浅析垃圾填埋场填埋气体收集利用的意义

浏览0次 时间:2019年3月15日 14:29
【摘要】填埋气体和渗滤液是垃圾填埋场产生的主要污染物。
在指导教师主持的科研启动基金(2020170317)支持下,论文对填埋气体进行了了解,介绍了填埋气体的定义、成分和产生过程,以及其危害,最后对填埋气体的收集利用的经济效益、社会效益和环境效益进行了分析,研究工作可为填埋气体的研究提供基本参考。
【关键词】垃圾土;产气特性;降解;室内试验
【中图法分类号】TU993;文献标志码:A
1 填埋气体的定义、成分和产生过程
随着社会经济发展,人口逐步增长,城市中垃圾的产量日益增多,并以每年8%-10% 速率增长,一些城市相继建立了大型垃圾填埋场,垃圾填埋场投入运营约一年后,开始产生填埋气体,这些气体在填埋场内累积,并向外释放,对周围环境及人类生命造成危害,城市垃圾填埋场中填埋气体的二次污染问题已引起人们的广泛关注,城市固体废弃物(Municipal Solid Waste,简称MSW)已被公认为城市环境的主要污染源之一。填埋气体是垃圾填埋场产生的主要污染源之一。
垃圾填埋气体的灾变控制和资源化利用一直是国际环境岩土工程领域中的重要研究课题[1]。垃圾填埋气体(landfill gas,LFG)是由美国环境保护署(EPA)认证命名,是指垃圾体内所含的大量有机物在填埋处理后,被微生物厌氧消化、降解所生成的气体。
LFG 是一种混合气体,主要成分有甲烷、二氧化碳、氮气、氧气及微量气体等,其中甲烷和二氧化碳之和占80% 以上[2,3]。表1为填埋气体的典型成分。
表1 垃圾填埋气体典型成分
气体成分符 号百分比
甲烷CH4 40%-60%
二氧化碳CO2 30%-50%
氮气N 0%-10%
氧气O 0%-2%
氢气H 0%-0.2%
非甲烷有机物NMOC 微量
垃圾中可降解的有机物的含量,以及这些有机物中纤维素、蛋白质、脂肪的构成比例,对填埋气的产生起着决定性的作用。
除此外,垃圾产气的影响因素主要有:含水率、温度、pH 值、粒径大小等。
LFG 产生过程中的生物化学反应十分复杂,通常将垃圾的生物降解过程分为好氧阶段、过渡阶段、产酸阶段、产甲烷阶段、稳定阶段五个阶段,如表2 所示。在填埋场的不同位置、各个阶段的反应都在同时进行,因此,上述阶段并不是绝对独立的,而是相互作用、相互依赖的。
表2 填埋气体产生过程
阶段主要特征持续时间
Ⅰ . 好氧阶段O2 浓度降低,开始产生CO2,放热且温度升高几小时~1 周
Ⅱ . 过渡阶段有H2 产生,水解作用占主导地位1 个月~6 个月Ⅲ . 产酸阶段气体主要成分是CO2,渗沥液pH 达最低3 个月~3 年
Ⅳ . 产甲烷阶段CH4 含量稳定在50% 左右,渗沥液pH升高8 年~40 年
Ⅴ . 稳定阶段气体产生速率减小,浓度急剧下降1 年~40 年或更长2 填埋气体的危害
如果垃圾填埋气体得不到适当的收集和处理,将会带来一系列直接或潜在的危害。
(1)甲烷是一种易燃易爆的气体,当甲烷在空气中的浓度达到5%-15% 时,遇火就会爆炸。填埋场内产生的大量气体无规则地随处迁移和扩散,会形成爆炸和火灾的隐患;
(2)气体中微量浓度的硫化氢和硫醇等化合物是产生臭气之源。另外,垃圾填埋气体中还可能含有一些有毒有害的挥发性有机气体如二甲苯、含卤化合物等,长期与之接触可以使人致癌。
(3) 甲烷是一种温室气体, 它的温室效应的增温潜能(GWP)相当于相同质量的二氧化碳的21 倍。据统计,全球每年排放的甲烷量大约为5 亿吨,其中有2200 - 3600 万吨来自城市垃圾填埋场,占全球 CH4 排放总量的 6 ~ 13%,是温室气体的主要来源之一。
3 填埋气体收集利用的意义
垃圾填埋气体虽然具有易燃易爆、温室效应高、微量气体有毒等潜在的危害,但填埋气体是一种新型的清洁能源。填埋气体的收集利用一方面可以减少上述环境污染问题,另一方面可以变废为宝,化害为利,创造可观的经济效益。填埋气高位热值在15630~19537kJ/m3,经过脱水、去除杂质等技术处理后,是一种很好的能源[35],可用于发电、锅炉燃烧、管道气和汽车燃料。
随着我国生活垃圾产量的增大,在建及在役填埋场数量众多,填埋气体导致的环境污染严重、安全事故隐患多,由于填埋气体环境污染及爆炸事故时有发生,填埋气体污染控制与安全隐患预防是填埋场运营和管理亟需解决的重大难题之一。填埋气体的导排收集和资源化利用是垃圾填埋处理无害化、资源化的重要手段,可实现良好的经济、环境和社会效益。
4 结语
习近平总书记在十九大报告中强调要着力解决突出环境问题,加强固体废弃物和垃圾处置,推进绿色发展,构建市场导向的清洁生产产业和清洁能源产业。目前,国家正在向着“生态节约,环境友好”型社会发展,对生态环境的重视程度也提高到了一定的高度。填埋气体的收集利用和国家的政策极度吻合,对于填埋气体的资源化利用方面还需要进一步深入开展试验和理论方面的研究。
参考文献:
[1] 薛强,刘磊. 垃圾填埋气体运移的多场耦合理论及应用[M]. 北京:科学出版社,2012
[2] 刘磊. 水相作用下垃圾填埋场气体迁移的数值仿真研究[D]. 阜新:辽宁工程技术大学,2007.
[3] 刘磊. 垃圾填埋气体热释放传输的动力学规律研究[D]. 阜新:辽宁工程技术大学,2009.
作者简介:湖北文理学院2016 级土木工程专业本科生  
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