六里屯垃圾填埋場臭味氣體處理方案0701

1、六里屯垃圾填埋場I 期填埋區(qū)（已封場） 、II 期填埋區(qū)的臭味氣體處理方案中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心2007 年 1 月 15 日目錄1 概述 21.1 現(xiàn)有臭味氣體的主要成分和治理方法 21.2 生物處理技術(shù)的特點(diǎn) 31.3 現(xiàn)有的生物處理技術(shù) 41.4 幾種生物處理技術(shù)的比較 . 71.5 臭味氣體生物處理工藝的選擇 82 六里屯垃圾填埋場臭味氣體處理技術(shù)與設(shè)施 103 六里屯垃圾填埋場臭味氣體處理方案 113.1 已封場的垃圾填埋區(qū)（ I 期） 113.2 填埋場工作區(qū)（ II 期）： 131 概述隨著市民人均收入和消費(fèi)水平的提高， 城市規(guī)模的擴(kuò)展和郊區(qū)小城鎮(zhèn)建設(shè)步 伐加快，城市生活垃圾

2、問題已日益凸顯。六里屯垃圾填埋場消納的是未經(jīng)處理的生活垃圾，有機(jī)成分多，在填埋一段 時間后，會產(chǎn)生大量的氣體，其主要成分是甲烷。甲烷濃度在5% 15%之間極易發(fā)生爆炸，對填埋場是一大隱患。因此，需要用收集導(dǎo)管導(dǎo)出排放。沼氣又 是一種溫室氣體，其溫室效應(yīng)為二氧化碳的 40 倍，對空氣破壞力極強(qiáng)。同時， 產(chǎn)生氣體還含有硫醇類、硫化氫、氨等氣體，異味嚴(yán)重，不僅產(chǎn)生強(qiáng)烈的感官刺 激，有些惡臭物質(zhì)具有毒性， 逸散到空氣中的惡臭物質(zhì)隨著空氣的流動擴(kuò)散到各 處，又會帶來區(qū)域性影響。 填埋區(qū)表積污水和作業(yè)面水分蒸發(fā)以及污水處理區(qū)在 停留和處理過程中也會產(chǎn)生臭味氣體， 一期工程填平以后， 局部地表被填埋體中 產(chǎn)

3、生的氣體頂起， 發(fā)生自然釋放現(xiàn)象， 由此產(chǎn)生對周邊環(huán)境的異味污染和擾民問 題。1.1 現(xiàn)有臭味氣體的主要成分和治理方法通常，臭味氣體中的發(fā)臭物質(zhì)的主要成分包括： 含硫化合物， 如硫化氫、 硫醇、硫醚類； 含氮化合物，如氨、胺類； 低級脂肪酸，如乙酸、丙酸； 烴類物質(zhì)，如苯乙烯等。其中硫化氫、氨和硫醇是主要的臭味物質(zhì)。臭味氣體的處理方法有很多，主要有物理法、燃燒法、化學(xué)氧化法、吸收 法、吸附法、生物法等。燃燒法可以將臭味氣體中的有機(jī)物質(zhì)轉(zhuǎn)化成二氧化碳和水，有機(jī)物破壞機(jī) 理包括氧化、熱裂解、熱分解。這種方法適于高濃度的臭味氣體處理，其缺點(diǎn)是 能耗高，處理不完全會造成二次污染。利用某些固態(tài)多孔性吸附

4、劑對氣態(tài)污染物具有很強(qiáng)吸附能力以達(dá)到吸附分 離污染物的方法稱為吸附法。 與其他方法相比， 吸附法具有去除效率高， 能耗低， 工藝成熟，易于推廣使用的優(yōu)點(diǎn)，具有很好的環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益。缺點(diǎn)是處理設(shè)備 龐大，流程復(fù)雜，當(dāng)氣體中有膠粒物質(zhì)或其它雜質(zhì)時，吸附劑易失效，需要再生, 工藝復(fù)雜。利用發(fā)臭污染物在某些液態(tài)溶劑或溶液中具有很好溶解度以達(dá)到分離污染物的目的的方法稱為吸收法。該法不僅能消除氣體中的污染物，而且往往能將污 染物轉(zhuǎn)化為有用產(chǎn)品。但是吸收劑需要再生，工藝復(fù)雜，還會產(chǎn)生二次污染。生物法處理臭味氣體具有成本低、操作簡便、技術(shù)清潔、無二次污染等優(yōu) 點(diǎn)，因而更多地受到關(guān)注，成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。荷蘭的

5、J Van Groenestijn對幾種廢氣處理方法，在投資及運(yùn)行費(fèi)用方面進(jìn) 行了比較，結(jié)果如表1所示。與普通物理、化學(xué)處理技術(shù)相比，生物處理技術(shù)的 投資及運(yùn)行費(fèi)用是最低的。表1幾種廢氣處理方法的投資及運(yùn)行費(fèi)用的比較處理技術(shù)投資費(fèi)用（荷蘭盾，按每小時單位進(jìn)氣量計）運(yùn)行費(fèi)用（荷蘭盾，按1000m3氣量計）生物濾池8-150.50-5化學(xué)吸收法10-2002.5-25焚燒法25-1506-8催化焚燒法33-9514-181.2生物處理技術(shù)的特點(diǎn)臭味氣體的生物處理方法是利用微生物將臭味氣體中發(fā)臭污染物降解或轉(zhuǎn)化為無害或低害類物質(zhì)的過程。微生物凈化作用是以微生物（一般是細(xì)菌、真菌 等）降解化合物的能力

6、為基礎(chǔ)，在有氧條件下，將臭味氣體中的有機(jī)物氧化為簡 單無機(jī)物（如水、二氧化碳等）。其中，部分有機(jī)物被轉(zhuǎn)化為新細(xì)胞物質(zhì)。與物理化學(xué)處理方法相比，生物法用于處理臭味氣體中污染物的主要優(yōu)點(diǎn)是：1、微生物可將臭味氣體中的污染物氧化和分解，達(dá)到去除的目的, 并且污染物不會被轉(zhuǎn)移到其它地方，不產(chǎn)生二次污染。2、適用圍廣，可以縮短工藝流程，利用比較簡單的工業(yè)設(shè)備，有效地對揮 發(fā)性有機(jī)物進(jìn)行處理。 因?yàn)槠湮談┑脑偕梢灾苯油ㄟ^吸收劑中的微生物的作 用來實(shí)現(xiàn)，不需要如物化吸收和吸附那樣的專門再生設(shè)備，從而降低處理費(fèi)用。3、微生物通常是在低營養(yǎng)條件下進(jìn)行的，所生成的剩余污泥少。4、設(shè)備簡單，操作簡便，投資少，運(yùn)

7、行費(fèi)用低。1.3 現(xiàn)有的生物處理技術(shù)生物濾池、 生物洗滌塔和生物滴濾池是三種主要的臭味氣體生物處理技術(shù)。 在實(shí)際應(yīng)用中，采用的具體方法是根據(jù)臭味氣體中發(fā)臭物質(zhì)的類型與性質(zhì)而選擇 的。1.3.1 生物濾池（ Biofilter ） 生物濾池是最早被研究和使用的一種處理揮發(fā)性有機(jī)污染物和除臭的生物 技術(shù)。1923年 Bach 就曾利用土壤過濾床去除污水處理廠散發(fā)的含硫化氫等惡臭 物質(zhì)的氣體。 早期生物濾池主要用于減少臭味氣體的惡臭氣味。 到了二十世紀(jì)八 十年代以后，其應(yīng)用圍已擴(kuò)展到去除許多易被生物降解的揮發(fā)性有機(jī)污染物方 面。生物濾池（見圖 1）部充填活性填料，臭味氣體經(jīng)加壓預(yù)濕后，從底部進(jìn)入 生

8、物濾池，與填料上附著生長的生物膜（微生物）接觸，被生物膜吸收，最終降 解為水和二氧化碳，處理過的氣體從生物濾池的頂部排出。生物濾池處理技術(shù)的特點(diǎn)是生物相和液相都是不流動的，而且只有一個反 應(yīng)器，氣 -液接觸面積大、運(yùn)行和啟動容易、運(yùn)行費(fèi)用低。適于處理的發(fā)臭污染 物圍廣，因而應(yīng)用最廣泛。排放（氣1.3.2 生物洗滌塔（Bioscrubber）生物洗滌塔通常由一個裝有填料的洗滌器和一個具有活性污泥的生物反應(yīng) 器構(gòu)成（見圖2）0洗滌器里的噴淋柱將微小的水珠逆著氣流噴灑，使臭味氣體 中的發(fā)臭污染物與填料表面的水接觸， 被水吸收而轉(zhuǎn)入液相，從而實(shí)現(xiàn)質(zhì)量傳遞 過程。如果污染物的濃度較低、水溶性較高，則極易

9、被水吸收，帶入生物反應(yīng)器。 在生物反應(yīng)器，發(fā)臭污染物質(zhì)通過活性污泥中微生物的氧化作用，最終被去除。 與生物濾池不同的是，生物洗滌塔工藝中的液相（通常帶有懸浮微生物）是流動 的，在兩個分開部分連續(xù)循環(huán)。這有利于控制反應(yīng)條件，便于添加營養(yǎng)液、緩沖 劑和更換液體，除去多余的產(chǎn)物。其反應(yīng)的溫度和pH值等因素也可以監(jiān)測、控制。為了防止活性污泥沉積和降解有機(jī)物， 活性污泥反應(yīng)器需要曝氣設(shè)備，并控 制有關(guān)條件，如溫度，pH值，碳、氮、磷之間比率，以確保微生物在最佳條件 下發(fā)揮作用。在洗滌塔中，VOCs從氣相轉(zhuǎn)移到液相的傳質(zhì)過程是必經(jīng)過程，因而與其他生物反應(yīng)器相比，氣-液的傳質(zhì)效率尤為重要。一般，親水性物質(zhì)的

10、傳質(zhì)效率高 于疏水性物質(zhì)的傳質(zhì)效率。生物洗滌塔適用于處理親水性的污染物質(zhì)。133 生物滴濾池(Biotrickling filter)圖3生物滴濾池生物滴濾池被認(rèn)為是介于生物濾池和生物洗滌塔之間的處理技術(shù)。廢氣中污染物的吸收和生物降解同時發(fā)生在一個反應(yīng)裝置（見圖3）。滴濾池填充填料，循環(huán)水不斷噴灑在填料上，填料表面被微生物形成的生物膜所覆蓋。臭味氣體通 過滴濾池時，臭味氣體中的污染物被微生物降解。生物滴濾池只有一個反應(yīng)器， 設(shè)備較簡單，生物相靜止而液相流動，世代周期長的微生物也能很好地生存。 但 生物滴濾池填料的比表面積（即單位柱體積接觸面積）比較低，為100-300 m2m-3, 它不適于處

11、理含水溶性差的污染物的臭味氣體。1.4幾種生物處理技術(shù)的比較生物濾池、生物洗滌塔和生物滴濾池各有其特點(diǎn)和應(yīng)用條件（表2）。因此，應(yīng)根據(jù)廢氣中污染物的特性和條件，選擇適宜的處理技術(shù)。表2廢氣生物處理技術(shù)特點(diǎn)比較特點(diǎn)優(yōu) 點(diǎn)缺點(diǎn)生物單一反應(yīng)器；微生物氣/液表面積比值高；反應(yīng)條件不易控制；進(jìn)濾池和液相固定。設(shè)備簡單；運(yùn)行費(fèi)用氣濃度發(fā)生變化適應(yīng)低。慢；占地面積大。生物兩個反應(yīng)器；微生物設(shè)備緊湊；低壓力損傳質(zhì)表面積低；需大量洗滌懸浮于液體中；液相失;反應(yīng)條件易于控提供氧才能維持咼降塔流動。制。解率；需處理剩余污泥；投資和運(yùn)行費(fèi)用高。生物單個反應(yīng)器；微生物與生物洗滌塔相比設(shè)傳質(zhì)表面積低；需處理滴濾固定,液相

12、流動。備簡單。剩余污泥；運(yùn)行費(fèi)用池高。1.5 臭味氣體生物處理工藝的選擇已報道的能夠利用生物濾池、 生物洗滌塔和生物滴濾池降解的發(fā)臭污染物包 括：含硫化合物、含氮化合物、羧酸類、烷烴類、醛類、醇類、酮類、酯類、醚 類、烯烴類、以及多數(shù)芳烴類化合物等。一般認(rèn)為，用生物法處理惡臭物質(zhì)需經(jīng)過以下三個階段：1. 污染物由氣相轉(zhuǎn)移到液相；2. 進(jìn)入液相中的污染物被微生物吸收；3. 進(jìn)入微生物體的有機(jī)物在代過程中作為能源及營養(yǎng)物質(zhì)被分解， 從而轉(zhuǎn)化 為無害的無機(jī)物質(zhì)。其中，揮發(fā)性有機(jī)污染物從氣相轉(zhuǎn)移到液相表面并到達(dá)微生物表面是整個生 物處理系統(tǒng)的關(guān)鍵。臭味氣體中的污染物可分為疏水性和親水性兩類物質(zhì)。疏水性

13、物質(zhì)不溶于 水，而親水性物質(zhì)在水中的溶解度也相差很大， 其溶解度大小可通過亨利系數(shù)來判斷。根據(jù)亨利定律：P =Cl X H(1)對于理想氣體 :P =Cg RT(2)因此:H= (Cg/Cl) RT = H c RT(3)Hc =H/ ( RT)(4)式中 C l 某污染物在液相中的濃度 (molm-3);Cg 某污染物在氣相中的濃度 (molm-3);P 某污染物在氣相中的分壓力 (Pa);H 亨利系數(shù) (Pa m3mol-1);Hc 用某污染物在氣相中的濃度與液相中的濃度之比表示的亨利系數(shù)，(HC= Cg/Cl);R 氣體常數(shù) (8.314 Pa m 3mol-1K-1);T 溫度 (K)

14、由式 可知，在一定溫度、壓力下，當(dāng)C較小，即某污染物在液相中的濃度 較低時,亨利系數(shù)H較高;當(dāng)C較大，即某污染物在液相中的濃度較高時，亨利系 數(shù)H較低。在實(shí)際中，通常使用無量綱的 H代替H判斷氣體的溶解度大小。H 與H可通過式（2-4）換算（當(dāng)溫度為298K,即25C時，RT值為2.48 KPar3mol-1 ）。資料表明,當(dāng)亨利系數(shù)較低（0.01 ）,易溶于水的污染物質(zhì)適于用生物 洗滌塔處理；亨利系數(shù)較高1）,難溶于水的污染物質(zhì)適于用生物濾池處理；溶解性介于兩者之間的污染物質(zhì)（0.01< Ht<1）則可用生物滴濾池處理。而當(dāng)污染 物質(zhì)的亨利系數(shù)大于 10，極難溶于水時，由于其界面

15、傳質(zhì)速率低而不適于用生 物方法處理 4 。當(dāng)然，處理技術(shù)的選擇并不是絕對的 ,某些污染物既可以用生物 滴濾池處理也可以用生物濾池處理；對于某些HC>10的污染物質(zhì)，還可利用真菌進(jìn) 行降解。2六里屯垃圾填埋場臭味氣體處理技術(shù)與設(shè)施常規(guī)的除臭生物反應(yīng)器，主要采用細(xì)菌作為微生物的主體，細(xì)菌適合于在水 中或潮濕的環(huán)境中生存。因此，對于水溶性好的污染物，利用細(xì)菌進(jìn)行生物降解， 會得到很好的去除效果。但是，對于在水中溶解度低的物質(zhì)，細(xì)菌表面的水層將 影響傳質(zhì)速率，導(dǎo)致處理效率降低。真菌降解疏水性或水溶性差的污染物的效率高于細(xì)菌，可在較干燥的環(huán)境中 生長，無需連續(xù)噴灑水來維持濕潤環(huán)境，這就使得臭味物質(zhì)

16、可直接與微生物接觸 并被降解；真菌適應(yīng)的pH值為3-6，處理酸性臭氣或出現(xiàn)酸性積累時，不需要加 堿調(diào)整pH值。實(shí)際上，臭氣中所含的污染物是多樣而復(fù)雜的，既有疏水性物質(zhì)，也有親 水性物質(zhì)，單一地利用細(xì)菌或真菌都難以同時有效地去除。針對垃圾填埋場排放的氣體的特點(diǎn)，本方案采用中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心研制開發(fā)的復(fù)合式生物除臭反應(yīng)器處理排放的臭味氣體，該生物除臭反應(yīng)器克服了單一生物除臭反應(yīng)器的缺陷， 利用細(xì)菌、真菌的協(xié)同作用，通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化 與條件控制，使不同類型的微生物在反應(yīng)器的不同功能區(qū)生長，能有效地將臭味 氣體中的親水性和疏水性揮發(fā)性有機(jī)污染物和惡臭物質(zhì)同時去除，達(dá)到凈化和除臭的目的。本技術(shù)設(shè)備簡

17、單、運(yùn)行操作簡便、運(yùn)行成本低、處理效果穩(wěn)定。臭味 氣體處理工藝如圖1所示。氣體收集臭味氣體-生物除臭系統(tǒng)-排放氣泵圖i垃圾填埋場臭味處理工藝流程圖3 六里屯垃圾填埋場臭味氣體處理方案為了有針對性地處理已封場的垃圾填埋區(qū)、垃圾填埋場作業(yè)區(qū)的臭味氣體， 在本方案中分別采用不同的方式。3.1 已封場的垃圾填埋區(qū)（ I 期）對于已封場的垃圾填埋區(qū) （I 期），表面覆蓋膜后， 在周邊或中央建立生物除 臭系統(tǒng)。為了保持適宜微生物生長的適宜溫度， 防止夏季除臭設(shè)備被高溫暴曬以 及冬季水管爆裂， 除臭系統(tǒng)放置在簡易房。 為了便于將覆蓋膜下的臭味氣體抽送 至生物除臭反應(yīng)器， 在覆蓋膜前， 應(yīng)使封場的覆土表面形成

18、一些土梗， 以使覆蓋 膜與地面有一定的空間，保證氣體的流動通暢。土梗的高度在 5cm 左右即可。產(chǎn)氣量估算封場的垃圾填埋區(qū)（ I 期），已填埋垃圾 350 萬噸，總填埋高度為 28m,占地面積160X04 m2，中期封場約1年時間，沼氣收集系統(tǒng)，于2006年8 月建成并使用，燃燒沼氣約24005100m3/天。3.1 .2覆蓋膜方案（已經(jīng)組織施工）I期填埋區(qū)于2006年8月前，完成了土壤覆蓋，平均覆土厚度為 600mm， 由于垃圾堆體的不均勻沉降， 在垃圾堆體表面出現(xiàn)了許多不規(guī)則裂縫， 為了強(qiáng)化 控制土壤覆蓋層和裂縫中臭氣對空排放， 特別是防止沼氣收集過程中， 局部負(fù)壓 造成空氣倒流進(jìn)入垃圾堆

19、體，形成爆炸隱患。因此采用高密度聚乙烯（HDPE）膜（厚1.0mm）進(jìn)行臨時覆蓋，施工工期約為1個月。HDPE 土工膜是綜合性能 優(yōu)良的防滲膜，其機(jī)械性能、耐化學(xué)腐蝕性、抗老化性、抗戳穿、易鋪設(shè)、防水 性能好、不透氣使用壽命長， 也是覆蓋層的理想材料， 尤其適用于堆體表面大及 高程變化較大的情況。在臨時覆蓋層的下面鋪設(shè)0.30.5米厚的好土層，以保證 垃圾堆體的表面沒有尖銳的物體。但由于覆蓋后， 覆蓋土?xí)驗(yàn)槔洋w發(fā)酵溫度升高， 造成土壤變干， 同時土壤中的微生物等也會因?yàn)樗值汀囟雀叨セ钚?，截留臭氣的能力減弱。 另外垃圾氣體向上逸出后在 HDPE膜下積聚，由于HDPE膜致密的不透氣性

20、， 形成沼氣積累，有爆炸的潛在危險?；谏鲜鲈?，覆蓋HDPE膜后，應(yīng)及時把膜下積聚氣體抽出凈化后排放。處理方案本方案主要是解決HDPE膜下積聚氣體。為了保證抽氣效率，同時，考慮到因 HDPE膜破損，抽氣時空氣會進(jìn)入膜 下，處理臭氣量將高于實(shí)際產(chǎn)生量。建立 10套同樣大小的處理系統(tǒng)，分區(qū)域處 理。設(shè)計每套系統(tǒng)處理臭味氣體量為100 m3/h,每日運(yùn)行8小時，每套系統(tǒng)的氣 體日處理量為800 m3，10套系統(tǒng)每日處理氣體 8000m3。其中：復(fù)合式生物除臭反應(yīng)器總體積為1.44 m3（長觀X高=2.5 X.8 >1.8;有效體積6.1m3;停留時間為3.66min）,占地面積4.5m2。生

21、物除臭系統(tǒng)，包括：生物除臭反應(yīng)器、氣泵、清水泵、水箱（3.0m3）、止 回閥、管道，保溫系統(tǒng)，數(shù)字微控機(jī)，發(fā)電機(jī)等，總占地面積約10m2。投資經(jīng)費(fèi)估算臭味氣體處理工藝主要設(shè)備費(fèi)用估算如下表所示。表3臭味處理工藝主要設(shè)備投資費(fèi)用（單位：萬元）名稱規(guī)格數(shù)量（套）單價萬兀）合計（萬元）生物除臭系統(tǒng)2.5m X 1.8m X104.545.01.8m（包括水箱、管道）（長X寬X高）防爆氣泵（10用10備）3100 m/h201.020.0清水泵100.55.0保溫系統(tǒng)102.525.0數(shù)字微控機(jī)102.020.0發(fā)電機(jī)101.515.0接種菌劑500.5/立方米填料25.0設(shè)計費(fèi)（按上述5 % ）7.75調(diào)試費(fèi)（按上述10%）7.75總計170.53.2填埋場工作區(qū)（II期）：對于正在進(jìn)行垃圾填埋的工作區(qū)域 （II期），共計16X 104m2考慮到運(yùn)輸車 進(jìn)出場道路約占2X 104m2黃土覆蓋后不作業(yè)超過半年的區(qū)域面積為1 X 104m2每周必須的作業(yè)區(qū)域約為2X 104m2可進(jìn)行HDPE膜覆蓋的區(qū)域約為11X 104m2 由于II期垃圾填埋采用臨時覆蓋，即堆體 4m高時，