垃圾填埋气收集利用研究进展

陈莹

（唐山市市政工程环境卫生事务中心，河北唐山 063000）

1 引言

卫生填埋是目前城市生活垃圾处理最主要的方式。据统计，截至2016 年年底，我国940 座城市生活垃圾无害化处理场中，有657 座是卫生填埋场，其处理总量11 866.43 万t，达到无害化处理总量的60.32%［1］。然而在垃圾填埋过程中会伴随产生大量填埋气，其成分十分复杂，造成的环境影响不容忽视，同时垃圾填埋气中的CH4具有很高热值，且燃烧不产生二次污染，可以作为再生能源利用。

对垃圾填埋气进行收集利用，不仅能降低安全隐患、避免填埋气爆炸事故、减少温室气体排放量，同时可产生一定的经济效益。本文对我国垃圾填埋气的特点、常见收集方式、焚烧发电利用现状进行了综述和分析，并探讨了未来的发展方向。

2 垃圾填埋气的特点

垃圾填埋气是填埋场垃圾中的有机物质经过微生物降解和化学反应而生成的混合气体，其生成过程共分为好氧消化、水解发酵、酸化、产甲烷、氧化5个不同阶段［2］。许多因素都会影响填埋气体产生速率，如填埋场填埋作业方式、填埋物成分、温度、降水、垃圾含水率和堆放时间［3］。

与美国相比，我国垃圾组成呈现出可降解有机质含量高（30%～65%）、含水率高（50%～60%）、可回收组分低（15%～25%）和热值低（4 000～7 000 kJ/kg）的特点［4］。由于存在大量的厨余垃圾，垃圾降解初期会很快产气，如不加以管理，就会无组织地释放到空气中。垃圾填埋气中甲烷的含量可高达50%～60%［5］，可以成为很好的再生能源。

3 垃圾填埋气的收集方式

垃圾填埋气收集和导出通常有竖向气井、横向气井和膜下收集井3 种形式。其中，竖井集气方式应用较为广泛，其垃圾填埋气收集系统的收集方式为：随着垃圾填埋作业推进，间隔建造垂直收集井，井体由收集管、碎石和过滤层组成，通过主动抽气方式对填埋气进行收集。

横向气井的收集系统与竖井的结构原理基本相同，区别在于竖井轴线垂直于水平线，而横井的轴线方向与水平线平行。横向收集系统首先开挖水平沟槽，在其中填充碎石，敷设横向气管层，管端设置集气井头，垃圾填埋气经过HDPE 管抵达集气站。

膜下收集井是近年随着HDPE 膜覆盖工艺发展出的新型收集方式。该方式采用横井与膜相结合，在膜下安装垃圾填埋气收集管道，将HDPE 膜下形成的密闭空间与收集主管相连，从而对垃圾填埋气进行收集。

比较收集效率，横井集气接近90%，竖井集气则只有75%，横井集气优于竖井集气方式，但传统竖井集气的建设及运行成本更低，因而国内目前更多采用竖井集气方式［6］。而膜下收集井由于膜的密闭作用，收集效率会有显著提高，是未来的发展方向。

4 垃圾填埋气发电

垃圾填埋气发电的技术要求比其他利用方式低，设备也相对成熟，已经实现国产化，且结合热电联供、余热利用等方式，能源利用率高，是国内较多采用的利用方式。该方式以垃圾填埋气经过预处理后，作为燃气内燃机燃料，将化学能转化为电能，带动发电机发电，所发电力可以并网输送。

垃圾填埋气发电同时具备良好的环境效益、社会效益、经济效益，能够减少温室气体无组织排放，去除恶臭气体和有害微量气体，提高垃圾堆体坡体的稳定性及安全性，增加填埋库区容量，降低运营费用，产生并网发电收益。

5 存在问题及对策探讨

虽然垃圾填埋气利用有诸多优点，近年来也得到更多的认可及重视，但在实际应用中，仍存在一些问题。

（1）很多填埋场设备落后，人员、资金短缺，致使垃圾裸露面大、集气量及收集效率不高。通过在生活垃圾填埋场实施密闭工程，可以显著提高垃圾填埋气收集量和收集效率［7］。应当根据我国实际情况，对填埋相关标准、规范作出科学的设计及调整，同时加大垃圾处理的投入，做好资金保障。

（2）气井布置不科学导致集气效率低。应提前进行科学规划，在填埋过程中就完成气体收集井的布置，采用新型膜结合竖井、横井的组合方式，提高收集效率，同时能起到导排垃圾渗滤液的作用，增加堆体稳定性。

（3）垃圾填埋气发电项目存在投资较大、资金回收期较长、整体收益率不高的情况。如果能够降低初期投资费用，同时保证项目满足清洁发展机制要求，则能使项目建设、经营风险降低。想要达成这一目标，可以考虑项目分步式建设。先完成引进由小型燃气发生器构成的内燃发电机组，安装后初步实现项目投运。在后期分批进行燃气内燃发电机组的建设，完成垃圾填埋气发电并网，继而使项目初期投资减少，为后续项目建设提供资金。

6 结语

对于城市生活垃圾的处理，目前和今后相当长一段时期，卫生填埋仍将是最主要的处理方式。而我国的垃圾填埋气处理技术起步较晚，但这也意味着可借鉴的国外经验较多，不必走许多前人的弯路。在今后的垃圾填埋和填埋气利用中，可以结合我国垃圾特性和处理技术现状，从可持续的角度来思考和解决面临的各种问题，寻找最适合我国的处理方式，以切实解决环境问题并实现可持续发展。