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“沼气”综合利用浅析“沼气”是由有机物质在缺氧环境下经过发酵而产生的一种混合气体，主要成分为甲烷和二氧化碳。
在农村环境中，沼气能够广泛应用于家庭用燃气、燃烧发电、农业生产等方面。
下文将从沼气的产生、收集、处理以及利用等方面进行综合分析。
一、沼气的产生沼气是通过有机物质的厌氧发酵产生的。
传统农村的人畜粪便、废弃物等有机废弃物都可以作为沼气的原料。
通常情况下，这些有机废弃物被收集并送入到沼气池中，沼气池内的氧气被消耗，导致废弃物中的有机物质发酵产生沼气。
此外，在沼气池中进行的发酵过程也会产生二氧化碳和一些有机腐烂产物。
二、沼气的收集沼气的收集是利用沼气池内气体压力差异，将沼气集中排出的过程。
传统的沼气池是有压力的，这意味着沼气内压力比外界大，可以通过设计管道将沼气输送到特定用途。
这种方式的问题是无法实现精确的控制，有时候甚至会有漏气的风险。
现在，一些更现代化的沼气收集系统利用了压力差异的原理。
例如，集装箱沼气池使用卷动膜，通过调整膜的收缩和膨胀来控制沼气的流量。
三、沼气的处理沼气常常需要经过处理才能用于特定的应用。
传统的处理方法是通过过滤和脱硫来净化沼气。
然而，现代技术使得更高级的处理方法成为可能。
例如，可以使用生物反应器来处理沼气，使其转化为更高烷低烯烃。
此外，燃气发电机可以帮助沼气转变为电力，并且还可以利用废热来加热水或者流入发酵池。
尽管现代技术更可靠且有效，但是对于一些较为贫穷的农村地区而言，传统的处理方法更为切实可行。
四、沼气的利用沼气的利用不仅有助于环境保护，还可以提高农村地区居民的生活质量。
目前常见的沼气利用方式有以下几种：1. 家庭用燃气：沼气可用于煮饭、照明、取暖等方面；2. 燃烧发电：沼气可用于发电，提供电力给农村地区，同时可供一些负载运作；3. 农业生产：沼气池中的中性沉淀物，可以作为肥料应用到农业生产中，并可以减少化肥对环境的污染；4. 工业生产：沼气可以被用作一些工业过程的燃料或化学原料，例如生产化学肥料。
浅谈填埋场沼气的形成、处理方法及利用综合分析垃圾卫生填埋产生沼气，沼气的主要成分是甲烷及甲烷形成的条件。
通过对填埋场沼气的处理方法探讨，得出结论：在大型填埋场利用沼气发电是科学有效的。
标签：填埋场沼气甲烷发电0 引言卫生填埋是目前世界上应用最广泛的垃圾处理方法，近几年国内陆续建造了一批规范的卫生填埋场，并相继投入使用。
随着时间的推移，卫生填埋场数量不断增加，每一填埋场都会产生一定量的沼气。
沼气是以甲烷和二氧化碳为主，此外还可能有少量的氨气和硫化氢等。
1 沼气的危害甲烷存在填埋场的垃圾层内时，由于缺氧，不会发生什么问题。
但它从填埋场内逸出时，甲烷含量达到5—15%（爆炸界限）时，就可能引起爆炸。
同时，填埋场沼气中含有大量的二氧化碳，甲烷和二氧化碳从填埋坑逸出的过程中，会向填埋坑周围的土壤中扩散，使土壤中的PH值下降，使土壤中造成嫌气性气氛，从而会引起某些植物死亡。
另外，填埋场沼气中的少量氨气和硫化氢，还会污染空气。
2 沼气的形成2.1 好氧分解阶段填埋坑中的有机物在好氧微生物的作用下，经过一系列复杂的生物化学过程，最终分解成稳定的产物，这些稳定的物质，不可能提供什么能量。
2.2 厌氧分解不产生甲烷阶段当好氧分解反应将废物填埋坑中存留的氧气基本耗尽时，厌氧微生物开始活动，在此阶段，微生物利用硝酸根、硫酸根作为氧源，产生硫化物、氨气和二氧化碳，所以在此阶段迅速产生二氧化碳而不产生甲烷。
2.3 厌氧分解开始产生甲烷阶段当有机物已部分转化成为有机酸，废物层中的氧气已经耗尽，温度、湿度、PH值都比较合适时，甲烷菌便开始繁殖，将有机酸转化为甲烷，同时也放出二氧化碳，在这一阶段，甲烷产量逐渐增加，坑内温度可能上升到55℃，当产气稳定时，表明第三阶段结束。
2.4 稳定产气阶段在此阶段中填埋层稳定地产生甲烷和二氧化碳。
3 甲烷形成的条件3.1 厌氧甲烷菌是严格厌氧的，氧对于甲烷菌是有毒的。
3.2 温度甲烷菌有两大类：一类是中温菌，它最适宜的繁殖温度是30—38℃；另一类是喜温菌或称高温菌，其最最适宜的繁殖温度是50—58℃。
填埋场气的收集与利用填埋场气（Landfill Gas）是指在垃圾填埋过程中产生的气体，主要成分包括甲烷、二氧化碳、氮气、氧气等。
填埋场气的收集与利用对于提高资源利用率、减少环境污染、降低温室效应等方面都具有重要意义。
以下是对填埋场气收集与利用的详细分析。
一、填埋场气的收集填埋场气的收集是填埋场气利用的前提。
一般来说，填埋场气的收集方式有以下几种：1.被动收集系统：被动收集系统是一种简单而有效的填埋场气收集方法。
该系统利用垃圾填埋层中的自然渗透通道，将填埋场中的气体导出，然后通过管道导入储存设备或燃气发电机。
被动收集系统的优点是成本低、操作简单，但需要较长的渗透时间和较大的场地面积。
2.主动收集系统：主动收集系统是一种更高效、更可控的填埋场气收集方法。
该系统通过在填埋场表面设置专门的收集井或导气管道，将填埋场中的气体导出，然后通过管道导入储存设备或燃气发电机。
主动收集系统的优点是收集速度快、可控性强，但需要较高的建设和运行成本。
3.综合收集系统：综合收集系统是一种将被动收集和主动收集相结合的填埋场气收集方法。
该系统在被动收集的基础上，增加主动收集设施，以提高气体收集速度和效率。
综合收集系统的优点是结合了被动收集和主动收集的优点，但需要较高的建设和运行成本。
二、填埋场气的利用填埋场气的利用可以有效地提高资源利用率，减少环境污染，降低温室效应。
填埋场气的利用方向主要有以下几个方面：1.能源利用：填埋场气的主要成分是甲烷和二氧化碳，它们都可以作为能源来使用。
甲烷是一种清洁能源，可以用于燃气发电、燃料电池等领域；二氧化碳也是一种可以利用的能源，可以用于生产甲醇等化学品。
因此，将填埋场气转化为能源进行利用，可以减少垃圾填埋场的废弃物排放，同时也可以降低对传统能源的依赖。
2.环保利用：填埋场气中的甲烷是一种温室气体，如果直接排放到大气中会对环境造成负面影响。
因此，将填埋场气进行环保利用，例如用于生产甲烷抑制剂等环保产品，可以有效地减少甲烷的排放，对环境保护起到积极的作用。
垃圾填埋气体资源化利用的现状和途径
垃圾填埋气体资源化利用指的是对垃圾填埋场中产生的气体进行
收集、处理和利用，以减少对环境的影响，同时也可以得到一定的经
济效益。
目前，垃圾填埋气体资源化利用已经成为了国内外环保和能
源领域的热门研究课题。
我国垃圾填埋气体资源化利用的途径主要包括以下四种：
一、发电方式。
利用垃圾填埋产生的甲烷气体发电，是利用填埋
场气体最常见的方式之一。
发电方式可以采用燃气发电机组、燃气轮
机和汽轮发电机组等。
其中，燃气发电机组在我国的垃圾填埋气体发
电中占据主导地位。
二、热利用方式。
填埋场气体还可以通过高温的方式进行热利用，其中包括利用地源热泵、余热回收和建设地下供暖管网等。
这些方式
不仅可以减少对环境的影响，还可以提高填埋场周边地区的供暖质量，减少空气污染程度。
三、制冷利用方式。
在冷链物流行业中，垃圾填埋产生的气体也
能被用于制冷，从而减少对环境的影响和降低能源消耗。
目前，这种
技术的应用范围还比较有限。
四、化工利用方式。
填埋场气体中的甲烷能够被用于合成二甲醚、氢气和氢气气体等化工产品。
这种方式在国外已经开始应用，但在我
国目前还比较少见。
综上所述，垃圾填埋气体资源化利用是一项十分有前景的领域，
将在未来得到更广泛的应用。
同时，探索各种途径，将填埋场气体转
化为可再生能源，也将有助于减少社会对化石能源的依赖。
垃圾填埋区沼气收集利用施工方案和施工技术垃圾填埋区沼气收集利用施工方案和施工技术【摘要】本文以潮州市锡岗生活垃圾卫生填埋场为例，介绍生活垃圾填埋区沼气收集利用的施工方案和施工技术，总结施工经验。
【关键词】垃圾沼气收集利用施工1 引言潮州市锡岗生活垃圾卫生填埋场设计垃圾填埋总容量约1000万立方米，最高填埋厚度近100m。
根据相关标准要求，设计填埋量大于250万吨且垃圾填埋厚度超过20m的生活垃圾填埋场，应建设甲烷利用设施或火炬燃烧设施处理含甲烷填埋气体。
垃圾场按照设计要求，配套建设填埋区沼气收集发电利用工程，填埋区布设收集气井和管网把填埋气体收集后引入沼气发电厂燃烧发电。
因此，填埋区沼气收集管网的建设质量将直接影响沼气发电厂的供气量，是决定电厂能否稳定运行的关键因素。
合理的施工方案和施工技术控制，是确保沼气收集管网工程质量的重要前提。
2 填埋区沼气收集工程的施工方案填埋区沼气收集工程的主要建设内容包括开挖沼气收集竖井、横井和边坡井、铺设收集管网以及配套的供电电缆等。
2.1 竖井施工方案相邻竖井之间间距约12米，井深根据垃圾填埋厚度确定，最低不低于10米。
井直径约￠550mm，井管采用PE100 DN160 0.6Mpa管材，管壁使用￠26mm钻头打花孔，打孔8排，孔间距10cm。
花管外表包裹1层三维植被网格，用绳子或铁丝将其固定在管材外表，防止下管道时三维植被网格脱落。
安装井管时必须配套安装扶正器，可以有效地防止井管贴于井壁。
扶正器采用￠6mm钢筋制成，15米竖井安装扶正器1个。
井管安装完成后，将密封钢板从井口上端下放至PE管道卡箍处，密封钢板厚度6mm。
密封钢板安装后，在其上面覆盖1-2层无纺布或塑料薄膜，再用粘土将井回填至地表。
2.2 横井施工方案铺管前，先用推土机或挖掘机平整管道施工位置的带状垃圾外表，并使垃圾外表形成一定的坡度，坡度根据集气主道管的坡降要求确定，一般在3%以上。
横井采用PE100 DN200 0.8Mpa管道作为收集管，上面打直径26mm的孔，密度不少于6米长管道截面积的5倍。
垃圾填埋沼气提纯净化制车用压缩天然气技术方案引言垃圾填埋场产生的沼气是一种重要的可再生能源资源。
目前，很多填埋场将产生的沼气直接排放，造成了环境污染和能源浪费。
为了充分利用垃圾填埋场沼气资源，提高能源利用率，本文提出了一种垃圾填埋沼气提纯净化制车用压缩天然气的技术方案。
技术原理垃圾填埋沼气主要由甲烷、二氧化碳和其他杂质组成。
而车用压缩天然气要求甲烷含量达到95%以上。
因此，垃圾填埋沼气需要经过提纯净化处理才能用于制备车用压缩天然气。
垃圾填埋沼气提纯净化制车用压缩天然气的技术方案主要包括以下几个步骤：1. 沼气预处理垃圾填埋场产生的沼气中含有大量的硫化氢、氨气等有害物质，需要进行预处理以去除这些物质。
预处理方法包括： - 酸洗法：使用酸性溶液与沼气进行反应，使硫化氢、氨气等有害物质被吸收或转化为无害物质。
- 活性炭吸附法：利用活性炭对沼气中的有害气体进行吸附，从而达到净化的目的。
2. 甲烷浓缩在沼气提纯过程中，需要将甲烷浓度提高到要求的水平。
主要方法有： - 膜分离法：利用薄膜的选择性透过性质，使甲烷通过而将其它成分分离出去。
- 吸附浓缩法：利用吸附剂对沼气进行吸附，从而分离出甲烷。
3. 二氧化碳去除在甲烷浓缩的过程中，同时会产生浓度较高的二氧化碳。
二氧化碳的去除可以通过以下方式实现： - 活性炭吸附法：利用活性炭对沼气中的二氧化碳进行吸附，从而去除二氧化碳。
- 液体吸收法：使用氨水等吸收剂与沼气中的二氧化碳进行反应，从而实现去除的目的。
4. 压缩经过前述处理步骤后，沼气中的甲烷已经达到车用压缩天然气的要求。
最后一步是对沼气进行压缩，使其具备储存和运输的条件。
技术优势垃圾填埋沼气提纯净化制车用压缩天然气技术方案具有以下几个优势：1.能源利用效率高：通过提纯净化垃圾填埋沼气，将其转化为车用压缩天然气，充分利用可再生能源资源，提高能源利用率。
2.环境友好：净化处理过程中去除了沼气中的有害物质和二氧化碳，减少了对环境的污染。
收稿日期:2003-10-31 修回日期:2004-01-08作者简介:石磊(1977-)男,在读博士生,主要从事城市垃圾填埋场的污染控制和资源化研究。
垃圾填埋沼气的收集、净化与利用综述石 磊,赵由才,唐圣钧(同济大学环境工程与科学学院污染控制与资源化研究国家重点实验室,上海 200092)摘 要:垃圾填埋沼气的回收利用是一项经济可行且对环境有益的技术。
本文从填埋沼气的组成及其影响因素出发,探讨了沼气的收集、输送和贮存途径,介绍了当前的净化工艺,最后总结介绍了几种填埋沼气利用技术的特点及其适用性,并提出建立配备填埋沼气回收装置的卫生填埋场应成为我国城市垃圾处理的发展方向。
关键词:垃圾填埋场;填埋沼气;气体收集;净化;利用;联合工艺中图分类号:X 705;S21614 文献标识码:A 文章编号:1000-1166(2004)01-0014-04R eview on Land fill G as Collection ,Purification and U tilization /SHI Lei ,ZH AO You 2cai ,TANG Shen 2Jun /(State K ey Lab 2oratory of Pollution Control and R esource R euse ,Tongji U niversity ,Sh angh ai 200092,P.R.China)Abstract :The technology of recovery and utilization of land fill gas (LFG )from municipal s olid waste (MSW )land fill sites is cost effec 2tive and environment friendly 1Based on its constituents and in fluencing factors ,this article firstly discusses LFG collection ,delivery and storage ,then introduces its current purification processes ,finally the characteristics of several techniques of LFG utilization and their ap 2plicability for China are summarized ,and it is proposed that the future trend of MSW disposal in China is to develop and build the sani 2tary land fill sites which installed with the facilities of LFG recovery and utilization 1K ey w ords :land fill site ,land fill gas (LFG ),gas collection ,purification ,utilization ,joint process1 前言垃圾填埋沼气(LFG )是卫生填埋场的降解产物之一[1],除主要组分CH 4,C O 2外,其它已被检测出的物质有140种以上[2]。
这些气体无控制的迁移和聚积,会产生二次污染,引发燃烧爆炸事故;LFG 又是一类温室气体,它对大气臭氧层有破坏作用,资料表明,CH 4产生的温室效应比当量体积的C O 2高20倍以上[3]。
资料表明[4,5],每吨垃圾在填埋场寿命期内大约可产生100～200m 3的沼气,其热值一般为7450～22350k J ・m -3,脱水后热值可提高10%,除去C O 2,H 2S 及其它杂质组分后,又可将热值提高到22360～26000k J ・m -3(天然气的热值为37260k J ・m -3),因此它又是一种潜在的清洁能源。
填埋沼气的回收利用开始于70年代,国外每年从LFG 中回收的能量约相当于200万吨的原煤资源,LFG 回收用于发电占55%、锅炉占23%、熔炉和烧窑占13%,管道供气占9%,目前,较新的沼气利用技术还包括用作汽车的替代燃料,生产甲醇或者燃料电池等[6,7]。
2002年11月《中国城市垃圾填埋气体收集利用国家行动方案》的出台,表明填埋沼气的回收利用继在鞍山、杭州、南京等地起步后,其更广泛的开发前景方兴未艾。
本文主要围绕LFG 的收集、净化和利用三个方面展开论述,供从事此项研究的科研人员参考。
2 填埋沼气的组成LFG 的成分复杂,除垃圾特性外,其影响因素还包括温度、厌氧程度、养分及毒素、pH 值、湿度、填埋年限与区域、填埋方式与类型等[8]。
填埋沼气的典型组成如表1所示[6]。
由表1可知,LFG 中含量较高的惰性组分C O 2和N 2会降低其作为燃料的热值、增加集输费用[9];在燃烧过程中,LFG 中的H 2S 、H 2O 和卤化物会形成腐蚀性酸,如H 2S O 4、HCl 等[10];硅氧烷在高温下能转化为氧化硅,这种白色的粉末会堵塞或损害设备[11];其它有害的微量物质,如烃类、硫醇类、和挥发性有机物(VOCs )等,也会对LFG 的燃烧特性造成不利影响[12]。
因此,利用之前,应进行浓缩与净化处理,以除去其中的惰性组分和有害气体。
表1 填埋沼气的典型组成主要组分浓度/%微 量 组 分 /ppm硫化物类浓度卤代物类浓度VOCs类浓度CH441～48硫化氢10310二氯乙烯33苯014～210 CO232～40甲硫醇310二氯乙烷0125苯乙烯0～015N215～20乙硫醇015三氯乙烯218甲苯417～3510 H2O3～5甲硫醚810三氯氟甲烷016乙苯315～1310 O2011～015二甲基二硫醚0102四氯乙烯613氯苯011～110 CO0～013硫化羰<015二氯甲烷1210异戊烷0～01097 NH30～013二硫化羰<015氯乙烯114正戊烷0～01018总计约100总硫11515总氯56135总VOCs51160(以H2S计)(以Cl计)3 填埋沼气的收集、输送与贮存311 沼气的收集LFG的收集系统由收集井、集气柜、输气管道和抽气泵站等组成。
填埋场内产生的气体,借助压差流向特定的收集井,通过输气管道引至集气柜后,再集中输往抽气泵站。
富集的LFG经冷凝脱水后即可供直接燃烧,或经净化处理送入内燃机或发电机组。
LFG的导出和收集通常有两种形式:即竖向收集导出和水平收集导出方式。
前者应用较广,它是在垃圾填埋过程中逐步建成的系统,其方法是在填埋场内均匀布置立式大口径钢管,在每个钢管外砌筑竖井,当填埋厚度达到2～5米时,将钢管向上抽一部分,并继续砌筑,直到填埋场达到设计高度,然后将钢管移走。
通过将各竖井用排气管水平连接,即可实现垃圾填埋与气体回收同步进行。
312 沼气的集输不论采用竖井还是水平管线收集,最终均需要将沼气汇集到总干管进行输送。
输气管道除设置有必要的控制阀、流量压力监测仪和取样孔外,还应考虑冷凝液的排放。
输送系统也有支路和干路,干路之间相互联系形成一个闭合回路。
因此,压力差的计算要考虑最远的支路和干路。
井头的管道必须充分倾斜,以提供排水能力,集气干管一般要3%的坡降,对于更短的管道系统甚至要有6%～8%的斜率。
为排出冷凝液,在干管底部可设置冷凝液排放阀。
313 沼气的贮存国外填埋沼气厂一般都有贮气系统,以储备气体,满足消费需求。
贮气技术按压力大小分为低压、中压和高压贮存三种。
70年代有人尝试使用液化贮存,由于甲烷的液化临界点为-8215℃,工艺复杂,技术要求和成本高,不适于LFG贮存,逐渐被淘汰。
低压贮存要求压力小于5kPa,有干、湿两种,这种贮存技术最大的缺点是气柜容积大,占地面积大。
中压贮存压力保持在1～2MPa,气柜容积比低压要小,为1～100m3,中小型填埋场多使用这种技术。
目前,最受青睐的贮气技术为高压贮存。
贮气容器为30或50L的钢瓶,压力150,250,330,35MPa不等,贮气量大,体积小。
缺点是H2S,C O2对压缩设备有腐蚀作用,但就净化过的LFG而言,无须考虑这种隐患。
4 填埋沼气的净化LFG在回收利用之前,应脱除其中的惰性气体(如C O2,N2等)和有害的微量组分(H2S、硅氧烷、卤代烃、VOCs等),以增加燃烧热值、降低集输费用。
LFG的净化步骤包括:颗粒与水脱除的预处理、深冷脱氮、酸性气体和微量组分的脱除等,涉及到的单元操作有:过滤、深冷、吸收、吸附、膜分离等。
由于组分的复杂多变,根据LFG的最终用途,通常需要联合多种工艺对其进行净化处理。
411 沼气的预处理杂质颗粒和水的脱除是沼气净化的第一步,常用的吸收溶剂有聚乙二醇、氯化钙溶液、甘醇类化合物;固体吸附剂有活性氧化铝、硅胶、分子筛等;所用的物理单元有筛网、预过滤器、气液聚结器、冷凝器、重力沉降器、旋风分离器和过滤分离器等。
近来,膜分离和低温相变分离在颗粒和水的脱除研究上也有了新的进展。
412 深冷处理深冷脱氮工艺具有处理量大,脱除效率高、技术成熟可靠等优点,应成为我国优先发展的填埋沼气脱氮技术。
深冷脱氮工艺是将具有一定压力的沼气经多次节流降温后部分或全部液化,再根据氮气与甲烷相对挥发度不同,用精馏的方法脱除氮气。
深度冷冻处理还可除去引起发动机严重腐蚀的杂质组分[13]。
它先将气体压缩至一台加压罐,通过等焓膨胀冷凝其中的水蒸气;然后向气体中注入甲醇,使其深度制冷;在甲醇冷凝液中,即包含有从深度制冷的填埋沼气中脱除的杂质组分,经杂质分离脱除后的气体,则可作进一步处理。
413 吸附分离吸附分离是通过吸附剂对气体组分的选择性吸附来实现的。
可净化填埋沼气的吸附剂有活性炭、硅胶、分子筛等,其中活性炭因其较大的表面积、良好的微孔结构、多样的吸附效果、较高的吸附容量和高度的表面反应性等特征,应用最为广泛[14]。
近年来,变压吸附(PS A )已发展成为一种新型高效的气体分离技术,它是通过改变被吸附组分的的分压,使吸附剂得到再生,而分压的快速变化又是靠改变系统总压或使用吹扫气体来实现的。
在填埋沼气的净化操作中,C O 2及杂质气体在加压下的吸附单元中被选择性吸附,使其与CH 4分离,随后于再生单元中减压后解吸,使其排出系统,吸附剂得到再生。
414 膜分离膜分离技术具有分离效率高、能耗低、设备简单、工艺适应性强等特点,近年来,性能优异的新型膜材料不断涌现,使得气体膜分离技术在填埋沼气净化上获得了广泛应用。
它是利用沼气中各种气体组分对渗透膜选择透过速率的不同,将CH 4与其它杂质气体分离的。
