Transcript ch9 城市固體癈棄物能源處理技術

Chapter9
9.1
9.2
9.3
9.4
9.5
9.6
結束
放映
城市固體廢棄物
能源處理技術
城市固體廢棄物分類收集
城市固體廢物分類回收系統
焚燒處理技術
垃圾衍生固體燃料
熱解處理技術
土地掩埋處置技術
目錄

城市固體廢棄物的處理是以無害化、減量化、資
源化為最終目標。

城市固體廢物資源化處理方式見圖9.1。
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圖9.1 城市固體廢物資源化處理方式
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9.1 城市固體廢棄物分類收集

各個城市應根據自己的實際情況，提出垃圾分
類方案，逐步推廣垃圾分類收集。
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9.2 城市固體廢物分類回收系統

固體廢棄物的種類繁多，其形狀、大小、結構
和性質各不相同。為了便於對它們進行合適處
理，需要進行必要的分選回收處理過程。
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9.2 城市固體廢物分類回收系統
9.2.1 固體廢棄物的壓實
 固體廢棄物可以設想為由各種顆粒以及顆粒之
間充滿空氣的空隙集合體。如果對固體廢物進
行壓實處理，可以減少運輸量和處置體積。所
謂的壓實處理，就是通過消耗壓力以提高廢棄
物的密度。
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9.2 城市固體廢物分類回收系統
9.2.2 固體廢棄物的破碎
 通過人力和機械等外力的作用，破壞物體內部
的凝聚力和分子間作用力的過程統稱破碎。
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9.2 城市固體廢物分類回收系統
9.2.3 固體廢棄物的分選
 在固體廢棄物處理、處置和回收之前必須進行
分選，將其中有用的成分分選出來加以利用，
並將有害的成分分離出來。根據物料的物理和
化學性質（如粒度、密度、重力、磁性、電性
和彈性等），可分別選用不同的技術，如人工
分類、篩分、風力分類、跳汰機、浮選、電選
等分選技術。
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9.3 焚燒處理技術

焚燒法是一種高溫處理方法，是指將固體廢棄
物先經分類裝置分類，然後輸送至垃圾焚燒爐
中焚燒，使其中的可燃質充分燃燒並產生熱能
或發電的一種方法，典型的固體廢棄物焚燒系
統流程見圖9.2。透過焚燒處理，固體廢棄物的
剩餘物體積減少90%以上，質量減少80%以上。
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9.3 焚燒處理技術
圖9.2 固體廢物焚燒系統流程
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9.3 焚燒處理技術
9.3.1 焚燒處理的要求
 用於衡量焚燒處理效果的技術指標有以下幾項。
1. 減量比
指可燃廢物經焚燒處理後減少的質量占所投加廢
物總質量的百分比，用於衡量焚燒處理廢物減量
化效果的指標，即
mb - ma
MCR =
´ 100%
mb - mc
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9.3 焚燒處理技術
式中 MCR--減量比，%；
ma--為焚燒殘渣的質量，kg；
mb--為投加廢物的質量，kg；
mc--為殘渣中不可燃物的質量，kg。
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9.3 焚燒處理技術
2. 燃燒效率
在焚燒處理城市固體廢物時，用燃燒效率(CE)
來評估是否達到預期處理要求，即
[CO2 ]
CE =
´ 100%
[CO2 ]+ [CO]
式中，[CO]、[CO2]分別為焚燒後排放的煙氣中
CO、CO2氣體的濃度。
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9.3 焚燒處理技術
3. 煙氣排放
廢棄物在焚燒過程中會產生一系列新的污染物，
可能會造成新的污染。對焚燒設備的大氣污染物
控制項目主要包括4個方面：
(1) 煙塵。包括含塵濃度、黑度和總碳量；
(2) 有害氣體。包括SO2、HCl、HF、CO和NOx；
(3) 重金屬。如Hg、Cd、Pb、Ni、Cr和As等；
(4) 有機污染物。二噁英和呋喃。可能是最危險的
致癌物質。
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9.3 焚燒處理技術

中國目前關於廢物焚燒的標準為《生活焚燒污
染控制標準》（GWKB3—2000），有關焚燒爐
大氣污染物排放限值見表9.1。
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表9.1
中國焚燒爐術大氣污染物排放限值
序號
項目
單位
數值含義
限值
1
煙塵
mg/m3
測定均值
80
2
煙氣黑度
林格曼度，級
測定修
1
3
一氧化碳
mg/m3
小時均值
150
4
氮氧化物
mg/m3
小時均值
400
5
二氧化硫
mg/m3
小時均值
260
6
氯化氫
mg/m3
小時均值
75
7
汞
mg/m3
測定均值
0.2
8
鋼
mg/m3
測定均值
0.1
9
鉛
mg/m3
測定均值
1.6
10
二噁英類
ngIEQ/m3
測定均值
1.0
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9.3 焚燒處理技術
9.3.2 焚燒處理的方式和特點

廢棄物在焚燒爐內的燃燒方式，可以按照燃燒
氣體的流動方向和過量空氣係數進行分類。按
照燃燒氣體的流動方向，焚燒方式可分為逆流、
順流和旋渦流。

按照過量空氣係數，焚燒方式可分為富氧燃燒、
缺氧燃燒和熱解燃燒。
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9.3 焚燒處理技術
9.3.3 幾種固體廢物焚燒爐
 焚燒設備的結構類型與廢物的種類、性質和燃
燒形態等因素有關，不同的燃燒方式需要相應
的焚燒設備。固體廢物焚燒爐種類繁多，下面
介紹幾種典型的固體廢物焚燒爐。
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9.3 焚燒處理技術

1. 爐排型焚燒爐
將廢物置於爐排上進行焚燒的爐子稱為爐排
型焚燒爐。它可分為固定爐排焚燒爐和活動爐
排焚燒爐。固定爐排焚燒爐有可分為水平固定
爐排焚燒爐和傾斜式固定爐排焚燒爐。
按構造形式不同可分為往復式、搖動式和移
動式爐排等，常見的爐排型式具體見圖9.3。
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圖9.3 常見的爐排型式
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9.3 焚燒處理技術
機械爐排焚燒爐的典型結構如圖9.4所示，它
的燃燒室內放置有一系列機械爐排，通常按其
功能分為乾燥段、燃燒段和後燃燒段（各段爐
排的功能見表9.2）。
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圖9.4
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表9.2
種類
乾燥、燃燒及後燃燒段爐排所具有的功能
功能
乾燥爐排
具有自清作用，不因固體廢棄物顆粒與砂土等雜質造成爐排的阻
塞；氣體貫穿現象少；固體廢棄物不會形成大團或大塊；不易夾
帶異物，可均勻移動固體廢棄物；可將大部分的固體廢棄物水分
蒸發。
燃燒爐排
可均勻分配助燃空氣；固體廢物的攪拌、混合狀況良好；可均勻
移送固體廢物；爐排冷卻效果好；具有耐熱、耐磨損特性；不易
造成貫穿燃燒。
餘燼與未燃物可充分攪拌、混合及完全燃燒，延長廢棄物在爐排
後燃燒爐排 上的滯留時間；保溫效果好；較小過量空氣係數即可使餘燼燃燒
完全；排灰順暢；可均勻供給助燃空氣，不易形成燒結塊。
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9.3 焚燒處理技術

2. 爐床式焚燒爐
爐床式焚燒爐採用爐床盛料，燃燒在爐床上
物料表面進行，適合處理顆粒小或粉狀固體廢
物以及泥漿狀廢棄物，可分為固定爐床和活動
爐床兩大類。固定床焚燒爐可分為水平固定爐
床焚燒爐和傾斜式固定爐床焚燒爐。
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9.3 焚燒處理技術
活動床焚燒爐的爐床是活動的，使廢物在爐
床上鬆散和移動，以改善焚燒條件，進行自動
加料和出灰操作。活動床焚燒爐可分為轉盤式
爐床、隧道回轉式爐床和回轉式爐床（即旋轉
窯）等幾種。應用最多的是旋轉窯焚燒爐，基
本形式的旋轉窯焚燒爐參見圖9.5。
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圖9.5
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基本形式的旋轉窯焚燒爐
9.3 焚燒處理技術

3. 流化床焚燒爐

4. 多室焚燒爐
多室焚燒爐是有多個燃燒室的焚燒爐，按佈
局不同可分為曲徑式和同軸式，同軸式多室焚
燒爐參見圖9.6。
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9.3 焚燒處理技術
圖9.6
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同軸式多室焚燒爐
9.3 焚燒處理技術
9.3.4 污泥的焚燒處理
 污泥是指在給水和污水處理過程中，採用了各
種分離方法以去掉溶解、懸浮或膠體的固體物
質，從這些方法中產生的泥渣統稱為污泥。污
泥的種類很多，分類也比較複雜。
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9.3 焚燒處理技術

對於污泥處理，首先需降低污泥的含水率，減少
污泥體積，為後續處理、利用和運輸創造條件，
並減少污泥最終處置前的容積；然後可使污泥衛
生化和穩定化，消滅其中的病原體及其他有害物
質，防止環境污染和病菌傳播；最後通過處理改
善污泥的成分和性質，有利於污泥資源化利用。
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9.3 焚燒處理技術

污泥的焚燒處理主要包括濃縮、消化、機械脫
水、乾燥、焚燒及最終處置等程式，其處理流
程見圖9.7，分別說明如下。
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9.3 焚燒處理技術
1. 污泥的濃縮
通過對污泥進行濃縮，去除間隙水，縮小污
泥的體積，為污泥的運輸、消化、機械脫水和
焚燒處理創造有利條件。污泥濃縮的方法分為
重力濃縮法和氣浮濃縮法。重力濃縮法是最常
使用的污泥濃縮方法，它利用自然的重力沈澱
作用，使污泥中固體自然沈澱而分離出間隙水。
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9.3 焚燒處理技術
2. 污泥的消化
3. 污泥的機械脫水
4. 污泥的乾燥與焚燒
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9.4 垃圾衍生固體燃料

垃圾本身雖然具有一定熱值，但並不是一種理
想的固體燃料。垃圾中有機物成分極易腐爛，
釋放出惡臭，在運輸和儲藏過程可能出現問題 。
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9.4 垃圾衍生固體燃料
9.4.1 垃圾衍生燃料的特性
 目前垃圾衍生燃料的分類一般按照美國國家標
準的定義，具體參見表9.3。根據居住區域、生
活習慣及經濟發展高低的不同，生產的垃圾衍
生燃料的性質也不同，各種常見RDF的基本性
質見表9.4，發熱量約為12500～17500kJ/kg，燃
點為210～230℃。
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表9.3
美國國家標準RDF的分類
分類
內容
RDF-1
將大件垃圾分揀除去後的垃圾。
RDF-2
經篩選除去金屬後被處理為粗顆粒。
RDF-3
粗垃圾破碎，並去除金屬、玻璃和無機物，通過50mm的篩子篩分後
的垃圾。
RDF-4
通過2mm的篩子篩分後的粉狀垃圾。
RDF-5
通過破碎和分揀，並將垃圾乾燥壓縮成圓柱狀。
RDF-6
加工成液體燃料。
RDF-7
加工成氣體燃料。
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表9.4
RDF基本性質
元素分析（質量）/%
種類
C
N
H
工業分析（質量）/%
O
S
Cl
灰
水分 固定碳
揮發分
灰分
RDF(a)
45.9
1.1 6.8
33.7
未獲得
痕量
12.3
4.0
9.9
77.8
12.3
RDF(b)
48.3
0.6 7.6
31.6
0.1
0.2
11.6
4.5
15.0
73.4
11.6
RDF(c)
40.8
0.9 6.7
38.9
0.6
0.7
11.4
15.5
20.5
68.1
11.4
RDF(d)
42.2
0.8 6.1
39.9
0.1
0.5
10.4
4.0
4.0
76.4
10.4
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9.4 垃圾衍生固體燃料
9.4.2 垃圾衍生燃料的生產技術

垃圾衍生燃料的生產原理是將城市垃圾進行分類，
其中的可燃成分通過粉碎、乾燥，加入一定數量的
固硫劑和固氯劑[一般用CaCO3、Ca(HCO3)2固硫，
鹼金屬氫化物或硫酸鹽固氯]。根據不同要求，可
以選擇性加入其他燃料。將混合物製成一定形狀，
即獲得垃圾衍生燃料。城市民生垃圾衍生燃料的生
產技術可分為散狀RDF、乾燥成型RDF和化學處理
RDF生產技術。
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9.4 垃圾衍生固體燃料
1. 散狀RDF
最早在美國得到應用，其製造過程非常簡單
（如圖9.8所示）。
圖9.8
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Fluff-RDF生產技術流程
9.4 垃圾衍生固體燃料
2. 乾燥成型RDF
為了適於長期儲藏和長途運輸，並使垃圾性
質得到進一步穩定，在歐美開發出了去除廚房
垃圾的RDF製造技術（如圖9.9所示）。
圖9.9 乾燥成型的RDF生產技術
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圖9.10
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瑞士J-Carerl公司的RDF的生產技術流程
9.4 垃圾衍生固體燃料
3. 化學處理RDF
為瞭解決乾燥成型RDF存在的問題，開發了經
化學處理RDF技術路線。它將經分揀、破碎的垃
圾壓縮加入添加劑，然後高壓成型。加入添加
劑可起到固硫、固氯和防腐作用。目前，世界
上具有代表性的化學處理的RDF的生產技術為瑞
士J-Carerl公司和日本再生管理公司開發的生
產技術。
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9.4 垃圾衍生固體燃料
J-Carerl技術流程（如圖9.10所示）的特點是
先將含有廚房垃圾、不燃物的民生垃圾進行破
碎處理，然後將金屬、無機不燃物分選除去，
在餘下的可燃生活垃圾中加入垃圾量3%～50%
的生石灰進行化學處理，最後進行中壓成型和
 10～20mm×(20～80)mm圓柱
乾燥得到尺寸為
體，熱值為14600～21000kJ/kg。
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9.4 垃圾衍生固體燃料
在混合反應器中發生的化學反應如下
CaO＋H2O→Ca(OH)2
Ca(OH)2＋垃圾中的有機物→有機鈣酸鹽＋H2O
在乾燥器中的化學反應為
Ca(OH)2＋CO2→CaCO3＋H2O
日本再生管理公司的RDF生產技術流程（如圖
9.11所示）是在乾燥後再加入添加劑。
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圖9.11 日本再生管理公司的RDF生產技術流程
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9.5 熱解處理技術

為了減少固體廢物焚燒造成的二次污染，配合
廣為實行的固體廢物分類收集，歐洲各國也建
立了一些以固體廢物中的纖維物質（如廢木材、
庭園廢物、農業廢物等）和合成高分子（如廢
橡膠、廢塑膠等）為對象的熱解試驗性裝置，
其目的是將熱解作為焚燒處理的輔助手段。
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9.5 熱解處理技術
9.5.1 城市固體廢棄物的熱解
固體廢棄物熱解得到的產物取決於原料中氫轉化
為可燃氣體與水的比例，與固體廢棄物的C、H和O
的含量有關，表9.5給出了各種固體燃料組成和城
市固體廢棄物以C6HxOy的表示組成。
Kaiser等人曾對城市固體廢棄物中各種有機物進
行過實驗室的間歇實驗，得到的氣體產物組成如表
9.6所示，這些組成隨熱解操作條件的變化而變化。
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表9.5 各種固體燃料組成及以C6HxOy表示的城市固體廢棄物組成
固體燃料
C6HxOy
H/C
H2＋1/2O2→H2O
完全反應後的H/C
纖維素
C6H10O5
1.67
00/6＝0.00
木材
C6H8.6O4
1.43
0.6/6＝0.1
泥炭
C6H7.2O2.6
1.20
2.0/6＝0.33
褐煤
C6H6.7O2
1.10
2.7/6＝0.45
半煙煤
C6H5.7O1.1
0.95
3.0/6＝0.50
煙煤
C6H4O0.53
0.67
2.94/6＝0.49
半無煙煤
C6H2.3O0.14
0.38
2.0/6＝0.33
無煙煤
C6H1.5O0.07
0.25
1.4/6＝0.23
城市固體廢棄物
C6H9.64O3.75
1.61
2.14/6＝0.36
新聞紙
C6H9.12O3.93
1.52
1.2/6＝0.20
塑膠薄膜
C6H10.4O1.06
1.73
8.28/6＝1.4
廚房垃圾
C6H9.93O2.97
1.66
4.0/6＝0.67
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表9.6
熱解氣體產物組成（乾氣基準）/%
有機物
CO2
CO
O2
H2
CH4＋CnHm
N2
高位熱值
橡膠
25.9
45.1
0.2
2.8
20.9
5.1
3260
白松香
20.3
29.4
0.9
21.7
25.5
2.2
3760
香樅木
35.0
23.9
0.0
9.4
28.2
3.5
3510
新聞紙
22.9
30.1
1.3
15.9
21.2
8.3
3260
板紙
28.9
29.3
1.6
15.2
17.7
7.3
2870
雜誌紙
30.0
27.0
0.9
17.8
16.9
7.4
2810
草
32.7
20.7
0.0
18.4
20.8
7.4
3000
蔬菜
36.7
20.9
1.0
14.0
21.0
6.4
2900
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9.5 熱解處理技術
9.5.2 幾種城市固體廢棄物的熱解設備
城市固體廢棄物的熱解技術可以根據其裝置
的類型分為：(1)移動床熔融爐方式；(2)回轉窯
方式；(3)流化床方式；(4)多段爐方式；
(5)Flush Pyrolysis方式。回轉窯方式和Flush
Pyrolysis方式作為最早開發的城市固體廢棄物
熱解處理技術，代表性的系統有Landgard系統
和Occidental系統。
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9.5 熱解處理技術
下面分別介紹新日鐵系統和流化床系統熱解技
術。
1. 新日鐵系統
該系統是熱解和熔融一體化設備，通過控制
爐溫和供氧條件，使固體廢棄物在同一爐體內
完成乾燥、熱解、燃燒和熔融。

熱解得到的可燃性氣體的熱值約為6276～
10460kJ/m3，其組成見表9.7所示。
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圖9.12
結束放映
新日鐵固體廢棄物熱解熔融處理流程
9.5 熱解處理技術
2. 流化床系統
將固體廢棄物破碎至50mm以下的粒徑，經定
量輸送帶傳至螺旋進料器，由此投入熱解爐內。
圖9.13為處理能力50t/d的流化床熱解系統的物
料平衡圖。
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9.5 熱解處理技術
表9.7
熱解氣體組成分析
項目
數值
項目
數值
產氣量（標態）/（m3/t）
550
組分/%
組分/%
23.8
CH4
2.65
CO2
29.6
C2H4
1.03
CO
25.0
C2H6
0.10
H2
17.8
熱值/（kJ/m3）
7870
N2
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圖9.13 流化床（50t/d）熱解系統物料平衡圖
（1kcal＝4.18kJ）
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9.5 熱解處理技術
9.5.3 廢塑膠的熱解
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9.6 土地掩埋處置技術

土地掩埋是傳統的堆放和土地處置發展起來的
一項技術，是處置大量城市固體廢棄物的有效
方法。
土地掩埋處置的種類很多，按照掩埋場地形
特徵可分為山間掩埋、峽穀掩埋、平地掩埋、
廢礦坑掩埋 。
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9.6 土地掩埋處置技術
9.6.1 掩埋場的經營管理
固體廢棄物土地掩埋場是在地球表面的淺地
層中處置廢物的物理設施，在其設計、施工質
量和經營管理上應能確保減少所掩埋的範圍對
環境和周圍人體健康的影響。
填埋場剖面圖如圖9.14所示，即填埋廢物按
單元從壓實表面開始，向外向上堆放。
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圖9.14 固體廢物填埋場剖面圖
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9.6 土地掩埋處置技術
9.6.2 掩埋氣體的產生與控制
掩埋氣體（LFG）主要是掩埋廢物中有機組
分通過生化分解所產生的，主要包括NH3、CO2、
CO、H2、H2S、CH4、N2和O2等。它的溫度一
般為43～49℃，相對密度約1.02～1.06，相對濕
度為100%，高位熱值在15630～19537kJ/m3之間。
城市垃圾衛生掩埋場中LFG的典型組分見表9.8。
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表9.8
城市固體廢物LFG的典型組成
組分
乾體積百分數/%
組分
乾體積百分數/%
CH4
45～50
NH3
0.1～1.0
CO2
40～60
H2
0～0.2
N2
2～5
CO
0～0.2
O2
0.1～1.0
微量組分
0.01～0.6
SOx
0～1.0
結束放映
9.6 土地掩埋處置技術
填埋場主要氣體的產生過程分為下述5個階段。
1. 初始調整階段
廢物中的可降解有機組分被放置到掩埋場後
很快就會發生微生物分解反應。由於有一定數
量的空氣隨廢物夾帶進入填埋場內，此階段生
化分解在好氧條件下發生的。

結束放映
9.6 土地掩埋處置技術
2. 過程轉移階段
3. 酸性階段
4. 產甲烷階段
5. 穩定化階段

城市固體廢棄物不同的處理方法具有不同的特
點，表9.9為填埋、焚燒和堆肥三種處理方式的
對比。
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表9.9
三種城市固體廢物處理方式的比較
項目
掩埋
焚燒
堆肥
技術可靠性
可靠
可靠
可靠
操作安全性
較好，注意防火
好
好
占地面積
大
小
中等
選址
較困難，一般要
求遠離市區
易，可靠近市區
建設，運輸距離
較近
較易，需避開居
民密集區
結束放映
表9.9
三種城市固體廢物處理方式的比較（續）
項目
掩埋
焚燒
堆肥
分類無嚴格要求
固體廢物低位熱值＞
有機物含量大於40%
3.35 MJ/kg時，不需添
加輔助燃料
無
剩餘物需作填埋處理， 非堆肥物需作填埋處理，
為初始量的10%
為初始量的20%～25%
可回收LFG用於發電
能產生熱能或發電
有可能，但可採取
措施減少可能性
在處理廠區無，在爐灰 非堆肥物填埋時與填埋相
填埋時，其對地表水污 仿
染的可能性比填埋小
有可能
灰渣中沒有有機質等污 重金屬等可能隨堆肥製品
染物，需填埋時採取固 污染地下水
化等措施
大氣污染
有，但可用覆蓋壓
實等措施控制
可以控制，但二噁英等 有輕微氣味，污染可能性
微量劇毒物需採取措施 不大
控制
土壤污染
限於填埋場區
無
適用條件
最終處理
產品
地表水污染
地下水污染
結束放映
建立穩定的堆肥市場較困
難
需控制重金屬含量