知识点：填埋气体发电系统 垃圾填埋沼气是如何产生的？成分有那些？ 沼气是有机物质在厌氧条件下，经过微生物的发酵作用而生成的一种混合气体。人畜粪便、秸秆、污水等各种有机物在密闭的沼气池内或大型垃圾堆场，在厌氧（没有氧气）条件下发酵，被种类繁多的沼气发酵微生物分解转化，从而产生沼气。 成分组成：沼气的主要成分是甲烷。沼气由25%-60%甲烷（CH4）、20%-40%二氧化碳（CO2）、0%-5%氮气（N2）、小于1%的氢气（H2）、小于0.4%的氧气（O2）与0.1%-3%硫化氢（H2S）等气体组成 。由于沼气含有少量硫化氢，所以略带臭味。其特性与天然气相似。空气中如含有8.6-20.8%（按体积计）的沼气时，就会形成爆炸性的混合气体。
知识点：填埋气体发电系统
沼气是有机物质在厌氧条件下，经过微生物的发酵作用而生成的一种混合气体。人畜粪便、秸秆、污水等各种有机物在密闭的沼气池内或大型垃圾堆场，在厌氧（没有氧气）条件下发酵，被种类繁多的沼气发酵微生物分解转化，从而产生沼气。
成分组成：沼气的主要成分是甲烷。沼气由25%-60%甲烷（CH4）、20%-40%二氧化碳（CO2）、0%-5%氮气（N2）、小于1%的氢气（H2）、小于0.4%的氧气（O2）与0.1%-3%硫化氢（H2S）等气体组成 。由于沼气含有少量硫化氢，所以略带臭味。其特性与天然气相似。空气中如含有8.6-20.8%（按体积计）的沼气时，就会形成爆炸性的混合气体。
沼气的主要成分甲烷是一种理想的气体燃料，它无色无味，与适量空气混合后即会燃烧。与其它燃气相比，其抗爆性能较好，是一种很好的清洁燃料，其特性与天然气相似。沼气除直接燃烧用于炊事、供暖、照明和气焊等外，还可作内燃机的燃料。
理论上，填埋场的产气量与填埋垃圾的总量和垃圾中可生物降解有机物的含量成正相关。但在实际过程中，产气量还受到其它因素的影响。
1、如果垃圾中的含水率、营养成分、PH、温度等环境条件超出了产甲烷微生物所能容忍的阈值，微生物将不能正常代谢，影响实际的产气量。
2、如果填埋场对渗滤液不采取回灌措施，则渗滤液中损失的有机物也会使实际产气量降低。
3、影响垃圾填埋气产生速率的主要因素。
含水率、营养物质、微生物量、值和温度等。研究表明，为了使产气速率达到最快，以上影响因素都有对应的最佳条件范围，若达不到或者超过此范围都会降低产气速率。
填埋场中的生活垃圾含有大量有机物，它们大多可被微生物厌氧消化、降解，产生大量的垃圾填埋气体。其主要成分为CH4和CO2，以及其他一些微量成分如N2、H2S、H2和挥发性有机气体等。若不采取适当的收集系统对填埋场释放气体进行收集，则释放气体会在填埋场内累积，并向场外释放，对周围环境和填埋场工作人员造成危害，主要有以下几个方面。
1、爆炸事故和火灾：填埋释放气体由大量CH4和CO2组成，当CH4在空气中的浓度达到5%～15%，易引起爆炸。还有：近30年来，我国发生了数起造成人身伤亡的ＬＦＧ爆炸事故。例如１９９４年８月岳阳市一座容积约２００００ｍ３的垃圾突然发生沼气爆炸，产生的冲击波摧毁了距垃圾场２０－４０ｍ处的一座泵站和两道河水大堤。１９９４年１２月４日，重庆菜垃圾堆放场发生严重爆炸事故，造成多人伤亡。1995年发生在北京市昌平县阳坊镇的填埋沼气爆炸事件就是其典型代表。
2、地下水污染：填埋释放气体中挥发性有机物及CO2都会溶解进入地下水，打破原来地下水中CO2的平衡压力，促进CaCO3的溶解，引起地下水硬度升高。全封闭型填埋场的填埋气体的逸出会造成衬层泄漏，从而加剧渗漏液的浸出，导致地下水污染。
3、加剧了全球变暖：CH4和CO2是主要的温室气体，它们会产生温室效应，使全球气候变暖，而CH4对臭氧的破坏是CO2的40倍，产生的温室效应要比CO2高20倍以上，而垃圾填埋气中CH4含量达40%～60%。
4、导致植物窒息：CH4虽对维管植物不会产生直接生理影响，但它可以通过直接气体置换作用或通过甲烷细菌对氧气的消耗，从而降低植物根际的氧气水平，使植物根区因氧气缺乏而死亡。另外，CH4在无氧的条件下还能促进C2H4的形成。
5、排放恶臭气体：填埋气中可能含有害健康的有机挥发性气体，同时其恶臭气味易引起人的不适，容易引起周边居民的反感，导致发生社会民众事件！
利用垃圾填埋气发电示意图
经过处理之后的垃圾填埋气，热值可以达到16MJ/m?以上，处理后的垃圾气每立方米通过内燃式发电机组可以发电1.6-2.2KW.h，是一种理想的发电机组燃料。我们可以利用这些废气作为发电机组的燃料进行发电，并将电力销售给国家电网公司。发电机组系统的核心设备--发动机，工作时排出的高温尾气也是一种很好的资源，利用500-550℃左右的高温尾气通过废气锅炉可以生产饱和蒸汽和热水，也可以通过溴化锂系统实现制冷，建造冷库等，采用冷热电联产技术的垃圾沼气电站，大大提高了电站的综合效益。由于将臭气收集之后用来发电用，由此减少了臭气排放，改善周边的居住环境与当地居民的关系。
综上所述，科学利用垃圾填埋气不仅仅能减少垃圾填埋场爆燃机会，减少温室气体排放，还能生产绿色再生能源（电力），还可以增加当地的税收和工作机会，具有非常好的经济和社会效益。
如何进行收集利用垃圾填埋气？会不会影响填埋作业？
生活垃圾运到填埋场之后，经过好氧期、厌氧期不产甲烷期、厌氧产甲烷期等阶段，大约需要在1-2年的时间，垃圾填埋场的沼气的产量就会相对的稳定，请看如下图示。
垃圾填埋气体成分与时间的变化关系
根据不同的垃圾填埋场和垃圾填埋场填埋垃圾的作业方式，我们在不影响原有的填埋作业的情况下，根据实际情况采用竖井、水平井或膜下井等采气方法，将垃圾填埋气集中到电站旁边集中处理。
垃圾填埋气的采集示意图
不同的垃圾填埋气收集方式，会影响气体的产量。
垃圾填埋气收集率计算
收集率% |
改进措施 |
收集率% |
|
填埋气最大捕获率 |
80 |
80 |
|
无表层膜覆盖 |
-20～-25 |
表面覆盖膜 |
-5～-10 |
存在中间粘土层 |
-5～-10 |
钻孔粘土层 |
-5 |
集气井运行不正常 |
-10～-15 |
替换不良集气井 |
-5 |
总填埋场的收气率 |
25～45 |
60～65 |
沼气发电需要投资哪些系统？
1、填埋气收集系统：利用各种管道和打井工艺，将垃圾填埋气收集到电站旁边集中处理。
2、预处理系统：对收集过来的气体进行脱硫、脱水、稳压等工艺处理，使之适合发电机组使用；
3、发电系统：利用内燃式的发电机组利用垃圾填埋气进行燃烧做功发电；
4、高低压配电系统：利用各种高低压配电柜、保护柜等，将电源送至国家电网的收纳端。
5、集中控制系统：将发电机组和预处理系统等相关数据集中到一处进行集中控制和监测。
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