垃圾填埋气中微量挥发性有机物的净化技术

　1 前言
　　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]。除主要组分 CH4、CO2、N2 等外，Young 等[3]在英国 3 个填埋场的空气中，共检测出
154 种微量挥发性有机物（VOCs），其总体积浓度小于 1％，有 116 种在各填埋场中均可
检到。邹世春等[4]对广州大田山填埋场 LFG 的测定结果表明，在检测出的氯代烃类、苯系
物、氯代烃等 60 多种 VOCs 中，有 17 种属于 USEPA 优先控制的污染物。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
　　依据其存在形式，填埋气中的 VOCs 可分为两部分：少部分未经收集、即从垃圾填埋
表面散逸到空气中，这可通过改善覆盖材料、增加收集井、采用植被吸收等预防性措施减
少或消除；绝大部分 VOCs 经浓缩后与 CH4 一起贮存、需通过深度冷凝、吸附净化、溶剂吸
收、膜分离、生物过滤、催化燃烧等一种或多种物理、化学或生化工艺进行末端治理。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：
　　2.1 深度冷凝
　　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