寒冷地区垃圾卫生填埋场沼气回收技术试验与研究

B产酸阶段
在液化的基础上产氢产乙酸菌群把第一阶段的液化产物进一步分解转化为更简单的小分子化合物，如低级脂肪酸、醇等，主要是挥发性酸。液化阶段和产酸阶段是一个连续过程，统称为不产甲烷阶段。
C产甲烷阶段
产甲烷菌利用前一阶段产生的合成甲烷基质，最后形成甲烷，约有30%甲烷来自氢的氧化和二氧化碳的还原，70%的甲烷来自乙酸盐。主要化学反应式如下：
(1)由挥发酸形成甲烷
2CH3CH2COOH＋2H2O＋CO2→4CH3COOH＋CH4CH3COOH→CH4＋CO2
(2）由醇和二氧化碳开形成甲烷
2CH3CH2OH＋CO2-2CH3COOH＋CH4
4CH3OH→3CH4＋CO2＋2H2O
(3)由氢还原二氧化碳为甲烷
CO2＋H2→CH4＋2H2O
沼气发酵的三个阶段是相互制约相互协调的，并保持着动态平衡。
3.2封闭沼气池试验
在实验室试验的基础上，为使研究结果更符合填埋场实际，我们在垃圾填埋场又进行了沼气池填埋试验和单元填埋取气试验。研究试验方法如下：
3.2.1沼气池试验
我们开始在垃圾场上建了三个地下式全封闭砖结构沼气池子，每个2m3，填上垃圾监测后发现，反应很不明显，沼气时有时无。经查阅资料和研究发现，主要原因一是沼气池容积较小，二是沼气池封闭不严，找到原因后，我们重新建了两个砖砼结构沼气池，两池装填垃圾成份表4。
表4沼气也装填垃圾成份

为了模拟垃圾填埋实际情况，考虑北方寒冷地区气候条件，我们将沼气池建在地下。每个池子容积32M3，池底做了防水处理，保证渗滤液不流失，并设有导出口，导出后重新回灌等设施，图3、图4为沼气温度和PH值变化曲线，图5、图6为两池中各种气体含量变化曲线。

图3沼气池温度变化曲线

图4渗滤液中PH随时间变化曲线

图51＃池中各种气体含量变化曲线

图62＃池中各种气体含量变化曲线
通过研究图中曲线，我们可看出：
①池内温度受外界影响较大（虽然在地下），池内温度高产气量就多，当温度下降时产气量也随之下降，最佳的产气温度在30℃。
②PH值最初呈微酸性，随着垃圾的分解发酵，逐渐过渡到产酸阶段，这时PH值呈微酸性，最后产气阶段又恢复中性偏碱。
③从两个池子对比来看，1＃池有机物高于2＃池，所以我们监测也是1＃池的产气量始终高于2＃池，即相同条件下有机物高产气量就多。
④水份对垃圾产沼是很重要的，据资料报导，含水率20%－100%，沼气都是可以产生的，但通过我们试验观察，垃圾产沼含水率在45-70%范围内是最佳范围，所以说垃圾场渗滤液的回灌对产沼是有很大益处的，即可以调节垃圾含水率，又可以减少渗滤液的处理量。
4.经济效益和社会效益
4．1经济效益预测
根据国外研究开发的填埋场产甲烷统计模型，IPCC模型（该模型由政府气候变化委员会Intrngorenmental Panel on Climate Chang简称IPCC提出）推荐的计算公式：
Ech4＝MSW×η×DOC×R×（16/12）×0.5
式中:MSW－城市生活垃圾量(T)
η－填埋垃圾占生活垃圾总量的百分比
DOC－垃圾中可降解有机碳的含量％(IPCC推荐发展中国家取值15%)
R－垃圾中可降解有机碳的百分率（IPCC推荐值77％）
16/12－为CH4和C的转换系数
0.5－为CH4中碳与总碳的比率
IPCC模型属宏观统计模型，用于计算某一垃圾统计量最终产生的甲烷总量，我们用该模型计算牡丹江市垃圾无害化处理场封场后产生的CH4量。
该垃圾填埋场总容量1500万m3，按压实度0.8t/m3计算，实际可填埋1200万吨垃圾，代入上式计算：
Ech4＝1.2×10 7×15％×77％×16/12×0.5＝92.4万吨
换算成体积V＝92400×1000÷1.095亿m3＝8.44亿m3
牡丹江市垃圾填埋场可使用40年，理论上平均每年可产CH42110万m3，如果CH4按0.8元／m3计算，每年可创产值1688万元。但实际上是有差距的，若按收集率30%、实际利用率85%、每立方米0.8元算，可创产值8.44×30%×x0.85×0.8＝1.72亿元，平均每年创产值430.4万元，这些沼气完全燃烧后相当于2.79亿立方煤气，1.34亿公升汽油、2.54万吨原煤产生的热量，可发电3.64亿千瓦。
通过计算可以看出，垃圾填埋场回收沼气是大有发展的，而且是有利可图的。根资料介绍，根据近年我国垃圾填埋数据，对全国垃圾填埋场CH4产生量进行预测：

图7我国垃圾填埋年度CH4产生量
从图中可看出，到2020年，我国填埋垃圾CH4产生量将比2000年增加近2倍，达到120亿m3。从全国的市场看，垃圾填埋场是一个潜在的能源基地，从广义上讲垃圾填埋场不再是一个藏污纳垢和造成危害的根源，而是一个聚宝盆一种新型能源——清洁能源的诞生地、储备库。