填埋气体的产生与收集处理

城市生活垃圾中含有大量的有机物,在垃圾卫生填埋过程中发生生物降解,降解过程最终产生的气体称作填埋气体。

填埋气体的生成是一个生物化学过程,在此过程中微生物将垃圾中的有机物分解产生二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）和其他气体。填埋气体主要分为两类:一类是主要气体；另一类是微量气体。填埋气体主要由生活垃圾中的有机组分通过生化分解产生,主要含有CH4,CO2,N2,O2,H2S,NH3,H2和CO等。填埋微量气体中许多为挥发性有机物（VOCs）。填埋气体的典型组成见表4-4。

表4-4　填埋气体的典型组成（体积分数）

填埋气体的典型特征为:温度为43～49℃,相对密度约为1.02～1.06,水蒸气含量达到饱和,热值范围为15630～19537kJ/m3。

1.填埋气体产量的预测

利用产气率模型计算填埋气体的实际产生速率和气体产生量。产气率是指在单位时间内产生的填埋气体总量,一般采用一阶产气速率动力学模型（Scholl Canyon模型）计算填埋场产气速率。

第t年填埋场的产气速率:

q（t）＝kY0e－kt

式中,q（t）为单位气体产生速率,m3/（t·a）；Y0为垃圾的实际产气量,m3/t；k为产气速率常数,a－1。

垃圾的实际产气量可表示为

Y0＝MtL0

式中,Mt为第t年所填垃圾量；L0为气体产生潜力,m3/t。

L0和k的取值范围见表4-5。

表4-5　填埋场产气速率常数和气体产生潜力取值范围

L0取160m3/t,第一年生活垃圾的产气量:

气体产气常数k取0.1,则第一年填埋气体的产气速率:

q（t）＝kY0e－kt＝0.1×672768.0×e－0.1＝608745.7（m3/a）

第一年至第十年的产气量和产气速率计算结果汇总于表4-6。

表4-6　填埋场产气速率和产气量

2.填埋气体收集系统的设计与计算

填埋气体收集系统的作用是控制填埋气体在无控制状态下的迁移和释放,以减少填埋气体向大气的排放量和向地层的迁移,并为填埋气体的回收利用做准备。填埋气体收集系统可分为主动集气系统和被动集气系统。

被动集气系统包括排气井、水平管道等设施,它利用填埋场内气体产生的压力进行迁移,无须外加动力系统,具有结构简单、投资少的特点,适用于垃圾填埋量少、填埋深度浅、产气量低的小型垃圾填埋场。主动集气系统由抽气井、气体收集管、水汽凝结器和泵站、真空源、气体处理站、气体监测装置等组成,它采用抽真空的方法来控制气体运动,适用于大、中型卫生填埋气体的收集。

本设计采用主动集气系统对填埋气体进行收集。

填埋气体收集系统设计的第一步是对抽气井进行初步布置。抽气井的间隔是抽气是否有效的关键,抽气井的间隔应使各抽气井的影响区域重叠。最有效的抽气井布置通常为正三角形布置。正三角形布置抽气井井距可用下式来计算:

X＝2rcos30°

式中,X为三角形布置井的间距；r为影响半径。

本设计采用主动集气系统,根据规范井距为90～100m,取90m,则