垃圾填埋场甲烷气体排放技术探究

陈丹 张霞

垃圾填埋场甲烷气体排放技术探究

陈丹 张霞

（重庆市市政环卫监测中心 重庆 401121）

垃圾填埋场是温室气体甲烷的重要人为排放源之一，垃圾分解产生的甲烷会发生垂向和侧向迁移，并被氧化固定在垃圾填埋场中。研究显示与硫酸盐还原作用耦合的甲烷厌氧氧化作用在垃圾填埋场内及其渗滤液羽状体中均可发生，形成自生碳酸盐和硫化物等沉积。本文重点就当前垃圾填埋场甲烷气体排放技术进行了研究。

垃圾填埋场；甲烷气体；排放技术

随着社会的发展，城市生活废弃物的数量日益增多，成份日益复杂，处理日益困难，成为各国的重大环境问题。城市生活废弃物主要来源包括。生活垃圾、商业垃圾、灰烬、动物粪便、生物医药废弃物、建筑垃圾、工业固体废弃物、污水、可生物降解废弃物、不可生物降解废弃物和危险废弃物。目前，填埋处理固体废弃物仍然是最经济的处置形式是生物质废弃物处理过程中排放的温室气体，有20%源自城市固体废弃物处置，填埋场是温室气体较集中的排放源，具有较大的减少排放潜势。垃圾填埋气中包含 45～60%（体积分数，下同）甲烷（CH4），40～60%二氧化碳（CO2），0～0.2%氢（H2），2～5%氮（N2），0～1.0%硫化氢（H2S）和 0～0.2%一氧化碳（CO），可严重污染大气、地下水和生态环境，并对全球气候变化产生影响。因此，由垃圾引发的安全隐患和环境问题得到了社会各界的广泛关注。

1 填埋场CH4产生原因分析

垃圾中可降解有机物的含量及其纤维素、蛋白质和脂肪的构成比例，对LFG的产生起着决定性作用。淀粉、膳食纤维、蛋白质、脂肪和木质纤维类成分，厌氧发酵的CH4产率差异较大。餐厨垃圾产沼利用、生活垃圾LFG收集利用的低碳化程度最高，分别为93.7%和75.3%。易降解有机物含量越高，填埋场产气越快。含水率是决定垃圾降解过程中LFG产生量的主要因素。水分的运动有助于营养物质和微生物的转移，同时有助于有机物的水解及微生物的吸收和利用，一般认为适于垃圾产气的含水率（质量分数）范围在50～60%，填埋场中的含水率取决于自身含水率、填埋区降水量、填埋场覆盖层、场底防渗设施和管理方式（如渗滤液回灌、压实作业等）。温度决定了填埋场内微生物群落的空间分布和LFG的产气速率，多数产甲烷菌是中温菌，生长适宜温度为15～45℃，且40℃时垃圾的降解速度最快，此时气体的产生速率是30℃时的3倍，但温度升高到55℃时，CH4的产生就停止，垃圾填埋深度、垃圾密度、环境温度和微生物活性等因素均会影响垃圾的填埋温度。温度会影响废弃物降解的程度，高温能够加速废弃物降解和导致较大的渗滤液化学需氧量（COD）和氨氮浓度，CH4排放与土壤温度显示出良好的时间相关性。

2 填埋气体的减排技术分析

2.1 资源化利用技术

由于LFG具有热值高的特点，资源化利用技术已经成为国内外竞相研究开发的热点，包括收集LFG用于供热或并网发电和作为管道气、动力燃料、化工原料等。CH4在LFG排放总量中所占比例达40～60%，是一种利用价值较高的可再生能源，LFG可以用于生活供热以及其他用热途径，也可以通过热电转换装置来发电，这既可以能源回收利用，也是减少温室气体排放的有效方式。LFG发电具有显著的CO2，减排效益，其碳减排成本低于其他可再生能源发电技术，具有很强的竞争力，经过预处理手段，可以将垃圾LFG中的CH4体积分数提高到95%，纯化的LFG体是优良的居民生活燃气，并且接入方便。其主要限制因素是净化和安全，以及输气距离和成本问题，压缩天然气作为汽车燃料目前正逐步为市场所接受，LFG用作车辆燃料具有热值较高，抗爆性好等优点，但由于受到生产量的限制，很难达到商业化规模的经营。因为CH4的化学性质，转化CH4是很困难的，在特定条件下，通过催化反应LFG中的CCH4可以转化成芳烃。或作为化工原料直接转化成芳烃和乙烯。填埋场CH4所能创造的价值是相当可观的，而我国绝大多数垃圾填埋场产生的CH4都自由排空，收集和利用填埋场中CH4对于能源相对短缺的今天具有重要的意义。

2.2 原位减排技术

填埋层CH4原位减排技术可分为可持续填埋、好氧填埋和准好氧填埋等，可持续填埋是从源头对垃圾减量、回收利用，入场前进行预处理，使垃圾进入填埋场快速稳定化，以及在填埋场选址、防渗、填埋工艺、污染控制、终场修复、后续环境监测等各个299环节采取严格的控制措施，并在封场后对土地资源和矿化垃圾作为资源加以利用。可持续填埋技术将缓解填埋场用地紧张、可用资源浪费和环境污染等矛盾，为我国垃圾处置提出了新的方向，传统厌氧填埋产生CH4的体积分数变化范围为35～50%，准好氧填埋结构下CH4的体积分数变化范围只有7～13%，好氧填埋可以有效降低70～90%的CH4气体排放，在中国绝大多数没有设置LFG回收装置的填埋场采用准好氧填埋结构，对于减少填埋层气体中CH4的产生量，减缓温室效应具有较好的效果。

2.3 末端控制技术

末端控制技术包括火炬燃烧和覆盖层CH4氧化，因为单位质量CH4的温室效应在100年尺度上是CO2的25倍。燃烧CH4生成CO2，可大幅降低LFG的温室气体排放强度，过去燃烧LFG使用的是简单的露天堆积燃烧，没有任何隔离，能看到很大的火焰，而现在正逐渐被可控制温度的室内燃烧代替。垃圾填埋场上方所设置的覆盖层对气体向外部释放有良好的抑制作用，其受温度、含水率、有机质含量、厚度、孔隙度、pH值、无机氮、植被和下层产生的CH4和CO2的体积比共同影响，且含水率（质量分数）在10～15%和温度在25～35℃时，对CH4生物过滤系统中的清除能力的影响最大。

3 结束语

由于我国城市垃圾产生量在逐年增多，有机物含量也在不断提高，我国对垃圾的管理也由过去的简单堆放发展到集中收集、运输和处理的方式。综上所述，考虑到国际社会要求我国减排温室气体的压力日益增大，开展适合中国国情的垃圾填埋场温室气体减排替代技术研究，比如生物覆盖层CH4生物氧化，对于像我国这样的高温室气体排放国家至关重要。

[1]吴兑.温室气体与温室效应[M].北京：气象出版社，2014.

[2]肖学智.垃圾填埋场的甲烷释放及其减排[J].中国沼气，2016.

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1004-7344（2016）31-0321-01

2016-10-18