UV光解催化技術在垃圾焚燒發電廠臭氣治理中的應用

文_趙巧榮 重慶豐盛三峰環保發電有限公司

1 概況

居民生活垃圾在堆放、收集、運輸，直至儲存到垃圾焚燒發電廠垃圾儲坑的過程中，垃圾自身降解產生的熱量所形成的高溫、高濕，構造了一個非常適宜微生物繁殖的環境。在眾多厭氧微生物和兼性厭氧微生物的作用下，垃圾發生降解，同時產生硫化氫、氨氣、甲硫醇等氣體。如此高濃度的異味空氣，即使經過大量新鮮空氣的稀釋，還是能夠讓人輕易聞到。發酵后的垃圾經過焚燒爐焚燒，變成飛灰、爐渣、煙氣、滲濾液等污染源，污染物狀態發生改變，從簡單的固態變成氣、液、灰狀等污染物，污染區域擴大，污染控制難度增加。

2 垃圾焚燒發電企業臭氣種類、濃度及主流除臭技術比較

2.1 生活垃圾產生的惡臭氣體種類及濃度

重慶豐盛三峰環保發電有限公司垃圾儲坑檢測值如表1所示。垃圾焚燒發電廠除臭技術比較如表2所示。

表1 重慶豐盛三峰環保發電有限公司垃圾儲坑檢測值

表2 垃圾焚燒發電廠除臭技術比較

3 UV光解催化技術

3.1 UV光解催化技術理論依據

UV光解催化技術是將TiO2、ZnO、WO3等光敏半導體材料在真空紫外燈（VUV）照射下將光能轉化成化學能，產生的粒子與水及氧氣反應后，產生具有強氧化能力的自由基，有非常強大的臭氣處理能力。該方法的優點是反應速率高，處理效果強，反應過程與處理有機廢氣的溶液關系不大等。

UV光解催化技術反應過程為特定波長(185nm和254nm)的高能紫外線，不僅能共振解離特征臭氣分子（如CS2共振波長為185nm）,并且能迅速分解空氣中的氧分子和水分子及耦合光觸媒反應生成具有強氧化性的氧自由基和羥基自由基，使得有機氣體徹底分解為CO2和H2O；同時微波促進羥基向·OH的轉化，協同促進臭氣大分子臭味鏈結構斷裂，使臭氣分子逐步礦化或者完全氧化，并可促進惡臭分子的表面羥基化，大幅提高其活性，從而提高除臭劑活性吸收的效率。整個分解、氧化、活化過程在瞬間完成。

3.2 光解過程

UV光解廢氣處理設備通過微波驅動內置真空紫外燈（VUV），可以發射特定波長185nm和254nm紫外光。其紫外光的光子能量分別為647kJ/mol和328kJ/mol，同時能直接光解空氣中的水和氧氣，生成羥基自由基、臭氧等高級氧化劑氧化去除臭氣。

3.3 催化氧化過程

VUV光解有機物過程產生二次污染物O3，紫外催化降解有機物利用VUV燈波長為185nm紫外光直接光解有機物后，使殘余有機物及VUV 光解的中間產物臭氧經254nm波長紫外光及臭氧催化劑TiO2光觸媒裝置，分解成O2和O·，O·與空氣中的H2O生成·OH，·OH和O·有很強的氧化性，可氧化去除有機廢氣，進一步提高臭氣去除率及降解VUV光解的中間產物。在節省成本的同時，實現污染物去除效率的提高與副產物臭氧的零排放。

3.4 VUV真空紫外燈

VUV真空紫外燈是光解催化設備核心元器件，對廢氣治理效果有直接影響。按每厘米的能量來分類，VUV真空紫外燈分別為80W/cm、100W/cm、120W/cm、150W/cm和240W/cm，UV輸出和固化速度之間往往并不是線性關系，二者之間的關系取決于多種因素，比如涂層、基材、反射器幾何形狀及燈的總數效率等，顏料材料對熱的敏感程度，顏料以及涂膜的厚度等都會影響到紫外光源的效能。

4 UV光解催化臭氣治理技術有效性研究（甲苯模擬工況降解實驗）

4.1 甲苯負荷降解實驗

該實驗目標污染物為甲苯，模擬工況條件風量為1000～2000m3/h，模擬污染物濃度≥500mg/m3。模擬工況下，隨著時間增加，污染物在設備間停留時間延長，甲苯可被有效降解，根據UV燈管排布數量不同，可得出不同處理數據，綜上可知甲苯可被有效降解，燈管過密排布反而會降低降解效率。

4.2 濕度、排數與光催化效率

該實驗目標污染物為甲苯，分別模擬工況條件風量為風量1000m3/h，甲苯濃度1.2×10-4，四排網；風量1000m3/h，甲苯濃度1.2×10-4，濕度RH=60%。具體反應情況如圖1及圖2所示。模擬工況下，UV光解效率與濕度、燈管數量均有關，即濕度要適中，單元排布負荷要適中。

圖1 濕度、排數與光催化效率1

圖2 濕度、排數與光催化效率2

4.3 甲苯光解光催化聯合降解實驗

該實驗目標污染物為甲苯，風量1000m3/h，甲苯濃度1.2×10-4，三排光解，五組光催化，濕度60%，具體反應情況如圖3所示。

圖3 甲苯光解光催化聯合降解

通過以上數據分析不難看出光解和光催化技術聯合應用對臭氣降解有倍增效果。

5 UV光解催化聯合活性炭吸附工藝治臭

對于垃圾焚燒發電廠臭氣的治理，在選擇治理技術與工藝設備時，必須進行充分調研和論證，既要考慮治理效果，也要考慮經濟效益，根據臭氣量、成分、濃度、投資及維護成本等方面進行綜合對比，優化選型。

重慶豐盛三峰環保發電有限公司在原有活性炭吸附的基礎上，增加了UV光解催化設備，活性炭吸附工藝與UV光解催化工藝相結合，既可以大幅度降低光解光催化裝置的設計負荷，降低綜合成本，又可以利用微波催化UV光解產生的臭氧分子對活性炭再生，可顯著延長活性炭的使用壽命。通過實際應用證明，臭氣治理效果非常顯著。

6 結語

垃圾焚燒發電廠臭氣治理是一個較為復雜的過程，治理工程的實施涉及到多門學科，每一項工程都帶有一定的特殊性，因此在工程設計與工藝選型方面必須慎重。UV光解催化技術只是順應時代發展需求，有效解決臭氣治理難題的一個途徑，相信在未來會有更多新工藝的設計研制和治理過程的優化設計，會出現更多針對各種治理工藝和技術的新材料的研究，也會有更多治理工藝與技術的高效結合。