寒冷地区垃圾卫生填埋场沼气回收技术试验与研究

摘要：本文通过实验室和室外沼气池两组模拟实验，对寒冷地区垃圾填埋场产沼规律和影响因素进行研究试验，取得了第一手资料，对垃圾场回收沼气方面的研究具有一定的指导作用。
关键词：寒冷地区；垃圾场；沼气回收
1.研究的目的和意义
卫生填埋是目前世界上广泛采取的垃圾处理方法之一。近几年随着经济的增长和人们对环境质量的要求愈来愈高，国内陆续地建造了一批规范的垃圾卫生填埋场，并相继投入使用。卫生填埋法处理垃圾在今后很长一段时间内将是我国垃圾无害化处理的主要方法。随着时间的推移，在每一填埋场都会产生一定量的沼气和其它一些混合气体，其中包括少量的有毒有害气体。如不将这些气体加以回收和利用，一方面会造成能源的浪费，不符合我国国情，另一方面这些气体扩散到大气中会造成大气污染，增加温室效应，有时甚至浓度过高会引起爆炸，造成人员伤害，因此如何有效地收集卫生填埋场产生的沼气，并加以利用、变废为宝是一项利国利民、符合中国国情和需要的理想方式。沼气属于清洁能源，是我们国家可持续战略发展的重要内容之一，是利在当代，功在千秋的大事，具有很好的现实意义和深远的历史意义。
2.国内外发展概况
2.1国外发展概况
目前，世界上处理垃圾的方式大体上分三种：1、垃圾焚烧；2、垃圾卫生填埋；3、垃圾堆肥，具体采用哪种方式主要是根据各国的经济实力、土地资源等情况来定，美国由于其地域辽阔，主要以填埋为主，所以美国早在70年代就开始垃圾填埋场回收沼气的研究，目前在美国和德国等国家沼气燃烧系统、沼气发动机等已相继投入使用，由此，带动了其它一些产业的繁荣发展。
2.2国内发展现状
我国垃圾场回收沼气的研究刚刚起步，南方城市相比起步早一些，1998年杭州天子岭垃圾场引进美国惠民公司独资开发收集垃圾场沼气技术并已发电。投资350万美元，每年发电近1600万度，此外每年还可减少一氧二碳排放8-10万吨。这一项目的实施，为我国垃圾填埋场气体的开发利用奠定了基础。目前，国内垃圾场回收沼气技术还处在探索阶段，尚无成型技术，尤其是北方寒冷地区填埋场沼气回收技术更是空白，有待进一步研究开发。
3.研究内容、工艺、目的
按照小试、中试与工程试验相结合的原则我们分别做了四种试验与研究（本文只介绍前两种），旨在通过几种方式的研究试验找出垃圾场回收沼气的最佳途径和最佳效果，以及安全的沼气回收系统。
3.1实验室垃圾模拟产沼试验
本实验通过在实验室建立三组垃圾填埋产气试验，对不同的垃圾和不同的环境下产气量、温度、渗滤液、渗滤液回灌对产气的影响，以及它的发酵过程进行研究监测。
3.1.1影响产沼因素试验
我们按照不同的环境温度分别做三组实验，实验装置是三组填埋柱体，该柱体为圆形有机塑料板和透明有机玻璃制成，可以看到柱内垃圾的变化。分别将柱体放置于不同地方。A冰箱冷藏室内在5℃左右；B生化培养箱内温度控制在35℃左右；C室外模拟自然条件下温度的变化。表1是填埋柱垃圾成份，图1为垃圾填埋柱体结构示意图。
表1实验室模拟填埋柱垃圾成份（单位：％）


图1垃圾填埋柱体结构示意图
定期监测柱内气体流量、柱内温度和柱外温度，并定期监测柱内垃圾的产气量、气体成份、含水率、PH值的变化，定期收集渗滤液并进行渗滤液回灌试验，观察其对产气量的影响，监测数据如表2。
表2A,B,C三柱监测数据


3.1.2产气最佳含水率试验
在上述A、B柱内重新加入垃圾进行第二组实验，垃圾成份如下：
表3第二组模拟柱实验垃圾成分（％）

将A,B柱均放于生化培养箱内，调节温度为35℃。
在两柱开始产气时，每隔5天向A柱加入适量清水，向B柱内加入适量垃圾渗滤液(COD=5000MG/L)，并且每隔5天化验柱中垃圾水分（共50天），使柱内水分不断增高，同时监测柱内CH4浓度，绘出水份与CH4浓度变化曲线（如图2所示）。

图2CH4百分含量随垃圾水分变化曲线
从曲线看，A柱CH4最高含量44%左右，产气高峰持续15天，B柱CH4最高含量为53%左右，高于A柱，可以看出，回灌垃圾渗滤液有利于产沼，这是因为回灌垃圾渗滤液，增加了垃圾中有机物造成的。从两图中可以看出，最佳产沼水份含量为45%－70％。
3.1.3垃圾产沼的发酵过程
垃圾产沼发酵是一个复杂的化学过程，沼气发酵过程中起主导作用的微生物大多是厌氧菌，所以严格厌氧环境是垃圾产沼气的先决条件，沼气发酵大致可分为三个阶段。
A液化阶段
液化阶段也称水解阶段，大分子有机物不能被产甲烷菌吸收利用，一些水解性细菌或发酵性细菌将纤维素、淀粉等碳水化合物水解成单糖或二糖，糖类再被分解成丙酮酸；蛋白质被水解成多肽和氨基酸再经脱氨形成有机酸和氨；脂肪被水解成脂肪酸，进一步降解为各种低级有机酸、二氧化碳和水。如此大分子固态有机质转化液态小分子化合物。