生活垃圾填埋產(chǎn)沼的提取凈化利用
摘要:垃圾填埋是目前我國(guó)各城市廣為采用的垃圾處理方式，但垃圾填埋產(chǎn)沼以后對(duì)沼氣的回收利用卻不被人們所熟知和重視。由此造成了對(duì)可開(kāi)發(fā)利用的二次能源的極大浪費(fèi)，而沼氣對(duì)周圍環(huán)境也造成了嚴(yán)重的污染并對(duì)大氣臭氧層造成了破壞。本文闡述了垃圾填埋產(chǎn)沼回收的必要性和經(jīng)濟(jì)性，對(duì)垃圾填埋產(chǎn)沼提取利用、制取汽車壓縮氣的可行性及工藝流程進(jìn)行了分析和介紹。
關(guān)鍵詞:垃圾填埋場(chǎng);沼氣;壓縮氣
目前我國(guó)的城市生活垃圾大多采用填埋的方式處理。對(duì)垃圾填埋場(chǎng)產(chǎn)生的沼氣進(jìn)行回收利用，提取凈化后制取汽車可用的壓縮氣，既可解決沼氣對(duì)環(huán)境的污染問(wèn)題，保護(hù)了大氣及周圍環(huán)境，又可創(chuàng)造顯著的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。作為一種新型的再生性能源，沼氣潛藏的商業(yè)價(jià)值和社會(huì)效益應(yīng)受到社會(huì)各界的廣泛關(guān)注和重視。
1 垃圾填埋產(chǎn)沼回收的必要性
隨著人類社會(huì)的不斷進(jìn)步、物質(zhì)文明和精神文明的不斷提高，城市面積在不斷擴(kuò)張，城市人口在不斷增加，城市生活垃圾種類也在不斷變化。我國(guó)城市生活垃圾的產(chǎn)生數(shù)量巨大，全國(guó)建制市660個(gè)，城市人口（2006年）總計(jì)5.7億人。以人均日產(chǎn)垃圾0.8kg計(jì)算，城市垃圾年傾運(yùn)量至少達(dá)1.6億噸。僅以北京為例，每年城市垃圾可形成一座占地500畝、高40米的垃圾山。全國(guó)每年約有5600萬(wàn)噸垃圾露天堆放在城鎮(zhèn)郊區(qū)，造成了水資源污染、大氣污染、景觀污染、土壤污染。通常城市生活垃圾成分見(jiàn)表1，城市生活垃圾填埋處理后產(chǎn)生的氣體組分見(jiàn)表2。
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目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)城市的生活垃圾填埋場(chǎng)垃圾產(chǎn)生的氣體仍處于一種無(wú)序排放的狀態(tài)。因未采取有效處置措施，諸如爆炸、燃燒等現(xiàn)象在垃圾填埋場(chǎng)地時(shí)有發(fā)生，成為不安全因素，為城市安全和環(huán)衛(wèi)工人的安全生產(chǎn)埋下了隱患。因此如何將垃圾填埋場(chǎng)釋放的氣體綜合處理，合理巧妙利用，有效地提取其中有利用價(jià)值的成分，使其成為可持續(xù)利用的二次能源，是值得關(guān)注、重視和探討研究的問(wèn)題。
2 垃圾填埋產(chǎn)沼回收的經(jīng)濟(jì)性
城市生活垃圾在被填埋以后，其中的有機(jī)物在一定溫度的厭氧條件下經(jīng)發(fā)酵產(chǎn)生的釋放氣即為沼氣。垃圾填埋場(chǎng)經(jīng)不斷填埋碾壓歷經(jīng)3～4年后進(jìn)入產(chǎn)氣的高峰期，單位垃圾產(chǎn)氣量約150～200m3/t。甲烷含量可占其體積組分的60%，低熱值可達(dá)21MJ/m3。因此沼氣是一種易燃易爆氣體。國(guó)內(nèi)城市垃圾中如有一半的垃圾填埋產(chǎn)沼后得到回收，則可日回收熱值為21MJ/m3的沼氣120億m3，相當(dāng)于新建33個(gè)100噸規(guī)模焦化廠的產(chǎn)氣量？晒(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤861.244t/d。
3 垃圾填埋產(chǎn)沼氣的提取利用
填埋垃圾產(chǎn)生的沼氣中富含甲烷，而甲烷對(duì)大氣臭氧層的破壞是CO2的40倍，造成的溫室效應(yīng)是CO2的22倍。因此垃圾填埋場(chǎng)逸出沼氣的無(wú)序排放對(duì)環(huán)境的破壞將是災(zāi)難性的。
沼氣組分中甲烷所占比例較大，其性質(zhì)與天然氣相近，經(jīng)凈化后的沼氣是一種理想的清潔燃料。作為清潔燃料可用于供熱、發(fā)電及其它民用或商業(yè)區(qū)域性的應(yīng)用。但由于填埋場(chǎng)的產(chǎn)氣量和熱值受季節(jié)、溫度、垃圾的組成等條件限制和影響，很難做到按計(jì)劃開(kāi)采，因此沼氣作為管道民用氣，無(wú)法滿足城市用氣的季節(jié)變化要求，但用于局域氣化或作為清潔的燃料罐裝壓縮氣卻是完全可行的。
3.1 垃圾填埋產(chǎn)沼制取汽車壓縮氣的可行性
為改善投資環(huán)境，提高空氣等級(jí)，落實(shí)各項(xiàng)環(huán)保措施，目前國(guó)內(nèi)的燃油汽車正在朝著燃燒清潔燃料的方向發(fā)展。改裝燃液化石油氣和液化天然氣的汽車得到諸多城市的認(rèn)同。垃圾填埋產(chǎn)沼制取的壓縮氣的清潔度、熱值同液化天然氣相近，主要成分均為甲烷，燃燒所排廢氣中僅含水蒸汽和CO2，可以滿足環(huán)保要求，因此完全可以代替液化石油氣和液化天然氣，并可首先在環(huán)衛(wèi)部門的車輛上使用，既可解決先期的實(shí)驗(yàn)問(wèn)題，又可減少環(huán)衛(wèi)部門的運(yùn)行成本，具有成熟的經(jīng)驗(yàn)以后即可推向市場(chǎng)。
作為汽車燃料，垃圾填埋產(chǎn)沼制取的壓縮氣經(jīng)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒后產(chǎn)生的廢氣較燃燒汽油可以減少鉛化物排放2.1g/L、SO2排放0.295g/L、CO排放69g/L、氮氧化物21.1g/L、碳?xì)浠?3.3g/L。因此可以極大地緩解汽車尾氣排放對(duì)空氣造成的污染。而這一新的二次能源的開(kāi)發(fā)利用，亦可體現(xiàn)出可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
垃圾填埋產(chǎn)沼制取壓縮氣用于汽車燃料必須經(jīng)過(guò)凈化及壓縮，凈化后的壓縮氣中甲烷含量大約為96%（體積組分），熱值可達(dá)35.91MJ/m3，1m3相當(dāng)于1.1L汽油（汽油的熱值為32.65MJ/L）。由于壓縮氣無(wú)原料成本，制氣運(yùn)行成本為1.8～2.0元/m3，同比計(jì)算，按目前的市場(chǎng)汽油銷售價(jià)4.50元/L，汽車每消耗1m3壓縮氣相當(dāng)節(jié)省2.5元。燃燒壓縮氣汽車的改裝費(fèi)約6000元/臺(tái)，公交車運(yùn)行耗油按15L/100km計(jì)算，使用壓縮氣的汽車當(dāng)運(yùn)行1.76萬(wàn)公里時(shí)即可收回改裝投資。城市公交車每臺(tái)每年按運(yùn)行5萬(wàn)公里計(jì)算，每臺(tái)車可節(jié)省3068元/年。
3.2 制取車用壓縮氣的工藝流程（見(jiàn)下圖）
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沼氣凈化流程主要是脫除沼氣中的水、鹵化物、CO2、H2S。沼氣經(jīng)沼氣收集井、井頭控制設(shè)施由引風(fēng)機(jī)提取出來(lái)后送至脫水器，其脫除的水送至滲濾液池集中處理。脫水后的氣體經(jīng)兩次三級(jí)加壓（壓力達(dá)3.6MPa），再經(jīng)活性炭脫臭和脫除CO2。為保證脫臭和脫除CO2后的氣體能有效分離提高透過(guò)量，需將氣體加熱到60℃。加熱后的氣體經(jīng)由只能透過(guò)特定離子或氣體分子的物質(zhì)制成的膜分離裝置進(jìn)行分離，分離以后的氣體由三部分組成：（1）CH4含量達(dá)96%的氣體進(jìn)入下道工序，進(jìn)行二次加壓（兩級(jí)加壓），壓力達(dá)25MPa，成為成品氣即壓縮氣；（2）CH4含量達(dá)80%的氣體返回到一次加壓系統(tǒng)，經(jīng)再次分離加壓；（3）廢氣外排。壓縮氣經(jīng)分裝控制器分為兩路：一路進(jìn)入儲(chǔ)氣罐儲(chǔ)存，經(jīng)加氣機(jī)給用戶加氣；另一路則不進(jìn)入儲(chǔ)氣罐而直接經(jīng)加氣機(jī)給用戶加氣，以此調(diào)節(jié)加氣時(shí)進(jìn)站的高低峰車輛。
進(jìn)入儲(chǔ)氣罐的成品氣壓力為25MPa，這是由汽車車載儲(chǔ)罐的工作壓力決定的（車載儲(chǔ)罐壓力為20MPa）。至此完成了由沼氣提取至制成品氣既汽車用壓縮氣的全部過(guò)程。
沼氣提取凈化以后，制取壓縮氣后的多余部分也可以用來(lái)發(fā)電，供垃圾填埋場(chǎng)內(nèi)使用，可進(jìn)一步降低壓縮氣的運(yùn)行費(fèi)用。但此舉應(yīng)在項(xiàng)目前期結(jié)合項(xiàng)目規(guī)模投資、償還年限等因素進(jìn)行綜合考慮，使企業(yè)效益良性循環(huán)，從而達(dá)到實(shí)現(xiàn)良好經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的目地。
城市生活垃圾潛藏的能量，隨著提取技術(shù)、方法、手段的不斷改進(jìn)而將逐步得到體現(xiàn)和提高，其將成為一種可持續(xù)開(kāi)發(fā)利用的新型能源。
垃圾的綜合利用將對(duì)改善和保護(hù)環(huán)境起到一定的積極的推動(dòng)作用，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展創(chuàng)造良好的條件。
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