活性炭吸附等技术处理垃圾填埋气中微量有机物

　　垃圾填埋气（LFG）是填埋场的最终产物之一。作为一种新兴的清洁能源，世界上20多个国家每年从中回收的能量约相当于200万吨原煤资源[1]。除用作发电，锅炉燃料，管道供气外，较新的LFG利用途径还包括用作汽车的替代燃料，生产甲醇或者燃料电池等[2]。

     实践表明，这些含量低、毒性大的微量VOCs不仅会造成二次污染、危害人类健康[5]；其中的卤代烃和硫化物等还能引起的腐蚀，降低锅炉和内燃机的操作寿命，并对填埋气的燃烧特性施加不利影响[6]。

     近年来，发达国家颁布了不少法令，限制VOCs的排放，并积极需求有效的净化技术；我国新近颁布的《填埋气利用国家行动方案》中，基于保护环境和回收资源考虑，也明确提出了控制填埋气中微量VOCs的要求　

     2 填埋气中VOCs净化的常规技术

目前，围绕填埋气中微量有害的VOCs，国内外采用的常规净化技术主要有：

　　冷凝是利用各种VOCs在不同温度和压力下具有不同的饱和蒸气压，通过降低温度或增加压力，使某些有机物首先凝结出来。该法常作为净化填埋气中VOCs前处理，以降低有机负荷。冷凝法在理论上可达到很高的净化程度，但是当其浓度低于约4.5×10-7mol/L时，需采取深度冷冻，这将使运行成本大大提高。

  　硅氧烷是可引起内燃机严重磨损的杂质组分，Martin等[7]将过滤后的LFG冷却到-23℃，使其蒸汽发生深度冷凝，经干燥和净化分离后，硅氧烷即可除去。Markbreiter等[8]先将填埋气压缩至一台加压罐，通过等焓膨胀冷凝其中的水蒸气；然后向气体中注入甲醇，使其深度制冷；在甲醇冷凝液中，即包含有从深度制冷的填埋气中脱除的VOCs杂质组分，经杂质分离脱除后的气体，则可作进一步处理。

　  2.2 吸附净化

　　吸附净化是通过吸附剂对气体组分的选择性吸附来实现的。可净化VOCs的吸附剂有活性炭、硅胶、分子筛等，其中活性炭因其价廉易得、较大的表面积、良好的微孔结构、多样的吸附效果、较高的吸附容量和高度的表面反应性等特征，应用最为广泛[9]。该技术具有净化效率高、可回收有用成分、设备简单、操作方便等优点，适用于处理低浓度（≤5000mg/m3（标））的VOCs废气[10]。吸附效果取决于吸附剂性质、VOCs种类、浓度、性质和吸附系统的操作温度、湿度、压力等因素，常与吸收、冷凝、催化燃烧等方法联合使用。

　存在的问题主要是：在吸附剂定期再生和更换的过程中，VOCs有散逸的可能；吸附操作对进气湿度有较高要求，当相对湿度超过60％时，苯系化合物等VOCs的穿透时间和吸附容量迅速下降[11]；由于全过程的复杂性，吸附操作费用相对较高，且会有废弃吸附剂和再生废液等引起的二次污染问题[12]

    2.3 溶剂吸收

   溶剂吸收是采用低挥发或不挥发溶剂对VOCs进行吸收，再利用有机分子和吸收剂物理性质的差异进行分离的VOCs控制技术，吸收效果主要取决于吸收剂的吸收性能和吸收设备的结构特征。存在的问题主要是：对吸收剂和吸收设备要求较高，而且吸收剂需要定期更换，过程较复杂，费用较高。

　　Troost等[13]在0℃以下将填埋气通过四乙醇二甲醚溶液，使其中的VOCs被溶液吸收，使用过的溶剂可通过加热脱除其中的挥发性有机物，得以再生。另据报道[14]，NHD(聚乙二醇二甲醚)溶剂具有良好的脱硫脱碳性能，对填埋气中的部分VOCs有较好的脱除效果。　　

     2.4 膜技术

　膜分离是根据VOCs和其它组分透过膜组件速率的差异，而达到分离的目的。采用膜分离技术处理填埋气中的VOCs,具有流程简单、回收率高、能耗低、无二次污染等优点。近年来,随着膜材料和膜技术的进一步发展,国外已有许多成功应用的范例，日东电工、GKSS和MTR公司等已经开发出多套用于VOCs回收的气体分离膜。常用的处理废气中VOCs的膜分离工艺包括:蒸汽渗透、气体膜分离和膜接触器等[15]。

   由于气体分离效率受膜材料、气体组成、压差、分离系数以及温度等多种因素的影响，且对原料气的清洁度有一定要求，膜组件价格昂贵，因此气体膜分离法一般不单独使用[16]。

    2.5 生物降解

　　生物降解是附着在滤料介质上的微生物在适宜的环境条件下，利用废气中的有机成分作为碳源和能源，维持其生命活动，并将有机物同化为CO2、H2O和细胞质的过程。该法的设备流程简单、运行费用和成本低、安全可靠、无二次污染，尤其在处理低浓度、生物可降解性好的VOCs时更显其经济性。国内利用生物膜过滤器对苯系VOCs进行处理，去除率达75％[17]；国外也有用土壤床层处理甲苯的应用研究[13]。

   　生物法的主要问题是设备体积大、停留时间长、容易堵塞，且处理混合VOCs的效果欠佳。但该法的前景看好。目前主要研究方向是微生物种类，生物反应器和最佳工艺条件等。