填埋場作業(yè)面惡臭氣體覆膜收集-蓄熱式凈化系統(tǒng)研究*

袁文祥

（1.上海環(huán)境衛(wèi)生工程設計院，上海 200232；2.上海市環(huán)境工程設計科學研究院有限公司，上海 200232）

目前針對填埋場作業(yè)過程中產生惡臭氣體的控制措施包括：縮小作業(yè)區(qū)域或采取快速高效作業(yè)方式，減小臭氣散發(fā)面；用沙、土和覆蓋膜等及時覆蓋，隔斷散發(fā)路徑；向垃圾堆體噴灑除臭藥劑，掩蔽或中和臭氣成分；通過在作業(yè)面覆膜及鋪設管道收集臭氣，進行集中處理等［1］。采用臭氣掩蔽、防止其擴散的方式，未能從根本上去除惡臭物質成分，而生物凈化和直接氧化焚燒等方式的經濟成本太高，如何經濟有效控制填埋作業(yè)面的惡臭污染散發(fā)是目前環(huán)保工作的難點之一，筆者通過對填埋場大型面源收集的惡臭氣體開展特性研究，提出了一種針對含低濃度甲烷臭氣的蓄熱式自氧化凈化工藝方案。

1 填埋場作業(yè)面覆膜收集氣體試驗

待垃圾填埋作業(yè)面停止壓實作業(yè)后，在選定的區(qū)域鋪設臭氣收集管道，如圖1所示，3根Ф60 mm的螺紋加強型管道上布設0.5 cm×2 cm的矩形通氣孔，布設角度為120°，用HDPE膜覆蓋，在Ф150 mm管道出口排風機排風管道口處進行氣體的采樣監(jiān)測。

圖1 覆膜下管道布置

本研究采用表1中分析方法對填埋場作業(yè)面覆膜下抽送的惡臭氣體進行了分析，該臭氣具有一些填埋氣的特征，含有低濃度可燃組分，同時也混合了部分新鮮垃圾的惡臭排放特征，氣體成分如表2所示，以甲烷計的有機物濃度為1 428～7 142 mg/m3，CO濃度為2 500～10 000 mg/m3，氣體的熱值為100～400 kJ/m3，完全放熱可使燃燒煙氣升溫60～200℃。

2 作業(yè)面覆膜收集氣體處理方法分析

目前的惡臭氣體處理技術包括吸收法、吸附法、生物法、非熱平衡等離子法、燃燒法等。其中，燃燒法的凈化效率最高，燃燒溫度820℃，停留時間1 s時對惡臭的氧化率可達99%。吸收法在強化化學吸收的條件下也可以達到90%以上的凈化效率，但需消耗大量化學藥品，且產生污水二次污染問題。吸附法主要適合于一些入口濃度不高，污染物負荷不重且排放要求高的應用場合，對NH3的凈化效率不高。非熱平衡等離子體凈化方法主要適用于一些低濃度的應用場合，凈化效率一般。生物法運行成本低、易操作，但在高負荷應用場合下，所需占地面積和設置規(guī)模較大，此外，該法受氣候影響較大，易出現性能不穩(wěn)定情況［2］。

除燃燒法外，其余方法均無法徹底去除CH4、CO及其他產生臭味的揮發(fā)性有機物質。常規(guī)的燃燒法盡管效率很高，但填埋場作業(yè)面覆膜收集的惡臭氣體所含甲烷氣體較低，采用直接熱力燃燒需補充燃料，造成運行成本很高。近20 a來，隨著換熱技術的發(fā)展，蓄熱式燃燒裝置的燃燒熱回收效率可達95%，大大降低了燃燒運行成本，從而在工業(yè)有機氣體凈化中得到廣泛應用［3］。由于填埋場作業(yè)面覆膜收集的惡臭氣體（含約1%低濃度甲烷）具有200～400 kJ的熱值，通過回收臭氣的氧化熱量，預熱待處理的臭氣，在系統(tǒng)穩(wěn)定運行后，無需添加燃料便可實現對膜覆蓋收集的填埋場作業(yè)面惡臭氣體的蓄熱氧化凈化處理。

表1 主要測試項目分析方法及儀器參數

表2 填埋場作業(yè)面惡臭氣體組成

3 臭氣蓄熱式凈化工藝方案

3.1 臭氣移動式覆膜收集

通過在填埋場作業(yè)面周圍溝渠預鋪設的固定式排氣主管路，主管上間隔設置帶管帽的支管連接口，穿孔支管按一定間距平行鋪設在暫停填埋作業(yè)（日覆蓋或中間覆蓋等階段）的作業(yè)區(qū)表面，然后將隔離膜鋪蓋在支管上方，實現在垃圾作業(yè)區(qū)上方形成一個帶穿孔集氣管的圍合的空間；利用主管路末端抽風設備的負壓作用下，作業(yè)區(qū)臭氣經過主管和穿孔支管收集，并進行集中后續(xù)處理，以防止作業(yè)區(qū)填埋垃圾的惡臭向周圍環(huán)境散發(fā)。臭氣支管和隔離膜可拆卸、組裝和移動，方便進行下一個作業(yè)流程或將其移動至下一個作業(yè)面，見圖2。

圖2 填埋場臭氣移動式覆膜收集示意

3.2 臭氣蓄熱式氧化凈化

通過將作業(yè)面收集的臭氣加熱氧化升溫至850℃以上，停留時間為1 s，其中有機可燃組分氧化分解為CO2和H2O；氧化產生熱量被蓄熱體貯存起來，用于預熱新進入的臭氣，從而節(jié)省升溫所需要的燃料消耗，降低運行成本。筆者將以二室蓄熱式氧化裝置（RTO） 進行分析，由2個蓄熱室、1個氧化室組成，2個蓄熱室在閥門切換下，依次進行預熱-氧化-蓄熱3個階段，完成臭氣的熱力燃燒過程，凈化處理效果一般可達90%（見圖3～4）。

圖3 二室RTO裝置運行過程1

圖4 二室RTO裝置運行過程2

1）預熱。待處理臭氣進入蓄熱室A的陶瓷介質層（該陶瓷介質貯存了上一循環(huán)的熱量），臭氣自下而上通過蓄熱室A的蓄熱陶瓷，陶瓷釋放熱量，同時臭氣吸收熱量，溫度升高，臭氣被蓄熱陶瓷加熱到設定溫度，此時蓄熱室A稱為“預熱室”；臭氣隨后離開蓄熱室后以較高溫度進入氧化室，此時臭氣溫度的高低取決于陶瓷體體積、氣體流速和陶瓷體的幾何結構。

2）氧化。含低濃度甲烷高溫臭氣進入氧化室后徹底氧化，升溫至設定的氧化模是25 t/d，設計清水產生率是90%以上，經過連續(xù)運行，設備可以達到較好的處理效果，其運行費用見表2。

表2 MVC技術處理滲瀝液的運行成本核算

3 結論與建議

1）MVC工藝處理垃圾中轉站滲瀝液的清水產生率達到90%以上，清水中SS低于檢測限，CODCr為 158～784 mg/L， TOC 為 14～200 mg/L，NH3-N為2.20～3.10 mg/L，TN為4～133 mg/L，TP為0.01～0.67 mg/L，去除率依次為：99.9%、95.39%～99.15%、96.18%～99.83%、76.35%～82.56%、91.41%～99.52%和91.2%～99.9%，對污染物有較好的去除效果，尤其是SS、NH3-N、TP水質指標達到GB 16889—2008中表3的要求。MVC工藝比膜處理法具有更大的工程推廣應用優(yōu)勢。

2）單獨使用MVC技術不能使?jié)B瀝液完全達標排放，應該進一步研究MVC技術與離子交換、化學氧化、物理吸附等組合工藝，使?jié)B瀝液達到相應的排放標準或回用標準。MVC工藝產生的少量含高濃度有機物的濃縮液需要進行專門的處理，也需要研究者進行深入研究。

［1］王彩虹，陳偉雄，譚潤宇，等.機械蒸發(fā)-離子交換銨回收工藝在垃圾滲濾液處理中的應用［J］.環(huán)境工程，2010，36（11）：40-42.

［2］汪梅.垃圾填埋場滲濾液的MVC蒸發(fā)處理工藝介紹［J］.廣東化工，2011，38 （7）：122.

［3］張立奎.熱泵蒸發(fā)及其在濃縮垃圾滲濾液中應用的初探［J］.環(huán)境工程，2011（S1）：294-297.