垃圾填埋气体的收集利用填埋场气体的组成与性质垃圾填埋
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X=2Rcos30° 常用井间距45~60m，如果 覆盖层使用粘土，一般井 间距为30m。
• 主动式收集系统
– 水平收集系统
填埋场水平抽气管(沟)示意图
5、LFG净化与利用
• LFG的净化
– 脱水 – 脱CO2 – 脱H2S – 脱O2 – 脱N2 LFG的利用
燃料
发电、产热 民用燃气
• （3）就地使用 • 最简单的利用方法是用管道将回收的 LFG从采集点 输送到临近的使用地。在输送给使用者前，LFG必 须经干燥和（或）过滤，去除冷凝液和粉尘，使之 变为达一定清洁度的甲烷浓度为 35%～50％的气体。 • （4）管道注气 • 如果找不到当地的使用者，管道输送是一种适宜的 选择。若附近有输送中等质量LFG的管道，将气体 处理，干燥并除去腐蚀杂质，加压到管道压力便可 注入LFG的输送管道。中等质量的LFG甲烷浓度为 50％，具有明显的能源价值。为得到高质量的LFG， 需要回收气体中的二氯化碳并去除微量杂质，该处 理过程较为困难，费用更贵。 • （5）发电
第四节
• • • • •
垃圾填埋气体的收集利用
填埋场气体的组成与性质 垃圾填埋气体的产生过程 LFG产生量的估算 LFG收集系统 LFG净化与利用
1、填埋场气体的组成与性质
• 填埋气(LFG)
– 指在填埋垃圾中可生物降解有机物在微生物作 用下的产物。 – 填埋气的主要组成
• NH3、CO2、CO、H2、H2S、CH4、Cl2和O2等。 • 特征：温度43~49°C，相对密度1.02~1.06，高位 热值15630~19537kJ/m3。
仅适用于估算较大规模的产气量
• Marticorena经验模型
D
n
MP t 0 exp( ) td td
MP0 t F mi ( exp( )] td td i 1
式中，MP0为新鲜垃圾的特定产甲烷潜能，m3/t；t为时间 ，a；td为垃圾生命持续时间，a；mi为第i层中废物的质量 ，t；ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ为整个填埋场 的甲烷产率，m3/a
化工原料
合成
• 从垃圾场回收的甲烷气体的利用与当地或周围地区 对能源的需求及使用条件有关。 • （1）填埋气体的能源回收系统 • LFG常被转换成能源。对于小的装机容量而言（到 5MW ），常使用内燃发电机或者使用气轮机。对 于大的装机容量而言，常常使用蒸汽涡轮机。当使 用内燃发电机时，要尽量除去LFG中的水分以防损 坏柱头。如LFG含H2S，必须控制焚烧温度以防产 生腐蚀。也可以先除去LFG中含有的H2S，然后再 燃烧。 • （2）气体净化和回收 • LFG中的二氧化碳和甲烷可通过物理、化学吸附方 法和膜分离法加以分离。但只能吸附某些组分，而 使用弱渗透薄膜分离法可从甲烷中分离出二氧化碳。
• 第三阶段――酸化阶段（产酸阶段）
– 非甲烷菌(主要是兼性厌氧菌和专性厌氧菌)活 动显著，复杂有机化合物如多糖、蛋白质等在 微生物作用下水解、发酵，由不溶性物质变为 可溶性物质，并迅速生成挥发性脂肪酸将和醇 。 – 特征
• CO2占主要，到后阶段逐渐减少，同时会产生少量 H2； • 由于大量有机酸的累积，pH值下降显著，导致重金 属溶出增加，COD和BOD急剧升高； • 渗滤液含有大量的可产气的有机物和营养物质。
• 第五阶段――成熟阶段（填埋场稳定阶段）
– 当废物中大部分可降解有机物转化成CH4和 CO2后，垃圾中的易降解组分基本分解完全， LFG的释放速率显著减少，填埋场处于稳定 阶段或成熟阶段。 – 特征
• 几乎没有气体产生，开始复氧； • 渗滤液及废物的性质稳定，渗滤液中常含有富里 酸和腐殖酸，很难用生化方法处理； • 填埋场中微生物量极贫乏
CH4
3、LFG产生量的估算
• 动力学模型――化学需氧量法 – 1gCOD有机物＝0.25gCH4 – 换算成体积：1gCOD有机物＝0.35LCH4 • IPCC的统计模型
VCH 4 MSW H DOC r 16 0.5 12
式中：VCH4为垃圾填埋场的甲烷排放量，m3；MSW为城市固体废物量 ，t；H为城市垃圾填埋率；DOC为垃圾中可降解机碳的质量分数， IPCC的推荐值为：发展中国家为15%，发达国家为22%；r为垃圾中可 降解有机碳的分解率，IPCC推荐为77%。16/12为CH4和C之间的换算系 数；0.5为甲烷中碳与总碳的比率。
• 第二阶段――过渡阶段
– 氧气耗尽，开始形成厌氧条件，进入兼性厌氧 降解阶段。硝酸盐和硫酸盐开始被还原为氮气 和硫化氢。 – 特征
• 由于水解、发酵作用生成挥发性有机物，气体成分 复杂，但仍以CO2为主，含少量N2、H2，但基本 没有CH4； • 渗滤液的pH值开始下降，COD升高，渗滤液含有 较高浓度的脂肪酸、钙、铁、重金属。
– 填埋场气体对环境的影响
温室效应 产生令人讨厌的气味 产生毒害影响和健康问题 产生爆炸的可能性 对植物生长不利 但其有较高的利用价值
2、垃圾填埋气体的产生过程
• 第一阶段――初始调整阶段（好氧分解阶段） – 垃圾刚填埋即进入初始调整阶段，此阶段中垃 圾中易降解组分迅速与填埋时所夹带的氧气发 生好氧生物降解反应，生成CO2和H2O，同时 释放热量，垃圾温度可升高10~15°C。 – 本阶段渗滤液水量较少，O2明显下降，无CH4 生成。 – 本阶段持续时间较短
4、LFG导排系统
• 导排分类
被动式收集系统
利用填埋气体的压力进行收 集，适用于：填埋面积不 大，产气较小，填埋深度 主动收集系统 浅的填埋场 主动式收集系统 利用抽真空的方式进行收集
• 水平收集系统
• 竖井收集系统
• 竖井收集系统
– 垂直集气井
收集竖井管网布置
一般采用正三角形布局
• 第四阶段――甲烷发酵阶段
– 厌氧阶段，甲烷菌成为优势种群，将产酸阶段 的酸和H2转化成CH4和CO2。 – 主要特征
• CH4产生率稳定，浓度保持在50~65%； • 脂肪酸浓度下降，渗滤液的BOD、COD下降， BOD5/COD为0.1~0.01，可生化性差，属于后期的 渗滤液，也称为“老化”的垃圾渗滤液 • pH值开始升高，保持在6.5~8，重金属离子浓度开 始下降
• 主动式收集系统
– 水平收集系统
填埋场水平抽气管(沟)示意图
5、LFG净化与利用
• LFG的净化
– 脱水 – 脱CO2 – 脱H2S – 脱O2 – 脱N2 LFG的利用
燃料
发电、产热 民用燃气
• （3）就地使用 • 最简单的利用方法是用管道将回收的 LFG从采集点 输送到临近的使用地。在输送给使用者前，LFG必 须经干燥和（或）过滤，去除冷凝液和粉尘，使之 变为达一定清洁度的甲烷浓度为 35%～50％的气体。 • （4）管道注气 • 如果找不到当地的使用者，管道输送是一种适宜的 选择。若附近有输送中等质量LFG的管道，将气体 处理，干燥并除去腐蚀杂质，加压到管道压力便可 注入LFG的输送管道。中等质量的LFG甲烷浓度为 50％，具有明显的能源价值。为得到高质量的LFG， 需要回收气体中的二氯化碳并去除微量杂质，该处 理过程较为困难，费用更贵。 • （5）发电
第四节
• • • • •
垃圾填埋气体的收集利用
填埋场气体的组成与性质 垃圾填埋气体的产生过程 LFG产生量的估算 LFG收集系统 LFG净化与利用
1、填埋场气体的组成与性质
• 填埋气(LFG)
– 指在填埋垃圾中可生物降解有机物在微生物作 用下的产物。 – 填埋气的主要组成
• NH3、CO2、CO、H2、H2S、CH4、Cl2和O2等。 • 特征：温度43~49°C，相对密度1.02~1.06，高位 热值15630~19537kJ/m3。
仅适用于估算较大规模的产气量
• Marticorena经验模型
D
n
MP t 0 exp( ) td td
MP0 t F mi ( exp( )] td td i 1
式中，MP0为新鲜垃圾的特定产甲烷潜能，m3/t；t为时间 ，a；td为垃圾生命持续时间，a；mi为第i层中废物的质量 ，t；ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ为整个填埋场 的甲烷产率，m3/a
化工原料
合成
• 从垃圾场回收的甲烷气体的利用与当地或周围地区 对能源的需求及使用条件有关。 • （1）填埋气体的能源回收系统 • LFG常被转换成能源。对于小的装机容量而言（到 5MW ），常使用内燃发电机或者使用气轮机。对 于大的装机容量而言，常常使用蒸汽涡轮机。当使 用内燃发电机时，要尽量除去LFG中的水分以防损 坏柱头。如LFG含H2S，必须控制焚烧温度以防产 生腐蚀。也可以先除去LFG中含有的H2S，然后再 燃烧。 • （2）气体净化和回收 • LFG中的二氧化碳和甲烷可通过物理、化学吸附方 法和膜分离法加以分离。但只能吸附某些组分，而 使用弱渗透薄膜分离法可从甲烷中分离出二氧化碳。
• 第三阶段――酸化阶段（产酸阶段）
– 非甲烷菌(主要是兼性厌氧菌和专性厌氧菌)活 动显著，复杂有机化合物如多糖、蛋白质等在 微生物作用下水解、发酵，由不溶性物质变为 可溶性物质，并迅速生成挥发性脂肪酸将和醇 。 – 特征
• CO2占主要，到后阶段逐渐减少，同时会产生少量 H2； • 由于大量有机酸的累积，pH值下降显著，导致重金 属溶出增加，COD和BOD急剧升高； • 渗滤液含有大量的可产气的有机物和营养物质。
• 第五阶段――成熟阶段（填埋场稳定阶段）
– 当废物中大部分可降解有机物转化成CH4和 CO2后，垃圾中的易降解组分基本分解完全， LFG的释放速率显著减少，填埋场处于稳定 阶段或成熟阶段。 – 特征
• 几乎没有气体产生，开始复氧； • 渗滤液及废物的性质稳定，渗滤液中常含有富里 酸和腐殖酸，很难用生化方法处理； • 填埋场中微生物量极贫乏
CH4
3、LFG产生量的估算
• 动力学模型――化学需氧量法 – 1gCOD有机物＝0.25gCH4 – 换算成体积：1gCOD有机物＝0.35LCH4 • IPCC的统计模型
VCH 4 MSW H DOC r 16 0.5 12
式中：VCH4为垃圾填埋场的甲烷排放量，m3；MSW为城市固体废物量 ，t；H为城市垃圾填埋率；DOC为垃圾中可降解机碳的质量分数， IPCC的推荐值为：发展中国家为15%，发达国家为22%；r为垃圾中可 降解有机碳的分解率，IPCC推荐为77%。16/12为CH4和C之间的换算系 数；0.5为甲烷中碳与总碳的比率。
• 第二阶段――过渡阶段
– 氧气耗尽，开始形成厌氧条件，进入兼性厌氧 降解阶段。硝酸盐和硫酸盐开始被还原为氮气 和硫化氢。 – 特征
• 由于水解、发酵作用生成挥发性有机物，气体成分 复杂，但仍以CO2为主，含少量N2、H2，但基本 没有CH4； • 渗滤液的pH值开始下降，COD升高，渗滤液含有 较高浓度的脂肪酸、钙、铁、重金属。
– 填埋场气体对环境的影响
温室效应 产生令人讨厌的气味 产生毒害影响和健康问题 产生爆炸的可能性 对植物生长不利 但其有较高的利用价值
2、垃圾填埋气体的产生过程
• 第一阶段――初始调整阶段（好氧分解阶段） – 垃圾刚填埋即进入初始调整阶段，此阶段中垃 圾中易降解组分迅速与填埋时所夹带的氧气发 生好氧生物降解反应，生成CO2和H2O，同时 释放热量，垃圾温度可升高10~15°C。 – 本阶段渗滤液水量较少，O2明显下降，无CH4 生成。 – 本阶段持续时间较短
4、LFG导排系统
• 导排分类
被动式收集系统
利用填埋气体的压力进行收 集，适用于：填埋面积不 大，产气较小，填埋深度 主动收集系统 浅的填埋场 主动式收集系统 利用抽真空的方式进行收集
• 水平收集系统
• 竖井收集系统
• 竖井收集系统
– 垂直集气井
收集竖井管网布置
一般采用正三角形布局
• 第四阶段――甲烷发酵阶段
– 厌氧阶段，甲烷菌成为优势种群，将产酸阶段 的酸和H2转化成CH4和CO2。 – 主要特征
• CH4产生率稳定，浓度保持在50~65%； • 脂肪酸浓度下降，渗滤液的BOD、COD下降， BOD5/COD为0.1~0.01，可生化性差，属于后期的 渗滤液，也称为“老化”的垃圾渗滤液 • pH值开始升高，保持在6.5~8，重金属离子浓度开 始下降