生活垃圾填埋产沼的提取净化利用
摘要:垃圾填埋是目前我国各城市广为采用的垃圾处理方式，但垃圾填埋产沼以后对沼气的回收利用却不被人们所熟知和重视。由此造成了对可开发利用的二次能源的极大浪费，而沼气对周围环境也造成了严重的污染并对大气臭氧层造成了破坏。本文阐述了垃圾填埋产沼回收的必要性和经济性，对垃圾填埋产沼提取利用、制取汽车压缩气的可行性及工艺流程进行了分析和介绍。
关键词:垃圾填埋场;沼气;压缩气
目前我国的城市生活垃圾大多采用填埋的方式处理。对垃圾填埋场产生的沼气进行回收利用，提取净化后制取汽车可用的压缩气，既可解决沼气对环境的污染问题，保护了大气及周围环境，又可创造显著的经济价值。作为一种新型的再生性能源，沼气潜藏的商业价值和社会效益应受到社会各界的广泛关注和重视。
1 垃圾填埋产沼回收的必要性
随着人类社会的不断进步、物质文明和精神文明的不断提高，城市面积在不断扩张，城市人口在不断增加，城市生活垃圾种类也在不断变化。我国城市生活垃圾的产生数量巨大，全国建制市660个，城市人口（2006年）总计5.7亿人。以人均日产垃圾0.8kg计算，城市垃圾年倾运量至少达1.6亿吨。仅以北京为例，每年城市垃圾可形成一座占地500亩、高40米的垃圾山。全国每年约有5600万吨垃圾露天堆放在城镇郊区，造成了水资源污染、大气污染、景观污染、土壤污染。通常城市生活垃圾成分见表1，城市生活垃圾填埋处理后产生的气体组分见表2。
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目前国内大多数城市的生活垃圾填埋场垃圾产生的气体仍处于一种无序排放的状态。因未采取有效处置措施，诸如爆炸、燃烧等现象在垃圾填埋场地时有发生，成为不安全因素，为城市安全和环卫工人的安全生产埋下了隐患。因此如何将垃圾填埋场释放的气体综合处理，合理巧妙利用，有效地提取其中有利用价值的成分，使其成为可持续利用的二次能源，是值得关注、重视和探讨研究的问题。
2 垃圾填埋产沼回收的经济性
城市生活垃圾在被填埋以后，其中的有机物在一定温度的厌氧条件下经发酵产生的释放气即为沼气。垃圾填埋场经不断填埋碾压历经3～4年后进入产气的高峰期，单位垃圾产气量约150～200m3/t。甲烷含量可占其体积组分的60%，低热值可达21MJ/m3。因此沼气是一种易燃易爆气体。国内城市垃圾中如有一半的垃圾填埋产沼后得到回收，则可日回收热值为21MJ/m3的沼气120亿m3，相当于新建33个100吨规模焦化厂的产气量。可节约标准煤861.244t/d。
3 垃圾填埋产沼气的提取利用
填埋垃圾产生的沼气中富含甲烷，而甲烷对大气臭氧层的破坏是CO2的40倍，造成的温室效应是CO2的22倍。因此垃圾填埋场逸出沼气的无序排放对环境的破坏将是灾难性的。
沼气组分中甲烷所占比例较大，其性质与天然气相近，经净化后的沼气是一种理想的清洁燃料。作为清洁燃料可用于供热、发电及其它民用或商业区域性的应用。但由于填埋场的产气量和热值受季节、温度、垃圾的组成等条件限制和影响，很难做到按计划开采，因此沼气作为管道民用气，无法满足城市用气的季节变化要求，但用于局域气化或作为清洁的燃料罐装压缩气却是完全可行的。
3.1 垃圾填埋产沼制取汽车压缩气的可行性
为改善投资环境，提高空气等级，落实各项环保措施，目前国内的燃油汽车正在朝着燃烧清洁燃料的方向发展。改装燃液化石油气和液化天然气的汽车得到诸多城市的认同。垃圾填埋产沼制取的压缩气的清洁度、热值同液化天然气相近，主要成分均为甲烷，燃烧所排废气中仅含水蒸汽和CO2，可以满足环保要求，因此完全可以代替液化石油气和液化天然气，并可首先在环卫部门的车辆上使用，既可解决先期的实验问题，又可减少环卫部门的运行成本，具有成熟的经验以后即可推向市场。
作为汽车燃料，垃圾填埋产沼制取的压缩气经汽车发动机燃烧后产生的废气较燃烧汽油可以减少铅化物排放2.1g/L、SO2排放0.295g/L、CO排放69g/L、氮氧化物21.1g/L、碳氢化物33.3g/L。因此可以极大地缓解汽车尾气排放对空气造成的污染。而这一新的二次能源的开发利用，亦可体现出可观的经济效益和社会效益。
垃圾填埋产沼制取压缩气用于汽车燃料必须经过净化及压缩，净化后的压缩气中甲烷含量大约为96%（体积组分），热值可达35.91MJ/m3，1m3相当于1.1L汽油（汽油的热值为32.65MJ/L）。由于压缩气无原料成本，制气运行成本为1.8～2.0元/m3，同比计算，按目前的市场汽油销售价4.50元/L，汽车每消耗1m3压缩气相当节省2.5元。燃烧压缩气汽车的改装费约6000元/台，公交车运行耗油按15L/100km计算，使用压缩气的汽车当运行1.76万公里时即可收回改装投资。城市公交车每台每年按运行5万公里计算，每台车可节省3068元/年。
3.2 制取车用压缩气的工艺流程（见下图）
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沼气净化流程主要是脱除沼气中的水、卤化物、CO2、H2S。沼气经沼气收集井、井头控制设施由引风机提取出来后送至脱水器，其脱除的水送至渗滤液池集中处理。脱水后的气体经两次三级加压（压力达3.6MPa），再经活性炭脱臭和脱除CO2。为保证脱臭和脱除CO2后的气体能有效分离提高透过量，需将气体加热到60℃。加热后的气体经由只能透过特定离子或气体分子的物质制成的膜分离装置进行分离，分离以后的气体由三部分组成：（1）CH4含量达96%的气体进入下道工序，进行二次加压（两级加压），压力达25MPa，成为成品气即压缩气；（2）CH4含量达80%的气体返回到一次加压系统，经再次分离加压；（3）废气外排。压缩气经分装控制器分为两路：一路进入储气罐储存，经加气机给用户加气；另一路则不进入储气罐而直接经加气机给用户加气，以此调节加气时进站的高低峰车辆。
进入储气罐的成品气压力为25MPa，这是由汽车车载储罐的工作压力决定的（车载储罐压力为20MPa）。至此完成了由沼气提取至制成品气既汽车用压缩气的全部过程。
沼气提取净化以后，制取压缩气后的多余部分也可以用来发电，供垃圾填埋场内使用，可进一步降低压缩气的运行费用。但此举应在项目前期结合项目规模投资、偿还年限等因素进行综合考虑，使企业效益良性循环，从而达到实现良好经济效益和社会效益的目地。
城市生活垃圾潜藏的能量，随着提取技术、方法、手段的不断改进而将逐步得到体现和提高，其将成为一种可持续开发利用的新型能源。
垃圾的综合利用将对改善和保护环境起到一定的积极的推动作用，为国民经济的可持续发展创造良好的条件。
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