填埋場作業面惡臭氣體覆膜收集-蓄熱式凈化系統研究*

袁文祥

（1.上海環境衛生工程設計院，上海 200232；2.上海市環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過程中產生惡臭氣體的控制措施包括：縮小作業區域或采取快速高效作業方式，減小臭氣散發面；用沙、土和覆蓋膜等及時覆蓋，隔斷散發路徑；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面的惡臭污染散發是目前環保工作的難點之一，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 填埋場作業面覆膜收集氣體試驗

待垃圾填埋作業面停止壓實作業后，在選定的區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模較大，此外，該法受氣候影響較大，易出現性能不穩定情況［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性有機物質。常規的燃燒法盡管效率很高，但填埋場作業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，從而在工業有機氣體凈化中得到廣泛應用［3］。由于填埋場作業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，在系統穩定運行后，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（日覆蓋或中間覆蓋等階段）的作業區表面，然后將隔離膜鋪蓋在支管上方，實現在垃圾作業區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，作業區臭氣經過主管和穿孔支管收集，并進行集中后續處理，以防止作業區填埋垃圾的惡臭向周圍環境散發。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流程或將其移動至下一個作業面，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勢。

2）單獨使用MVC技術不能使滲瀝液完全達標排放，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，使滲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-離子交換銨回收工藝在垃圾滲濾液處理中的應用［J］.環境工程，2010，36（11）：40-42.

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

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