1、对西班牙南方一个城市垃圾填埋场产生的沼气能源的研究Montserrat Zamora Jorge Ignacio Pe rez Pe rezb,Ignacio Aguilar Pave sc, A ngel Ramos Ridaoa西班牙格拉纳达大学土建工程环境技术部,18071西班牙格拉纳达大学土建工程规划建设部2005年5月接收,2005年8月确认摘要虽然垃圾填埋场不可避免产生废弃的管理问题,但是它仍是最通常的解决城市生活垃圾的方法之一。垃圾填埋场是人为生产甲烷的重要来源。在这种情况下，欧盟已经为可再生能源通过了欧盟政策结构里面的沼气的有效管理的规则。这是一项研究密封的垃圾填埋场能源恢复的
2、例子, 但这种能源恢复是指垃圾填埋场气体用来生产电能。这一研究的结果具有很强的经济生存能力, 这实现了早先的对安装的工程. 以经验和理论上模型的使用为基础得出结果表示沼气中有 250 到 550 N m3/h的甲烷和一个以全部流量的45% 比例。 目前它用来生产电力共计大约 4,500,000 千瓦 h/年。根据安装的经济分析和内在的恢复率 (IRR)估计开发时期为7年。关键字: 垃圾填埋场气体,能源恢复,可再生能源,经济分析目录1. 介绍11.1垃圾填埋场气体对环境的影响11.2垃圾填埋场气体是一个可重新开发能源来源21.3. 法律问题31.3.1. 关于方向性96/61/CE污染的联合预防
3、和控制31.3.2. 垃圾填埋场99/31/CE的指导31.3.3. 欧共体对97/C76/01废物管理战略的决议31.3.4.一个关于甲烷放射减少的战略交流42. 格拉那达城市的垃圾填埋场 (西班牙)52.1. 垃圾填埋场的结构52.2 垃圾的生产和特性62.3 沼气理论上的生产/生产量的定量化73. 安装设计103.1. 收集和抽出系统103.2. 能源可再生系统114. 经济上的可行性125. 结论121. 介绍1.1垃圾填埋场气体对环境的影响垃圾填埋场的垃圾处理能产生不少的环境问题,如水污染,臭气,爆炸和燃烧，窒息,植物破坏,和温室气体排放1-3.现在正用不同的方法来评估这些影响以便能
4、找出解决方案4-7.垃圾填埋场气体(LFG)是在卫生垃圾填埋场中自然地发生有机废物分解的副产物,是在生产那期间被微生物地斡旋降解废物的有机部分.一个能生产大约 0.350 Nm3/公斤的沼气的城市垃圾卫生填埋场基本上能够把生物能转变成可使用的能源.8,9.垃圾填埋场气体产生于有氧和无氧两种情况。有氧的情况在垃圾处理之后立刻产生并混合到大气空气。 开始的有氧阶段是非常短的,而且产生出的是由二氧化碳组成的一种气体。由于氧气被快速地被消耗, 长期的降解继续在没有氧气中进行,这种典型例子是 55% 的重要的能源价值产生一种瓦斯和一些挥发性的有机化合物 (VOC)甲烷和 45%的二氧化碳 10-12.在
5、20年内大部份的CH4和CO2在垃圾填埋场里产生,但也可能持续50年或更久。有两种解决LFG污染问题的方法,它们是抽出和燃烧LFG,一个方法是过去用的减少压力使其重新转变成能源。能源发展部门称为安达卢西亚计划。由于LFG 和它的气味问题,另一个解决方法是为了其他的目的而重复使用 LFG 。因为它的总计化学能可以充分维持燃气轮机的运作,因此表明它是有价值的能源资源。 事实上,它能用来增加电力的生产的补足或者作为主要的燃料,如作为瓦斯和车辆燃料,或者作为热量输送给居民和工业使用. 1,13.因为它能减少石燃料的使用而且能减少温室效应，所以作为一个燃料来源的沼气使用是能和环境相适应的。在个别研究中,
6、二个温室气体之一CH4的产生几乎是二氧化氮的21倍,对温室效应影响比超过二氧化碳更危险.8,14.垃圾填埋场的CH4主要是人为产生的,而且估计占全部人为产生CH4的3-19% 15.因为它是环境的污染和能源不足的有创造力的解决，如能源资源的使用垃圾填埋场瓦斯的恢复是现在一个重要兴趣的区域16,17.这篇文章是对位于南部西班牙(格拉那达)在2003年秋天安装的内在燃烧引擎的卫生垃圾填埋场能源潜能的一项研究.1.2垃圾填埋场气体是一个可重新开发能源来源当2001年的京都协议书和马拉喀什协议开始生效后,发展中国家可能需在未来十年内减少温室气体排放。以此相适应，他们也将必须寻求一个方案将这个政策对社会
7、影响减到最少。增加使用可重新开发能源技术的晋级似乎能解决这个问题8,13,18.在西班牙,这样的能源技术被策略计划和法律配置,关于使用可重新开发的能源来源的安装的电力生产, 产品浪费.安达卢西亚当地方政府已经把它在这一个区域中的计划,组织,和行动的协调发展一系列的策略计划当作环境政策的一部份.在2000年第二计划 当作积极的国防工业(2003-2006)21 被实现。 这关于能源率先的所有指令及带来的计划在预定的时间内将会在安达卢西亚实行,这一计划保证环保而且达到了要在区域中使用丰富可重新开始发的能源资源的来源多元化。在安达卢西亚的2000能源消费方面共计11,569ktep和在相同的时间里可
8、重新开发的能源占了649ktep。在能源消费结构中的生物能源占90%而水力能源占5.3%.21. 在西班牙已经有各种各样的主动描述来自城市的废弃垃圾填埋场沼气的产生如下列的例子22.(阿斯图里亚斯)以408,234 Tm/year废储蓄和六个引擎在750千瓦,一个引擎在300千瓦和二个引擎在250千瓦;(ii)Artigas(毕尔巴鄂)以243,361 Tm/year废储蓄和二个引擎在450千瓦;(iii)圣马科斯(桑河圣塞巴斯蒂昂)以146,172 Tm/year废储蓄和二个引擎在650千瓦; );(iv)Gungora(潘普洛纳)以118,016 Tm/year废储蓄和一个引擎在750千瓦
9、. 这些信息有力地证明生物能源是可再造能源的一个重大来源。生物能转换能用的能量的例子在埋垃圾填埋场可以看到。1.3. 法律问题虽然在西班牙没有在都市废物受控储蓄具体地调控沼气高效率的管理的立法，欧共体出台推荐并且被制定的政策已经开始极大影响西班牙的方针。1.3.1. 关于方向性96/61/CE污染的联合预防和控制合并到西班牙立法里作为由工业活动生产的锡铅轴承合金16/2002,方向性96/61/CE通过防止,并且减少大气、水和土壤的污秽，并且包城市废物的处理和排除。这个方针的显着方面是以下列各项 23:(i)欧共体的会员国必须采取必要的措施提供主管当局保证设施通过最好的可利用技术的应用特别是管
10、理方面，在这种情况下所有恰当的预防措施采取防止污染;(ii)必须高效率地使用能量和采取必要的措施防止严重的事故和减少可能的负面影响;(iii)当工业设施关闭并且停止运行时，必须采取必要的措施在活动明确停止后避免所有污染风险和退回操作站到一个令人满意的状态(岗位关闭责任)。1.3.2. 垃圾填埋场99/31/CE的指导各种各样的提案、共同基础的草稿和讨论以后在环境保护，方向性99/31/CE (真正的修改的1481/2001在西班牙法典)被立法并且通过了。它包含关于气体管理的以下措施24:(i)采取适当的措施控制垃圾填埋气体的储积和散发;(ii)在所有垃圾填埋，放置的生物可分解的废物，气体将恢复
11、，被处理并回收。 (iii)垃圾填埋气体只要可能对环境和公共卫生产生负面影响都将被执行就象避免的存贮、处理和再用;(iv)应该监测垃圾填埋每个部分的气体。在气体不可能被重复利用创造能量的那些垃圾填埋，它将被监测站焚烧和处理。1.3.3. 欧共体对97/C76/01废物管理战略的决议决议97/C76/01在1997年2月24日通过了。在第35章中它具体地要求欧共体的成员应该采取必要的环保措施保证垃圾填埋站点和其他的污染的地点恢复到对一个令人满意的状态25。1.3.4.一个关于甲烷放射减少的战略交流 为了考虑到甲烷放射对气候的潜在作用，这些信息指出需要分析这样的放射产生的问题并且需要确认来源和排水
12、设备站点。它也强调了建立一个共同的战略必要。这将基本上包括对此减少放射的方法并且将被合并到会员国的一套立法指南里。措施的实施是一个在特定时期将达到放射物的减少的目的。 建立的政治措施将根据他们的成本效益,潜在的经济效益和社会后果进行评估.根据一项较早的研究，主要焦点应该是在甲烷放射，在1990年农业、废物和能量的最大的贡献占欧共体甲烷放射量的45,32和23%，分别在那些显著的区段.甲烷的主要来源是垃圾填埋放置的有机物的无氧发酵。通信COM (96) 557包括以下内容26:(i)应该将现有的垃圾填埋和新的垃圾填埋进行区分对待;(ii)在现有的垃圾填埋情况下，当局应该为甲烷放射的管理合并基础设
13、施改进他们的技术容量和环境水平;(iii)在新的垃圾填埋情况下，应该严密监测被授予许可证的受控绝氧储蓄。无论如何，核实是否有限制甲烷放射的其他方式和为它召开会议和能量评估而合并有效率的系统是有必要的;(iv)当这样评估不可行时，基础设施需为它的总燃烧取得有效的作用;(v)最后，会员国应该开发对甲烷气开发的经济刺激倾向，这将有利于垃圾填埋技术的利用和有机物数量的减少。在1999年4月26日决议99/296/CE，和修改过的关于二氧化碳监视和其他温室气体的决议93/389/CEE出台了,例如甲烷。这个决议肯定会员国应该做存货排气和由他们的排水设备站点排除的来源，并且讲述减少这样放射所采取的政策和全
14、国章程因而促进他们的总排除。很明显，这些章程是为沼气的高效率管理而采取模棱两可的措施。然而确切的是需要减少和未处理的沼气放射有在环境的负面地影响减到最小。2. 格拉那达城市的垃圾填埋场 (西班牙)2.1. 垃圾填埋场的结构这篇文章是对拉纳达格东北部2公里的一个有300,000人口的南西班牙城市垃圾填埋的研究。这个表面积为46.54的垃圾填埋场从1984年开始运行到1999年结束。在这个期间，垃圾沿山坡的河床放置的平均高度是870和500 m (参见图 1).垃圾填埋场是有一定密度的, 当数年以后发现前面地布满来自相同的区域的数层土壤和类似垃圾填埋场的物质。 使填满垃圾的垃圾填埋场的密度变紧密,
15、垃圾变紧密的速度是0.7-0.9 Tm/m3.将它过滤并在垃圾填埋场流通的水池中被收集。气体由一系列设施抽出所在30-35 m 的距离被分开。1999年出于对缓解环境消极影响的考虑，垃圾填埋被封闭了。 随后，计划被草拟修建设施提取沼气和重复利用它创造电能。 同年由INAGRA项目被执行了(属于CESPA3的公司)。这个区域平均每年的秋天和冬天季节降雨降雪从66到400毫米变动.在格拉纳达的平均每年的温度主要依靠气象台测量得到。以Cartuja气象台为标准城市的平均温度是15.3 1C，而在城市之外10公里的机场气象台它是14.81C.格拉纳达的温度受内华达山脉影响。最高温度在夏天的数个月而最低温度是在十二月和一月。平均每年温度的热量变化是很大的，共计差不多201C。 这是存在白天和夜间温度之间的变化。区域的潜在蒸发量，由Thornthwaite方法计算，在夏天数个月期间通常有一个气流的时期可达范围从700到900毫米。垃圾填埋是在阿尔汉布拉宫一个大黏土状水池底土下形成，上层结构是由沙子制成，在下层中减少水传输容量。在垃圾掩埋场没有表面的带水层或地下水。当垃圾填埋场被密封之后，来自格拉那达城市的垃圾,连同其他的附近城市和城镇的垃圾在格拉纳达外面20公里处进行植物堆肥，垃圾处理和最近在
