光催化氧化除臭技術在垃圾焚燒廠的應用

洪克濤

（中國輕工業廣州工程有限公司，廣東廣州 511400）

0 引言

國內經濟和生活水平的高速進步導致生活和生產垃圾的排放容量不斷增加，而急劇增加的各類垃圾已成為污染環境的罪魁禍首，嚴重影響人們的生活空間。利用垃圾焚燒發電是目前一種可以解決垃圾圍城的有效措施，而垃圾焚燒發電廠的日常運行必定會對周圍環境造成一定的影響，其中主要的影響為垃圾產生的惡臭氣體。垃圾焚燒發電廠的惡臭物質濃度一般較低，但惡臭氣體的成分復雜，其治理的難道也比一般的大氣污染大。這就要求垃圾焚燒發電廠對產生的廢氣在對外排放前需進行預處理，以達到廢氣對外排放的國家標準要求。

1 惡臭污染物的來源與種類

1.1 惡臭污染物的來源

在垃圾焚燒廠區內引起惡臭污染物的源頭主要有以下幾點：垃圾運輸車運輸過程中滴漏的垃圾滲瀝液；垃圾卸料平臺卸料過程中撒漏的垃圾滲瀝液；垃圾池貯存過程中垃圾發酵產生的臭氣；垃圾進料斗進料過程中滲出的滲瀝液和堆存的垃圾散發的味道；垃圾滲瀝液處理過程產生的臭氣、異味。

1.2 惡臭污染物的種類

垃圾焚燒廠區內引起惡臭的污染氣體主要原因是垃圾中混合的各種物資腐爛而散發的惡臭氣體。當環境中空氣含氧量足夠時，垃圾的發酵過程中有機成分在吸氧菌種的影響下釋放出有刺激性氣體NH3等；當空氣中含氧量較少時，環境中的厭氧性菌種會把垃圾分解為分子量較低的聚合物，惡臭污染物主要包含：酸、醛、酮、含硫的化合物和含氮的化合物等。

2 惡臭物質的處理方法

在鍋爐事故停運或檢修無送風需求時，垃圾池需排氣維持負壓，排氣需經除臭處理。根據垃圾焚燒發電廠所產生的惡臭主要種類，經調查，國內同類項目應用較多的惡臭治理方法主要有：土壤處理法、植物溶液吸收法、生物濾池處理法、活性炭吸附法及光催化氧化法等。其中，土壤處理法、生物濾池處理法和植物溶液吸收法等方法占地較大，投資成本較高，一般項目很少應用。活性炭吸附法的惡臭氣體的性能較好，但是活性炭吸附到一定量后會達到飽和，就必須再生或更換活性炭，運行費用較高和使用壽命較低，使用壽命后期會對減小或失去對惡臭氣體的吸附功能。光催化氧化的除臭技術的設備除了初設投資費用較高以外，其具有處理效率高、運行費用和維護費用較低，適用于低濃度廣范圍的VOCs氣體，特別對芳烴的去除效率高以及設備的使用壽命長等優點。

3 光催化氧化技術工藝

3.1 光催化氧化技術簡介

光催化氧化的除臭設備主要使用不銹鋼金屬制作，裝置的內部設置光解和催化兩個單元。通過利用微波激發高通透的石英紫外線管，產生多種波段的高能紫外線，其中波長在200nm以下的真空紫外輻射能光解氣體中的氧氣，使其生成氧活性粒子。氧活性粒子在微波場中能保持較長一段時間，并能與惡臭氣體分子發生氧化分解反應，消除惡臭對環境的影響。同時，微波場的熱效應除了加快系統的氧化速度外，它的非熱效應在光解過程中作用更加突出，微波場雖然不能使分子離子化，但是它能以億倍的速度提高離子化的分子的運動速度，極大提升光子的撞擊能量，達到雪崩式裂解污染物的作用。另外，一部分氧活性粒子在微波場、光催化和相應的濕度環境下，反應成具有強氧化力的羥基自由基，與惡臭污染物發生化學反應將其快速分解。

3.2 光催化氧化除臭技術的工藝流程

惡臭氣體經氣體收集風管系統收集后，在引風機的抽吸作用下，依次經過酸性（硫酸）洗滌塔、光催化氧化裝置和堿性（氫氧化鈉）洗滌塔進行處理。臭氣經過酸性洗滌塔去除大部分粉塵及氨氣等堿性物質，而后進入光催化氧化裝置設備內，經過微波協同高能紫外線及其裂解氧氣產生的氧活性粒子共同光解氧化惡臭氣體，將惡臭污染物分解為二氧化碳、水以及無害的小分子化合物。其未礦化的低分子化合物和產生的臭氧，通過臭氧催化反應裝置催化臭氧產生氧活性粒子，與低分子化合物、硫化氫、氨氣等發生氧化分解反應。所處理的氣體最后進入堿洗洗滌塔中，經堿液噴淋處理達到排放標準后經排氣筒排至大氣環境。

圖1 光催化氧化除臭工藝流程

（1）噴淋洗滌工作原理

在引風機的作用下，含有惡臭污染的廢氣從位于洗滌塔的下部的進氣口沿切向流入洗滌裝置內，并迅速占據設備進氣段的空間，再勻速流過設備的填料吸收區域。在填料吸收區域，廢氣中含有的酸性（或堿性）物質與洗滌溶液中的堿性（或酸性）物質發生酸堿中和反應，生成具有可溶解的酸（堿）類物質，并通廢液一起排入廢液收集池中。

（2）微波的作用原理

微波的作用原理：利用升壓裝置獲得的高壓電能經過磁控管產生微波能，再通過波導管將微波釋放到共振空腔內，產生具有微波能的電磁場；惡臭廢氣在微波能電磁場作用下捕捉到能量后，通過氣體分子之間的劇烈撞擊而電離分解，獲取到自由電子和離子；當自由電子和離子的數量增大到一定程度后，氣體分子的參數產生變化而導致微波能電磁場的發生變化，最終導致氣體的電離參數的變化。通過氣體分子間的反應作用，使廢氣中的等離子體始終處于平衡狀態，并對外界輻射出強度穩定的紫外線和可見光。

-OH（羥基自由基）的產生原理：當惡臭惡氣處在相應濕度的空間時，在微波、紫外與臭氧聯合作用，可以生成具有更強氧化能力的-OH（羥基自由基）。-OH（羥基自由基）的氧化還原反應能力比普通氧化劑要強，與惡臭氣體的化學反應迅速。

（3）臭氧催化氧化反應原理

臭氧催化與微波光解惡臭氣體和微波光解設備產生的少量臭氧，經過活性炭層吸附粉塵和部分硫化物后，抵達臭氧催化劑層。臭氧在過渡金屬催化劑界面，發生分解反應，產生氧活性粒子O（3P）。O（3P）和其他未反應完全的氧活性粒子在過渡金屬催化劑界面與惡臭氣體進一步發生反應，氧化硫化氫等無機化合物，礦化一部分VOCs，同時將另外的VOCs降解為低分子酸、醛、酮等可溶性有機物。

4 在垃圾焚燒發電項目上的應用

根據已運行的生活垃圾焚燒廠臭氣處理情況，垃圾焚燒廠在正常運行情況下主要采用負壓、封閉、燃燒等方式控制垃圾在運輸、貯存及燃燒過程中惡臭的擴散。平時生產時，利用鍋爐的一次風引風機從垃圾坑的上部吸風口吸入含有惡臭廢氣的空氣作為燃燒空氣送入垃圾焚燒爐內，惡臭氣體在垃圾焚燒爐內被燃燒分解。當垃圾焚燒爐事故停運或停爐檢修時，焚燒爐對一次風的需求量減少到無法滿足垃圾坑內維持負壓的狀態，為了防止臭氣外逸而污染外界的環境，通過垃圾坑內的負壓監測儀表探頭連鎖啟動除臭通風裝置，將垃圾坑內的惡臭氣體通過應急除臭裝置處理后達到國家相關標準后再高空排放。

根據山東省某垃圾焚燒項目的生產情況，其垃圾貯坑內所需處理的原始臭氣濃度分析內容見表1。

表1 垃圾貯坑內原始臭氣濃度

鍋爐停運時，垃圾貯坑惡臭氣體處理采用兩級洗滌+光催化氧化的廢氣處理技術，除臭系統的設計風量按1—2次/小時的通風換氣次數計算，確保垃圾貯坑內部微負壓狀態。除臭設備正常運行時，其排放的惡臭氣體的濃度指標均達到國家二級排放標準要求。

5 結語

（1）光催化氧化技術在該類項目的除臭應用中總體反應良好，廢氣處理設備的操作方法簡單，運行維護管理方便，可以全天連續工作且能保證設備運轉穩定可靠。同等規模的情況下，光催化氧化除臭設備的總體運行費用相比活性炭除臭技術的運險費用要減少40%以上，節能效果良好，經濟效果顯著，符合我國的可持續發展要求。

（2）光催化氧化技術是近年來研制開發的一種廢氣治理技術，被處理的惡臭氣體的濕度大小不影響其最終的處理結果。其具有較強的適用性，可適應高濃度、大氣量以及多種類惡臭污染物的除臭處理，對于揮發的低濃度VOCs氣體的凈化效果顯著。

（3）目前影響光催化氧化技術推廣應用的因素主要是設備投資成本較高，因此，通過提高設備制造技術，降低設備的制造成本，可以在以后的項目中大范圍的推廣應用。