城市垃圾填埋与沼气化技术现状与发展

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时间：2016-11-29 12:05:03

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城市垃圾填埋与沼气化技术现状与发展　　随着我国城市垃圾状况和管理方式的变化，我国的城市生活垃圾管理正从单纯的末端处理向源头治理和综合管理方向发展。近年来，我国相继建造了不少大型的

　　随着我国城市垃圾状况和管理方式的变化，我国的城市生活垃圾管理正从单纯的末端处理向源头治理和综合管理方向发展。近年来，我国相继建造了不少大型的垃圾卫生填埋场，填埋沼气的问题也日益突出，成为城市垃圾填埋处置过程中引起广泛关注的最重要的环境影响因素之一，同时，填埋沼气也是可以加以利用的宝贵资源。因此，随着人民生活水平的提高和垃圾分类收集工作的试行和推广，采用填埋与沼气化技术工艺处理城市生活垃圾无疑将成为一个非常重要的将城市垃圾资源化处理方法。

　　1、城市垃圾填埋与沼气化技术的应用现状

　　1.1、国外利用现状

　　利用厌氧消化能产生沼气的现象早已为人们所知，其应用也已有100多年的历史。进入20世纪以来，科学家分离出产甲烷的厌氧细菌，进一步揭示出了有机物厌氧消化产生沼气的微生物学机理。1896年，英国小城市Exeter建起了一座处理生活污水污泥的厌氧消化池，所产沼气用作一条街道的照明燃料；1906年印度Matunga建造了利用人粪生产沼气的沼气池。随着工艺的进步与发展，厌氧消化被应用于畜牧业和农产品加工废料的处理，并逐渐在高浓度有机废水的处理上得到广泛应用，但将其应用于固体废物的处理，尤其是有机生活垃圾的处理，则只有十余年的历史。

　　由于对城市垃圾采用填埋与沼气化技术不仅可以能减轻其对环境的污染，而且可以回收利用能源，创造财富，变废为宝。因此世界上许多国家如美国、英国早在20世纪70年代就开始了对垃圾填埋的填埋气进行研究，20世纪80年代初便开始利用填埋气。随着近些年来环境变迁和温室效应的加剧、石油价格的上涨以及能源危机的加剧，采用填埋与沼气化技术处理城市垃圾更加得到重视。

　　美国对垃圾填埋的沼气利用发展较快，1982～1990年，利用填埋沼气的填埋场由16个发展到244个。美国对填埋沼气的利用主要集中在发电，也有部分将填埋沼气转化为管道天然气。据估算，美国全国天然气消费量的1%可以被填埋气体中的甲烷所代替，全国约有1000个填埋场适合开展填埋气体的利用，每年可产生570亿m3的沼气，如果全部加以利用相当于4～5亿美元的价值[1]。

　　截止1990年，欧盟的垃圾填埋的沼气利用项目就有175个。欧洲对填埋沼气的利用以将其转换为热能和发电为主。欧洲第一个完全使用垃圾填埋的沼气发电的工厂建于1987年。1995年底，英国共有33个商业性填埋气体利用项目1个，另有20个项目正在规划和建设中，其发电总装机容量约为190MW。据估计，英国可利用的垃圾填埋的沼气总能源价值相当于500～600MW。德国垃圾填埋的沼气的主要利用方式是通过内燃机发电和直接燃烧供热，到1991年，295个正在运行的城市垃圾填埋场中有32%的填埋场拥有气体利用设备[2]。

　　从1996年起，荷兰填埋沼气的利用量为1.15亿m3，其中约1000万m3用于直接燃烧以供热，约2000万m3经过加工处理用作燃料气，大部分(约8000万m3)用于25个发电机组进行发电，其发电量为150MW？h，可以满足约5万个荷兰家庭的用电量。此外，热电连产机组用沼气生产供热31MW？h。在荷兰，1t垃圾在20年中可产生200m3沼气，发电成本为0.03～0.05美元/度，上网售价为0.05～0.07美元/度[3]。拉丁美洲自1977年以来，已完成5个填埋沼气利用项目，使拉丁美洲在发展中国家中居于领先地位。填埋沼气经过净化后主要用于厨房、照明、机动车燃料和管道煤气，年利用量约为2.17亿m3[4]。

　　近年来，在可持续发展原则指导下，欧洲国家纷纷立法，限制有机垃圾进入卫生填埋场。在德国，2005年以后，有机物含量高于5%的垃圾即被禁止直接进入垃圾卫生填埋场。这种情况下，有机垃圾的处理和利用成为一个迫切的问题。由于堆肥存在这样那样的问题，人们不断探讨有机垃圾处理和利用的新技术方法。近十年来，有机垃圾厌氧消化系统在德国、瑞士、奥地利、芬兰、瑞典等国家发展尤其迅速，日本荏原公司也从欧洲引进技术，在日本建设了首座厌氧消化示范工程。有机垃圾的厌氧消化处理成为有机垃圾处理的一种新的趋势。

　　1.2、国内利用现状

　　我国对城市垃圾填埋制取沼气技术的研究起步较晚，只是近一、二年进行了一些实验性研究。1997年，国家环保总局在南京、鞍山和马鞍山三城市启动了“促进中国城市垃圾填埋沼气收集利用”项目。目前，南京市已成功实现气体收集发电的目标。鞍山市的“收集甲烷用于汽车燃料”项目，马鞍山市的“收集甲烷用于焚烧医院有毒有害废物”项目，也已于2003年完成[4]。

　　2002年8月开始运营的广州市兴丰生活垃圾卫生填埋场是我国第一座与国际技术管理接轨的大型生活垃圾处理设施。兴丰垃圾场设置有垂直和水平填埋沼气收集管网系统，有130个竖井，气体收集率可达70%。根据兴丰场未来的垃圾量计算，该场至少能发电20年以上，最高发电装机容量可达1.3万kW。由国家计委、国家环保总局、国家经贸委、财政部、建设部、科技部等共同编写的《中国城市垃圾填埋气体收集利用国家行动方案》于2002年10月23日正式出台，预计到2015年中国城市垃圾填埋无害化处理将达到60%至70%。据预测和专家估计，到2015年，我国的城市垃圾年产量将达1.79亿t，预计其中60%采用卫生填埋处理，则每年需填埋处置1.1亿t垃圾，假设对填埋垃圾所产生的沼气全部进行回收利用，按每kg垃圾产生0.064～0.44m3填埋气来计，则可产生总量相当于10～70亿m3的天然气，其最小值与目前我国煤层气产量相当，最大值相当于我国目前天然气产量的1/5，这是一个相当可观的数字。同时大量减少甲烷排放量，对环境保护所起的作用将更为可观[5]。

　　根据我国政府制定的计划，到2010年所有城市都要建设符合环境要求的城市垃圾处理设施，使全部垃圾做到无害化处理。据预测，到2010年我国城市垃圾的产生量将达到219亿t[6]。随着垃圾分类收集工作的大力推广与发展，必将有更多的厨余类有机垃圾被分选出来，有机垃圾含量按45%计算，则到2010年约有113亿吨的有机垃圾产量。若按约有30%的有机垃圾被用来进行厌氧消化处理计算的话，则每年可产生生物气体量约为50亿m3，其中蕴含的能量大约为300亿kWh，相当于30亿升柴油，可供车辆行驶420亿公里，另外厌氧消化残渣产量约为1000万吨，其经过静态腐熟一段时间后即可作为粗堆肥产品出售，产生附加的经济效益。