陳丹 張霞

垃圾填埋場(chǎng)甲烷氣體排放技術(shù)探究

陳丹 張霞

（重慶市市政環(huán)衛(wèi)監(jiān)測(cè)中心 重慶 401121）

垃圾填埋場(chǎng)是溫室氣體甲烷的重要人為排放源之一，垃圾分解產(chǎn)生的甲烷會(huì)發(fā)生垂向和側(cè)向遷移，并被氧化固定在垃圾填埋場(chǎng)中。研究顯示與硫酸鹽還原作用耦合的甲烷厭氧氧化作用在垃圾填埋場(chǎng)內(nèi)及其滲濾液羽狀體中均可發(fā)生，形成自生碳酸鹽和硫化物等沉積。本文重點(diǎn)就當(dāng)前垃圾填埋場(chǎng)甲烷氣體排放技術(shù)進(jìn)行了研究。

垃圾填埋場(chǎng)；甲烷氣體；排放技術(shù)

隨著社會(huì)的發(fā)展，城市生活廢棄物的數(shù)量日益增多，成份日益復(fù)雜，處理日益困難，成為各國(guó)的重大環(huán)境問(wèn)題。城市生活廢棄物主要來(lái)源包括。生活垃圾、商業(yè)垃圾、灰燼、動(dòng)物糞便、生物醫(yī)藥廢棄物、建筑垃圾、工業(yè)固體廢棄物、污水、可生物降解廢棄物、不可生物降解廢棄物和危險(xiǎn)廢棄物。目前，填埋處理固體廢棄物仍然是最經(jīng)濟(jì)的處置形式是生物質(zhì)廢棄物處理過(guò)程中排放的溫室氣體，有20%源自城市固體廢棄物處置，填埋場(chǎng)是溫室氣體較集中的排放源，具有較大的減少排放潛勢(shì)。垃圾填埋氣中包含 45～60%（體積分?jǐn)?shù)，下同）甲烷（CH4），40～60%二氧化碳（CO2），0～0.2%氫（H2），2～5%氮（N2），0～1.0%硫化氫（H2S）和 0～0.2%一氧化碳（CO），可嚴(yán)重污染大氣、地下水和生態(tài)環(huán)境，并對(duì)全球氣候變化產(chǎn)生影響。因此，由垃圾引發(fā)的安全隱患和環(huán)境問(wèn)題得到了社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。

1 填埋場(chǎng)CH4產(chǎn)生原因分析

垃圾中可降解有機(jī)物的含量及其纖維素、蛋白質(zhì)和脂肪的構(gòu)成比例，對(duì)LFG的產(chǎn)生起著決定性作用。淀粉、膳食纖維、蛋白質(zhì)、脂肪和木質(zhì)纖維類(lèi)成分，厭氧發(fā)酵的CH4產(chǎn)率差異較大。餐廚垃圾產(chǎn)沼利用、生活垃圾LFG收集利用的低碳化程度最高，分別為93.7%和75.3%。易降解有機(jī)物含量越高，填埋場(chǎng)產(chǎn)氣越快。含水率是決定垃圾降解過(guò)程中LFG產(chǎn)生量的主要因素。水分的運(yùn)動(dòng)有助于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和微生物的轉(zhuǎn)移，同時(shí)有助于有機(jī)物的水解及微生物的吸收和利用，一般認(rèn)為適于垃圾產(chǎn)氣的含水率（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）范圍在50～60%，填埋場(chǎng)中的含水率取決于自身含水率、填埋區(qū)降水量、填埋場(chǎng)覆蓋層、場(chǎng)底防滲設(shè)施和管理方式（如滲濾液回灌、壓實(shí)作業(yè)等）。溫度決定了填埋場(chǎng)內(nèi)微生物群落的空間分布和LFG的產(chǎn)氣速率，多數(shù)產(chǎn)甲烷菌是中溫菌，生長(zhǎng)適宜溫度為15～45℃，且40℃時(shí)垃圾的降解速度最快，此時(shí)氣體的產(chǎn)生速率是30℃時(shí)的3倍，但溫度升高到55℃時(shí)，CH4的產(chǎn)生就停止，垃圾填埋深度、垃圾密度、環(huán)境溫度和微生物活性等因素均會(huì)影響垃圾的填埋溫度。溫度會(huì)影響廢棄物降解的程度，高溫能夠加速?gòu)U棄物降解和導(dǎo)致較大的滲濾液化學(xué)需氧量（COD）和氨氮濃度，CH4排放與土壤溫度顯示出良好的時(shí)間相關(guān)性。

2 填埋氣體的減排技術(shù)分析

2.1 資源化利用技術(shù)

由于LFG具有熱值高的特點(diǎn)，資源化利用技術(shù)已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外競(jìng)相研究開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)，包括收集LFG用于供熱或并網(wǎng)發(fā)電和作為管道氣、動(dòng)力燃料、化工原料等。CH4在LFG排放總量中所占比例達(dá)40～60%，是一種利用價(jià)值較高的可再生能源，LFG可以用于生活供熱以及其他用熱途徑，也可以通過(guò)熱電轉(zhuǎn)換裝置來(lái)發(fā)電，這既可以能源回收利用，也是減少溫室氣體排放的有效方式。LFG發(fā)電具有顯著的CO2，減排效益，其碳減排成本低于其他可再生能源發(fā)電技術(shù)，具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力，經(jīng)過(guò)預(yù)處理手段，可以將垃圾LFG中的CH4體積分?jǐn)?shù)提高到95%，純化的LFG體是優(yōu)良的居民生活燃?xì)?，并且接入方便。其主要限制因素是凈化和安全，以及輸氣距離和成本問(wèn)題，壓縮天然氣作為汽車(chē)燃料目前正逐步為市場(chǎng)所接受，LFG用作車(chē)輛燃料具有熱值較高，抗爆性好等優(yōu)點(diǎn)，但由于受到生產(chǎn)量的限制，很難達(dá)到商業(yè)化規(guī)模的經(jīng)營(yíng)。因?yàn)镃H4的化學(xué)性質(zhì)，轉(zhuǎn)化CH4是很困難的，在特定條件下，通過(guò)催化反應(yīng)LFG中的CCH4可以轉(zhuǎn)化成芳烴。或作為化工原料直接轉(zhuǎn)化成芳烴和乙烯。填埋場(chǎng)CH4所能創(chuàng)造的價(jià)值是相當(dāng)可觀的，而我國(guó)絕大多數(shù)垃圾填埋場(chǎng)產(chǎn)生的CH4都自由排空，收集和利用填埋場(chǎng)中CH4對(duì)于能源相對(duì)短缺的今天具有重要的意義。

2.2 原位減排技術(shù)

填埋層CH4原位減排技術(shù)可分為可持續(xù)填埋、好氧填埋和準(zhǔn)好氧填埋等，可持續(xù)填埋是從源頭對(duì)垃圾減量、回收利用，入場(chǎng)前進(jìn)行預(yù)處理，使垃圾進(jìn)入填埋場(chǎng)快速穩(wěn)定化，以及在填埋場(chǎng)選址、防滲、填埋工藝、污染控制、終場(chǎng)修復(fù)、后續(xù)環(huán)境監(jiān)測(cè)等各個(gè)299環(huán)節(jié)采取嚴(yán)格的控制措施，并在封場(chǎng)后對(duì)土地資源和礦化垃圾作為資源加以利用?？沙掷m(xù)填埋技術(shù)將緩解填埋場(chǎng)用地緊張、可用資源浪費(fèi)和環(huán)境污染等矛盾，為我國(guó)垃圾處置提出了新的方向，傳統(tǒng)厭氧填埋產(chǎn)生CH4的體積分?jǐn)?shù)變化范圍為35～50%，準(zhǔn)好氧填埋結(jié)構(gòu)下CH4的體積分?jǐn)?shù)變化范圍只有7～13%，好氧填埋可以有效降低70～90%的CH4氣體排放，在中國(guó)絕大多數(shù)沒(méi)有設(shè)置LFG回收裝置的填埋場(chǎng)采用準(zhǔn)好氧填埋結(jié)構(gòu)，對(duì)于減少填埋層氣體中CH4的產(chǎn)生量，減緩溫室效應(yīng)具有較好的效果。

2.3 末端控制技術(shù)

末端控制技術(shù)包括火炬燃燒和覆蓋層CH4氧化，因?yàn)閱挝毁|(zhì)量CH4的溫室效應(yīng)在100年尺度上是CO2的25倍。燃燒CH4生成CO2，可大幅降低LFG的溫室氣體排放強(qiáng)度，過(guò)去燃燒LFG使用的是簡(jiǎn)單的露天堆積燃燒，沒(méi)有任何隔離，能看到很大的火焰，而現(xiàn)在正逐漸被可控制溫度的室內(nèi)燃燒代替。垃圾填埋場(chǎng)上方所設(shè)置的覆蓋層對(duì)氣體向外部釋放有良好的抑制作用，其受溫度、含水率、有機(jī)質(zhì)含量、厚度、孔隙度、pH值、無(wú)機(jī)氮、植被和下層產(chǎn)生的CH4和CO2的體積比共同影響，且含水率（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）在10～15%和溫度在25～35℃時(shí)，對(duì)CH4生物過(guò)濾系統(tǒng)中的清除能力的影響最大。

3 結(jié)束語(yǔ)

由于我國(guó)城市垃圾產(chǎn)生量在逐年增多，有機(jī)物含量也在不斷提高，我國(guó)對(duì)垃圾的管理也由過(guò)去的簡(jiǎn)單堆放發(fā)展到集中收集、運(yùn)輸和處理的方式。綜上所述，考慮到國(guó)際社會(huì)要求我國(guó)減排溫室氣體的壓力日益增大，開(kāi)展適合中國(guó)國(guó)情的垃圾填埋場(chǎng)溫室氣體減排替代技術(shù)研究，比如生物覆蓋層CH4生物氧化，對(duì)于像我國(guó)這樣的高溫室氣體排放國(guó)家至關(guān)重要。

[1]吳兌.溫室氣體與溫室效應(yīng)[M].北京：氣象出版社，2014.

[2]肖學(xué)智.垃圾填埋場(chǎng)的甲烷釋放及其減排[J].中國(guó)沼氣，2016.

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2016-10-18