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垃圾爆炸与预防

近年来我国连续发生了多起垃圾爆炸事故，造成人员伤亡和财产损失，垃圾的危害性已不仅仅是对生态环境的破坏，而且已经威胁着人们的生命安全，所以，弄清垃圾爆炸的原因，采用必要的技术措施，已是当今垃圾处理工作的一项重要内容。
　　1垃圾爆炸原因

　　生活垃圾中含有一定比例有机物，当被运到消纳场地进行填埋时，有机物的可生物降解组分马上开始进行细菌分解，产生大量的气体，分解和产气过程可分为四个阶段：第一阶段称为好氧分解，这种分解在好氧状况下作用，这时填埋物中的氧是在填埋垃圾时带入的。分解时产生氮、氧〔时间一长会耗尽〕、二氧化碳〔它的增长很快〕；第二阶段，可利用的氧被耗尽之后，就进行厌氧下的分解，并产生氢和二氧化碳；第三阶段，二氧化碳和氮的百分比大大减少、氢和氧的浓度降为零〔或者是极少〕，甲烷的百分比迅速增加；第四阶段，可称为伪稳态阶段，二氧化碳和氮达到稳定值，甲烷达到峰值之后缓慢下降。表1为垃圾填埋产生的典型气体分布的百分数。
　　各个产气阶段的时间长短，是随填埋场内的特定条件而变化的，一旦填埋场内开始产生甲烷，一般产气会继续数年，总的时间依据各个场地的状况而定，在某些环境条件下，气体产生年分可以是几年，甚至几十年。

　　表1垃圾填埋产生的典型气体分布百分数单位：(%)
　　时间〔月〕　　(N2)　　　(CO2)　　(CH4)
　　0～12　　　5.2～0.4　　88～65　　5～29
　　12～24　　　1.0～0.4　　52～53　40～47
　　24～36　　　0.2～1.3　　52～46　48～51
　　36～48　　　0.9～0.4　　50～51　47～47

　　从表1可知，垃圾填埋产生的气体，90％以上为CH4和CO2。
　　CO2的密度大约为空气的1.5倍〔空气密度1.29kg/m3,,CO2为1.98kg/m3,)，因此，有向填埋场低部运动的趋势，这样下去年复一年的结果，CO2将沿地层下移而与地下水相接触，导致水质硬度增加。CH4是一种没有颜色，密度大约为空气的0.55倍(0.72kg/m3)，因此，会逸散入大气中，容易在凹处积聚〔如填埋场四周建筑物或其它封闭式空间等〕。CH4无毒，但浓度过大时，能“熏死人〞，这是因为甲烷浓度过高时，氧含量相对降低，结果由于缺氧而造成窒息或死亡。
　　CH4具有可燃性和可爆性，但并不是只要空气中含有甲烷就能燃烧或发生爆炸，甲烷爆炸必须具备三个条件，一定的CH4浓度，一定的引火温度和足够的氧浓度。首先，空气中CH4的浓度低于5%，遇火不发生爆炸而能燃烧，并浮现浅蓝色的火焰，在CH4浓度高于15％时，遇火也不发生爆炸，并且也不能燃烧，甲烷爆炸界限一般在5%～15％之间，最激烈的爆炸发生在CH4浓度为9.5％左右，也就是空气中的氧和CH4全部参加化学反应的时候，CH4爆炸其最终的化学反应式如下：
　　CH4+2O2→CO2+2H2O+830kJ
　　其次，CH4的引火温度为650～750℃。第三，由实验得知，CH4的爆炸界限与氧浓度有密切关系，当氧浓度降低时，CH4爆炸下限缓慢增高，上限则迅速下降，氧浓度降低到12%,CH4混合气体即失去爆炸性，遇火也不爆炸。
　　CH4不仅能燃烧和爆炸，它还具有一个横向迁移的特性。

　　物理爆炸是由于CH4在垃圾层中大量积聚，形成强大的能量，当积聚的压力大于复盖层压力时，在瞬间将垃圾以迅猛速度特别，发生减压膨胀。发生物理爆炸事故，除垃圾产生CH4是必要条件外，填埋的深度，复盖层的厚度和层数，以及复盖层的透气性都是影响爆炸的因素。一般状况下，由于垃圾的透气性较好，所以，在垃圾层中不会积存大量CH4，其气体压力不够以将垃圾顶层起发生CH4特别。但是，如果垃圾上复盖土层，和填埋深度的增加，透气性受到影响，垃圾层中容易积存CH4，而增加爆炸的危险性。
　　另外，即使填埋条件都相同，但在一些特别条件下，也会大大影响爆炸的危险性，比如，我国城市生活垃圾中灰土比例较高，在连续阴雨天，上面的垃圾层会变得非常泥泞，其透气系数急剧降低，而垃圾在温柔湿润条件下的产气速率又变得很大，这时就可能发生垃圾的物理爆炸。1994年12月4日重庆市一处垃圾场发生的爆炸，就是由于前段时间阴雨连绵，致使垃圾中大量有机物发酵，而后由于气温升高，加速其腐化过程，而垃圾层透气系数却急剧降低．当产生的CH4达到一定能量而不能释放时，便发生爆炸。再譬如，在寒冷的冬天，由于复盖层结冰，透气性变得很低，而垃圾层中的温度还未降到产气终止的温度之下，这时也可能发生垃圾物理爆炸。

　　垃圾化学爆炸是由于CH4与空气棍合后，浓度处在爆炸范围内，碰到明火而发生激烈的放热反应，产生大量的热量，气体受热膨眼，将垃圾喷射出来。由此可见，垃圾化学爆炸必须向时满足前面提到的CH4浓度、引火温度和氧浓度三个条件。
　　如果CH4排入大气或积聚在建筑物内，且浓度处在爆炸范围内，那么当引火温度达到650℃以上时，CH4就会发生化学爆炸。1994年7月上旬，上海一艘120t的垃圾船爆炸就是由于船身垃圾仓的夹层壁内储留了一定量的垃圾污水，按惯常的做法，可在包壁上气割一孔把污水抽上来，但由于夹层壁是密封的，内存的污水已产生甲烷，当气割枪刚一接触到船板，爆炸就发生了。1994年北京市昌平县阳坊镇垃圾场连续发生的三次爆炸就是由于垃圾填埋场产生的甲烷经过横向迁移，进入到四周的世宗智能宿舍内积聚，在点火做饭瞬间发生爆炸。
　　如果空气进入垃圾层中，和那里积聚的CH4混合，形成爆炸性气体，那么会由于垃圾中存在没有熄灭的香烟头、煤球等，有可能引起垃圾堆化学爆炸。
　　垃圾物理爆炸是高压作用，而化学爆炸则是高温柔高压共同作用，所以，在爆炸的瞬间，化学爆炸伴随着火花和爆炸声，而物理爆炸只有爆炸声，化学爆炸后的垃圾有烧糊烧焦的残余，而物理爆炸作用后的垃圾只有被压缩的痕迹。
　　2预防措施

　　预防填埋垃圾发生物理爆炸的基本方法是：通畅地从垃圾层中排出产生的气体，及时地从填埋垃圾中排出垃圾渗透液，以减少垃圾层中的压力，破坏物理爆炸的条件。
　　填埋气体排出技术可分为消极排出系统和积极排出系统。
　　最为简单的就是消极排出系统，如通风沟、通风井、排气道，这些系统为填埋气的流动提供了通道，并且将其限制在一个可控制的空间。如排气道一般选用较垃圾填埋场四周土壤过滤性能更好的材料，如砾石等制成，排气道间距与垃圾单元的宽度有关，排气道砾石层的厚度应该是即使垃圾在受到不同的沉降时，仍坚持其与下层排气道的连通性。
　　积极排出系统对填埋气井和通风沟采纳的是一种真空或一种空气负压，最为一般的是，在垃圾里或四周安装抽气井系统。此神系统是由一些相通的管道组成，可将四周抽气井里的填埋气抽走，然后排入大气，放空燃烧或者作为燃料使用。

　　前面已经分析过垃圾化学爆炸必须同时具备三个条件，那么只要我们采用措施，不使这三个条件同时成立，就可以避免垃圾化学爆炸事故的发生。首先要防止CH4进入爆炸浓度范围，这就需要将垃圾层中的气体及时排出，并防止空气进入垃圾层。一般的填埋场，垃圾层处于正压状态，空气不会进入垃圾层。但为了使填埋气体及时从场中导出，或为了利用填埋气，采纳动力设备强制抽取填埋气，则能导致空气进入填埋场中。多打集气井，特别是那些打在边界或倾斜表面上的集气井，使空气进入的可能性更大，常规检测说明，填埋气抽取速率快于填埋气体产生速率时，空气会进填埋场中。所以，用动力抽取填埋气体时，抽取速率应小于垃圾产气速率。
　　其二，对排出的填埋气要进行处理利用，如焚烧，以防止对大气的污染和减少CH4的体积。填埋场地建造建筑物必须与作业区坚持一定距离，注意通风，防止CH4积聚。
　　另外，在填埋垃圾之前，必须了解填埋坑的四周土质，必要时可采纳透气性差的材料做成阻挡层，阻止气体向邻近土层迁移，避免爆炸事故的发生。