城市垃圾填埋與沼氣化技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展

　　 隨著我國城市垃圾狀況和管理方式的變化，我國的城市生活垃圾管理正從單純的末端處理向源頭治理和綜合管理方向發(fā)展。近年來，我國相繼建造了不少大型的垃圾衛(wèi)生填埋場(chǎng)，填埋沼氣的問題也日益突出，成為城市垃圾填埋處置過程中引起廣泛關(guān)注的最重要的環(huán)境影響因素之一，同時(shí)，填埋沼氣也是可以加以利用的寶貴資源。因此，隨著人民生活水平的提高和垃圾分類收集工作的試行和推廣，采用填埋與沼氣化技術(shù)工藝處理城市生活垃圾無疑將成為一個(gè)非常重要的將城市垃圾資源化處理方法。

　　1、城市垃圾填埋與沼氣化技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

　　1.1、國外利用現(xiàn)狀

　　利用厭氧消化能產(chǎn)生沼氣的現(xiàn)象早已為人們所知，其應(yīng)用也已有100多年的歷史。進(jìn)入20世紀(jì)以來，科學(xué)家分離出產(chǎn)甲烷的厭氧細(xì)菌，進(jìn)一步揭示出了有機(jī)物厭氧消化產(chǎn)生沼氣的微生物學(xué)機(jī)理。1896年，英國小城市Exeter建起了一座處理生活污水污泥的厭氧消化池，所產(chǎn)沼氣用作一條街道的照明燃料；1906年印度Matunga建造了利用人糞生產(chǎn)沼氣的沼氣池。隨著工藝的進(jìn)步與發(fā)展，厭氧消化被應(yīng)用于畜牧業(yè)和農(nóng)產(chǎn)品加工廢料的處理，并逐漸在高濃度有機(jī)廢水的處理上得到廣泛應(yīng)用，但將其應(yīng)用于固體廢物的處理，尤其是有機(jī)生活垃圾的處理，則只有十余年的歷史。

　　由于對(duì)城市垃圾采用填埋與沼氣化技術(shù)不僅可以能減輕其對(duì)環(huán)境的污染，而且可以回收利用能源，創(chuàng)造財(cái)富，變廢為寶。因此世界上許多國家如美國、英國早在20世紀(jì)70年代就開始了對(duì)垃圾填埋的填埋氣進(jìn)行研究，20世紀(jì)80年代初便開始利用填埋氣。隨著近些年來環(huán)境變遷和溫室效應(yīng)的加劇、石油價(jià)格的上漲以及能源危機(jī)的加劇，采用填埋與沼氣化技術(shù)處理城市垃圾更加得到重視。

　　美國對(duì)垃圾填埋的沼氣利用發(fā)展較快，1982～1990年，利用填埋沼氣的填埋場(chǎng)由16個(gè)發(fā)展到244個(gè)。美國對(duì)填埋沼氣的利用主要集中在發(fā)電，也有部分將填埋沼氣轉(zhuǎn)化為管道天然氣。據(jù)估算，美國全國天然氣消費(fèi)量的1%可以被填埋氣體中的甲烷所代替，全國約有1000個(gè)填埋場(chǎng)適合開展填埋氣體的利用，每年可產(chǎn)生570億m3的沼氣，如果全部加以利用相當(dāng)于4～5億美元的價(jià)值[1]。

　　截止1990年，歐盟的垃圾填埋的沼氣利用項(xiàng)目就有175個(gè)。歐洲對(duì)填埋沼氣的利用以將其轉(zhuǎn)換為熱能和發(fā)電為主。歐洲第一個(gè)完全使用垃圾填埋的沼氣發(fā)電的工廠建于1987年。1995年底，英國共有33個(gè)商業(yè)性填埋氣體利用項(xiàng)目1個(gè)，另有20個(gè)項(xiàng)目正在規(guī)劃和建設(shè)中，其發(fā)電總裝機(jī)容量約為190MW。據(jù)估計(jì)，英國可利用的垃圾填埋的沼氣總能源價(jià)值相當(dāng)于500～600MW。德國垃圾填埋的沼氣的主要利用方式是通過內(nèi)燃機(jī)發(fā)電和直接燃燒供熱，到1991年，295個(gè)正在運(yùn)行的城市垃圾填埋場(chǎng)中有32%的填埋場(chǎng)擁有氣體利用設(shè)備[2]。

　　從1996年起，荷蘭填埋沼氣的利用量為1.15億m3，其中約1000萬m3用于直接燃燒以供熱，約2000萬m3經(jīng)過加工處理用作燃料氣，大部分(約8000萬m3)用于25個(gè)發(fā)電機(jī)組進(jìn)行發(fā)電，其發(fā)電量為150MW？h，可以滿足約5萬個(gè)荷蘭家庭的用電量。此外，熱電連產(chǎn)機(jī)組用沼氣生產(chǎn)供熱31MW？h。在荷蘭，1t垃圾在20年中可產(chǎn)生200m3沼氣，發(fā)電成本為0.03～0.05美元/度，上網(wǎng)售價(jià)為0.05～0.07美元/度[3]。拉丁美洲自1977年以來，已完成5個(gè)填埋沼氣利用項(xiàng)目，使拉丁美洲在發(fā)展中國家中居于領(lǐng)先地位。填埋沼氣經(jīng)過凈化后主要用于廚房、照明、機(jī)動(dòng)車燃料和管道煤氣，年利用量約為2.17億m3[4]。

　　近年來，在可持續(xù)發(fā)展原則指導(dǎo)下，歐洲國家紛紛立法，限制有機(jī)垃圾進(jìn)入衛(wèi)生填埋場(chǎng)。在德國，2005年以后，有機(jī)物含量高于5%的垃圾即被禁止直接進(jìn)入垃圾衛(wèi)生填埋場(chǎng)。這種情況下，有機(jī)垃圾的處理和利用成為一個(gè)迫切的問題。由于堆肥存在這樣那樣的問題，人們不斷探討有機(jī)垃圾處理和利用的新技術(shù)方法。近十年來，有機(jī)垃圾厭氧消化系統(tǒng)在德國、瑞士、奧地利、芬蘭、瑞典等國家發(fā)展尤其迅速，日本荏原公司也從歐洲引進(jìn)技術(shù)，在日本建設(shè)了首座厭氧消化示范工程。有機(jī)垃圾的厭氧消化處理成為有機(jī)垃圾處理的一種新的趨勢(shì)。

　　1.2、國內(nèi)利用現(xiàn)狀

　　我國對(duì)城市垃圾填埋制取沼氣技術(shù)的研究起步較晚，只是近一、二年進(jìn)行了一些實(shí)驗(yàn)性研究。1997年，國家環(huán)保總局在南京、鞍山和馬鞍山三城市啟動(dòng)了“促進(jìn)中國城市垃圾填埋沼氣收集利用”項(xiàng)目。目前，南京市已成功實(shí)現(xiàn)氣體收集發(fā)電的目標(biāo)。鞍山市的“收集甲烷用于汽車燃料”項(xiàng)目，馬鞍山市的“收集甲烷用于焚燒醫(yī)院有毒有害廢物”項(xiàng)目，也已于2003年完成[4]。

　　2002年8月開始運(yùn)營的廣州市興豐生活垃圾衛(wèi)生填埋場(chǎng)是我國第一座與國際技術(shù)管理接軌的大型生活垃圾處理設(shè)施。興豐垃圾場(chǎng)設(shè)置有垂直和水平填埋沼氣收集管網(wǎng)系統(tǒng)，有130個(gè)豎井，氣體收集率可達(dá)70%。根據(jù)興豐場(chǎng)未來的垃圾量計(jì)算，該場(chǎng)至少能發(fā)電20年以上，最高發(fā)電裝機(jī)容量可達(dá)1.3萬kW。由國家計(jì)委、國家環(huán)?？偩?、國家經(jīng)貿(mào)委、財(cái)政部、建設(shè)部、科技部等共同編寫的《中國城市垃圾填埋氣體收集利用國家行動(dòng)方案》于2002年10月23日正式出臺(tái)，預(yù)計(jì)到2015年中國城市垃圾填埋無害化處理將達(dá)到60%至70%。據(jù)預(yù)測(cè)和專家估計(jì)，到2015年，我國的城市垃圾年產(chǎn)量將達(dá)1.79億t，預(yù)計(jì)其中60%采用衛(wèi)生填埋處理，則每年需填埋處置1.1億t垃圾，假設(shè)對(duì)填埋垃圾所產(chǎn)生的沼氣全部進(jìn)行回收利用，按每kg垃圾產(chǎn)生0.064～0.44m3填埋氣來計(jì)，則可產(chǎn)生總量相當(dāng)于10～70億m3的天然氣，其最小值與目前我國煤層氣產(chǎn)量相當(dāng)，最大值相當(dāng)于我國目前天然氣產(chǎn)量的1/5，這是一個(gè)相當(dāng)可觀的數(shù)字。同時(shí)大量減少甲烷排放量，對(duì)環(huán)境保護(hù)所起的作用將更為可觀[5]。

　　根據(jù)我國政府制定的計(jì)劃，到2010年所有城市都要建設(shè)符合環(huán)境要求的城市垃圾處理設(shè)施，使全部垃圾做到無害化處理。據(jù)預(yù)測(cè)，到2010年我國城市垃圾的產(chǎn)生量將達(dá)到219億t[6]。隨著垃圾分類收集工作的大力推廣與發(fā)展，必將有更多的廚余類有機(jī)垃圾被分選出來，有機(jī)垃圾含量按45%計(jì)算，則到2010年約有113億噸的有機(jī)垃圾產(chǎn)量。若按約有30%的有機(jī)垃圾被用來進(jìn)行厭氧消化處理計(jì)算的話，則每年可產(chǎn)生生物氣體量約為50億m3，其中蘊(yùn)含的能量大約為300億kWh，相當(dāng)于30億升柴油，可供車輛行駛420億公里，另外厭氧消化殘?jiān)a(chǎn)量約為1000萬噸，其經(jīng)過靜態(tài)腐熟一段時(shí)間后即可作為粗堆肥產(chǎn)品出售，產(chǎn)生附加的經(jīng)濟(jì)效益。