中国垃圾填埋场沼气回收混合系统与温室气体减排
一、导言
在过去的十年里，中国经历了经济的高速增长，同时也导致了城市垃圾产生量的相应增加。1996年，中国的城市垃圾产生量估计接近1亿吨，而2000年增长到了1.2至1.4亿吨。
据有关报道，中国的城市垃圾产生量大约是每人每天0.66到2.62公斤之间，平均为每人每天1.16公斤。随着经济的发展和生活水平的提高，垃圾的成分也发生了显著的变化。某些城市报道的垃圾成分已与工业化国家相似。
过去城市垃圾只是运到填埋场和堆放场处理，但现在对环境，尤其是对地下水源和地表水源的保护已得到重视，因此，那种选址不当和简易处理的垃圾堆放场正在被关闭，取而代之的是使地下水和地表水得到保护的先进设施。但是，随着有关全球变暖和气候变化问题的日益突出，下一个课题是着重于优化新的垃圾填埋场的沼气回收利用，减少温室气体的排放。
垃圾填埋场中的有机废物在厌氧状态下分解，会产生填埋气体（LFG）。除了少量的其他成分之外，填埋气体主要由数量大致相当的沼气和二氧化碳组成。沼气是一种使21世纪全球变暖趋势的强力温室气体。开展从垃圾填埋场中回收利用填埋气，使之成为再生资源，可以生产能源并取代石油和煤。同时，通过完善填埋气回收系统，还可以取得包括控制填埋气体的迁移和减少垃圾臭气的环境效益。
此外，填埋气体的回收利用还有其他的环境和经济效益，一个减排信贷的国际市场已经形成，实现的减排量可以用于出售。减排贸易的计划，如清洁发展机制，在京都议定书的框架下得到鼓励。因此，有必要评估垃圾填埋气体回收系统的设计和效能，以期在填埋场的整个运行期间最大限度地实现沼气的减排。
二、填埋场沼气的控制方案
1.概述
配置填埋气体的回收系统和运行设备是控制填埋气体逸出的常用做法，这种方法在国际上广泛采用。有越来越多的中国的垃圾填埋场安装填埋气体回收系统，这些系统包括被动系统和主动系统。简述如下：
A.被动系统
被动排气系统是填埋气体控制系统中最简单的一种类型，一般用于小型的填埋场和已关闭的填埋场。也可用作大型填埋场的临时措施。
被动系统在垃圾填埋作业区内部或周边地下设置有排气井或石笼，以为填埋气排出大气提供便捷的通道。在一些填埋场（主要是小型填埋场或已关闭的填埋场），填埋气不经处理就直接排入大气。但从控制臭气和减少排放考虑，对填埋气点火燃烧或加以利用是更好的办法。
B.主动系统
主动系统主要用于中型和大型的垃圾填埋场沼气回收利用。主动系统一般包括如下主要部分：
·抽气井
·集气系统
·冷凝系统
·压缩/燃烧站
·应用装置（供选择）
建设填埋气的主动系统，根据填埋场的具体条件有很多方案可供选择。垂直抽气井是最常用的标准抽气井形式。垂直抽气井最适合于安装在已完成填埋的区域，在垃圾堆体上钻取抽气井，通常的排列间隔距离大约在25米到100米之间。
垂直抽气井一般用PVC、HDPE或其他材料制造。在井的较深部分开槽或钻孔，上部则为实管。井的下面部分钻有排孔并被碎石围裹着（称为滤包），是为了从垃圾中抽取气体，而滤包上部的密封，则是防止抽出的气体重新进入垃圾堆体。
在正在填埋垃圾的填埋场中选择垂直抽气井建设方案，需安装整套设备。通常包括升降钢架、钢管或混凝土井，抽气井随着垃圾堆体的升高而提升。这些抽气井抽取的气体，通过临时的集气管或井间横向的联管收集后点火燃烧。
水平抽气装置也是回收填埋气体的一种选择方案。设计和安装水平的抽气装置，可以高效地回收填埋气体。水平的抽气管一般由均匀钻孔的花管或两种不同口径交叉组合的管组成。水平抽气管包裹粗砾石中以加强填埋气的回收。
水平抽气装置为正在填埋垃圾的填埋场抽气提供一个有效的方式。这种装置可减少对垃圾填埋作业活动的干扰。水平抽气管通过在填埋场开挖纵横的沟槽来埋设，其间距在30米到100米之间。水平抽气管可随着填埋场的运行，还可在不同的深度层面铺设。
2.制约沼气回收的因素
填埋场沼气产生量的评估，通常是沿用美国环保总署（USEPA）和气候变化政府间委员会（IPCC）的初级分解研究方法来确定的。但是并非填埋场所产生的所有填埋气都能被回收，据美国环保总署评估，综合填埋气系统的回收率大约为60%到85%。
一般来说，发达地区以国际上高标准的技术建设和管理的填埋场沼气回收率比较高，而落后地区的填埋场沼气回收率就比较低（比如那些各自分散填埋的地区）。
此外，在中国限制填埋场沼气回收的因素包括，未来资源回收计划的影响，垃圾填埋场发展的趋势，填埋场的运行实践和渗沥液处理的状况。现将这些问题简述如下。
（1）资源回收计划的影响
当中国的经济增长继续导致垃圾量的增加时，资源回收计划和包括循环利用、堆肥和焚烧设备等将会大量减少在填埋场处理的有机垃圾。垃圾中有机物的减少，也将影响填埋气的产生量以及与之相关的回收率。
因此，应对每一个考虑进行填埋气利用或温室气体减排的地方的垃圾产生量和垃圾成分基础资料进行调查测定，以便仔细地研判和评估未来经济增长和资源回收工作的影响。
（2）填埋场的构建状况对气体回收的影响
填埋场的构建状况也会对填埋气的回收率有重大的影响。通常，深的填埋场气体回收率最高，而浅的填埋场气体回收率最低。
为了在填埋场整个使用期间最大限度地回收填埋气，应逐个单元地进行分区填埋，而不应全面地摊薄填埋。分区填埋的方法还有一个好处，就是可以对未填埋区分期投资，并可最大限度地减少渗沥液的产生量。
（3）填埋场运行状况对气体回收的影响
填埋场的运行管理方式也会对填埋气体回收率有很大的影响。一般来说，运行管理得好的填埋场气体回收率最高，运行管理得差的填埋场气体回收率就低。
采用现代的填埋技术，限制填埋作业面在一个至两个，有助于提高填埋气的回收率。垃圾填埋的作业面，在有效保证垃圾车进出的情况下，应尽可能小。此外，完工的作业面应进行每天的覆盖、中间覆盖以及填满后的终场覆盖。
而且，在填埋新一层垃圾之前，应把每天覆盖和中间覆盖的土推开，或者在覆盖土中打开一个通道，以便渗沥液往下渗透，气体往上流动。
（4）渗沥液处理对气体回收的影响
填埋场对渗沥液的处理效果对填埋气的回收率也有重要的影响。一般来说，渗沥液得到有效的导排而不溢出的填埋场，气体回收率就高。如填埋场受到渗沥液的浸泡，气体回收系统就会失去作用。这个情况在降雨量很大的地区应特别引起注意，设计气体回收系统时必须考虑这个因素。
3.沼气混合回收系统
（1）适用范围
为了最大限度地回收填埋气，中国的垃圾填埋场应配置混合回收系统，它包括垂直抽气井、水平集气装置和其他的集气装置。这个系统需配置特别设计的水平气体收集装置连结各现有的石笼，以便于从出气口回收气体。混合回收系统还可以在填埋气聚集的其他地方回收气体，如渗滤液的收集池和各种储存器。
混合填埋气系统可以用于瑞有带石笼的填埋场，也可以安装在新的填埋场，但不能用于已关闭的填埋场。
（2）建设实施
在填埋场整个使用期间合理地渐进设置混合填埋气系统，主要是为了回收正在产生的填埋气，而不要等到填埋场填满封场之后。对于水平收集装置采用周边管网来收集填埋气，而对随着填埋作业而延伸的垂直抽气井，可采用临时的横向收集管。
潮湿多雨地区的垃圾填埋场，不管是垂直抽气井还是水平收集装置，都应该确保渗沥液的重力自流排泄。渗沥液导排系统（填埋场低于地平的部份）或场外的排水（高于地平部份）都是如此。如需采用泵来抽水排放的话则会增加运行维护费用。
（3）运行结果
一个填埋场要安装气体回收系统并投入运行，应该先进行比较和监测，以优化气体回收率。填埋气的预期回收率应以初期的抽气率为依据。
系统启动之后，应该连续运行以探明填埋气可持续的回收率。一般需连续运行大约三个月或更长的时间，才能得出较准确的数据。运行结果应与预期的回收率进行比较。试验结束以及结果得到确认之后，就可以安装设备投入运营，并出售温室气体减排量了。这样一个分步的过程，将使填埋气的回收和温室气体减排项目风险最小，包括避免气体回收率小于预期和回收设备规模的配置过大的风险。
三、结语
填埋气中的沼气是一种强烈的温室气体，沼气的减排和利用是近阶段减缓全球变暖具有最经济、最有效的对策之一。填埋气的回收可作为可再生资源利用，用于生产能源并代替煤和石油。填埋气的回收还可获得防止填埋气的迁移和控制臭气等环境效益。
混合系统可为中国的垃圾填埋场提供一个填埋气回收利用和减少温室气体排放，其成本—效益近于最优的方法。这种技术包括填埋气回收不同方法的组合，可安装在运行中的填埋场，也可设计用于新的设施。回收方法的选择，应根据填埋场的具体情况来设计，但一般不适用于已关闭的填埋场。
应用混合系统的效益是可增加填埋气体的回收率和填埋沼气的利用率，减少温室气体的排放。提高填埋气的回收率对改善项目的经济效益也有显著意义。其他的效益是减少填埋气体的外排，减少安全隐患，并减少地区以至全球性的环境影响。
(作者：托马斯D韦斯瑞尔ThomasD.Wetherill(新西兰)，南宁市环境卫生管理处总工程师；钟庆柏，南宁市环境卫生管理处办公室主任)
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