第四節(jié)垃圾填埋氣體的收集利用課件

第四節(jié)垃圾填埋氣體的收集利用填埋場(chǎng)氣體的組成與性質(zhì)垃圾填埋氣體的產(chǎn)生過(guò)程LFG產(chǎn)生量的估算LFG收集系統(tǒng)LFG凈化與利用第四節(jié)垃圾填埋氣體的收集利用填埋場(chǎng)氣體的組成與性質(zhì)1、填埋場(chǎng)氣體的組成與性質(zhì)填埋氣(LFG)指在填埋垃圾中可生物降解有機(jī)物在微生物作用下的產(chǎn)物。填埋氣的主要組成NH3、CO2、CO、H2、H2S、CH4、Cl2和O2等。特征：溫度43~49°C，相對(duì)密度1.02~1.06，高位熱值15630~19537kJ/m3。1、填埋場(chǎng)氣體的組成與性質(zhì)填埋氣(LFG)填埋場(chǎng)氣體對(duì)環(huán)境的影響溫室效應(yīng)產(chǎn)生令人討厭的氣味產(chǎn)生毒害影響和健康問(wèn)題產(chǎn)生爆炸的可能性對(duì)植物生長(zhǎng)不利但其有較高的利用價(jià)值填埋場(chǎng)氣體對(duì)環(huán)境的影響溫室效應(yīng)2、垃圾填埋氣體的產(chǎn)生過(guò)程第一階段――初始調(diào)整階段（好氧分解階段）垃圾剛填埋即進(jìn)入初始調(diào)整階段，此階段中垃圾中易降解組分迅速與填埋時(shí)所夾帶的氧氣發(fā)生好氧生物降解反應(yīng)，生成CO2和H2O，同時(shí)釋放熱量，垃圾溫度可升高10~15°C。本階段滲濾液水量較少，O2明顯下降，無(wú)CH4生成。本階段持續(xù)時(shí)間較短2、垃圾填埋氣體的產(chǎn)生過(guò)程第一階段――初始調(diào)整階段（好氧分解第二階段――過(guò)渡階段氧氣耗盡，開始形成厭氧條件，進(jìn)入兼性厭氧降解階段。硝酸鹽和硫酸鹽開始被還原為氮?dú)夂土蚧瘹洹Ｌ卣饔捎谒?、發(fā)酵作用生成揮發(fā)性有機(jī)物，氣體成分復(fù)雜，但仍以CO2為主，含少量N2、H2，但基本沒(méi)有CH4；滲濾液的pH值開始下降，COD升高，滲濾液含有較高濃度的脂肪酸、鈣、鐵、重金屬。第二階段――過(guò)渡階段第三階段――酸化階段（產(chǎn)酸階段）非甲烷菌(主要是兼性厭氧菌和專性厭氧菌)活動(dòng)顯著，復(fù)雜有機(jī)化合物如多糖、蛋白質(zhì)等在微生物作用下水解、發(fā)酵，由不溶性物質(zhì)變?yōu)榭扇苄晕镔|(zhì)，并迅速生成揮發(fā)性脂肪酸將和醇。特征CO2占主要，到后階段逐漸減少，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生少量H2；由于大量有機(jī)酸的累積，pH值下降顯著，導(dǎo)致重金屬溶出增加，COD和BOD急劇升高；滲濾液含有大量的可產(chǎn)氣的有機(jī)物和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。第三階段――酸化階段（產(chǎn)酸階段）第四階段――甲烷發(fā)酵階段厭氧階段，甲烷菌成為優(yōu)勢(shì)種群，將產(chǎn)酸階段的酸和H2轉(zhuǎn)化成CH4和CO2。主要特征CH4產(chǎn)生率穩(wěn)定，濃度保持在50~65%；脂肪酸濃度下降，滲濾液的BOD、COD下降，BOD5/COD為0.1~0.01，可生化性差，屬于后期的滲濾液，也稱為“老化”的垃圾滲濾液pH值開始升高，保持在6.5~8，重金屬離子濃度開始下降第四階段――甲烷發(fā)酵階段第五階段――成熟階段（填埋場(chǎng)穩(wěn)定階段）當(dāng)廢物中大部分可降解有機(jī)物轉(zhuǎn)化成CH4和CO2后，垃圾中的易降解組分基本分解完全，LFG的釋放速率顯著減少，填埋場(chǎng)處于穩(wěn)定階段或成熟階段。特征幾乎沒(méi)有氣體產(chǎn)生，開始復(fù)氧；滲濾液及廢物的性質(zhì)穩(wěn)定，滲濾液中常含有富里酸和腐殖酸，很難用生化方法處理；填埋場(chǎng)中微生物量極貧乏第五階段――成熟階段（填埋場(chǎng)穩(wěn)定階段）CH4CH43、LFG產(chǎn)生量的估算動(dòng)力學(xué)模型――化學(xué)需氧量法1gCOD有機(jī)物＝0.25gCH4換算成體積：1gCOD有機(jī)物＝0.35LCH4IPCC的統(tǒng)計(jì)模型僅適用于估算較大規(guī)模的產(chǎn)氣量式中：VCH4為垃圾填埋場(chǎng)的甲烷排放量，m3；MSW為城市固體廢物量，t；H為城市垃圾填埋率；DOC為垃圾中可降解機(jī)碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，IPCC的推薦值為：發(fā)展中國(guó)家為15%，發(fā)達(dá)國(guó)家為22%；r為垃圾中可降解有機(jī)碳的分解率，IPCC推薦為77%。16/12為CH4和C之間的換算系數(shù)；0.5為甲烷中碳與總碳的比率。

3、LFG產(chǎn)生量的估算動(dòng)力學(xué)模型――化學(xué)需氧量法僅適用于估算Marticorena經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?/p>

式中，MP0為新鮮垃圾的特定產(chǎn)甲烷潛能，m3/t；t為時(shí)間，a；td為垃圾生命持續(xù)時(shí)間，a；mi為第i層中廢物的質(zhì)量，t；F為整個(gè)填埋場(chǎng)的甲烷產(chǎn)率，m3/aMarticorena經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ褪街校琈P0為新鮮垃圾的特定4、LFG導(dǎo)排系統(tǒng)導(dǎo)排分類被動(dòng)式收集系統(tǒng)利用填埋氣體的壓力進(jìn)行收集，適用于：填埋面積不大，產(chǎn)氣較小，填埋深度淺的填埋場(chǎng)主動(dòng)式收集系統(tǒng)利用抽真空的方式進(jìn)行收集水平收集系統(tǒng)豎井收集系統(tǒng)主動(dòng)收集系統(tǒng)4、LFG導(dǎo)排系統(tǒng)導(dǎo)排分類主動(dòng)收集系統(tǒng)豎井收集系統(tǒng)垂直集氣井豎井收集系統(tǒng)收集豎井管網(wǎng)布置一般采用正三角形布局X=2Rcos30°常用井間距45~60m，如果覆蓋層使用粘土，一般井間距為30m。收集豎井管網(wǎng)布置主動(dòng)式收集系統(tǒng)水平收集系統(tǒng)主動(dòng)式收集系統(tǒng)填埋場(chǎng)水平抽氣管(溝)示意圖填埋場(chǎng)水平抽氣管(溝)示意圖5、LFG凈化與利用LFG的利用燃料發(fā)電、產(chǎn)熱民用燃?xì)饣ぴ虾铣蒐FG的凈化脫水脫CO2脫H2S脫O2脫N25、LFG凈化與利用LFG的利用LFG的凈化從垃圾場(chǎng)回收的甲烷氣體的利用與當(dāng)?shù)鼗蛑車貐^(qū)對(duì)能源的需求及使用條件有關(guān)。（1）填埋氣體的能源回收系統(tǒng)LFG常被轉(zhuǎn)換成能源。對(duì)于小的裝機(jī)容量而言（到5MW），常使用內(nèi)燃發(fā)電機(jī)或者使用氣輪機(jī)。對(duì)于大的裝機(jī)容量而言，常常使用蒸汽渦輪機(jī)。當(dāng)使用內(nèi)燃發(fā)電機(jī)時(shí)，要盡量除去LFG中的水分以防損壞柱頭。如LFG含H2S，必須控制焚燒溫度以防產(chǎn)生腐蝕。也可以先除去LFG中含有的H2S，然后再燃燒。（2）氣體凈化和回收LFG中的二氧化碳和甲烷可通過(guò)物理、化學(xué)吸附方法和膜分離法加以分離。但只能吸附某些組分，而使用弱滲透薄膜分離法可從甲烷中分離出二氧化碳。從垃圾場(chǎng)回收的甲烷氣體的利用與當(dāng)?shù)鼗蛑車貐^(qū)對(duì)能源的需求及使（3）就地使用最簡(jiǎn)單的利用方法是用管道將回收的LFG從采集點(diǎn)輸送到臨近的使用地。在輸送給使用者前，LFG必須經(jīng)干燥和（或）過(guò)濾，去除冷凝液和粉塵，使之變?yōu)檫_(dá)一定清潔度的甲烷濃度為35%～50％的氣體。（4）管道注氣如果找不到當(dāng)?shù)氐氖褂谜撸艿垒斔褪且环N適宜的選擇。若附近有輸送中等質(zhì)量LFG的管道，將氣體處理，干燥并除去腐蝕雜質(zhì)，加壓到管道壓力便可注入LFG的輸送管道。中等質(zhì)量的LFG甲烷濃度為50％，具有明顯的能源價(jià)值。為得到高質(zhì)量的LFG，需要回收氣體中的二氯化碳并去除微量雜質(zhì)，該處理過(guò)程較為困難，費(fèi)用更貴。（5）發(fā)電（3）就地使用第四節(jié)垃圾填埋氣體的收集利用填埋場(chǎng)氣體的組成與性質(zhì)垃圾填埋氣體的產(chǎn)生過(guò)程LFG產(chǎn)生量的估算LFG收集系統(tǒng)LFG凈化與利用第四節(jié)垃圾填埋氣體的收集利用填埋場(chǎng)氣體的組成與性質(zhì)1、填埋場(chǎng)氣體的組成與性質(zhì)填埋氣(LFG)指在填埋垃圾中可生物降解有機(jī)物在微生物作用下的產(chǎn)物。填埋氣的主要組成NH3、CO2、CO、H2、H2S、CH4、Cl2和O2等。特征：溫度43~49°C，相對(duì)密度1.02~1.06，高位熱值15630~19537kJ/m3。1、填埋場(chǎng)氣體的組成與性質(zhì)填埋氣(LFG)填埋場(chǎng)氣體對(duì)環(huán)境的影響溫室效應(yīng)產(chǎn)生令人討厭的氣味產(chǎn)生毒害影響和健康問(wèn)題產(chǎn)生爆炸的可能性對(duì)植物生長(zhǎng)不利但其有較高的利用價(jià)值填埋場(chǎng)氣體對(duì)環(huán)境的影響溫室效應(yīng)2、垃圾填埋氣體的產(chǎn)生過(guò)程第一階段――初始調(diào)整階段（好氧分解階段）垃圾剛填埋即進(jìn)入初始調(diào)整階段，此階段中垃圾中易降解組分迅速與填埋時(shí)所夾帶的氧氣發(fā)生好氧生物降解反應(yīng)，生成CO2和H2O，同時(shí)釋放熱量，垃圾溫度可升高10~15°C。本階段滲濾液水量較少，O2明顯下降，無(wú)CH4生成。本階段持續(xù)時(shí)間較短2、垃圾填埋氣體的產(chǎn)生過(guò)程第一階段――初始調(diào)整階段（好氧分解第二階段――過(guò)渡階段氧氣耗盡，開始形成厭氧條件，進(jìn)入兼性厭氧降解階段。硝酸鹽和硫酸鹽開始被還原為氮?dú)夂土蚧瘹?。特征由于水解、發(fā)酵作用生成揮發(fā)性有機(jī)物，氣體成分復(fù)雜，但仍以CO2為主，含少量N2、H2，但基本沒(méi)有CH4；滲濾液的pH值開始下降，COD升高，滲濾液含有較高濃度的脂肪酸、鈣、鐵、重金屬。第二階段――過(guò)渡階段第三階段――酸化階段（產(chǎn)酸階段）非甲烷菌(主要是兼性厭氧菌和專性厭氧菌)活動(dòng)顯著，復(fù)雜有機(jī)化合物如多糖、蛋白質(zhì)等在微生物作用下水解、發(fā)酵，由不溶性物質(zhì)變?yōu)榭扇苄晕镔|(zhì)，并迅速生成揮發(fā)性脂肪酸將和醇。特征CO2占主要，到后階段逐漸減少，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生少量H2；由于大量有機(jī)酸的累積，pH值下降顯著，導(dǎo)致重金屬溶出增加，COD和BOD急劇升高；滲濾液含有大量的可產(chǎn)氣的有機(jī)物和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。第三階段――酸化階段（產(chǎn)酸階段）第四階段――甲烷發(fā)酵階段厭氧階段，甲烷菌成為優(yōu)勢(shì)種群，將產(chǎn)酸階段的酸和H2轉(zhuǎn)化成CH4和CO2。主要特征CH4產(chǎn)生率穩(wěn)定，濃度保持在50~65%；脂肪酸濃度下降，滲濾液的BOD、COD下降，BOD5/COD為0.1~0.01，可生化性差，屬于后期的滲濾液，也稱為“老化”的垃圾滲濾液pH值開始升高，保持在6.5~8，重金屬離子濃度開始下降第四階段――甲烷發(fā)酵階段第五階段――成熟階段（填埋場(chǎng)穩(wěn)定階段）當(dāng)廢物中大部分可降解有機(jī)物轉(zhuǎn)化成CH4和CO2后，垃圾中的易降解組分基本分解完全，LFG的釋放速率顯著減少，填埋場(chǎng)處于穩(wěn)定階段或成熟階段。特征幾乎沒(méi)有氣體產(chǎn)生，開始復(fù)氧；滲濾液及廢物的性質(zhì)穩(wěn)定，滲濾液中常含有富里酸和腐殖酸，很難用生化方法處理；填埋場(chǎng)中微生物量極貧乏第五階段――成熟階段（填埋場(chǎng)穩(wěn)定階段）CH4CH43、LFG產(chǎn)生量的估算動(dòng)力學(xué)模型――化學(xué)需氧量法1gCOD有機(jī)物＝0.25gCH4換算成體積：1gCOD有機(jī)物＝0.35LCH4IPCC的統(tǒng)計(jì)模型僅適用于估算較大規(guī)模的產(chǎn)氣量式中：VCH4為垃圾填埋場(chǎng)的甲烷排放量，m3；MSW為城市固體廢物量，t；H為城市垃圾填埋率；DOC為垃圾中可降解機(jī)碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，IPCC的推薦值為：發(fā)展中國(guó)家為15%，發(fā)達(dá)國(guó)家為22%；r為垃圾中可降解有機(jī)碳的分解率，IPCC推薦為77%。16/12為CH4和C之間的換算系數(shù)；0.5為甲烷中碳與總碳的比率。

3、LFG產(chǎn)生量的估算動(dòng)力學(xué)模型――化學(xué)需氧量法僅適用于估算Marticorena經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?/p>

式中，MP0為新鮮垃圾的特定產(chǎn)甲烷潛能，m3/t；t為時(shí)間，a；td為垃圾生命持續(xù)時(shí)間，a；mi為第i層中廢物的質(zhì)量，t；F為整個(gè)填埋場(chǎng)的甲烷產(chǎn)率，m3/aMarticorena經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ褪街校琈P0為新鮮垃圾的特定4、LFG導(dǎo)排系統(tǒng)導(dǎo)排分類被動(dòng)式收集系統(tǒng)利用填埋氣體的壓力進(jìn)行收集，適用于：填埋面積不大，產(chǎn)氣較小，填埋深度淺的填埋場(chǎng)主動(dòng)式收集系統(tǒng)利用抽真空的方式進(jìn)行收集水平收集系統(tǒng)豎井收集系統(tǒng)主動(dòng)收集系統(tǒng)4、LFG導(dǎo)排系統(tǒng)導(dǎo)排分類主動(dòng)收集系統(tǒng)豎井收集系統(tǒng)垂直集氣井豎井收集系統(tǒng)收集豎井管網(wǎng)布置一般采用正三角形布局X=2Rcos30°常用井間距45~60m，如果覆蓋層使用粘土，一般井間距為30m。收集豎井管網(wǎng)布置主動(dòng)式收集系統(tǒng)水平收集系統(tǒng)主動(dòng)式收集系統(tǒng)填埋場(chǎng)水平抽氣管(溝)示意圖填埋場(chǎng)水平抽氣管(溝)示意圖5、LFG凈化與利用LFG的利用燃料發(fā)電、產(chǎn)熱民用燃?xì)饣ぴ虾铣蒐FG的凈化脫水脫CO2脫H2S脫O2脫N25、LFG凈化與利用LFG的利用LFG的凈化從垃圾場(chǎng)回收的甲烷氣體的利用與當(dāng)?shù)鼗蛑車貐^(qū)對(duì)能源的需求及使用條件有關(guān)。（1）填埋氣體的能源回收系統(tǒng)LFG常被轉(zhuǎn)換成能源。對(duì)于小的裝機(jī)容量而言（到5MW），常使用內(nèi)燃發(fā)電機(jī)或者使用氣輪機(jī)。對(duì)于大的裝機(jī)容量而言，常常使用蒸汽渦輪機(jī)。當(dāng)使用內(nèi)燃發(fā)電機(jī)時(shí)，要盡量除去LFG中的水分以防損壞柱頭。如LFG含H2S，必須控制焚燒溫度以防產(chǎn)生腐蝕。也可以先除去LFG中含有的H2S，然后再燃燒。（2）氣體凈化和回收LFG中的二氧化碳和甲烷可通過(guò)物理、化學(xué)吸附方法和膜分離法加以分離。但只能吸附某些組分，而使用弱滲透薄膜分離法可從甲烷中分離出二氧化碳。從垃圾場(chǎng)回收的甲烷氣體的利用與當(dāng)?shù)鼗蛑車貐^(qū)對(duì)能源的需求及使（3）就地