針對傳統工藝的缺陷,近年來人們不斷改進單一工藝,發展聯合工藝。開發新工藝,如將化學氧化吸收和吸附工藝相結合,利用吸附劑保護催化劑,使處理效率大大增加,對低濃度硫化氫取出具有明顯優勢。典型的聯合工藝還有化學氧化洗滌,催化吸附等。新工藝發展最快的是生物過濾。澳大利亞、美國試驗結果表明,該工藝具有操作簡單,適用范圍廣,經濟、不產生二次污染等許多優點,特別適于處理水溶性低的有機廢氣,已被認為是最有前途的凈化工藝。以下根據回收利用方式不同,介紹一些填埋場氣體的凈化方法和工藝。
1. 活性炭和碳分子篩處理填埋氣的工藝流程
國外如美國、荷蘭、奧地利和德國已在使用將填埋場氣體轉化達到天然氣質量的設備。處理后的氣體可以達到天然氣的質量,而且可以用在任何按照天然氣設計的標準設備中而不需要進一步的處理,其甲烷氣體的含量大約在85%~90%之間。
處理工藝包括活性炭吸附和分子篩處理,以及液體溶劑或水萃取兩個步驟。下圖中給出了利用活性炭和碳分子篩處理氣體的流程。利用活性炭吸附硫化氫和有機硫化合物的工藝已經運用了很長的時間,填埋場氣體脫硫工藝是應用多孔的碘注入的活性炭作為吸附和催化的場所。在催化吸附工藝的過程中,硫化氫在有氧和活性炭催化劑的作用下被氧化成單質硫。硫化氫的催化氧化方程式如下:
反應過程產生的單質硫被吸附,而反應過程的另外一個產物水則從活性炭的表面解析出來。在通過固定的吸附床后剩余的硫化氫的濃度就已經降到不足1mg/m3。由于在反應過程中進行的是缺氧氧化,所以只能注入一定數量的氧氣。一般采用兩個固定吸附床,以便在一個床吸附飽和后切換到另一個床吸附。當進氣硫化氫濃度為5×10-6且反應單元運行六個月以上時一般就要切換了,飽和的活性炭可以扔掉也可以再生后重復利用。
各種有機物的去除是在第二步處理過程中運用選擇類型的活性炭完成的。這種類型的活性炭用在廢氣治理和溶劑再生中,用以吸附烴類和鹵帶烴類物質。有機物被活性炭吸附,吸附能力決定于污染物的類型和數量,在實際的應用中還與操作的方式有關。
處理工藝過程的設計要基于被處理的填埋場氣體中待去除物質的最低和最高濃度,還要考慮吸附平衡,解析的能量等問題。污染物負荷應在0.1%~40%之間變化,而且物質的沸點越高則允許的負荷就越大。下圖中給出了活性炭吸附單元的工藝流程圖。
2、碳分子篩選擇壓力吸附工藝
填埋場氣體的預處理工藝可以提高甲烷氣體的比例,比如用碳分子篩進行的選擇壓力吸附工藝以去除二氧化碳,下圖給出了該工藝的流程圖。
當二氧化碳被壓縮到5~10hPa時就能被吸附在碳分子篩上,少量的氮氣和氧氣也會積累并被去除。反向的壓力則能清洗飽和的碳分子篩,這些積累的氣體成分(CO2,N2,O2)此時就會被釋放到空氣中去。還可以選擇物理的或是化學的方法來清洗分子篩,例如用化學方法清洗時是用清洗劑固定二氧化碳。物理清洗是利用壓力水在10~30hPa的條件下進行的,清洗后甲烷的產量明顯提高。
3、膜法
氣體滲濾是一個壓力驅動的過程,氣體通過膜是由于膜兩側局部壓力的差異來實現的。物質通過非多孔材料膜的過程至少可以分成以下三個步驟:
①膜表面氣體的吸附;
②溶解性氣體通過膜的兩側;
③在膜的另一側氣體的脫附和蒸發。
在氣體滲濾過程中混合氣體的分離是根據不同氣體通過膜的速率各不相同而進行的。對于填埋場氣體用傳統的膜材料進行分離,氮氣和甲烷氣體的滲透性較差,而二氧化碳、氧氣、硫化氫和水蒸氣的滲透性較高。正是因為不同的滲透性,甲烷才能很容易的與二氧化碳分離。使處理后填埋氣體中CH4含量達到96%左右。
用膜法分離填埋場氣體的設備如下圖所示。氣體凈化系統的限制因素是氮氣在進氣中的比例。填埋場氣體中的微量污染物質如氯乙烯、苯等,則由于各自性質的差異而能夠得到不同程度的去除。無極性或極性較弱的物質一般積累在甲烷氣體中,而極性物質或易極化的物質與二氧化碳有相似的滲透性能,就隨二氧化碳一同被去除。(藍白藍網)