第18卷 第2期 煤气与热力
・7・
垃圾填埋场气体的收集与处理
Ξ
李 霞 顾建良 杨安辉
(深圳市市政工程设计院, 深圳518028) ()
摘要 、气体收集的重要性、产气量的。为今后垃圾填埋场的设计、。关键词 可燃气收集 垃圾处理中图分类号 TU996
1 概 述
随着我国经济的不断发展, 许多城市都在向国
际化大都市迈进, 在经济高速发展的同时, 环境也越来越引起人们的关注和重视, 创造一个整洁、优美的工作环境和生活环境是一个现代化城市的重要标志之一。
垃圾是伴随着人类的生产、生活而产生的, 随着工业化和城市化的推进, 城市人民的物质文化水平日益提高, 垃圾的产量和成份也迅速增加和变化。在当今世界上, 处理垃圾的难度越来越大, 给城市的发展和管理带来了新的困难, 直接或间接地影响着生态环境, 对居民的健康和生存构成了严重威协, 在工业发达国家(如日本) , 人均垃圾产量每天已达2. 5 左右, 即使是发展中国家(如中国深圳) , 人均垃圾产量每天也达0. 7～1. 2 , 一座百万人口城市每天要产生上千吨垃圾, 其处理难度是可想而知的。
我国城市垃圾的处理方法目前还比较落后, 其主要方法是填埋, 约占整个垃圾处理方法的95%以上, 焚烧仅占很少部分, 且仅在少数几个城市实行(如深圳市) 。因此, 垃圾填埋场可能产生的污染问题、爆炸问题应引起我们足够的重视, 目前, 我国
Ξ收稿日期:1997-05-20
所采用的填埋方法基本上是随意堆放的方法, 未经
无害化处理。在填埋过程中, 由于厌氧分解产生大量的甲烷气体, 如果不加以收集处理就会发出臭味并可能产生火灾危险。
本文着重对垃圾填埋场气体的收集系统及处理系统进行论述, 以解决垃圾填埋场在封场后可能发生的火灾危险。
2 填埋场气体的产生
城市生活垃圾包括居民家庭、道路清扫(包括果皮箱收集) 、商业营业垃圾(包括菜场垃圾) 、企事业单位(包括机关、学校、医院) 、以及露天公共场所等产生的垃圾, 亦有一部分工业垃圾和建筑垃圾混杂其中。因此在投入填埋场的垃圾中, 含有相当丰富的有机物质。通常, 家庭垃圾中, 含有马铃薯皮、水果皮、食物残渣、菜叶、纸张、毛皮等有机物。庭院垃圾中也含有一定数量的有机物质。
垃圾一旦进入填埋场, 微生物的分解过程就开始了。第一步是好氧分解, 消耗填埋场中的氧气, 产生大量的热。第二步进行厌氧分解, 产生沼气, 其组成见表1。
作为垃圾本身的生物厌氧降解过程, 其最终产
・8・
1998年3月煤气与热力
物主要是CO 2和CH 4。垃圾被填埋的初期, 有机物
分解产生的废气主要是CO 2, 经过一段时间以后, 气体中的甲烷成分逐渐上升, 产气高峰一般要在垃圾填埋3～5年之后才出现, 而废气中CH 4含量较高时会引起爆炸(空气中CH 4的爆炸极限范围是5～15V %。因此, 做好填埋场气体的收集处理是一项很重要的工作。气体成分和浓度随填埋年限和垃圾成分的不同而变化。其主要成分随时间的变化见表2。
表1 气体名称甲烷二氧化碳一氧化碳氨氢氧氮硫化氢
ACETA ACETO
气管、排洪沟等设施, 进行了垃圾的碾压和覆土,
于1984年正式启用, 成为一个准卫生填埋场, 目前, 容量已接近饱和, 年底即将封场。该垃圾场位于一个山谷地带, 四周地势较高, 产生的沼气不易很快扩散, 而且易燃、易爆、有毒的气体长期自然排放, , 而且还存在着爆, , 为了年增设了排气设施, 但由于, 而且垃圾覆土过程中, 推土机将部分导气管推弯, 使导气管出现倾斜, 甚至断裂的现象, 直接影响了填埋场的排气效果, 一旦引起火灾, 就会引起填埋场沼气爆炸, 后果不堪设想, 因此, 对填埋场封场后排气制订切实可行的方案, 对减少隐患, 改善环境将有着十分重要的意义。
填埋场气体的量及其成分, 主要取决于填埋垃圾的种类与数量, 所采用的地面处理方法、填埋深度、填埋场温度和填埋场实际使用年限等因素。填埋初期, 第一和第二阶段(历时1年左右) , 主要成分是二氧化碳、氮、少量氢、一氧化碳和氧; 第三阶段(历时2年) 是甲烷发酵的不稳定期, 主要成分是二氧化碳和甲烷, 产生量也较少; 第四阶段为稳定的废气产生期, 主要成分是甲烷和二氧化碳, (历时20～30年) , 一般第15～16年为产气高峰, 本阶段属气体回收利用期。垃圾场沼气产生量曲线如图1(K 为产气率) 。
4CO 2CO NH 3H 2O 2N 2H 2S CH 3CHO C 2H 6CO C 6H 6Ar C 7H 16C 6H 5CH 3
浓 度
0～85V %0～85V %2. 8V %0～0. 35×10-60～3. 6V %0～31. 6V %0～82. 5V %0～75V %150×10-6100×10
-6
苯氩
HEPTA
0. 08V %0. 01V %0. 45V %0. 09V %
甲苯
表2 垃圾处理场废气主要成分变化
完工时间
(月) CH 4V %CO 2V %N 2V %
0～35885. 2
3～62174
3. 0
6～12～18～24～30～36～42～1229650. 4
1840521. 0
2446520. 4
3047510. 2
3651461. 3
4247500. 9
4848500. 4
图1 垃圾场沼气产生量曲线
表3 深圳市市区历年垃圾量t/y
3 深圳垃圾填埋场
深圳市玉龙坑垃圾填埋场是市区垃圾处理的
最终消纳场所, 占地面积6. 12公顷, 该填埋场建于1980年, 投入运行时为裸堆, 后经扩建并增设了排
年代[***********]881989
垃圾量t [***********][**************]34年代
1990
1991
1992
1993
1994
1995
垃圾量t [***********][***********]
第18卷 第2期 煤气与热力
・9・
以玉龙坑垃圾场为例, 该填埋场于1984年开始启用, 据资料统计, 市区垃圾量见表3。
除玉龙坑垃圾填埋场以外, 深圳市垃圾综合处理厂自1988年投产以来, 日焚烧垃圾量约200t , 到1995年底, 共焚烧垃圾5×104t , 因此, 除去烧掉的垃圾, 其余约4×106t ,5×106 的垃圾均进入了玉龙坑填埋场。
据在12～15年的填埋期间里, 回收0. 0989～0. , 玉, 而沼气是通过有机物的发酵产生的, 因此产气量也较以上指标低, 考虑到填埋场已使用十年, 填埋场的沼气产气率约为每公斤固体垃圾可以回收0. 05m 3, 回收期15年, 产气量计算公式如下:
Q =1000×g ×w (365×24×y ) (m 3/h ) 式中:g —每公斤固体垃圾回收气量(m 3/kg ) ; w —垃圾填埋总量(t ) ; y —回收期限(年) 。
则玉龙坑填埋场沼气的小时产量为:
Q =1000×0. 05×400×104 (365×24×25) =913(m 3/h ) 考虑将这些气体由预埋的排气设施集中导出, 送至沼气处理设施集中处理后, 送入环卫综合处理厂, 对其综合利用。
的负压, 并以此考虑管道设计和设备的选择。地下沼气收集井如图2所示。
竖井中的吸引管用高密度聚乙烯制造, 直径100～150mm , 吸引管上有透气的小孔, 垂直安装在直径为0. 5m 的竖井中, 为防止其客观存在气体渗透进入填埋场表层, 3m 没有小孔, 为增加吸收面积, 。废气3
图2
地下废气收集井示意图
5 气体收集系统
5. 1 气体的收集
垃圾填埋场内产生的气体, 借压差流向特定的
气体收集井, 从收集井通过气体收集管引至集气柜, 气体由集气柜输往气体收集站。根据废气的不同用途进行净化处理。
气体的收集通过设置于填埋场竖井中垂直带孔管道收集竖井, 每隔40～50m 设置一个, 每3～5个收集井设置一个集气柜, 组成一组输送系统, 每个集气柜设有独立的管道接至收集站。集气柜可以互组联通, 以便处理故障和检修。
为有效地抽出井中气, 井里应保持约20kPa
图3 废气收集系统示意图
1—收集井(竖井) ;2—集气柜;3—沼气收集管;
4—集气管;5—控制站;6—收集站
来自竖井中的气体含有水蒸汽, 所以水平管道
应逐渐向竖井方向倾斜, 以便使冷凝液返回竖井, 在一些管道的最低点, 设置了冷凝水收集装置。
6 气体处理
(下转第20页)
・20・
(2) 确定真空引水罐容积
1988年3月煤气与热力
一般来说, 真空引水罐均制成圆柱形, 吸水管的
直径应该大于泵的进口直径, 真空罐的直径一般可取为吸水管管径的5～6倍。计算时, 根据确定的最大吸程高度, 按照图1所示结构, 先假定引水罐的内径和吸水管的吸水高度。根据理想气体状态方程P 1V 1=P 2V 2, 其中P 1即为当地的大气压力, V 1即为泵起动前引水罐内所封闭的空气体积。当泵起动后, 引水罐内水位下降, 空气体积增大为V 2, 由公式:V 2=P 1V 1/P 2程时引水罐的最小体积。高, 汽化压力大, , 蓄水量。另外, , 引水罐还应有一定的强度。
(3) 管路布置
一台水泵宜设单独的引水罐, 吸水管路上不设调节阀门, 尽量减少吸水管路上的弯头和法兰, 真空罐与离心泵、吸水管等法兰连接处必须密封良好, 以确保真空度。进水管和溢流管上的阀门最好采用密封性能好的球阀, 以免漏气。4 实际改造情况及运行效果
根据烟道积水温度高, 酸性大, 我们选用了IH
化工耐腐蚀泵, 型号为IH50-32-125, 其相关性能参数为:流量12. 5m 3/h , 扬程20m , 允许汽蚀余量2m 。真空引水罐为厚6mm 钢板制作, 内径为DN 300mm , 高度为650mm 。水泵安装在烟道积水井旁的泵坑内, 如图2所示
。
图2 烟道水泵安装图
参 考 文 献
1 朱吕通等. 现代灭火设施. 北京. 水力电力出版社. 1984
(上接第9页)
(2) 综合利用 填埋场内的气体通过收集设施导出地面, 其处理
方法有如下两种。将收集到的气体, 经过抽送机送往净化处理设
(1) 直接燃烧施, 进行净化、储存, 再经过加压、冷凝后送往用户。
将填埋场内的沼气导出地面后进行直接燃烧, 是废气收集处理应用流程见图4。一种常用的传统处理方法。这种方法在较小的填埋这种处理方法适用于产气量较大的填埋场, 它可场中适用, 即所收集到的气体不足以利用, 而采用就以有效地利用沼气的能量, 又可以减少填埋场气体污地焚烧的方法。染环境及爆炸的危险性
。
图4 填埋场气体收集处理应用流程图
第18卷 第2期 煤气与热力
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垃圾填埋场气体的收集与处理
Ξ
李 霞 顾建良 杨安辉
(深圳市市政工程设计院, 深圳518028) ()
摘要 、气体收集的重要性、产气量的。为今后垃圾填埋场的设计、。关键词 可燃气收集 垃圾处理中图分类号 TU996
1 概 述
随着我国经济的不断发展, 许多城市都在向国
际化大都市迈进, 在经济高速发展的同时, 环境也越来越引起人们的关注和重视, 创造一个整洁、优美的工作环境和生活环境是一个现代化城市的重要标志之一。
垃圾是伴随着人类的生产、生活而产生的, 随着工业化和城市化的推进, 城市人民的物质文化水平日益提高, 垃圾的产量和成份也迅速增加和变化。在当今世界上, 处理垃圾的难度越来越大, 给城市的发展和管理带来了新的困难, 直接或间接地影响着生态环境, 对居民的健康和生存构成了严重威协, 在工业发达国家(如日本) , 人均垃圾产量每天已达2. 5 左右, 即使是发展中国家(如中国深圳) , 人均垃圾产量每天也达0. 7～1. 2 , 一座百万人口城市每天要产生上千吨垃圾, 其处理难度是可想而知的。
我国城市垃圾的处理方法目前还比较落后, 其主要方法是填埋, 约占整个垃圾处理方法的95%以上, 焚烧仅占很少部分, 且仅在少数几个城市实行(如深圳市) 。因此, 垃圾填埋场可能产生的污染问题、爆炸问题应引起我们足够的重视, 目前, 我国
Ξ收稿日期:1997-05-20
所采用的填埋方法基本上是随意堆放的方法, 未经
无害化处理。在填埋过程中, 由于厌氧分解产生大量的甲烷气体, 如果不加以收集处理就会发出臭味并可能产生火灾危险。
本文着重对垃圾填埋场气体的收集系统及处理系统进行论述, 以解决垃圾填埋场在封场后可能发生的火灾危险。
2 填埋场气体的产生
城市生活垃圾包括居民家庭、道路清扫(包括果皮箱收集) 、商业营业垃圾(包括菜场垃圾) 、企事业单位(包括机关、学校、医院) 、以及露天公共场所等产生的垃圾, 亦有一部分工业垃圾和建筑垃圾混杂其中。因此在投入填埋场的垃圾中, 含有相当丰富的有机物质。通常, 家庭垃圾中, 含有马铃薯皮、水果皮、食物残渣、菜叶、纸张、毛皮等有机物。庭院垃圾中也含有一定数量的有机物质。
垃圾一旦进入填埋场, 微生物的分解过程就开始了。第一步是好氧分解, 消耗填埋场中的氧气, 产生大量的热。第二步进行厌氧分解, 产生沼气, 其组成见表1。
作为垃圾本身的生物厌氧降解过程, 其最终产
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1998年3月煤气与热力
物主要是CO 2和CH 4。垃圾被填埋的初期, 有机物
分解产生的废气主要是CO 2, 经过一段时间以后, 气体中的甲烷成分逐渐上升, 产气高峰一般要在垃圾填埋3～5年之后才出现, 而废气中CH 4含量较高时会引起爆炸(空气中CH 4的爆炸极限范围是5～15V %。因此, 做好填埋场气体的收集处理是一项很重要的工作。气体成分和浓度随填埋年限和垃圾成分的不同而变化。其主要成分随时间的变化见表2。
表1 气体名称甲烷二氧化碳一氧化碳氨氢氧氮硫化氢
ACETA ACETO
气管、排洪沟等设施, 进行了垃圾的碾压和覆土,
于1984年正式启用, 成为一个准卫生填埋场, 目前, 容量已接近饱和, 年底即将封场。该垃圾场位于一个山谷地带, 四周地势较高, 产生的沼气不易很快扩散, 而且易燃、易爆、有毒的气体长期自然排放, , 而且还存在着爆, , 为了年增设了排气设施, 但由于, 而且垃圾覆土过程中, 推土机将部分导气管推弯, 使导气管出现倾斜, 甚至断裂的现象, 直接影响了填埋场的排气效果, 一旦引起火灾, 就会引起填埋场沼气爆炸, 后果不堪设想, 因此, 对填埋场封场后排气制订切实可行的方案, 对减少隐患, 改善环境将有着十分重要的意义。
填埋场气体的量及其成分, 主要取决于填埋垃圾的种类与数量, 所采用的地面处理方法、填埋深度、填埋场温度和填埋场实际使用年限等因素。填埋初期, 第一和第二阶段(历时1年左右) , 主要成分是二氧化碳、氮、少量氢、一氧化碳和氧; 第三阶段(历时2年) 是甲烷发酵的不稳定期, 主要成分是二氧化碳和甲烷, 产生量也较少; 第四阶段为稳定的废气产生期, 主要成分是甲烷和二氧化碳, (历时20～30年) , 一般第15～16年为产气高峰, 本阶段属气体回收利用期。垃圾场沼气产生量曲线如图1(K 为产气率) 。
4CO 2CO NH 3H 2O 2N 2H 2S CH 3CHO C 2H 6CO C 6H 6Ar C 7H 16C 6H 5CH 3
浓 度
0～85V %0～85V %2. 8V %0～0. 35×10-60～3. 6V %0～31. 6V %0～82. 5V %0～75V %150×10-6100×10
-6
苯氩
HEPTA
0. 08V %0. 01V %0. 45V %0. 09V %
甲苯
表2 垃圾处理场废气主要成分变化
完工时间
(月) CH 4V %CO 2V %N 2V %
0～35885. 2
3～62174
3. 0
6～12～18～24～30～36～42～1229650. 4
1840521. 0
2446520. 4
3047510. 2
3651461. 3
4247500. 9
4848500. 4
图1 垃圾场沼气产生量曲线
表3 深圳市市区历年垃圾量t/y
3 深圳垃圾填埋场
深圳市玉龙坑垃圾填埋场是市区垃圾处理的
最终消纳场所, 占地面积6. 12公顷, 该填埋场建于1980年, 投入运行时为裸堆, 后经扩建并增设了排
年代[***********]881989
垃圾量t [***********][**************]34年代
1990
1991
1992
1993
1994
1995
垃圾量t [***********][***********]
第18卷 第2期 煤气与热力
・9・
以玉龙坑垃圾场为例, 该填埋场于1984年开始启用, 据资料统计, 市区垃圾量见表3。
除玉龙坑垃圾填埋场以外, 深圳市垃圾综合处理厂自1988年投产以来, 日焚烧垃圾量约200t , 到1995年底, 共焚烧垃圾5×104t , 因此, 除去烧掉的垃圾, 其余约4×106t ,5×106 的垃圾均进入了玉龙坑填埋场。
据在12～15年的填埋期间里, 回收0. 0989～0. , 玉, 而沼气是通过有机物的发酵产生的, 因此产气量也较以上指标低, 考虑到填埋场已使用十年, 填埋场的沼气产气率约为每公斤固体垃圾可以回收0. 05m 3, 回收期15年, 产气量计算公式如下:
Q =1000×g ×w (365×24×y ) (m 3/h ) 式中:g —每公斤固体垃圾回收气量(m 3/kg ) ; w —垃圾填埋总量(t ) ; y —回收期限(年) 。
则玉龙坑填埋场沼气的小时产量为:
Q =1000×0. 05×400×104 (365×24×25) =913(m 3/h ) 考虑将这些气体由预埋的排气设施集中导出, 送至沼气处理设施集中处理后, 送入环卫综合处理厂, 对其综合利用。
的负压, 并以此考虑管道设计和设备的选择。地下沼气收集井如图2所示。
竖井中的吸引管用高密度聚乙烯制造, 直径100～150mm , 吸引管上有透气的小孔, 垂直安装在直径为0. 5m 的竖井中, 为防止其客观存在气体渗透进入填埋场表层, 3m 没有小孔, 为增加吸收面积, 。废气3
图2
地下废气收集井示意图
5 气体收集系统
5. 1 气体的收集
垃圾填埋场内产生的气体, 借压差流向特定的
气体收集井, 从收集井通过气体收集管引至集气柜, 气体由集气柜输往气体收集站。根据废气的不同用途进行净化处理。
气体的收集通过设置于填埋场竖井中垂直带孔管道收集竖井, 每隔40～50m 设置一个, 每3～5个收集井设置一个集气柜, 组成一组输送系统, 每个集气柜设有独立的管道接至收集站。集气柜可以互组联通, 以便处理故障和检修。
为有效地抽出井中气, 井里应保持约20kPa
图3 废气收集系统示意图
1—收集井(竖井) ;2—集气柜;3—沼气收集管;
4—集气管;5—控制站;6—收集站
来自竖井中的气体含有水蒸汽, 所以水平管道
应逐渐向竖井方向倾斜, 以便使冷凝液返回竖井, 在一些管道的最低点, 设置了冷凝水收集装置。
6 气体处理
(下转第20页)
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(2) 确定真空引水罐容积
1988年3月煤气与热力
一般来说, 真空引水罐均制成圆柱形, 吸水管的
直径应该大于泵的进口直径, 真空罐的直径一般可取为吸水管管径的5～6倍。计算时, 根据确定的最大吸程高度, 按照图1所示结构, 先假定引水罐的内径和吸水管的吸水高度。根据理想气体状态方程P 1V 1=P 2V 2, 其中P 1即为当地的大气压力, V 1即为泵起动前引水罐内所封闭的空气体积。当泵起动后, 引水罐内水位下降, 空气体积增大为V 2, 由公式:V 2=P 1V 1/P 2程时引水罐的最小体积。高, 汽化压力大, , 蓄水量。另外, , 引水罐还应有一定的强度。
(3) 管路布置
一台水泵宜设单独的引水罐, 吸水管路上不设调节阀门, 尽量减少吸水管路上的弯头和法兰, 真空罐与离心泵、吸水管等法兰连接处必须密封良好, 以确保真空度。进水管和溢流管上的阀门最好采用密封性能好的球阀, 以免漏气。4 实际改造情况及运行效果
根据烟道积水温度高, 酸性大, 我们选用了IH
化工耐腐蚀泵, 型号为IH50-32-125, 其相关性能参数为:流量12. 5m 3/h , 扬程20m , 允许汽蚀余量2m 。真空引水罐为厚6mm 钢板制作, 内径为DN 300mm , 高度为650mm 。水泵安装在烟道积水井旁的泵坑内, 如图2所示
。
图2 烟道水泵安装图
参 考 文 献
1 朱吕通等. 现代灭火设施. 北京. 水力电力出版社. 1984
(上接第9页)
(2) 综合利用 填埋场内的气体通过收集设施导出地面, 其处理
方法有如下两种。将收集到的气体, 经过抽送机送往净化处理设
(1) 直接燃烧施, 进行净化、储存, 再经过加压、冷凝后送往用户。
将填埋场内的沼气导出地面后进行直接燃烧, 是废气收集处理应用流程见图4。一种常用的传统处理方法。这种方法在较小的填埋这种处理方法适用于产气量较大的填埋场, 它可场中适用, 即所收集到的气体不足以利用, 而采用就以有效地利用沼气的能量, 又可以减少填埋场气体污地焚烧的方法。染环境及爆炸的危险性
。
图4 填埋场气体收集处理应用流程图