提高高安屯衛(wèi)生填埋場填埋氣體收集效率的措施

1、提高高安屯衛(wèi)生填埋場填埋氣體收集效率的措施陸玉梅(北京市朝陽區(qū)高安屯衛(wèi)生填埋場,北京 100024摘 要:以北京市朝陽區(qū)高安屯衛(wèi)生填埋場為例,概述了其基本情況并對各導氣管網(wǎng)進行抽氣試驗 。 針對高安屯 填埋場填埋氣體產(chǎn)生量大,集中收集系統(tǒng)效率不高的問題,提出了采取對導氣管網(wǎng)進行維修或更換;在監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示 氣量過剩的區(qū)域安裝新導氣管網(wǎng);在填埋作業(yè)平面設計和修建導氣盲溝;對導氣管網(wǎng)的滲瀝液液位進行監(jiān)測;對集中 收集的導氣管網(wǎng)的氣體壓力和成分進行監(jiān)測等改進措施 。關鍵詞:生活垃圾;填埋氣體;收集效率;措施 中圖分類號:X 33; X701. 7文獻標識碼:B文章編號:1005-8206(2009 S

2、1-0005-04Measures for Improving Collection Efficiency of Landfill Gas from Gao antun Waste Sanitary Landfill SiteLu Yumei(Gao antun Waste Sanitary Landfill Site of Chaoyang District, Beijing100024Abstract :Taking Gao antun Waste Sanitary Landfill Site in Chaoyang district, Beijing, as an example, it

3、s fundamental state was summarized, and exhaustive test of gas duct network was carried out. Aiming at high output of landfill gas from Gao antun Waste Sanitary Landfill Site, low efficiency of centralized collection system, gas duct network should be maintained and changed, new gas duct network sho

4、uld be fixed in superfluous gas area, gas drain should be designed and constructed for landfill area, leachate level in gas duct network should be monitored, gas pressure and component in gas duct network by centralized collection should be monitored. These measures can improve gas collection effici

5、ency.Key words :domestic waste ; landfill gas ; collection efficiency ; measure905-1北京市朝陽區(qū)高安屯衛(wèi)生填埋場基本情況高安屯衛(wèi)生填埋場位于北京市朝陽區(qū)金盞鄉(xiāng) 高安屯村,距離北京市中心約 12km 。 該填埋場 建有 1座日處理 200t 的滲瀝液處理系統(tǒng), 1座裝 機容量 500kW 的填埋氣體集中收集發(fā)電系統(tǒng)及 其他生產(chǎn)附屬設施 。 填埋區(qū)占地面積 30hm 2,填 埋區(qū)總庫容 892萬 m 3,有效容積 811萬 m 3,填埋 場建設于相對平坦的區(qū)域,地下深度為 212m 。 填埋場基底鋪設復合防滲層,包

6、括一層 GCL (土 工合成黏土層 、 上層 HDPE 和土工材料 。 該填埋 場最終設計填埋高度為地面以上 46m 。 1. 1垃圾成分及垃圾填埋量預測垃圾的一般成分 1見表 1。 垃圾中有機成分相 對較高,屬于快速衰減型 。填埋場 2002年 12月開始消納垃圾,設計日消納垃圾 1000t ,于 2025年封場,但實際消納 垃圾量遠大于設計能力,填埋場消納垃圾量統(tǒng)計見表 2。根據(jù)填埋場規(guī)劃, 1座日處理 1600t 的生活 垃圾焚燒發(fā)電廠正在建設,該焚燒發(fā)電廠年處理 生活垃圾約 53. 6萬 t 。 填埋場直至封場的預計填 埋量見表 3。1. 2填埋氣體收集方式目前填埋氣體的收集方法主要有

7、 2種:一種 是以水平管為主的集氣系統(tǒng),即隨垃圾填埋面的 上升分層鋪設水平集氣管道,它適用于平地建造 臺形填埋場;另一種是以垂直管為主的集氣系統(tǒng), 年份 填埋量 /(萬 t/a日平均填埋量 /(t/d總量419表 220032007年高安屯衛(wèi)生填埋場垃圾填埋量年份 填埋量 /(萬 t/a2008139. 82009101. 22010116. 42011133. 3總量490. 7表 3預計高安屯衛(wèi)生填埋場垃圾填埋量城市 有機物 紙 玻璃 金屬 塑料 織物 無機廢物北京 56. 111. 83. 81. 712. 62. 811. 2上海 70. 46. 74. 10. 811. 82. 33

8、. 9大連73. 43. 42. 60. 55. 71. 612. 8表 1我國部分城市垃圾組分%環(huán)境衛(wèi)生工程Environmental Sanitation Engineering Vol.17SupplementOctober 2009第 17卷增刊 2009年 10月 ·5·環(huán)境衛(wèi)生工程 第 17卷集氣系統(tǒng)和填埋作業(yè)不交叉進行,不會影響填埋 作業(yè),并且填埋場內垃圾的不均勻沉降對系統(tǒng)影響較小 。 此系統(tǒng)又分為垃圾單元封閉后鉆井下管, 和在填埋垃圾之前預埋設垂直集氣管,且隨著填 埋垃圾增高而增高的 2種方式 。 高安屯衛(wèi)生填埋場采用預埋設垂直集氣管的 收集方式,采用三角形

9、相間布置安裝,垂直導氣 井布置如圖 1所示 。 集氣井的布置間距為 50m 。 集氣井直徑 1000mm ,內設直徑 100mm HDPE 導氣花管,管子從底部到距場表面 35m 處的管 壁上開啟小孔或小縫;在井內管四周環(huán)狀空間裝 填直徑 40mm 的碎石 。1. 3填埋氣體集中收集發(fā)電系統(tǒng)高安屯衛(wèi)生填埋場填埋區(qū)共設 130個垂直導 氣管網(wǎng), 2007年 7月,有 52個導氣管網(wǎng)經(jīng)過集 中收集,由被動排放改成主動收集,并以 5個集 氣站為中心呈輻射式 、 通過掩埋水平支管建設 。 一期現(xiàn)有系統(tǒng)和二期計劃擴容示意參見圖 2。 圖 3介紹了一般氣井和集氣站的標準構造 。收集的填埋氣體通過 1條直徑

10、 250mm 的地 下 HDPE 管由 1套設計容量 2000m 3/h的風機輸送至預處理系統(tǒng),填埋氣體經(jīng)過預處理系統(tǒng)去除 水分 、 硫化氫 、 顆粒和其它雜質,然后輸送至發(fā) 電機組或火炬 。 現(xiàn)有發(fā)電機組設計容量 537kW ,需 315m 3/h的填埋氣體滿負荷運行,剩余氣體輸送至 1臺封 閉式火炬 (設計容量 1500m 3/h 燃燒 。 發(fā)電供 滲瀝液處理車間使用 。 未安裝收集系統(tǒng)的區(qū)域填埋氣體主要由被動 排放口排放 。 被動排放口深至填埋場底部,并在 頂部安裝單體點燃器 。 現(xiàn)共有 68個導氣管網(wǎng)安裝 了單體點燃器,其位置參見圖 2。 2填埋氣體抽氣試驗 2. 1試驗目的測量主動抽

11、氣時負壓與流量關系;測量抽取填埋氣體的可持續(xù)甲烷含量;測量抽取填埋氣體 的氧含量以檢查填埋覆蓋中是否有空氣滲透;為 論證填埋氣體收集預測提供依據(jù) 。 2. 2試驗時間2007年 7月,北京地區(qū)處于高溫多雨季節(jié), 填埋場填埋氣體在這段時間達到產(chǎn)氣高峰,有利 于試驗和更好地提供試驗數(shù)據(jù) 。 2. 3試驗主要采用設施和設備 1 52個垂直抽氣井 (A 1號至 A 10號, B 1號 至 B 9號, C 1號至 C 9號, D 1號至 D 8號, E 1號 至 E 8號及 F 1號至 F 8號氣井。 這些氣井均由被 動排放口改造而成,并貫穿垃圾體整體厚度 。2 1臺現(xiàn)有風機,設計容量 2000m 3/

12、h。 3 1臺現(xiàn)有火炬,設計容量 1500m 3/h(50%甲烷 。4 現(xiàn)有水平管 、 集氣站 、 井頭及允許調節(jié)系 統(tǒng)及單井負壓和流量的流量控制閥氣體質量 、 流 量和壓力監(jiān)測設備 。 氣體質量 (甲烷 、 二氧化碳 、 氧氣和平衡氣體 和溫度的測量是采用 Geotech -nical Instruments GEM-2000紅外分析儀;采用德 威爾壓差計進行靜壓測量;流速測量是采用畢托 管及火炬站的流量計進行 。5 抽氣試驗將氣體監(jiān)測口安裝于每個氣井, 為操作方便起見,監(jiān)測口安裝于集氣站之上而不 是每個井頭之上 。6 挖掘了 1個深 1. 5m 通道,以便進入填 埋場和風機之間 、 風機和

13、火炬之間的地下進氣管 /抽氣井抽氣作用范圍50m圖 1抽氣井局部布置示意往鼓風機及火炬第一期 第二期第二期圖 2氣體管理系統(tǒng)示意氣井 鋼管道 HDPE 管 封閉罩閥門 膜上放置沙包 垃 圾填埋深度底層防滲膜碎石層垃圾壓實土 軟管 壓實 土 新 安 裝 的 檢 測 口 包 括 氣 體 濃 度 、溫 度 、 壓力 檢測 HDPE 管集氣站 閥門HDPE 管 往鼓風機 及火炬膜上放 置沙包 圖 3氣體 收集區(qū) A 氣體 收集區(qū) B 氣體 收集區(qū) C氣體收集區(qū) D 氣體 收集區(qū) E·6·增 刊 中間位置以便直接利用畢托管進行流量測量 。 2. 4試驗內容和數(shù)據(jù)分析風機流量從 650

14、m 3/h開始,利用逐步加快風機速度提升總流量,進而達到壓力和流量要求 。 每一次流量增加 100150m 3/h。 對每一步調整進行監(jiān)測直到氣井抽出的填埋氣體流量及甲烷含量 穩(wěn)定為止 。 總的來說,每天進行一回合井區(qū)監(jiān)測,在下一次調整之前將數(shù)據(jù)與上一次結果進行比較 。最大風機流量達到 1288m 3/h。根據(jù)抽氣試驗監(jiān)測結果發(fā)現(xiàn):1 監(jiān)測結果顯示風機流量提升時甲烷含量會 下降 。 甲烷含量的降低起初不明顯,但隨著試驗的進行而逐步顯著 。 當風機流量達到 1288m 3/h時,其中 5口氣井 (即 E 2、 E 3、 F 2、 F 3和 F 4號 的甲烷含量顯示中度至較大降幅 (E 3氣井甲烷

15、含 量低至 22%,而氧含量上升至 12%。 說明這些 氣井正經(jīng)歷著中度至較高空氣滲漏,這些氣井隨 后立即關閉,并在試驗余下時間里關閉這些氣井 。往風機方向和 2個 (D 6和 F 3氣井進氣管甲烷監(jiān) 測結果分別見圖 46。2 氣井靜壓隨著風機負壓加大和流速上升逐 步下降,說明填埋氣體蓄氣有所下降 。 當流量升 至 1288m 3/h時,測量的 52口氣井中 17口氣井 靜壓為 0或負壓 。 其余氣井均為正壓,說明風機 關閉之后蓄氣并沒有足夠時間回落,或應用壓力不足 。3 發(fā)現(xiàn)大多數(shù)氣井的氣質良好 、 穩(wěn)定 (即甲烷含量在 61%以上 、 氧氣含量在 0. 2%以下 。 監(jiān) 測顯示大多數(shù)氣井均

16、為 250Pa 以上的正壓, A 10、 B 9、 C 7和 D 6號氣井周圍區(qū)域尤其如此;這種現(xiàn)象說明有氣體在填埋場內累積,也說明產(chǎn)氣仍不斷在 進行中,而現(xiàn)有土壤和塑料防滲覆蓋較有效 。 測量顯示 E 排和 F 排氣井靜壓相對較低,可能由于該 區(qū)域產(chǎn)氣量較低或一期斜坡周邊覆蓋較差所致 。 3填埋氣體收集預測填埋場固體廢物在厭氧狀態(tài)下分解產(chǎn)生填埋 氣體 。 填埋氣體主要包括 40%60%甲烷,大量二 氧化碳和少量二氧化硫等其他氣體 。 填埋氣體產(chǎn) 氣率受填埋垃圾類型 、 濕度和垃圾年限影響 。 3. 1模型和參數(shù)的確定目前多種方法中比較符合實際的數(shù)學模型是 Monad 模型,此模型是基于以下假

17、設而建立的:垃圾在填埋場內的產(chǎn)氣速率很快達到高峰, 隨后 其產(chǎn)氣速率以指數(shù)規(guī)律下降 。 用公式表示垃圾在 第 t 年的產(chǎn)氣量:G t =WG0k e -kt 。 (1其中:G t 為第 t 年垃圾的產(chǎn)氣量, m 3; W 為 所填垃圾量, t ; G 0為單位質量垃圾理論最大產(chǎn)氣 量, m 3/t; k 為垃圾的產(chǎn)氣系數(shù); t 為年份 。本工程垃圾的產(chǎn)氣速率常數(shù)取 0. 1,垃圾理 論最大產(chǎn)氣量取 100m 3/t,最終產(chǎn)氣模型為:R t =10e-0. 1t 。 (2 其中:R t 為填埋氣體產(chǎn)生速率,萬 m 3/(a ·t ; t 為垃圾填埋年限 。3. 2垃圾填埋場產(chǎn)氣量預測根

18、據(jù)此模型和高安屯衛(wèi)生填埋場各年垃圾填 埋量,可計算出各年份的填埋氣體理論產(chǎn)生量, 又根據(jù)國內外的經(jīng)驗,氣體收集率一般為 60%, 則各年的實際氣體收集量見表 4。根據(jù)表 4可以得到圖 78。 4結論和建議圖 4往風機方向進氣管填埋氣體流量及甲烷濃度變化2007-07-172007-07-192007-07-212007-07-232007-07-252007-07-272007-07-29流量 甲烷 1400甲 烷 /%日期62007-07-172007-07-192007-07-212007-07-232007-07-252007-07-272007-07-29流量 甲烷1400甲 烷 /%

19、日期圖 6F 3氣井填埋氣體流量及甲烷濃度變化2007-07-162007-07-182007-07-202007-07-222007-07-242007-07-262007-07-28流量 甲烷填 埋 氣 體 流 量 /(m 3/h 甲 烷 /%日期 2007-07-30填 埋 氣 體 流 量 /(m 3/h 填 埋 氣 體 流 量 /(m 3/h 陸玉梅 提高高安屯衛(wèi)生填埋場填埋氣體收集效率的措施·7·環(huán)境衛(wèi)生工程第 17卷產(chǎn)氣量將大于 1700m 3/h,填埋場封場后產(chǎn)氣量達到最大值,即 2011年將達到最大可收集產(chǎn)氣量3500m 3/h,之后逐年減少,至 2030年

20、衰減為 523m 3/h。通過填埋場現(xiàn)場試驗得出:2007年,填埋場 最大穩(wěn)定收集量為 1288m 3/h,而當年填埋氣體 可收集的產(chǎn)氣量為 1782m 3/h。以上兩者比較發(fā)現(xiàn):填埋場實際收集量達到 可收集氣量的 72%,可以通過采取一定措施提 高 。收集效率的影響因素包括集中收集系統(tǒng)的風 機最大流量;填埋區(qū)內覆蓋面的嚴密程度;垃圾 成分和填埋堆體內垃圾水分;填埋作業(yè)的壓實密 度 。根據(jù)試驗情況和數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析,提出如下建 議:1 隨著填埋場建設的不斷推進,填埋氣體收 集發(fā)電項目的不斷擴建,氣體收集系統(tǒng)的風機流 量將不斷增加,建議增加至 3500m 3/h,并增加 發(fā)電機組裝機容量,充分利用填

21、埋氣體,實現(xiàn)循 環(huán)經(jīng)濟,有效實現(xiàn)碳減排 。2 對集中收集的導氣管網(wǎng)的氣體壓力和成分 進行監(jiān)測,以利于采取措施,改善填埋氣體收集 效率 。3 對導氣管網(wǎng)的滲瀝液液位進行監(jiān)測,隨時 掌握填埋堆體內水位,合理控制水分含量,為更 好 、 更大量的產(chǎn)生填埋氣體提供濕度保障 。4 在填埋作業(yè)平面設計時考慮修建導氣盲 溝,增加填埋氣體橫向收集方式,提高豎井導氣 效率 。5 在監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示氣量過剩的區(qū)域安裝新的 垂直導氣管網(wǎng),提高可收集填埋氣體的豎井數(shù)量, 進而提高導氣效率 。6 對導氣管網(wǎng)進行維修或更換,保證導氣管 網(wǎng)的通暢和密閉 。參考文獻1李國建,趙愛華,張益 . 城市垃圾處理工程 M . 北京:科學出

22、版社, 2003. 2趙由才,龍燕,張華 . 生活垃圾衛(wèi)生填埋技術 M . 北京:化學工業(yè)出 版社, 2004.3欒智慧,王樹國 . 垃圾衛(wèi)生填埋實用技術 M . 北京:化學工業(yè)出版社, 2004.4沈東升 . 生活垃圾填埋生物處理技術 M . 北京:化學工業(yè)出版社, 2003.作者簡介:陸玉梅 (1980 ,工程師,主要從事垃圾衛(wèi)生填埋場技術管 理與研發(fā) 。表 420082030年高安屯衛(wèi)生填埋場甲烷計算產(chǎn)生量年份 垃圾填埋量 /(萬 t/a總計填埋氣體排放量 /(萬 m 3/a可收集的氣量 /(萬 m 3/a200471. 7648. 770200585. 91364. 290200697. 72118. 4802007116. 52971. 021782. 612008139. 83953. 252371