摘要：本文以江門旗桿石生活垃圾衛(wèi)生填埋場進場垃圾量為基礎數(shù)據(jù)，利用填埋氣產(chǎn)量預測數(shù)學模型對其填埋氣產(chǎn)氣量進行估算，介紹了江門旗桿石生活垃圾衛(wèi)生填埋場填埋氣制天然氣工藝裝置的實際運行情況，闡述該項目的工藝技術及其特點。

關鍵詞：填埋氣;產(chǎn)氣量預測;天然氣

Abstract：This article uses the amount of incoming garbage in the Jiangmen Flagstaff Sanitary Landfill as the basic data， and uses the landfill gas production prediction mathematical model to estimate its landfill gas production， and introduces the Jiangmen Flagstaff Sanitary Landfill. The actual operation of the landfill gas-to-natural gas process plant， expounding the projects process technology and its characteristics.

Key words：Landfill gas;Gas production prediction;Natural gas

1 垃圾填埋氣體特點

通常垃圾在填埋半年至一年后，填埋垃圾堆體降解進入?yún)捬醢l(fā)酵穩(wěn)定階段，填埋氣體產(chǎn)生速率即可達到最大，氣體中的甲烷含量也可達到最大。垃圾通過厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的填埋氣體（LFG）中約50%是可燃氣體甲烷，其余主要是CO2，同時還含有微量的硫化氫、硫醇、氯乙烯、甲苯、己烷、氯甲烷、二甲苯等有毒氣體。

2 生活垃圾組分及預測產(chǎn)生量

2.1 生活垃圾成分現(xiàn)狀

江門市垃圾處理場管理所近年來對進場生活垃圾成分進行了多次抽查，其平均結果見表1。

2.2 江門市區(qū)生活垃圾產(chǎn)生量預測

江門旗桿石生活垃圾衛(wèi)生填埋場僅處理江門市蓬江區(qū)、江海區(qū)、新會區(qū)的生活垃圾。

城市生活垃圾的產(chǎn)量跟城市人口數(shù)量、經(jīng)濟水平、生活習慣、地理位置、能源結構、收運范圍等多種因素有關。垃圾的產(chǎn)量可按人均生活垃圾產(chǎn)量的折減值來預測。我國目前屬于發(fā)展中國家，可參考對中低收入國家的預測值。參考江門市的城市發(fā)展現(xiàn)狀以及珠江三角洲部分城市的居民生活垃圾產(chǎn)量調(diào)查資料，市區(qū)內(nèi)人均產(chǎn)垃圾約為0.42kg/d，收集處理率約為90%，農(nóng)業(yè)人口產(chǎn)垃圾量的收集率約為20%。同時由統(tǒng)計數(shù)據(jù)可知2006年蓬江區(qū)戶籍人口約為45.12萬人，江海區(qū)戶籍人口為18.52萬人，新會區(qū)戶籍人口約為74.27萬人，江門市總?cè)丝诩s為387.345萬人，經(jīng)計算可知2006年的垃圾產(chǎn)量約為807t/d。

根據(jù)江門市蓬江區(qū)環(huán)境衛(wèi)生管理局、江海區(qū)城市管理局及新會區(qū)環(huán)境衛(wèi)生管理處對城市生活垃圾產(chǎn)量統(tǒng)計數(shù)據(jù)，自2000年以來，江門市三區(qū)的城市生活垃圾日平均處理量由605t/d增加到930t/d，年處理量由2.21×105t增加到3.4×105t，增長率在2.8%～15.2%之間，平均年增長率為6.4%。根據(jù)江門市的城市發(fā)展現(xiàn)狀以及珠江三角洲部分城市的垃圾實際增長量統(tǒng)計按照類推法進行預測，并綜合考慮人口、GDP增長、生活水平、住房面積、能源結構、綠化率、生活習慣及城市化發(fā)展趨勢，預計江門市在2015年前垃圾量每年按7%的增長率增長，2015年以后按5%的增長率增長。

3 填埋氣產(chǎn)生量估算

3.1 填埋氣體產(chǎn)量預測模型的確定

（1）目前，有多種填埋氣體產(chǎn)量預測模型，比較符合實際的數(shù)學模型是Monad模型。（2）為簡化計算，實際應用中，一般是對每一年的填埋垃圾進行計算，然后對各年的垃圾產(chǎn)氣速率進行疊加即得出各年填埋場總的產(chǎn)氣量。其疊加計算公式可表示如下。在填埋場封場前：

式中Gi為自填埋場運行第i年的填埋氣體產(chǎn)生量，m3/a;i為自填埋場運行第i年，Wi為第i年的垃圾填埋量。在填埋場封場后：

式中Gi為自填埋場運行第i年的填埋氣體產(chǎn)生量，m3/a;i為自填埋場運行第i年，Wn為垃圾填埋場最后一年的垃圾填埋量，n為填埋場終場年限。

（3）填埋場單位垃圾質(zhì)量的填埋氣體理論最大產(chǎn)氣量可根據(jù)生活垃圾中可降解有機碳的含量按照下式估算：

式中：C0為垃圾中有機碳的含量，% ;φ為有機碳的降解率，% ;1.867為標準狀況下，單位質(zhì)量的碳轉(zhuǎn)化成甲烷的體積，m3/kg。

3.2 參數(shù)選取

3.2.1 生活垃圾中有機碳含量及可降解有機碳含量

本項目缺少垃圾物理成分分析數(shù)據(jù)。只能依據(jù)經(jīng)驗估算。估計廣東垃圾成分中可降解有機物占到56%（不計塑料），有機物含水率在約76%。假設有機物中有機碳含量為48%，75%的有機碳轉(zhuǎn)化為填埋氣體。

則可計算出單位重量的垃圾最大理論產(chǎn)氣量為：

3.2.2 產(chǎn)氣速率常數(shù)

垃圾的產(chǎn)氣速率常數(shù)反映了垃圾中可降解有機物厭氧降解的速度。厭氧降解速度與垃圾成分、含水率、堆體溫度等因素有關。上述因素又與填埋場實際情況有關，對不同區(qū)域及類型的填埋場，其k值不同。

江門市位于珠三角西南部，當?shù)貧夂驅(qū)儆跐駶櫄夂颍谔盥駳猱a(chǎn)量估算過程中參照表3選取k值，取0.12。

根據(jù)此模型和該填埋場各年垃圾填埋量可計算出封場后各年份的填埋氣體理論產(chǎn)生量，并可繪制出該填埋場理論產(chǎn)氣量隨時間的變化關系圖。

2018年填埋場理論產(chǎn)氣量為2.988×107m3，即3 410.70m3/h，已滿足現(xiàn)有填埋氣提純制天然氣設備的處理量。

4 填埋氣資源化利用系統(tǒng)

填埋氣資源化利用系統(tǒng)主要由填埋氣收集預處理部分、增壓部分、脫水脫碳部分、火炬系統(tǒng)、放散系統(tǒng)、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)和儀表風系統(tǒng)等系統(tǒng)組成。

4.1 填埋氣收集預處理單元

填埋氣通過羅茨風機的抽吸能力從填埋場收集進來，首先進入填埋氣凝液罐，去除游離水，再經(jīng)過粗過濾器過濾粒徑大于50um雜質(zhì)，再經(jīng)羅茨風機將填埋氣提升至一定壓力，進入預處理部分，依次進入脫硫塔、一級冷干機及吸附塔，去除填埋氣中的硫化氫和硅氧烷等VOC氣體，以滿足燃氣標準以及后續(xù)系統(tǒng)要求。填埋氣再經(jīng)粗過濾器、壓縮機緩沖罐后，進入螺桿壓縮機增壓至1.4MPa。增壓后的填埋氣進入脫水脫碳部分。填埋氣進入冷干機進行降溫脫水處理，使氣體壓力露點低于10℃，通過電加熱器增溫至45℃，再依次經(jīng)過多級顆粒過濾器和油過濾器后，進入膜組件，本項目采用二級膜提純工藝，在膜組的特性下，使填埋氣中的甲烷和二氧化碳分離，產(chǎn)生凈化氣和滲透氣兩股氣體，其中凈化氣外輸進入燃氣管網(wǎng)，一級膜產(chǎn)生的滲透氣通過高點放散，二級膜產(chǎn)生的滲透氣回流至壓縮機前端再次進行增壓凈化，凈化后進入外輸燃氣管網(wǎng)。

4.2 脫硫單元

采用氧化鐵干法脫硫進行精脫硫至15mg/m3。干法脫硫采用立式干法脫硫方式，脫硫塔內(nèi)裝高硫容的氧化鐵脫硫劑脫硫精度高。采用雙塔流程工藝，一用一備，便于設備連續(xù)使用。

4.3 脫水單元

此脫水工藝采用冷凍式干燥機，目的是去除脫硫產(chǎn)生以及填埋氣本身自帶的大量飽和水氣，保護后續(xù)設備能穩(wěn)定正常工作，保證活性炭的使用壽命，同時降低氣體露點。

4.4 吸附塔單元

利用活性炭吸附原理，采用吸附方式去除沼氣中的VOC，確保膜組的分離性能，采用立式雙塔結構，交替運行。

4.5 脫碳單元

本系統(tǒng)采用膜法脫碳工藝對填埋氣中的二氧化碳進行脫除，產(chǎn)品氣中二氧化碳含量小于3%。膜法脫碳的原理是利用不同氣體在特定介質(zhì)中傳輸動力學方面的差異，利用混合氣體中各組分氣體在透過高分子膜時，其在膜內(nèi)的溶解度和擴散滲透速率的不同，從而得到分離目的。本工藝裝置簡單，可通過裝置模塊化可以適應不同處理規(guī)模。操作彈性大，運行費用低，且無須使用化學試劑，是一種環(huán)境友好型工藝技術。

4.6 系統(tǒng)實際運行情況

江門旗桿石生活垃圾衛(wèi)生填埋場填埋氣資源化利用系統(tǒng)一期已經(jīng)建成，處理規(guī)模為1 000m3/h，填埋氣年處理規(guī)?？蛇_8.0×106m3，可生產(chǎn)生物天然氣3.2×106m3，每年可節(jié)約4 200t標煤，每年可減少CO2排放量約12×105t。經(jīng)第三方檢測，產(chǎn)品氣高位熱值可以高達8 474kcal/m3，氣體組分均滿足國家現(xiàn)行天然氣相關標準的要求。江門旗桿石生活垃圾衛(wèi)生填埋場填埋氣資源化利用系統(tǒng)全部建成后，預計處理規(guī)模可達1 440m3/h，填埋氣年處理規(guī)?？蛇_1.2×107m3，可生產(chǎn)生物天然氣4.8×106m3。

5 結束語

江門旗桿石生活垃圾衛(wèi)生填埋場在2035年停止填埋垃圾時到達產(chǎn)氣高峰。將填埋氣提純凈化制取天然氣，不僅能減少有害氣體排放，還可以實現(xiàn)填埋氣資源化利用，具有巨大的經(jīng)濟效益、社會效益和環(huán)保效益。江門旗桿石生活垃圾衛(wèi)生填埋場填埋氣資源化利用系統(tǒng)工藝可靠，運行穩(wěn)定，具有很大的推廣價值。

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收稿日期：2020-06-11

作者簡介：黃浚東（1994-），男，漢族，本科學歷，助理工程師，研究方向為環(huán)境保護。