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垃圾填埋气体收集及其工程设计 ＊ 许雪松 1 龚惠娟 2 陈泽智 1 刘 鹏 1 刘可卿 1 1.南京大学环境学院污染控制与资源化国家重点实验室, 江苏 南京 210093;2. 南京大学现代分析中心, 江苏 南京 210093 摘要 介绍垃圾填埋场垃圾填埋气体收集现场静态试验和动态试验的方法。 通过对垃圾填埋场现场打井抽气试验, 研究垃圾填埋气的收集及工程利用的技术参数, 并对现场试验数据进行分析和整理, 提出工程设计参数 。 关键词 垃圾填埋气 影响半径 设计参数 ＊江苏省科技厅工业高技术研究项目 BG2007040 ; 江苏省教育厅产 业推进项目 JH07 -001 ; 国家科技支撑计划项目 2006BAC02A15 ; 江 苏省科技厅科技攻关计划 BE2005011。 0 引言 由于微生物的厌氧分解作用, 垃圾填埋场会产生 大量的垃圾填埋气 LFG , 有关研究表明 , 每吨垃圾 产气量可达 100～ 200 m 3[ 1] 。垃圾填埋气是一种利用 价值很高的可燃气体, 同时它又是污染性气体 ,其主 要成分甲烷是强致温室效应气体, 还含有具有刺激性 的硫化氢、 VOCs 等污染物质。因此 ,综合利用垃圾填 埋气将其变废为宝是获得良好经济和社会效益的必 然途径 。发达国家对 LFG 开展了广泛的回收应用研 究,而我国也已经建设了多个垃圾填埋气综合利用工 程 [ 2- 4] 。由于每一个填埋场的地理位置 、 地质情况 、 周 边环境以及垃圾的填埋量和填埋状况都不一样,因此 综合利用 LFG 的工程实施时 , 均需进行工程设施基 本参数的试验研究, 使得 LFG 能够充分 、 安全的得到 利用 。 通过某市垃圾填埋场现场打井抽气试验 ,研究垃 圾填埋气的收集以及工程利用的基本技术参数。 1 抽气试验 1. 1 试验场地 某市生活垃圾填埋场是目前该市区唯一的大型 垃圾最终处置设施, 于 1993 年 7 月 12 日正式投入运 行,设计服务年限为15 a , 预计填埋作业可持续到 2008 年。 填埋场总库容约为470 万m 3 , 已经填入 320 万m 3 ,初期垃圾填埋量为500 t d ,以年增长率 5 递增, 到 2005 年 9 月, 进场垃圾约2 160 t d。填埋场 总占地面积约25 10 4 m 2 , 一期工程填埋标高以黄海 海平面标高15～ 80 m 。目前主要在标高分别为60 m 和70 m的平台上进行填埋作业。 1. 2 试验方法 本试验在60 m标高平台打了 20 口井, 组成 3 个 集气井群, 6～ 7 口集气井通过管道与集气站相连, 在 集气站采用抽气泵进行连续抽气,并在每个管道口设 有阀门,控制所作用的集气井 。并利用气体分析仪监 测所抽填埋气气体的成分 ,不断调整抽气泵的抽气压 力,控制所抽气体中O2含量不超过 2, 当抽气流量 达到稳定状态后 ,垃圾产气和抽气达到平衡 ,此时填 埋气中甲烷含量稳定, 相应的气体流量即为抽气流 量; 同时根据各个集气井的压力变化判断抽气的压力 影响范围, 确定抽气井的作用半径。 1. 3 静态测试 对每口井在非抽气状态下的气体压力和成分进 行测量。在测量过程中通过各口井的井头法兰上取 样口进行测量, 结果见表 1。 表 1 静态测试结果 井群号井号 CH4 O2 H2S 10- 6表压 Pa I136. 55. 4810 258. 70. 37430 352. 20. 64420 459. 22. 118640 966. 00. 420020 10 1158. 50. 24060 II563. 30. 34770 661. 10. 32005 260 761. 90. 32001 280 862. 20. 3200150 12 1361. 60. 6200110 1468. 00. 3200160 III1554. 80. 220090 1651. 80. 1106190 1758. 90. 246120 1862. 70. 117330 1960. 40. 420090 2060. 90. 320050 28 环 境 工 程 2008年 8 月第26 卷第4 期 从表 1 结果看, 1 号井甲烷含量很低, 属于不产 气的废井; 其余井中甲烷含量在 51. 8～ 66. 0, 氧 气含量较低,属于典型的填埋气成分。静态下的填埋 气中 H2S 含量大多高于20010 -6 , 由于 H2S 含量与 甲烷含量具有正比关系 , 经过计算得到 H2S 含量在 4010 -6 ～ 50010 -6 。测量结果还显示,在井口处的 气体温度为41 ℃,相对湿度为 97～ 99。 1. 4 动态测试 通过以Ⅰ号井群的测试结果为参考 ,来确定抽气 流量 。对该井群中的各抽气井分别做单井抽气和多 井联测试验,结果分别见表 2～ 表 7。 表 2 单井测试结果 井号抽气流量 m3h- 1 CH4 CO2 O2 1 24048. 838 . 52. 3 31555. 837 . 62. 3 42058. 631 . 03. 3 10 92026. 016 . 911. 2 116054. 136 . 32. 0 表 3 双井联测结果 井号 抽气流量 m3h- 1 CH4 CO2 O2 9117060. 738 . 40. 9 4119052. 033 . 53. 7 3119051. 931 . 74. 3 21111050. 735 . 21. 4 343051. 533 . 33. 7 237050. 3344. 2 394058. 136 . 32. 6 表 4 三井联测结果 井号抽气流量 m3h- 1 CH4 CO2 O2 1 237050. 433 . 14. 3 2 349046. 031 . 54. 7 3 495050. 530 . 54. 8 49119056. 1342. 7 91119053. 634 . 73. 2 111211052. 236 . 02. 8 表 5 四井联测结果 井号抽气流量 m3h- 1 CH4 CO2 O2 12349050. 933 . 83. 9 23497049. 332 . 23. 8 2491113051. 734 . 33. 3 9111213049. 134 . 93. 2 表 6 五井联测结果 井号 抽气流量 m3h- 1CH4 CO2 O2 12 39 1113048 . 831 . 64. 1 23 49 1115053 . 734 . 03. 5 表 7 六井联测结果 井号抽气流量 m3h- 1 CH4 CO2 O2 12349 1115051 . 333 . 43. 8 试验中 ,发现氧气含量普遍偏高, 其原因主要是 由于打井并连管施工 ,垃圾堆体被挖开破坏了厌氧环 境导致产气能力下降, 氧含量较高; 由于垃圾堆体被 挖掘施工后回填压实不到位, 也会增加抽气中的氧含 量。当填埋气收集系统建成并正常运行后,随着垃圾 堆体内厌氧环境的恢复, 抽取出填埋气中的氧气含量 会逐渐下降并稳定在正常范围 0～ 1. 5 。 Ⅰ号井群单井试验 ,单井最大流量为60 m 3 h, 最 小约为20 m 3 h ,具备抽气能力井平均流量为30 m3 h, 包含所有井的单井平均流量为22. 1 m 3 h 其中一口 无气 废井, 一口水位 过高 , 井群 所覆盖面 积为 13 000 m 2 ,单 位 面 积 抽 气 流 量1. 15 10 -2 m 3 h m2 , 井 群 所 涵 盖 垃 圾 堆 体 体 积 为 520 000 m 3 , 单 位 体 积 垃 圾 的 抽 气 流 量 2. 88 10 -4 m 3 h m3 。 从Ⅰ号井群多井联测的数据中来看 ,联测井的单 井平均流量见表 8。 表 8 联测井的单井平均流量 联测井群 总流量 m3h- 1 单井平均流量 m3h- 1 双井 7 组50035. 7 三井 6 组50027. 8 四井 4 组52032. 5 五井 2 组28028 六井 1 组15025 由于双井联测中 ,没有测量 1 号废井, 所以单井 平均流量最高为35. 7 m 3 h, 最能符合实际工作井的 产气能力, 其他联测井群流量偏小 。总体上 ,单井的 平均流量保持在30 m 3 h ,与单井测试结果相近。 所有井群的试验测量结果, 20 口井的总产气量 在400～ 450 m 3 h ,其中有 5 口井因井内水位过高, 未 进行抽气试验; 在Ⅲ号集气井群中有 3 口井处在斜坡 上无法固定测试装置 。因此, 总产气量为 400 ～ 450 m 3 h的数据实际上是 11口工作井的产气能力 ,单 井的平均产气量为 35～ 40 m 3 h。 29 环 境 工 程 2008年 8 月第26 卷第4 期 根据以上分析 , 单井的平均产气能力在 30 ～ 40 m 3 h, 当采取提高抽气井的抽取能力 增大气井管 径,采用潜水泵或引射泵提高井内渗滤液抽排量 后, 这20 口井的实际总产气能力在 600～ 650 m 3 h 。 1. 5 井间距的确定 采用单井抽气测试, 测量与抽气井相距不同长度 的观测井中的压力变化 ,当观测井中压力降为 0 时, 根据抽气井的抽气流量和 2 个井之间的距离确定井 间作用间距。结果见图 1。 1井距 32 m; 2井距 41 m; 3井距 47 m; 4井距59 m。 图 1 井间作用距离试验结果 根据测试结果, 得到井间作用距离与抽气流量之 间的关系见表 9。 表 9 井间作用距离 井间距 m单井最大抽气流量 m3h- 1 3247 4160 47 60 59 60 以上结果可见 ,工程上取井间作用距离在 30 ～ 40 m为宜 当井的产气能力强时, 可取井间距为40 m, 这样可以减少打井数量 ,但不宜超过40 m, 因为产气 能力 60 m 3 h的单井数量不会多 , 以免不能有效收 集气体 ; 当井的产气能力一般时, 建议在填埋场堆填 作业允许的情况下将井间距取为30 m ,从而通过多打 井的方式来提高气体收集率。 2 结论 1生活垃圾填埋场产生的垃圾填埋气体中甲 烷含量超过 60,可作为能源再利用 。 2通过单井测试和多井联测, 该生活垃圾填埋 场单井最高产气量可达60 m 3 h, 单井的平均产气量 为30～ 40 m 3 h, 建议垃圾场集气井设计总抽气量为 600～ 650 m 3 h。 3采用单井抽气测试 , 得出井间影响半径为 40 m ,工程应用上取井间作用距离在 30～ 40 m为宜 。 参考文献 [ 1] 黎青松, 郭祥信, 徐文龙, 等.深圳市玉龙坑垃圾填埋气体成分 与产气规律研究. 环境卫生工程, 1999, 7 1 6-9 [ 2] Nyns E J, Gendebien A. Landfill gas from environment to energy. Wat Sci Tech, 1993, 27 2 253 -259 [ 3] Gardner N , Probert S D.Forecasting landfill-gas yield.Applied Energy, 1993 44 131 -163 [ 4] 时景丽, 王仲颖, 胡润青, 等. 我国垃圾填埋场填埋气体排放和 回收利用现状分析. 中国能源,2002 8 26 -281 作者通信处 陈泽智 210093 江苏省南京市汉口路 22 号 南京大 学环境学院环境工程系 电话 025 83597367 E -mail awei19830810163. com 2007- 10-03 收稿 信息 美发明吸附温室气体新材料 美国科研人员日前发明了一种能吸附二氧化碳的新材料, 有助于减少这种温室气体的排放。 据近日出版的美国科学杂志 报道, 美国加州大学洛杉矶分校的科研人员利用化学合成法, 研制出了新一代沸石咪唑酯骨架结构材料 ZIFs , 这种材料能有效 吸附工厂烟囱和汽车排气管排出的二氧化碳。ZIFs 是一类具有可调整孔洞大小及化学性质的材料, 具有高度稳定性结构多样 性, 能分离物质, 吸附储存气体, 用作异相催化的催化剂。 科研人员说, 新一代ZIFs材料吸附力强, 能将二氧化碳固化, 以阻止其 向大气排放, 然后人们可将如此吸附二氧化碳的这种材料埋入地下。 英研究限制“笑气”排放途径 英国东英吉利大学要组建“一氧化二氮焦点小组” , 研究如何限制这种因使用化学肥料而产生的温室气体的排放。 据路透社 报道, 一氧化二氮气体俗称“ 笑气” , 它的排放量在人类行为引发的温室气体排放量中占 9, 产生的热量是二氧化碳的 310 倍。 “ 笑气”主要排放于耕地, 化肥的作用能够加剧其排放。 东英吉利大学的尼克沃特莫表示, “ 我们需要为一氧化二氮气体寻找一 种平衡” , 以遏制饥馑和全球变暖问题。 他说, 研究者需要联合那些参与粮食生产和政策制定的人们, 来寻找既能减少一氧化二 氮气体排放同时又能防止粮食减产的途径。 摘自“ 中国环境报” 30 环 境 工 程 2008年 8 月第26 卷第4 期 FIELD TRIAL OF LFG COLLECTIONAND STUDY ON ENGINEERING DESIGN PARAMETERS Xu Xuesong Gong Huijuan Chen Zezhi et al 28 Abstract The static and dynamic s of LFG collection field trials in some landfill sites are introduced. The field trial data are analyzed and design parameters of a project are put forward. Keywords landfill gas LFG influence radius TREATMENT OF TANNERY SLUDGE AND STUDY ON ITS REUSE Li Wenbing Hu Xingen Xia Fengyi et al 31 Abstract In the tannery wastewater treatment process, a great deal of tannery sludge will be produced. The sludge contains many contami- nants, such as N, P and K, especially chrome. According to the definition of hazardouswastes, tannery sludge falls into the catalogue of danger - ous solid wastes, it can contaminate water and soil near a tannery factory. Thus well processing of the sludge is very crucial for tannery industry. In this paper, treatments and reuses of the sludge as raw material both at home and abroad are introduced, and the prospect that combustion is a goodway to process tannery sludge, and reuse of the sludge is the best way for China, has been pointed out. Keywords tannery sludge treatment combustion reuse PROCESS SCHEME FORDISPOSAL OF SLUDGE AFTERTREATING WATER FROM A CANAL Zhang Jian 34 Abstract The trestment process of water from Dongguan Canal and the sludge produced in the process are introduced briefly. Considering the characteristic of high contentof aluminum in the sludge, heat treatment and acidleaching were tested for the sludge. Basedonwhich, a practi- cal and effective processing was proposed, i. e.the sludge was first treated by drying and calcination to reduce its weight, and then the valuable metals were recycled. The reuse of sludge iswell solved during the recycling aluminum oxide in the sludge, by which the reuse of solid wastes is realized. Keywords reducing sludge by drying and calcination reuse of solid waste recycling aluminum oxide canal water treatment PROPERTIES OF CLAY BRICK RECYCLED AGGREGATE ITS EFFECTS ON STRENGTH OF CEMENT-BASED MATERIALSYan Handong Chen Xiufeng 37 Abstract The changing law of the physical properties, such as apparent density, bulk density, water -absorbing ratiowithin one hour, poro - sity and void ratio to the clay brick recycled aggregateswith different grain size degree were measured systematically in the paper. On the basis of which, the change pattern with the curing age were testedfor compressive strength of concrete andflexural strength as well as flexural-compressive ratio of mortar prepared with the clay brick recycled aggregate.As compared to the comparable ceramsite concrete, the clay brick recycled ag - gregate concrete had higher apparent density and lower compressive strength because of physical properties and low strength of recycled aggregate, by comparing the compressive strength at different curing age betweenthree sets of recycled aggregate concrete and ceramsite concrete with differ - ent cement content respectively . The disadvantageous influence of low strength property of clay brick recycled aggregate on the concrete strength could be obvious at the condition of higher cement content or later age. Keywords clay brick recycled aggregate ceramsite concrete mortar RECONSTRUCTION OF DRY RED MUD DUMPTian Yue 40 Abstract It is introduced the necessity of dry storing red mud and its design principle. The s and suggestions on the reconstruction of wet dump are also indicated in this article, which is consistencewith the priciples of saving land, sustainable development and renewable energy sources called on by the party and the state. Keywords redmud dry design and re of dump DESIGN OF PROCESSING DEVICE FOR WASTED DRY CELLS Zhao Bo Liu Hua Cui Xiangpo et al 43 Abstract A processing device for wasted dry cells is designedby physicals, such as crushof dry cells and initial separation, which can facilitate the reuse of subsequent materials and their chemical treatmnet. Keywords battery treatment recover APPLICATION OF SIMULATOR TO DESIGN OF ACTIVATED SLUDGE PROCESS FOR WWTP Chen Lirong 45 Abstract Based on determination of influent components, the activated sludge simulator was applied in the process of designing the fourth municipal sewage plant in Xi an. According to the results of simulation, the design of a sewagt treatment plant by mathematics model was more reliable and scientific than the sludge load . Keywords municipal wastewater No. 1model of activated sludge simulation process design 3 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 26, No. 4,August, 2008