垃圾填埋场气体的组成及影响因素
垃圾一旦进入填埋场,微生物的分解过程就开始了。第一步是好氧分解,消耗填埋场中的氧气,产生大量的热。第二步进行厌氧分解,产生沼气,其组成见表1。
表1 填埋场内气体成分与浓度
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作为垃圾本身的生物厌氧降解过程,其最终产物主要是CO2和CH4。垃圾被填埋的初期,有机物分解产生的废气主要是CO2,经过一段时间以后,气体中的甲烷成分逐渐上升,产气高峰一般要在垃圾填埋3~5年之后才出现,而废气中CH4含量较高时会引起爆炸(空气中CH4的爆炸极限范围是5~15 V%。因此,做好填埋场气体的收集处理是一项很重要的工作。气体成分和浓度随填埋年限和垃圾成分的不同而变化。其主要成分随时间的变化见表2。
表2 垃圾处理场废气主要成分变化
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LFG的成分复杂,除垃圾特性外,其影响因素还包括温度、厌氧程度、养分及毒素、pH值、湿度、填埋年限与区域、填埋方式与类型等。
(1)垃圾特性 垃圾中可降解的有机物含量,以及这些有机物中纤维素、蛋白质、脂肪的构成比例,对LFG的产生起着决定性的作用。其中,易降解有机物对填埋气的贡献最为直接,而较小的垃圾粒度也有助于填埋降解过程的加速。
(2)温度 甲烷的最佳产生温度是40℃,此时其速率是30℃的3倍;当温度升至60℃时,甲烷的产生几乎停止。Chaiampo等的研究表明,在1-5m处,中温甲烷菌起主要作用,而在更深的垃圾内部,则嗜热甲烷菌起主要作用。
(2)厌氧程度 甲烷菌是严格厌氧的,少量氧气(空气)的存在对垃圾降解速度影响不大,但对填埋气中甲烷的组成有很大影响。
(3)养分与毒素 垃圾降解中起发酵作用的细菌,需要适当的养分(氮、磷、钾等)才能良好生长,若其中C/N比值较低,垃圾降解将变缓,产气量会下降;垃圾中如含有过量的、对降解垃圾的微生物有毒害作用的毒素,则不利于填埋气的产生。
(4)pH值 甲烷菌最适宜的pH值范围为6.8~7.5,高于或低于此值,甲烷的产生速率和产生量都有明显下降。
(5)湿度 当湿度为55%时,微生物、养分和被降解垃圾之间的接触程度大,促进了微生物的代谢,填埋气产量比33%的湿度有明显提高;但过多的含水量将会起到降温作用,并且阻滞气体的流动,导致气体产量的降低。
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