CN105062598B - 一种填埋气场内‑场外联合处理的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种填埋气场内‑场外联合处理的方法，联合处理装置包括垃圾填埋器和净化填料塔，垃圾填埋器设置在垃圾填埋场内，净化填料塔设置在垃圾填埋场外，垃圾填埋器内填埋有新鲜生活垃圾焚烧炉渣颗粒，对填埋气进行原位净化，净化填料塔内设置有由风化生活垃圾焚烧炉渣颗粒形成的填料层，对原位净化处理后的填埋气进一步进行吸附净化处理。本发明采用场内‑场外联合的技术手段，净化填埋气的同时固定气体中的二氧化碳，提高释放气体的质量。

Description

一种填埋气场内-场外联合处理的方法

技术领域

本发明涉及垃圾处理技术领域，具体涉及一种填埋气场内-场外联合处理方法。

背景技术

填埋是我国城市垃圾最主要的处理方式，占处理量的70％以上。在填埋的过程中，垃圾中的可降解有机质降解产生大量的填埋气。填埋气的主要成分是甲烷(50％-65％)和二氧化碳(30％-40％)，此外还含有硫化氢、硫醇、氨气、烃类、氯化物、硅氧烷等。这些气体将会对周围环境造成污染，甚至可能引发爆炸事故。另一方面，由于填埋气富含甲烷，是一种具有较高品味的生物质能源，对其进行资源化不但可以减少污染性气体排放，减少大气污染，还可以实现资源回收，创造一定的经济价值。

目前常用的填埋气处理技术包括溶剂吸收技术、生物净化技术、深冷处理技术、膜分离技术和吸附分离技术等。例如，公开号为CN 103159580A的中国发明专利申请文献公开了一种净化提浓垃圾填埋气中甲烷的方法，此方法包括以下步骤：(1)垃圾填埋气压缩工序；(2)TSA工序；(3)耐硫催化脱氧工序；(4)脱酸气工序；(5)提浓工序。脱酸气工序可选用变压吸附(PSA)、碱洗、MDEA或者低温甲醇洗涤，脱除气体中的CO2、SO2和大部分H2S；所述的提浓工序是将甲烷浓缩、分离氮气组分。

公开号为CN 104728851A的中国发明专利申请文献公开了一种处理垃圾填埋气的自动化过滤检测和焚烧装置，它由填埋气收集装置、液气分离装置、填埋气检测装置、控制箱、点火装置、主进气管和焚烧炉组成，在主进气管上设置了点火进气管与焚烧炉的点火部相通，并设置有点火探头检测点火是否成功。

公开号为CN 103303987A的中国发明专利申请文献公开了一种燃烧器处理填埋气体的方法，填埋气体和助燃空气进入填埋气体燃烧室燃烧，高温燃气由然烧室底部的气体分布堰撕裂，再经多孔布气复合板，由多个分离的气体出口供给热气体到被撕裂之前的气体，并混合，高温气体被分裂成无数个小气泡，蒸发气体在蒸汽分离空间进行气液分离，然后由蒸汽管排走。

这些场外预处理技术存在的主要问题有：①处理过程导致约3％的甲烷损失；②从填埋气分离的CO₂往往又被释放至大气环境，导致全球温室效应；③一次性投资和运行维护较高，增加了填埋气的利用成本。尤其是高昂的经济成本，成为制约填埋气资源化的重要因素。因此，开发低成本的填埋气净化技术对于促进填埋气的资源化利用，降低填埋场的运营成本具有重要的意义。

发明内容

本发明提供一种填埋气场内-场外联合处理方法，净化填埋气的同时固定气体中的二氧化碳，提高释放气体的质量。

一种填埋气场内-场外联合处理的方法，包括如下步骤：

(1)在垃圾填埋场内的垃圾填埋器中，在生活垃圾填埋层中间隔设置新鲜生活垃圾焚烧炉渣颗粒层，生活垃圾填埋层产生的填埋气由对应设置在垃圾填埋层上方的新鲜生活垃圾焚烧炉渣颗粒吸收气体中酸性气体组分，进行原位净化；

(2)原位净化后的填埋气送入垃圾填埋场外的净化填料塔内，在净化填料塔内设置若干层由风化生活垃圾焚烧炉渣颗粒构成的填料层，填埋气向上依次通过各层填料层，经填料层的风化生活垃圾焚烧炉渣颗粒多次净化吸收后由塔顶排出。

本发明可提高填埋气甲烷含量，并且可以固定填埋气中二氧化碳，由具有原位净化填埋气功能的垃圾填埋器和填埋气净化填料塔组成。垃圾填埋器设有填埋气净化固碳层和位于该固碳层上下的生活垃圾填埋层，填埋气净化填料塔以经过风化处理的生活垃圾焚烧炉渣作为填料。本发明以新鲜生活垃圾焚烧炉渣作为填埋器中间层和覆土层，利用新鲜生活垃圾焚烧炉渣的酸缓冲能力原位固定填埋气中的CO₂等酸性气体组分，利用经过风化处理的生活垃圾焚烧炉渣的酸缓冲能力和强吸附能力进一步去除填埋气中CO₂和其他微量气体，从而提高填埋气中的甲烷含量，提升填埋气的资源化品味。

优选地，所述填埋气在净化填料塔内的停留时间为6～10小时。

优选地，净化填料塔内将填埋气流速控制在0.3-0.5m/h。

优选地，净化填料塔内温度控制在20-35℃。

优选地，本发明方法通过填埋气场内-场外联合处理的装置完成，装置包括位于垃圾填埋场内的垃圾填埋器和位于垃圾填埋场外的净化填料塔，

所述垃圾填埋器包括壳体、位于壳体顶部的出气口、位于壳体内的至少两层生活垃圾填埋层、对应设置在每层生活垃圾填埋层上的固碳层，所述固碳层为新鲜生活垃圾焚烧炉渣颗粒；

所述净化填料塔包括塔体、分别位于塔底下部的气体进口和顶部的气体出口、位于塔体内且设于气体进口和气体出口之间的至少两层填料层、位于相邻两填料层之间的雾化加湿装置，所述填料层为风化生活垃圾焚烧炉渣颗粒；

所述垃圾填埋器的出气口与净化填料塔的气体进口之间由带有风机的管道连接。

优选地，位于两个生活垃圾填埋层之间的固碳层的厚度与与之相邻的两个生活垃圾填埋层的总厚度比为1:3～3.5位于顶层的固碳层的厚度为20～30cm。

位于两个生活垃圾填埋层之间的固碳层的厚度与相邻两个生活垃圾填埋层的总厚度比经试验结果表明，厚度比过低，填埋气原位净化效果明显降低。厚度比进一步提高，将影响填埋场垃圾处理容量，降低填埋气的产生速率。

优选地，位于两个生活垃圾填埋层中间的新鲜生活垃圾焚烧炉渣颗粒的粒径不大于20mm(进一步优选为10～20mm)；位于顶层的新鲜生活垃圾焚烧炉渣颗粒的粒径为10～40mm。采用新鲜生活垃圾焚烧炉渣是因为其含有较强的酸缓冲能力，对于填埋气中的酸性气体具有很好的固定作用。通过试验结果表明，位于两个生活垃圾填埋层中间的新鲜生活垃圾焚烧炉渣颗粒粒径越小，比表面积越大，对填埋气的原位净化能力也越强。但是，太小的颗粒粒径容易因为渗滤液的渗流导致空隙堵塞，影响填埋气在填埋场内的流通。粒径为10-20mm既可以保证一定的原位净化效果，也可以保证填埋气的流通。

同样，位于顶层的新鲜生活垃圾焚烧炉渣颗粒越小，有利于填埋气的净化效果。然而，颗粒太小不易于填埋气的导出，也可能受到填埋气上升动力的冲击，导致结构遭受破坏。

优选地，壳体内底层生活垃圾填埋层的下方还设有碎石层，碎石层的厚度为5～10cm，碎石为粒径为10～50mm的砾石。

优选地，所述填料层的厚度为100～150cm。

优选地，所述风化生活垃圾焚烧炉渣颗粒的粒径不大于10mm。进一步优选为5～10mm。

生活垃圾焚烧炉渣经适度风化处理后，其吸附性物质含量增加，提高了炉渣的吸附能力，对填埋气中大量的有机气体进行吸附去除。同时保留了部分的酸缓冲能力，可进一步去除填埋气中酸性气体。实验结果表明，炉渣颗粒越小，其吸附能力越强。然而，炉渣颗粒太小，有可能造成填埋塔炉渣填料层的流化作用。一方面，炉渣填料的流失较为严重，另一方面，造成填埋塔的阻力增大，提高了装置的能耗。

通过实验结果表明，当填料层厚度为100-150cm时，可以达到较好的填埋器净化效果。填埋层厚度太小，处理效率不理想。填料层厚度进一步增加，对处理效率的提高效果不明显，反而提高了装置的阻力。

优选地，所述塔体底部带有蓄水池，所述雾化加湿装置与蓄水池之间由水泵连通。

优选地，所述雾化加湿装置包括水平贯穿塔体的主管以及均匀设置在主管上的若干喷嘴。

优选地，连接垃圾填埋器和净化填料塔的管路上设有流量计，方便对送入净化填料塔内的填埋气进行流量控制。

优选地，所述垃圾填埋层及填料层均设置两层。塔体的气体进口位于底层填料层下方。

填料层填料湿度控制在4.5％-5.5％，有利于提高填埋气与炉渣的反应速度，提升处理效果。填料层顶层不进行加湿，利于去除填埋气的水分，并进一步提高处理效率。

填埋器构建时，保证填埋器中垃圾层和新鲜生活垃圾焚烧炉渣中间层的厚度比为1:3-3.5，炉渣的颗粒大小<20mm。填埋气产生后，经过新鲜生活垃圾焚烧炉渣中间层原位净化，酸性气体含量大幅减少，甲烷含量有所提高。经过原位处理的填埋气通过风机引入风化生活垃圾焚烧炉渣填料塔进一步处理。根据填埋器的产气量，调节风机的流量，将填埋气流速控制在0.3-0.5m/h，使填埋气在填料塔中停留时间不少于6h，优选6～10小时。同时，不断观察填料含水率，并通过雾化加湿装置调节填料含水率(4.5％-5.5％)。填料塔温度控制在20-35℃，保证传质的速度和吸附的有效性，最终可使填埋气中甲烷含量达98％以上，满足填埋气发电要求。

与传统技术相比，本方法利用填埋场垃圾填埋器+风化生活垃圾焚烧炉渣填料塔的组合工艺处理填埋气，提升填埋气的资源化品味。该工艺以新鲜生活垃圾焚烧炉渣替代黏土类材料或膜材料，作为填埋器的覆盖层，节省了大量的粘土资源和经济成本。以风化的生活垃圾焚烧炉渣作为填料塔填料，更是一种以废治废的方法。新鲜的生活垃圾焚烧炉渣具有较强的酸缓冲能力，对于填埋气中的酸性气体具有很好的固定作用；风化的生活垃圾焚烧炉渣具有很强的有机气体吸附能力，可以进一步去除填埋气中的有机气体杂质，提高填埋气的资源化水平。经场内-场外联合处理后，填埋气中酸性气体和有机气体含量均明显降低，甲烷浓度可达98％以上，基本满足发电等再利用要求。传统的填埋气处理，运行成约为0.15元/m³。使用本方法，处理成本可降至0.03元/m³，大大降低了填埋气预处理的成本。

炉渣中的碱性物质可以固定填埋气中的酸性气体(如二氧化碳、硫化氢)，而炉渣的吸附能力可以进一步去除填埋气中的其他微量气体，对于填埋气具有净化作用，并且可以减少填埋场CO₂的释放。本发明以新鲜的生活垃圾生活焚烧炉渣作为填埋场中间层和覆盖层材料，原位净化填埋气。同时，利用风化的生活垃圾焚烧炉渣为填料，进一步场外净化填埋气，降低填埋气的CO₂释放，提高填埋气的资源化水平。

新鲜生活垃圾焚烧炉渣和风化的生活垃圾焚烧炉渣的XRD图谱如图2所示，利用XRD图谱对新鲜生活垃圾焚烧炉渣和风化的生活垃圾焚烧炉渣的组分进行分析表明，新鲜的生活垃圾焚烧炉渣中含有大量的SiO₂、CaCO₃、Al₂O₃和Fe₂O₃。CaCO₃、Al₂O₃和Fe₂O₃均具有与酸性物质反应的能力，可去除填埋气中的酸性气体。经过风化处理后，生活垃圾焚烧炉渣中的SiO₂含量减少，表明SiO₂可能转化为其他二次盐类，如硅铝酸盐等等，这些物质的形成，有助于提升生活垃圾焚烧炉渣的吸附能力。

现有的研究与报导中，尚鲜见利用新鲜的生活垃圾焚烧炉渣作为中间层和覆土层(即固碳层)，原位净化填埋气，同时利用风化的生活垃圾焚烧炉渣作为填料，进一步净化填埋气的方法。

附图说明

图1是本发明的机构示意图。

图2是新鲜生活垃圾焚烧炉渣和风化的生活垃圾焚烧炉渣的XRD图谱。

1-壳体 2-碎石层 3-土工织物层

4-第一生活垃圾填埋层 5-固碳中间层 6-第二生活垃圾填埋层

7-固碳覆盖层 8-流量计 9-风机

10-第一填料支撑架 11-第一填料层 12-雾化加湿装置

13-第二填料支撑架 14-第二填料层 15-蓄水池

16-水泵 17-塔体。

具体实施方式

如图1所示，为实现本发明方法的填埋气场内-场外联合处理装置，包括垃圾填埋器和净化填料塔，垃圾填埋器设于垃圾填埋场内，净化填料塔设于垃圾填埋场外。

垃圾填埋器包括壳体1，壳体1内由下至上依次设置碎石层2、第一生活垃圾填埋层4、固碳中间层5、第二生活垃圾填埋层6和固碳覆盖层7，相邻两层之间用土工织物层3隔开，壳体顶部开设出气口。

固碳中间层5的厚度与两个生活垃圾填埋层的总厚度比为1:3～3.5；固碳覆盖层7的厚度为20～30cm。固碳中间层和固碳覆盖层均为新鲜生活垃圾焚烧炉渣颗粒，固碳中间层的新鲜生活垃圾焚烧炉渣颗粒的粒径不大于20mm(进一步优选为10～20mm)；固碳覆盖层的新鲜生活垃圾焚烧炉渣颗粒的粒径为10～40mm；碎石层的厚度为5～10cm，碎石为粒径为10～50mm的砾石。

净化填料塔包括塔体17，塔体的底部带有蓄水池15，蓄水池上方的塔壁上开设气体进口，气体进口上方依次设置两层填料层(第一填料层11和第二填料层14)两层填料层分别由对应的填料支撑架(第一填料支撑架10和第二填料支撑架13)支撑，两层填料层之间设置雾化加湿装置12，雾化加湿装置与蓄水池之间通过水泵16连通，雾化加湿装置包括水平贯穿塔体的主管以及均匀设置在主管上的若干喷嘴，塔体的顶部开设气体出口。

填料层的厚度为100～150cm，本实施方式中，优选第一填料层厚度为150cm，第二填料层厚度为100cm。填料层为风化生活垃圾焚烧炉渣颗粒，风化生活垃圾焚烧炉渣颗粒的粒径不大于10mm。优选为5～10mm。

垃圾填埋器的出气口与净化填料塔的气体进口之间设置连通管路，该连通管路上设置流量计8和风机9，流量计设置在靠近垃圾填埋器的出气口处。

本发明方法的具体操作步骤如下：

首先取新鲜生活垃圾焚烧炉渣，筛分出粒径<20mm的生活垃圾焚烧炉渣和粒径10-40mm的生活垃圾焚烧炉渣，分别用于填埋气的中间层和覆土层。再取部分新鲜生活垃圾焚烧炉渣样品，利用人工强制风化技术对炉渣进行风化处理，使其pH接近9.5。对风化后的生活垃圾焚烧炉渣样品进行筛分，取粒径<20mm的炉渣作为填料塔填料。

装置运行前，先在填埋反应器底部铺设碎石层。碎石层上方填入生活垃圾，不断压实，使其厚度达到填埋器有效填埋高度的40％。生活垃圾填埋层上方铺设土工织物，在土工织物上方填入新鲜的生活垃圾焚烧炉渣。炉渣颗粒经过筛选，最大颗粒不得超过20mm。新鲜生活垃圾焚烧炉渣中间层的厚度为填埋器总有效高度的15％。新鲜生活垃圾焚烧炉渣中间层上方铺设土工织物，在土工织物上方再次填入生活垃圾，不断压实，使其厚度达到填埋器有效填埋高度的40％。然后，在生活垃圾填埋层上方铺设土工织物，在土工织物上层铺设新鲜生活垃圾焚烧炉渣覆盖层，厚度为填埋器总有效高度的5％，并密封填埋器。

此后，取经筛分的风化处理的生活垃圾焚烧炉渣，填入填料进化塔中，两层填料净化塔填料厚度分别为1.5m和1.0m。在蓄水池中加入适量自来水，打开水泵，利用雾化喷头以雾化方式增加生活垃圾焚烧炉渣填料层(第一填料层)的水分含量至5％左右。

接通风机连接的管件，检查管路是否密闭。

装置运行时，每天打开风机，将填埋器产生的，已经由新鲜生活垃圾焚烧炉渣中间层和覆盖层原位处理的填埋气引入填料净化塔。对填埋器出口和填料净化塔出口的填埋气进行监测，分析甲烷、CO₂、硫化氢等浓度，考察装置运行情况。同时对填料净化塔生活垃圾焚烧炉渣填料层(第一填料层)的湿度进行监测，如含水率<5％，则启动水泵，增加生活垃圾焚烧炉渣的含水率至5％。

表1为记录的填埋器中新鲜生活垃圾焚烧炉渣粒径大小对原位处理效果的影响

表1结果表明，填埋器中新鲜生活垃圾焚烧炉渣粒径的减小，有利于处理效率的提高。

表2为记录的填埋器中垃圾填埋层与新鲜生活垃圾焚烧炉渣填埋层厚度比对原位处理效果的影响

表2表明，填埋器中垃圾层与新鲜生活垃圾焚烧炉渣填埋层厚度比越小，处理效率越高。

表3为记录的风化生活垃圾焚烧炉渣含水率对填埋气净化效果的影响

表3表明，填料塔中填料湿度有助于提高净化效率。

表4为记录的填料塔填料层厚度对填埋气净化效果的影响

表4表明，填料塔厚度增加有利于处理效率提高。

以上结果表明，采用新鲜生活垃圾焚烧炉渣固碳中间层和固碳覆盖层的填埋器，其填埋气中甲烷含量比对照填埋器高，二氧化碳和硫化氢含量较对照填埋器低，表明新鲜生活垃圾焚烧炉渣中间层和覆盖层对二氧化碳和硫化氢具有固定作用，证明了本发明填埋器原位提高了甲烷的含量。填埋气经过净化塔后，甲烷含量进一步提高至98％以上，CO₂和H₂S含量降低到降低浓度，大大提高了填埋气的资源化品味。

Claims (9)

1.一种填埋气场内-场外联合处理的方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)在垃圾填埋场内的垃圾填埋器中，在生活垃圾填埋层中间隔设置新鲜生活垃圾焚烧炉渣颗粒层，生活垃圾填埋层产生的填埋气由对应设置在垃圾填埋层上方的新鲜生活垃圾焚烧炉渣颗粒吸收气体中酸性气体组分，进行原位净化；

(2)原位净化后的填埋气送入垃圾填埋场外的净化填料塔内，在净化填料塔内设置若干层由风化生活垃圾焚烧炉渣颗粒构成的填料层，填埋气向上依次通过各层填料层，经填料层的风化生活垃圾焚烧炉渣颗粒多次净化吸收后由塔顶排出；

实现所述方法的装置包括位于垃圾填埋场内的垃圾填埋器和位于垃圾填埋场外的净化填料塔；

所述垃圾填埋器包括壳体、位于壳体顶部的出气口、位于壳体内的至少两层生活垃圾填埋层、对应设置在每层生活垃圾填埋层上的固碳层，所述固碳层为新鲜生活垃圾焚烧炉渣颗粒；

所述净化填料塔包括塔体、分别位于塔底下部的气体进口和顶部的气体出口、位于塔体内且设于气体进口和气体出口之间的至少两层填料层、位于相邻两填料层之间的雾化加湿装置，所述填料层为风化生活垃圾焚烧炉渣颗粒；

所述垃圾填埋器的出气口与净化填料塔的气体进口之间由带有风机的管道连接。

2.根据权利要求1所述填埋气场内-场外联合处理的方法，其特征在于，所述填埋气在净化填料塔内的停留时间为6～10小时。

3.根据权利要求1所述填埋气场内-场外联合处理的方法，其特征在于，净化填料塔内将填埋气流速控制在0.3-0.5m/h。

4.根据权利要求1所述填埋气场内-场外联合处理的方法，其特征在于，净化填料塔内温度控制在20-35℃。

5.根据权利要求1所述填埋气场内-场外联合处理的方法，其特征在于，位于两个生活垃圾填埋层之间的固碳层的厚度与与之相邻的两个生活垃圾填埋层的总厚度比为1:3～3.5；位于顶层的固碳层的厚度为20～30cm。

6.根据权利要求1所述填埋气场内-场外联合处理的方法，其特征在于，位于两个生活垃圾填埋层中间的新鲜生活垃圾焚烧炉渣颗粒的粒径不大于20mm；位于顶层的新鲜生活垃圾焚烧炉渣颗粒的粒径为10～40mm。

7.根据权利要求1所述填埋气场内-场外联合处理的方法，其特征在于，所述填料层的厚度为100～150cm。

8.根据权利要求1所述填埋气场内-场外联合处理的方法，其特征在于，所述风化生活垃圾焚烧炉渣颗粒的粒径不大于10mm。

9.根据权利要求1所述填埋气场内-场外联合处理的方法，其特征在于，所述塔体底部带有蓄水池，所述雾化加湿装置与蓄水池之间由水泵连通。