垃圾填埋氣甲烷

垃圾填埋氣甲烷一、垃圾填埋氣的產(chǎn)生垃圾填埋氣體指的是在垃圾填埋場中,被堆積或填埋的城市生活垃圾中所含的大量有機物,被微生物厭氧消化、降解所生成的氣體。填埋氣體的主要成分為CH4和CO2,此外還有一些惡臭物質(zhì)等。CH4和CO2是主要的溫室氣體,其產(chǎn)生的溫室效應(yīng)對全球環(huán)境將造成很大的影響,而其中CH4的當量體積的溫室效應(yīng)潛在值是CO2的21倍。一、垃圾填埋氣的產(chǎn)生（一）第1階段：好氧發(fā)酵階段

固體廢物進入填埋單元的開始的幾個星期，由于在填埋作業(yè)過程中，空氣充分進入垃圾內(nèi)，垃圾體供氧充分，處于好氧發(fā)酵狀態(tài)。此時，垃圾的降解過程與好氧發(fā)酵相似，垃圾中氣體的主要成分為N2、O2和CO2。

第1階段也是產(chǎn)酸階段，酸性條件為后續(xù)厭氧分解創(chuàng)造了條件。此階段所產(chǎn)生的滲濾液含有高濃度的有機物質(zhì)。一、垃圾填埋氣的產(chǎn)生（二）第2階段：厭氧發(fā)酵初始階段

當垃圾體中的氧氣消耗完后，垃圾進入?yún)捬醢l(fā)酵初始階段，該階段持續(xù)時間約為11～14天。垃圾中氣體的主要成分為N2、H2和CO2，隨著厭氧分解的進行，pH值和填埋氣產(chǎn)量都開始上升，此時也會產(chǎn)生高濃度的有機滲出液。（三）第3階段：甲烷產(chǎn)生的初始階段

第3階段為CH4產(chǎn)生的初始階段，垃圾體開始產(chǎn)生CH4氣體，并且不斷增加；隨著厭氧分解的進行，pH值和填埋氣產(chǎn)量都開始上升，此時也會產(chǎn)生高濃度的有機滲出液。一、垃圾填埋氣的產(chǎn)生（四）第4階段：甲烷穩(wěn)定產(chǎn)氣階段

第4階段為CH4穩(wěn)定產(chǎn)氣階段，氣體的主要成分為CH4和CO2；CH4穩(wěn)定產(chǎn)氣階段持續(xù)7～15年左右。在此階段，pH上升到最大值，有機滲濾液的濃度下降，填埋氣產(chǎn)量和產(chǎn)氣中的甲烷濃度升高到最大值。（五）第5階段：降解終止階段

第5階段為降解終止階段，CH4和CO2的產(chǎn)生量不斷下降，大氣滲入填埋場的垃圾層中。由于該階段厭氧降節(jié)速度減緩，垃圾體內(nèi)有機物基本降解完畢，垃圾體也趨于穩(wěn)定。

一、垃圾填埋氣的產(chǎn)生填埋氣的產(chǎn)生過程二、產(chǎn)氣量的主要決定因素

對于某一固定填埋場影響填埋氣體產(chǎn)生速率的因素包括垃圾組分、垃圾含水率、垃圾體內(nèi)溫度和缺氧狀態(tài)等等（1）垃圾體含水量與滲濾液回灌填埋場中多數(shù)有機物必須經(jīng)過經(jīng)過水解成為溶于水的顆粒才能被微生物利用產(chǎn)生甲烷，填埋場中水分的運移有助于營養(yǎng)物質(zhì)、微生物的運移，加快產(chǎn)氣。適宜產(chǎn)生甲烷垃圾體濕度范圍在50%~70%滲濾液回灌增加填埋場堆體內(nèi)的濕度，不僅可以改善滲濾液的水質(zhì)，降低滲濾液中BOD、COD及重金屬的濃度，而且可以加速填埋堆體的穩(wěn)定二、產(chǎn)氣量的主要決定因素

（2）垃圾體內(nèi)溫度填埋場中微生物的生長對溫度比較敏感，因此，填埋場產(chǎn)氣速率與溫度也有一定關(guān)聯(lián)。大多數(shù)產(chǎn)甲烷菌是嗜中溫菌，在15~45

C可以生長，最適宜溫度范圍是32~35

C，溫度在10~15

C以下時，產(chǎn)氣速率會顯著降低。（3）垃圾中的營養(yǎng)物質(zhì)成分填埋場中微生物的生長代謝需要足夠的營養(yǎng)物質(zhì)，包括C、O、H、N、P及一些微量營養(yǎng)

物質(zhì)，通常填埋垃圾的組成都能滿足要求。研究指出，當垃圾的C/N比在20/1~30/1之間時，厭氧微生物生長狀態(tài)最佳，即產(chǎn)氣速率最快。垃圾中的有機質(zhì)越多，生物氣體的產(chǎn)量就越高。食品垃圾分解時，生物氣體的甲烷含量達70%以上。有毒垃圾和工藝垃圾會降低甲烷的產(chǎn)量。二、產(chǎn)氣量的主要決定因素

（4）微生物量填埋場中與產(chǎn)氣有關(guān)的微生物主要包括水解微生物、發(fā)酵微生物、產(chǎn)乙酸微生物和產(chǎn)甲烷微生物四類[34]，大多為厭氧菌，在氧氣存在狀態(tài)下，產(chǎn)氣會受到抑制。大量研究表明，將污水處理廠污泥與垃圾共同填埋，可以引入大量微生物，顯著提高產(chǎn)氣速率，縮短產(chǎn)氣之前的停滯期。

（5）pH值填埋場中對產(chǎn)氣起主要作用的產(chǎn)甲烷菌適宜于中性或微堿性環(huán)境，因此，產(chǎn)氣的最佳pH范圍為6.6~7.4。當pH值在6~8范圍以外時，填埋產(chǎn)氣會受到抑制。三、填埋氣體產(chǎn)量預(yù)測

按照LFG產(chǎn)生方式的不同，產(chǎn)氣量計算方法有化學平衡法、生物降解法、總有機碳法和纖維素含量估算法等。目前應(yīng)用最多的是美國環(huán)保總署（USEPA）提出的經(jīng)驗公式：L0

為最大理論產(chǎn)氣量，m3/t；R為垃圾填埋場的平均處理能力，t/a；k為產(chǎn)生率常數(shù)，1/a；c為垃圾填埋場使用年限，a；t為垃圾填埋場運行以來的時間，a。甲烷發(fā)酵：

理論產(chǎn)氣量和原料碳氮比計算

理論產(chǎn)甲烷量E=0.37A+0.49B+1.04CL/g發(fā)酵原料理論產(chǎn)CO2量D=0.37A+0.49B+0.364CL/g發(fā)酵原料每克發(fā)酵原料中脂類化合物的重量，g每克發(fā)酵原料中碳水化合物的重量，g每克發(fā)酵原料中蛋白質(zhì)的重量，g四、填埋氣體安全控制與回收利用

（一）填埋氣體安全控制

垃圾填埋氣體（LFG）是由CH4、CO2和N2為主要組分的混合氣體。CH4是一種溫室氣體，在全球氣候變暖過程中所起的作用僅次于CO2而據(jù)第二位。CH4對臭氧層的破壞作用是CO2的20倍。 CH4也是一種無色、無味的易燃氣體。當CH4在空氣中的濃度達到5~15%時，遇到火種容易發(fā)生爆炸。 LFG中還含有H2S等上百種不同的微量氣體。氣體中含有的某些刺激性成份（H2S），會被上呼吸系統(tǒng)粘膜產(chǎn)生的分泌液吸收，刺激波狀纖毛。如果這種情況反復(fù)發(fā)生的話，就有可能發(fā)生細胞變異。填埋氣體安全控制與回收利用（二）填埋氣體安全控制

由于LFG中的CH4含量通常在55%左右，是一種可資利用的燃料氣體。根據(jù)美國的經(jīng)驗，在容量100萬m3以上的固體廢物填埋場進行LFG回收利用是可以獲利的。垃圾容量在200萬m3以上的填埋場，LFG回收利用則可以獲得較大的經(jīng)濟效益。

五、填埋氣的收集1、被動收集系統(tǒng)適用于垃圾填埋量不大、填埋深度淺、產(chǎn)氣量較低的小型城市垃圾填埋場（<40000m3），被動收集系統(tǒng)包括被動排放井和管道、水泥墻和截留管等。2、主動收集系統(tǒng)適用于大型填埋場系統(tǒng)包括抽氣井、集氣/輸送管道、抽風機、冷凝液收集裝置、氣體凈化設(shè)備及填埋氣利用系統(tǒng)（如發(fā)電系統(tǒng)）。生活垃圾填埋甲烷排放現(xiàn)狀

全世界城市生活垃圾：7.2億t/a（中國1.5億t/a），80％以上衛(wèi)生填埋或簡易堆放填埋場產(chǎn)生CH4占全球釋放總量的12％以上我國填埋場產(chǎn)生的CH4量大約為800萬t/a，相當于

1.7億

tCO2當量/a溫室效應(yīng)，約占全球填埋場甲烷排放量的20％—生活垃圾填埋場甲烷溫室氣體必須加以控制！溫室氣體減排量的計算聯(lián)合國氣候變化綱要公約提供的計算溫室氣體減排量計算公式如下：

為該某目某年的溫室氣體減排量（以噸CO2計）為某年燃燒的填埋氣體為某年填埋氣體中的甲烷含量為某年填埋氣中甲烷的密度

FE為填埋氣體的利用效率為甲烷的溫室效應(yīng)潛力，21六、填埋氣體能源化利用概況填埋氣體發(fā)電制取二甲醚用于管道天然氣用作汽車燃料填埋氣體發(fā)電制取二甲醚填埋氣發(fā)電有上網(wǎng)的問題。如果能把填埋氣轉(zhuǎn)化成方便儲存，方便運送的液態(tài)物質(zhì)是另外一種出路，二甲醚無毒無味，是性能優(yōu)良的干凈的民用或者汽車燃料在常溫下加壓到0.5-0.6MPa左右就能液化（比液化氣所需壓力低）方便儲存，運輸和使用。目前中科院工程熱物理研究所聯(lián)合北京公用事業(yè)研究所，北京環(huán)衛(wèi)集團等單位，克服了填埋氣凈化甲烷和二氧化碳重整煙氣溫度控制和煙氣熱能的梯級利用，二甲醚高效分離等困難，完成了項目小試，該所正與北京市環(huán)衛(wèi)集團合作，準備進行年產(chǎn)數(shù)千噸的工業(yè)示范裝置的研究項目用于管道天然氣經(jīng)過凈化提純后并入城市燃氣管道,特別是在天然氣價格高的地區(qū)適宜使用。香港地區(qū)的填埋氣,就是把填埋氣凈化提純后注入城市燃氣管道來進行利用。實踐證明,用作燃氣對于天然氣價格高的地區(qū)經(jīng)濟效益較好。用作汽車燃料經(jīng)科學試驗及實踐證明,CH4含量超過50%的CH4和CO2混合氣體,可替代汽油作為汽車燃料。此項技術(shù)的限制性因素主要是裝備技術(shù)商業(yè)化。壓縮天然氣作為汽車燃料目前正逐步為市場所接