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随着经济和人口的发展,日益增加的城市生活垃圾填埋量带来了垃圾填埋气产量的迅速上升。填埋气体的任意排放带来了严重的安全隐患和环境问题。同时垃圾填埋气50%左右的甲烷含量使其具有较高的热值,目前填埋气作为一种新能源被广泛关注,并开发出了填埋气发电、填埋气制热等填埋气资源化利用新技术。垃圾填埋气已成为一种新型高效的绿色能源,具有广阔的发展空间和多重的经济环境效益。
本课题针对填埋气在收集、预处理、燃烧利用过程中H2S带来的管道、设备腐蚀和硅氧烷带来的设备沉积结垢、磨损等技术难题,提出在填埋气预处理流程中加入填埋气深度净化技术,包括H2S脱除技术和国内首次提出的硅氧烷脱除技术。这两种技术降低了管道设备维修周期和费用,延长了燃气设备的使用寿命,为填埋气的资源化利用提供了保障。
论文分别采用了络合铁法和活性炭法对填埋气中的H2S进行脱除。其中络合铁脱硫法采用EDTA和柠檬酸为铁盐络合剂的循环脱硫体系,以南京轿子山垃圾填埋场填埋气为气源进行脱硫中试试验,结果表明试验所建立的络合铁脱硫体系运行稳定,总体脱硫效率稳定在90%以上,在进气H2S浓度<220mg/m3时净化后填埋气中H2S浓度低于20mg/m3,达到燃气利用标准,也完全符合国家环境排放标准。
在活性炭脱除填埋气中的H2S实验中,通过BET和BJH孔径分布对12种不同的活性炭进行了孔结构表征,并采用自配H2S模拟气体对活性炭进行H2S吸附穿透实验,实验结果表明中孔活性炭AC-4脱硫效果最差;微孔活性炭AC4060和AC-3穿透点早,并且在较短时间内完全穿透。活性炭XM4080和AC-6脱硫效果最好。另外文章还提出了气体温度的降低和气体相对湿度的增大均有利于活性炭对填埋气中H2S的脱除。
论文阐述了填埋气中硅氧烷的来源与危害,研究开发了以甲醇为吸收剂的硅氧烷采样技术和采样装置,配合GC-FID可以对填埋气中的硅氧烷浓度进行采样检测。同时文章对南京轿子山和苏州七子山垃圾填埋场填埋气中硅氧烷背景浓度进行监测,并以七子山填埋气为气源开展了活性炭对硅氧烷的脱除效果中试试验,结果表明硅氧烷脱除效率随着硅氧烷进气负荷的增大而减小,但当进气浓度大于6 mg/m3时脱硅效率曲线下降平缓,而且总体上活性炭的脱硅效率大于93%,净化后填埋气中的硅氧烷浓度控制在0~0.6mg/m3的范围内,远小于发电机组等填埋气后续利用设备所要求的2.0mg/m3,满足填埋气资源化利用的气体质量标准。硅氧烷吸附穿透中试实验表明实际工程中可以按照每45~60天的周期更换活性炭。