垃圾填埋气甲烷

G = L 0 R e − kc − e − kt
L0 R k c t
(
)
为最大理论产气量，m3/t； 为垃圾填埋场的平均处理能力，t/a； 为产生率常数，1/a； 为垃圾填埋场使用年限，a； 为垃圾填埋场运行以来的时间，a。
甲烷发酵： 甲烷发酵： 理论产气量和原料碳氮比计算
每克发酵原料中脂 类化合物的重量， 类化合物的重量， g
一、垃圾填埋气的产生
（二）第2阶段：厌氧发酵初始阶段 阶段：
当垃圾体中的氧气消耗完后，垃圾进入厌氧发酵初始阶段， 当垃圾体中的氧气消耗完后，垃圾进入厌氧发酵初始阶段， 该阶段持续时间约为11～14天 垃圾中气体的主要成分为N 该阶段持续时间约为11～14天。垃圾中气体的主要成分为N2、H2 11 随着厌氧分解的进行，pH值和填埋气产量都开始上升 值和填埋气产量都开始上升， 和CO2，随着厌氧分解的进行，pH值和填埋气产量都开始上升，此 时也会产生高浓度的有机渗出液。 时也会产生高浓度的有机渗出液。
burnt , y CH 4, y CH 4, y
ER project , y
CH 4
六、填埋气体能源化利用概况
填埋气体发电 制取二甲醚 用于管道天然气 用作汽车燃料
填埋气体发电
制取二甲醚
填埋气发电有上网的问题。 如果能把填埋气转化成方 便储存， 方便运送的液态物质是另外一种出路， 二甲 醚无毒无味， 是性能优良的干净的民用或者汽车燃料 在常温下加压到 0.5-0.6MPa左右就能液化（比液化气 所需压力低）方便储存， 运输和使用。 目前中科院工 程热物理研究所联合北京公用事业研究所 ，北京环卫 集团等单位， 克服了填埋气净化甲烷和二氧化碳重整 烟气温度控制和烟气热能的梯级利用 ，二甲醚高效分 离等困难 ，完成了项目小试， 该所正与北京市环卫集 团合作 ，准备进行年产数千吨的工业示范装置的研究 项目
（三）第3阶段：甲烷产生的初始阶段 阶段：
阶段为CH 产生的初始阶段，垃圾体开始产生CH 气体， 第3阶段为CH4产生的初始阶段，垃圾体开始产生CH4气体，并且不 断增加；随着厌氧分解的进行，pH值和填埋气产量都开始上升 值和填埋气产量都开始上升， 断增加；随着厌氧分解的进行，pH值和填埋气产量都开始上升， 此时也会产生高浓度的有机渗出液。 此时也会产生高浓度的有机渗出液。
一、垃圾填埋气的产生
（一）第1阶段：好氧发酵阶段 阶段：
固体废物进入填埋单元的开始的几个星期， 固体废物进入填埋单元的开始的几个星期，由于在填埋作业 过程中，空气充分进入垃圾内，垃圾体供氧充分，处于好氧发酵 过程中，空气充分进入垃圾内，垃圾体供氧充分， 状态。此时，垃圾的降解过程与好氧发酵相似， 状态。此时，垃圾的降解过程与好氧发酵相似，垃圾中气体的主 要成分为N 要成分为N2、O2和CO2。 阶段也是产酸阶段， 第1 阶段也是产酸阶段，酸性条件为后续厌氧分解创造了条 件。此阶段所产生的渗滤液含有高浓度的有机物质。 此阶段所产生的渗滤液含有高浓度的有机物质。
（一）填埋气体安全控制
垃圾填埋气体（ 垃圾填埋气体（LFG）是由 ）是由CH4、CO2和N2为主要组分的混合气 是一种温室气体， 体。CH4是一种温室气体，在全球气候变暖过程中所起的作用仅 次于CO2而据第二位。CH4对臭氧层的破坏作用是 而据第二位。 对臭氧层的破坏作用是CO2的20倍。 次于 倍 CH4也是一种无色、无味的易燃气体。当CH4在空气中的浓度达到 也是一种无色、无味的易燃气体。 5~15%时，遇到火种容易发生爆炸。 时 遇到火种容易发生爆炸。 LFG中还含有 2S等上百种不同的微量气体。气体中含有的某些 中还含有H 等上百种不同的微量气体 等上百种不同的微量气体。 中还含有 刺激性成份（ ），会被上呼吸系统粘膜产生的分泌液吸收 刺激性成份（H2S），会被上呼吸系统粘膜产生的分泌液吸收， ），会被上呼吸系统粘膜产生的分泌液吸收， 刺激波状纤毛。如果这种情况反复发生的话， 刺激波状纤毛。如果这种情况反复发生的话，就有可能发生细胞 变异。 变异。
在上述填埋气利用途径当中，填埋气通 过内燃机发电是研究得比较多的，而通 过燃气轮机发电、用来制取二甲醚、用 填埋气燃烧蒸发渗滤液、从填埋气中分 离提纯CO 2 作为化工原料是当前正在研 发当中的前沿方向。
谢谢！！！
输送管道、 气/输送管道、抽风机、冷凝液收集装置、气体净化设 输送管道 抽风机、冷凝液收集装置、 备及填埋气利用系统（如发电系统）。 备及填埋气利用系统（如发电系统）。
生活垃圾填埋甲烷排放现状
全世界城市生活垃圾：7.2亿t/a（中国1.5 亿t/a），80％以上卫生填埋或简易堆放 填埋场产生CH4占全球释放总量的12％以 上 我国填埋场产生的CH4量大约为800万 t/a， 相当于 1.7亿 t CO2当量/a温室效应，约占 全球填埋场甲烷排放量的20％ —生活垃圾填埋场甲烷温室气体必须加以控 制！
理论产甲烷量E= 理论产甲烷量E= 0.37A +0.49B+ 1.04C 理论产CO 理论产CO2量D= 0.37A+ 0.49B+ 0.364C
每克发酵原料中碳 水化合物的重量， 水化合物的重量， g
L/g发酵原料 L/g发酵原料
每克发酵原料中蛋 白质的重量， 白质的重量，g
四、填埋气体安全控制与回收利用
一、垃圾填埋气的产生
（四）第4阶段：甲烷稳定产气阶段 阶段：
阶段为CH 稳定产气阶段，气体的主要成分为CH 第4阶段为CH4稳定产气阶段，气体的主要成分为CH4和CO2；CH4 稳定产气阶段持续7～15年左右。在此阶段，pH上升到最大值，有机 年左右。 上升到最大值， 稳定产气阶段持续7 15年左右 在此阶段，pH上升到最大值 渗滤液的浓度下降，填埋气产量和产气中的甲烷浓度升高到最大值。 渗滤液的浓度下降， 填埋气产量和产气中的甲烷浓度升高到最大值。
五、填埋气的收集
1、被动收集系统适用于垃圾填埋量不大、填埋深度浅、 、 适用于垃圾填埋量不大、填埋深度浅、
产气量较低的小型城市垃圾填埋场（ ），被 产气量较低的小型城市垃圾填埋场（<40000m3），被 动收集系统包括被动排放井和管道、水泥墙和截留管 动收集系统包括被动排放井和管道、 等。
2、主动收集系统适用于大型填埋场系统包括抽气井、集 、 适用于大型填埋场系统包括抽气井、
二、产气量的主要决定因素
（4）微生物量
填埋场中与产气有关的微生物主要包括水解微生物、发酵微 生物、产乙酸微生物和产甲烷微生物四类[34]，大多为厌氧 菌，在氧气存在状态下，产气会受到抑制。大量研究表明， 将污水处理厂污泥与垃圾共同填埋，可以引入大量微生物， 显著提高产气速率，缩短产气之前的停滞期。
垃圾填埋气甲烷
一、垃圾填埋气的产生
垃圾填埋气体指的是在垃圾填 埋场中, 埋场中 被堆积或填埋的城市 生活垃圾中所含的大量有机物, 生活垃圾中所含的大量有机物 被微生物厌氧消化、 被微生物厌氧消化、 降解所 生成的气体。 生成的气体。填埋气体的主要 成分为 CH4 和 CO2 , 此外还 有一些恶臭物质等。 有一些恶臭物质等。CH4和 和 CO2 是主要的温室气体 其产 是主要的温室气体, 生的温室效应对全球环境将造 成很大的影响, 成很大的影响 而其中 CH4 的 当量体积的温室效应潜在值是 CO2 的21倍。 倍
温室气体减排量的计算
联合国气候变化纲要公约提供的计算温室气体减排量 计算公式如下：
ER project , y = LFGburnty ∗ wCH 4, y ∗ DCH 4 ∗ FE ∗ GWPห้องสมุดไป่ตู้H 4
为该某目某年的温室气体减排量（以吨CO2计） LFG 为某年燃烧的填埋气体 w 为某年填埋气体中的甲烷含量 D 为某年填埋气中甲烷的密度 FE 为填埋气体的利用效率 GWP 为甲烷的温室效应潜力，21
一、垃圾填埋气的产生 填 埋 气 的 产 生 过 程
二、产气量的主要决定因素
对于某一固定填埋场影响填埋气体产生速率的 因素包括垃圾组分、垃圾含水率、垃圾体内温 度和缺氧状态等等 （1）垃圾体含水量与渗滤液回灌 填埋场中多数有机物必须经过经过水解成为溶 于水的颗粒才能被微生物利用产生甲烷，填埋 场中水分的运移有助于营养物质、微生物的运 移，加快产气。适宜产生甲烷垃圾体湿度范围 在50%~70% 渗滤液回灌增加填埋场堆体内的湿度，不仅可 以改善渗滤液的水质，降低渗滤液中BOD、COD 及重金属的浓度，而且可以加速填埋堆体的稳 定
（5）pH值
填埋场中对产气起主要作用的产甲烷菌适宜于中性或微碱性 环境，因此，产气的最佳pH范围为6.6~7.4。当pH值在6~8范 围以外时，填埋产气会受到抑制。
三、填埋气体产量预测
按照LFG产生方式的不同，产气量计算方法有化学平衡法、生物 降解法、总有机碳法和纤维素含量估算法等。 目前应用最多的是美国环保总署（USEPA）提出的经验公式：
（五）第5阶段：降解终止阶段 阶段：
阶段为降解终止阶段， 的产生量不断下降， 第5阶段为降解终止阶段，CH4和CO2的产生量不断下降，大气渗 入填埋场的垃圾层中。由于该阶段厌氧降节速度减缓， 入填埋场的垃圾层中。由于该阶段厌氧降节速度减缓，垃圾体内有 机物基本降解完毕，垃圾体也趋于稳定。 机物基本降解完毕，垃圾体也趋于稳定。
二、产气量的主要决定因素
（2）垃圾体内温度
填埋场中微生物的生长对温度比较敏感，因此，填埋场产气 速率与温度也有一定关联。大多数产甲烷菌是嗜中温菌，在 15~45°C可以生长，最适宜温度范围是32~35°C，温度在 10~15°C以下时，产气速率会显著降低。
（3）垃圾中的营养物质成分
填埋场中微生物的生长代谢需要足够的营养物质，包括C、O、 H、N、P及一些微量营养 物质，通常填埋垃圾的组成都能满 足要求。研究指出，当垃圾的C/N比在20/1~30/1之间时，厌 氧微生物生长状态最佳，即产气速率最快。 垃圾中的有机质越多，生物气体的产量就越高。食品垃圾分 解时，生物气体的甲烷含量达70%以上。有毒垃圾和工艺垃圾 会降低甲烷的产量。
用于管道天然气
经过净化提纯后并入城市燃气管道, 特别 是在天然气价格高的地区适宜使用。 香港地区的填埋气, 就是把填埋气净化提 纯后注入城市燃气管道来进行利用。实 践证明, 用作燃气对于天然气价格高的地 区经济效益较好。
用作汽车燃料
经科学试验及实践证明, CH4 含量超过 50% 的CH4和CO2 混合气体, 可替代汽油作为汽 车燃料。此项技术的限制性因素主要是装备 技术商业化。压缩天然气作为汽车燃料目前 正逐步为市场所接受, 填埋气由于受到生产 量的限制, 很难达到商业化规模经营。目前 可选择的主要用户是专用垃圾运输车辆, 其 优点是无需在填埋场外再建加气站,可大幅度 降低燃气的成本。
填埋气体安全控制与回收利用
（二）填埋气体安全控制
由于LFG中的 中的CH4含量通常在 含量通常在55%左右，是一种 左右， 由于 中的 左右 可资利用的燃料气体。根据美国的经验，在容量100 可资利用的燃料气体 。 根据美国的经验 ， 在容量 以上的固体废物填埋场进行LFG回收利用是可以 万m3以上的固体废物填埋场进行 回收利用是可以 获利的。垃圾容量在200万m3以上的填埋场，LFG回 获利的。垃圾容量在 万 以上的填埋场， 回 收利用则可以获得较大的经济效益。 收利用则可以获得较大的经济效益。