中國垃圾填埋場沼氣回收混合系統與溫室氣體減排
一、導言
在過去(qu)的十年里,中國(guo)經歷了(le)經濟的高速增(zeng)長(chang)(chang),同(tong)時也導致了(le)城市垃圾產生量的相應增(zeng)加。1996年,中國(guo)的城市垃圾產生量估(gu)計接近1億噸,而2000年增(zeng)長(chang)(chang)到了(le)1.2至1.4億噸。
據有(you)關報道,中國(guo)(guo)的城(cheng)市垃圾(ji)產生量(liang)大約是每(mei)(mei)人(ren)每(mei)(mei)天(tian)0.66到2.62公斤(jin)(jin)之間,平均(jun)為(wei)每(mei)(mei)人(ren)每(mei)(mei)天(tian)1.16公斤(jin)(jin)。隨(sui)著經(jing)濟的發展和生活水平的提高,垃圾(ji)的成(cheng)分也發生了顯著的變(bian)化(hua)(hua)。某些城(cheng)市報道的垃圾(ji)成(cheng)分已與工業化(hua)(hua)國(guo)(guo)家(jia)相(xiang)似(si)。
過去城(cheng)市垃(la)圾只是運到(dao)填(tian)埋場和堆放場處理(li),但現在(zai)對環境,尤其是對地下(xia)水(shui)源和地表水(shui)源的(de)保護已得到(dao)重視,因此(ci),那種選址不當和簡(jian)易處理(li)的(de)垃(la)圾堆放場正在(zai)被關(guan)閉,取而代之的(de)是使(shi)地下(xia)水(shui)和地表水(shui)得到(dao)保護的(de)先(xian)進(jin)設施(shi)。但是,隨(sui)著有關(guan)全球變暖和氣候變化(hua)問題的(de)日益突出(chu),下(xia)一個課(ke)題是著重于優化(hua)新的(de)垃(la)圾填(tian)埋場的(de)沼氣回收(shou)利用,減少溫室氣體的(de)排放。
垃(la)圾填(tian)埋(mai)場(chang)中的(de)(de)有機廢物在(zai)厭氧狀(zhuang)態下分解,會產生填(tian)埋(mai)氣(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)(ti)(LFG)。除(chu)了少量(liang)的(de)(de)其他成分之外,填(tian)埋(mai)氣(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)(ti)主(zhu)要由數量(liang)大致相當的(de)(de)沼氣(qi)(qi)(qi)和(he)二氧化碳(tan)組成。沼氣(qi)(qi)(qi)是一種使(shi)21世紀全球變暖趨勢的(de)(de)強力溫室(shi)氣(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)(ti)。開展(zhan)從(cong)垃(la)圾填(tian)埋(mai)場(chang)中回收利用填(tian)埋(mai)氣(qi)(qi)(qi),使(shi)之成為再(zai)生資源(yuan),可以生產能(neng)源(yuan)并(bing)取代石油和(he)煤。同時,通(tong)過(guo)完善填(tian)埋(mai)氣(qi)(qi)(qi)回收系(xi)統,還(huan)可以取得包括控制(zhi)填(tian)埋(mai)氣(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)遷移(yi)和(he)減少垃(la)圾臭氣(qi)(qi)(qi)的(de)(de)環(huan)境效益。
此外,填(tian)埋(mai)氣(qi)體的(de)(de)(de)回收(shou)利用還有(you)其他的(de)(de)(de)環境和經濟效益,一個減(jian)排(pai)信貸的(de)(de)(de)國際市場已經形成,實(shi)現的(de)(de)(de)減(jian)排(pai)量可以用于出(chu)售。減(jian)排(pai)貿易的(de)(de)(de)計(ji)劃,如清潔發展機制,在京都議定書(shu)的(de)(de)(de)框架下得到鼓勵。因(yin)此,有(you)必要評估垃圾填(tian)埋(mai)氣(qi)體回收(shou)系統的(de)(de)(de)設計(ji)和效能,以期在填(tian)埋(mai)場的(de)(de)(de)整個運行期間(jian)最大(da)限度地實(shi)現沼氣(qi)的(de)(de)(de)減(jian)排(pai)。
二、填埋場沼氣的控制方案
1.概述
配置填(tian)(tian)(tian)埋(mai)氣體的回收(shou)系(xi)(xi)統和(he)運(yun)行設備(bei)是(shi)控制填(tian)(tian)(tian)埋(mai)氣體逸出的常用做法,這種(zhong)方法在國際(ji)上廣(guang)泛采用。有越來越多(duo)的中國的垃圾填(tian)(tian)(tian)埋(mai)場(chang)安裝(zhuang)填(tian)(tian)(tian)埋(mai)氣體回收(shou)系(xi)(xi)統,這些系(xi)(xi)統包(bao)括被動(dong)系(xi)(xi)統和(he)主動(dong)系(xi)(xi)統。簡述如(ru)下:
A.被動系統
被動排(pai)氣系統(tong)是(shi)填埋(mai)氣體控制系統(tong)中(zhong)最簡單的一(yi)種類型(xing),一(yi)般用于(yu)小型(xing)的填埋(mai)場和已(yi)關(guan)閉的填埋(mai)場。也可用作大型(xing)填埋(mai)場的臨時措施。
被(bei)動系統在垃圾填(tian)(tian)(tian)埋作業區內部或周邊(bian)地下設(she)置有排(pai)氣(qi)(qi)井或石(shi)籠,以(yi)(yi)為(wei)填(tian)(tian)(tian)埋氣(qi)(qi)排(pai)出大(da)氣(qi)(qi)提(ti)供便捷的(de)通道(dao)。在一(yi)些填(tian)(tian)(tian)埋場(主要(yao)是小(xiao)型(xing)填(tian)(tian)(tian)埋場或已關閉(bi)的(de)填(tian)(tian)(tian)埋場),填(tian)(tian)(tian)埋氣(qi)(qi)不經(jing)處理(li)就(jiu)直(zhi)接排(pai)入大(da)氣(qi)(qi)。但從(cong)控(kong)制臭氣(qi)(qi)和(he)減少(shao)排(pai)放考(kao)慮(lv),對填(tian)(tian)(tian)埋氣(qi)(qi)點火(huo)燃燒或加以(yi)(yi)利(li)用(yong)是更好的(de)辦法。
B.主動系統
主(zhu)動(dong)系(xi)統(tong)主(zhu)要用于(yu)中型和大型的垃圾填埋(mai)場沼氣回(hui)收(shou)利用。主(zhu)動(dong)系(xi)統(tong)一(yi)般(ban)包括如下(xia)主(zhu)要部分:
·抽氣井
·集(ji)氣系(xi)統
·冷凝系統
·壓縮(suo)/燃(ran)燒站
·應用裝置(供(gong)選擇(ze))
建設填埋(mai)氣(qi)(qi)(qi)的(de)主動系統(tong),根據填埋(mai)場的(de)具體(ti)條件有(you)很多方案可(ke)供選(xuan)擇。垂直抽氣(qi)(qi)(qi)井(jing)是最(zui)常(chang)用的(de)標(biao)準抽氣(qi)(qi)(qi)井(jing)形式。垂直抽氣(qi)(qi)(qi)井(jing)最(zui)適合于安裝(zhuang)在已完(wan)成填埋(mai)的(de)區域,在垃圾(ji)堆體(ti)上鉆取抽氣(qi)(qi)(qi)井(jing),通(tong)常(chang)的(de)排(pai)列間(jian)隔距離(li)大約在25米(mi)到100米(mi)之間(jian)。
垂(chui)直抽氣井一般用PVC、HDPE或(huo)(huo)其他材(cai)料制(zhi)造。在井的較(jiao)深部(bu)分(fen)開槽或(huo)(huo)鉆孔(kong),上部(bu)則(ze)(ze)為實管。井的下(xia)面部(bu)分(fen)鉆有(you)排孔(kong)并被(bei)碎石圍裹著(稱為濾包),是為了從垃圾中(zhong)抽取(qu)氣體(ti),而濾包上部(bu)的密封(feng),則(ze)(ze)是防(fang)止抽出的氣體(ti)重新(xin)進(jin)入(ru)垃圾堆體(ti)。
在正在填埋(mai)垃圾的(de)填埋(mai)場中選擇垂直抽(chou)氣(qi)井建設方案,需安裝(zhuang)整(zheng)套設備。通(tong)常包(bao)括升降鋼架、鋼管(guan)或混凝土井,抽(chou)氣(qi)井隨著垃圾堆體(ti)的(de)升高而提升。這些抽(chou)氣(qi)井抽(chou)取的(de)氣(qi)體(ti),通(tong)過臨時的(de)集氣(qi)管(guan)或井間橫向的(de)聯管(guan)收集后(hou)點火燃燒。
水(shui)平(ping)抽(chou)氣(qi)裝置(zhi)(zhi)也是回收(shou)填埋氣(qi)體(ti)的一種選擇方案。設計(ji)和安裝水(shui)平(ping)的抽(chou)氣(qi)裝置(zhi)(zhi),可以高效地(di)回收(shou)填埋氣(qi)體(ti)。水(shui)平(ping)的抽(chou)氣(qi)管(guan)(guan)(guan)一般由(you)均勻鉆(zhan)孔的花(hua)管(guan)(guan)(guan)或(huo)兩種不同口徑交(jiao)叉組合的管(guan)(guan)(guan)組成。水(shui)平(ping)抽(chou)氣(qi)管(guan)(guan)(guan)包裹粗礫石中以加強填埋氣(qi)的回收(shou)。
水(shui)平抽(chou)氣(qi)(qi)裝(zhuang)置(zhi)為正在(zai)填(tian)(tian)埋垃圾的(de)(de)填(tian)(tian)埋場(chang)抽(chou)氣(qi)(qi)提(ti)供一個(ge)有效的(de)(de)方(fang)式。這種裝(zhuang)置(zhi)可(ke)減少對垃圾填(tian)(tian)埋作(zuo)業活動(dong)的(de)(de)干擾。水(shui)平抽(chou)氣(qi)(qi)管(guan)通過在(zai)填(tian)(tian)埋場(chang)開挖縱橫的(de)(de)溝槽來埋設,其(qi)間距在(zai)30米(mi)到100米(mi)之間。水(shui)平抽(chou)氣(qi)(qi)管(guan)可(ke)隨著填(tian)(tian)埋場(chang)的(de)(de)運行(xing),還可(ke)在(zai)不同的(de)(de)深度層面鋪設。
2.制約沼氣回收的因素
填(tian)(tian)埋(mai)(mai)(mai)場沼氣(qi)產(chan)生量的(de)(de)評(ping)估,通(tong)常是沿(yan)用美(mei)國環保總(zong)署(USEPA)和氣(qi)候變化政府間委員會(IPCC)的(de)(de)初(chu)級分解研(yan)究方(fang)法來(lai)確定的(de)(de)。但是并非(fei)填(tian)(tian)埋(mai)(mai)(mai)場所產(chan)生的(de)(de)所有填(tian)(tian)埋(mai)(mai)(mai)氣(qi)都(dou)能被回收,據(ju)美(mei)國環保總(zong)署評(ping)估,綜合(he)填(tian)(tian)埋(mai)(mai)(mai)氣(qi)系(xi)統(tong)的(de)(de)回收率大約為60%到85%。
一般(ban)來說,發達地區以國(guo)際上高(gao)標準的(de)(de)技術建設(she)和管理的(de)(de)填(tian)(tian)埋場沼氣回收率比(bi)較(jiao)高(gao),而落后地區的(de)(de)填(tian)(tian)埋場沼氣回收率就比(bi)較(jiao)低(比(bi)如那些各(ge)自分散填(tian)(tian)埋的(de)(de)地區)。
此(ci)外(wai),在(zai)中國限制填埋場沼氣(qi)回(hui)收的(de)因素包括,未(wei)來(lai)資(zi)源回(hui)收計劃的(de)影響(xiang),垃圾(ji)填埋場發展的(de)趨勢,填埋場的(de)運行實踐和滲瀝液處(chu)理(li)的(de)狀況。現(xian)將這些問題簡(jian)述如下(xia)。
(1)資源(yuan)回收計劃的(de)影(ying)響
當中國(guo)的(de)經濟增長繼續導致垃(la)(la)圾量(liang)(liang)的(de)增加時,資源回收計劃(hua)和包括循環利用、堆肥和焚(fen)燒(shao)設備等將(jiang)會大(da)量(liang)(liang)減少在(zai)填埋(mai)(mai)場(chang)處理的(de)有(you)機(ji)垃(la)(la)圾。垃(la)(la)圾中有(you)機(ji)物的(de)減少,也將(jiang)影響填埋(mai)(mai)氣的(de)產生(sheng)量(liang)(liang)以(yi)及與之相關的(de)回收率。
因此,應對每(mei)一個(ge)考慮進行填(tian)埋氣(qi)(qi)利(li)用或溫(wen)室氣(qi)(qi)體減排的地方的垃圾產生量和(he)垃圾成分(fen)基礎資料(liao)進行調查測定,以便仔細(xi)地研判和(he)評估(gu)未來經(jing)濟增長(chang)和(he)資源回(hui)收(shou)工作的影(ying)響。
(2)填埋(mai)場(chang)的構建狀況(kuang)對氣體回收的影響
填埋(mai)場(chang)(chang)的(de)構(gou)建(jian)狀況(kuang)也會(hui)對填埋(mai)氣的(de)回收率有重大的(de)影響。通常,深的(de)填埋(mai)場(chang)(chang)氣體回收率最高,而淺的(de)填埋(mai)場(chang)(chang)氣體回收率最低。
為了在(zai)填(tian)埋場(chang)整個使用期(qi)間最大限(xian)度地回收填(tian)埋氣,應逐個單元地進行分區填(tian)埋,而不應全面地攤薄填(tian)埋。分區填(tian)埋的方法還有一個好處(chu),就(jiu)是可以對未(wei)填(tian)埋區分期(qi)投資,并可最大限(xian)度地減少滲瀝液的產(chan)生量(liang)。
(3)填(tian)埋場運行狀況(kuang)對氣體回收的影響
填(tian)埋(mai)(mai)場的(de)運行管(guan)(guan)理(li)(li)方(fang)式也會(hui)對填(tian)埋(mai)(mai)氣體(ti)回收(shou)率有很大的(de)影(ying)響(xiang)。一般來(lai)說,運行管(guan)(guan)理(li)(li)得(de)好(hao)的(de)填(tian)埋(mai)(mai)場氣體(ti)回收(shou)率最高,運行管(guan)(guan)理(li)(li)得(de)差的(de)填(tian)埋(mai)(mai)場氣體(ti)回收(shou)率就(jiu)低(di)。
采(cai)用現(xian)代的填埋技術,限制填埋作業面在一個至兩個,有助于提(ti)高填埋氣的回收(shou)率(lv)。垃(la)圾(ji)填埋的作業面,在有效(xiao)保(bao)證垃(la)圾(ji)車(che)進(jin)出(chu)的情況下,應盡可能(neng)小。此外,完工(gong)的作業面應進(jin)行每天的覆(fu)蓋(gai)、中間覆(fu)蓋(gai)以(yi)及(ji)填滿后(hou)的終(zhong)場覆(fu)蓋(gai)。
而(er)且(qie),在填埋新一層垃圾之前,應把每天覆(fu)蓋和中間覆(fu)蓋的土(tu)推開,或者(zhe)在覆(fu)蓋土(tu)中打開一個通道,以便滲(shen)瀝液(ye)往下滲(shen)透,氣體(ti)往上流動(dong)。
(4)滲瀝液處理對氣(qi)體回(hui)收的影響
填(tian)(tian)埋場(chang)對滲(shen)(shen)(shen)瀝(li)液的(de)處(chu)理效果對填(tian)(tian)埋氣(qi)的(de)回(hui)收(shou)(shou)(shou)率也(ye)有重要(yao)的(de)影響。一(yi)般(ban)來(lai)說(shuo),滲(shen)(shen)(shen)瀝(li)液得(de)到有效的(de)導排而不溢出的(de)填(tian)(tian)埋場(chang),氣(qi)體回(hui)收(shou)(shou)(shou)率就高。如填(tian)(tian)埋場(chang)受到滲(shen)(shen)(shen)瀝(li)液的(de)浸(jin)泡,氣(qi)體回(hui)收(shou)(shou)(shou)系統就會失去作用。這個情(qing)況在(zai)降雨(yu)量(liang)很(hen)大的(de)地區應特(te)別引起(qi)注(zhu)意,設計氣(qi)體回(hui)收(shou)(shou)(shou)系統時(shi)必須考(kao)慮(lv)這個因素。
3.沼氣混合回收(shou)系統
(1)適用范圍
為了最(zui)大(da)限度地回(hui)收(shou)填(tian)埋氣(qi)(qi),中國的(de)垃圾填(tian)埋場應配置(zhi)(zhi)混合(he)回(hui)收(shou)系(xi)統(tong),它包括垂直抽氣(qi)(qi)井、水平(ping)集氣(qi)(qi)裝(zhuang)置(zhi)(zhi)和其他(ta)的(de)集氣(qi)(qi)裝(zhuang)置(zhi)(zhi)。這個系(xi)統(tong)需配置(zhi)(zhi)特別(bie)設計的(de)水平(ping)氣(qi)(qi)體(ti)收(shou)集裝(zhuang)置(zhi)(zhi)連結各現(xian)有的(de)石籠,以便于從出(chu)氣(qi)(qi)口回(hui)收(shou)氣(qi)(qi)體(ti)。混合(he)回(hui)收(shou)系(xi)統(tong)還可以在(zai)填(tian)埋氣(qi)(qi)聚集的(de)其他(ta)地方回(hui)收(shou)氣(qi)(qi)體(ti),如滲濾液的(de)收(shou)集池和各種(zhong)儲存(cun)器(qi)。
混(hun)合填埋(mai)氣系統可以用(yong)于(yu)瑞有帶石籠的填埋(mai)場(chang),也可以安裝在新的填埋(mai)場(chang),但(dan)不能用(yong)于(yu)已關閉(bi)的填埋(mai)場(chang)。
(2)建設實施
在填(tian)(tian)(tian)埋(mai)(mai)(mai)場整個使用(yong)期間合理地漸進設置混(hun)合填(tian)(tian)(tian)埋(mai)(mai)(mai)氣系(xi)統,主要是為(wei)了回收正在產生的填(tian)(tian)(tian)埋(mai)(mai)(mai)氣,而不要等到填(tian)(tian)(tian)埋(mai)(mai)(mai)場填(tian)(tian)(tian)滿封(feng)場之(zhi)后。對(dui)于水平收集裝置采用(yong)周邊管網來收集填(tian)(tian)(tian)埋(mai)(mai)(mai)氣,而對(dui)隨著填(tian)(tian)(tian)埋(mai)(mai)(mai)作業(ye)而延伸的垂直抽氣井,可采用(yong)臨時的橫(heng)向收集管。
潮濕多雨(yu)地(di)(di)區的(de)垃圾填(tian)埋(mai)場(chang),不管是(shi)垂(chui)直抽氣井(jing)還(huan)是(shi)水平收集(ji)裝置,都應該(gai)確保(bao)滲(shen)瀝液(ye)的(de)重力自流排泄。滲(shen)瀝液(ye)導排系統(填(tian)埋(mai)場(chang)低于地(di)(di)平的(de)部份(fen))或場(chang)外的(de)排水(高(gao)于地(di)(di)平部份(fen))都是(shi)如此。如需采用泵來抽水排放的(de)話則會(hui)增加運行維護費用。
(3)運行結果
一個填埋場要安裝氣(qi)體回(hui)收系統(tong)并投入運(yun)行,應該先進行比較和監測,以優化氣(qi)體回(hui)收率(lv)。填埋氣(qi)的(de)預期(qi)回(hui)收率(lv)應以初(chu)期(qi)的(de)抽氣(qi)率(lv)為依(yi)據。
系統啟(qi)動之后,應該(gai)連續運行(xing)以探(tan)明填(tian)埋(mai)(mai)氣(qi)(qi)(qi)可(ke)持(chi)續的(de)回(hui)收(shou)(shou)率。一般需連續運行(xing)大約三個月(yue)或更長的(de)時間,才能得出較準確的(de)數據。運行(xing)結(jie)果(guo)應與預期的(de)回(hui)收(shou)(shou)率進行(xing)比(bi)較。試驗結(jie)束以及結(jie)果(guo)得到確認(ren)之后,就可(ke)以安裝(zhuang)設備(bei)(bei)投入運營(ying),并出售溫室(shi)氣(qi)(qi)(qi)體減(jian)排量了。這樣一個分步(bu)的(de)過(guo)程,將(jiang)使(shi)填(tian)埋(mai)(mai)氣(qi)(qi)(qi)的(de)回(hui)收(shou)(shou)和溫室(shi)氣(qi)(qi)(qi)體減(jian)排項目風(feng)險最小,包括避(bi)免(mian)氣(qi)(qi)(qi)體回(hui)收(shou)(shou)率小于(yu)預期和回(hui)收(shou)(shou)設備(bei)(bei)規(gui)模的(de)配(pei)置(zhi)過(guo)大的(de)風(feng)險。
三、結語
填埋(mai)氣(qi)(qi)(qi)中的沼(zhao)氣(qi)(qi)(qi)是(shi)一種強(qiang)烈(lie)的溫室氣(qi)(qi)(qi)體,沼(zhao)氣(qi)(qi)(qi)的減排和利(li)用是(shi)近階段減緩全(quan)球變暖具(ju)有最經濟、最有效(xiao)的對策(ce)之(zhi)一。填埋(mai)氣(qi)(qi)(qi)的回收(shou)可作為可再(zai)生資源利(li)用,用于生產能(neng)源并代(dai)替煤和石油。填埋(mai)氣(qi)(qi)(qi)的回收(shou)還可獲(huo)得(de)防止填埋(mai)氣(qi)(qi)(qi)的遷移(yi)和控制臭氣(qi)(qi)(qi)等環境效(xiao)益。
混合系統可(ke)為中(zhong)國的(de)垃圾填(tian)埋場提(ti)供一個(ge)填(tian)埋氣(qi)回(hui)收(shou)(shou)利用(yong)和減少溫(wen)室氣(qi)體(ti)排放,其成(cheng)本—效益近于最(zui)優的(de)方(fang)法(fa)。這種技術包括(kuo)填(tian)埋氣(qi)回(hui)收(shou)(shou)不同方(fang)法(fa)的(de)組合,可(ke)安裝在運行(xing)中(zhong)的(de)填(tian)埋場,也(ye)可(ke)設(she)計用(yong)于新的(de)設(she)施。回(hui)收(shou)(shou)方(fang)法(fa)的(de)選擇,應根據填(tian)埋場的(de)具體(ti)情況(kuang)來(lai)設(she)計,但一般不適用(yong)于已關(guan)閉(bi)的(de)填(tian)埋場。
應用混(hun)合系統(tong)的(de)(de)(de)效(xiao)益是(shi)可增加(jia)填埋(mai)氣(qi)體的(de)(de)(de)回收率(lv)和(he)填埋(mai)沼氣(qi)的(de)(de)(de)利用率(lv),減(jian)(jian)少(shao)溫室氣(qi)體的(de)(de)(de)排放。提(ti)高填埋(mai)氣(qi)的(de)(de)(de)回收率(lv)對改善(shan)項目的(de)(de)(de)經濟(ji)效(xiao)益也有顯著意義(yi)。其(qi)他(ta)的(de)(de)(de)效(xiao)益是(shi)減(jian)(jian)少(shao)填埋(mai)氣(qi)體的(de)(de)(de)外排,減(jian)(jian)少(shao)安(an)全隱患(huan),并減(jian)(jian)少(shao)地區以至全球性(xing)的(de)(de)(de)環(huan)境影響。

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