式如下：Q = 1000 Xg Xw /（365 X24 Xy） （m3/h） 式中：g每公斤固体垃圾回收气量（m'/kg）;w-Bt圾填埋总量（I）;y回收期限（年）。则玉龙坑填埋场沼气的小时产量为：Q = 1000 X0.05 X400 Xl04 /（365 X24 X25）= 913 （m3/h）考虑将这些气体由预埋的排气设施集中导出 送至沼气处理设施集中处理后.送入环卫综合处理 厂对其综合利用。5气体收集系统的负压.并以此考虑管道设计和设备的选择。地下 沼气

13、收集井如图2所示。竖井中的吸引管用高密度聚乙烯制造直径 100150 mm,吸引管上有透气的小孔.垂直安装 在直径为0. 5 m的竖井中.为防止其客观存在气体 渗透进入填埋场表层，吸引管上部3 m没有小孔, 为增加吸收面积吸引管周围装有过滤砾石。废气 收集系统如图3所示。S3腹*收隼系统示意图1T攵隼井（竖井）：2气柜：3 t召气收隼管；4 一舉代管.5 T2制站:6 T枚車站来自竖井中的气体含有水蒸汽所以水平管道 应逐渐向竖井方向倾斜以便使冷凝液返回竖井. 在一些管道的最低点，设置了冷凝水收集装置。（下转第20页）6气体处理（2）确定真空引水罐容积一般来说真空引水罐均制成圆柱形吸水管的 直径

14、应该大于泵的进口直径真空罐的直径一般可 取为吸水管管径的56倍。计算时.根据确定的最 大吸程高度按照图I所示结构先假定引水罐的内 径和吸水管的吸水高度。根据理想气体状态方程 P V =凡，其中凡即为当地的大气压力，巾 即为泵起动前引水罐内所封闭的空气体积。当泵起 动后，引水罐内水位下降，空气体积增大为V2 ,则 由公式= P Pi可以确定完成正常引水过 程时引水罐的最小体积。考虑到输送的烟道水温度 高.汽化压力大.确定引水罐容积时.保证了足够的 蓄水量。另外由于吸水真空度影响引水罐还应有 一定的强度。（3）管路市置一台水泵宜设单独的引水罐.吸水管路上不设 调节阀门尽量减少吸水管路上的弯头和法兰

15、真空 罐与离心泵、吸水管等法兰连接处必须密封良好以 确保真空度。进水管和溢流管上的阀门最好采用密 封性能好的球阀，以免漏气。4根据烟道积水温度高酸性大.我们选用了 IH 化工耐腐蚀泵.型号为IH50- 32 - 125 其相关性能 参数为:流量12.5 m3/h,扬程20 m.允许汽蚀余量 2 mo真空引水罐为厚6 mm钢板制作内径为 DJV300 mm .高度为650 mm。水泵安装在烟道积水 井旁的泵坑内如图2所示。图2烟道水泵安装图I朱吕通等现代灭火设施北京水力电力出版tt- 1984> 1994-2010 China Academic Journal Electronic Pub

16、lishing House. All rights reserved, 第18卷第2期煤气与热力9> 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 第18卷第2期煤气与热力9（上接第9页）填埋场内的气体通过收集设施导出地面其处理 方法有如下两种。（1）直接燃烧将填埋场内的沼气导出地面后进行直接燃烧是 一种常用的传统处理方法。这种方法在较小的填埋 场中适用即所收集到的气体不足以利用而采用就 地焚烧的方法。（2）综合利用将收集到的气体.经过抽送机送往净化处理设 施进行净化、储存，再经过加压、冷凝后送往用户, 废气收集处理应用流程见图4。这种处理方法适用于产气量较大的填埋场，它可 以有效地利用沼气的能量又可以减少填埋场气体污 染环境及爆炸的危险性。> 1994-2010 China Academic Journal Electroni