UV光解催化技術(shù)在垃圾焚燒發(fā)電廠臭氣治理中的應(yīng)用

文_趙巧榮 重慶豐盛三峰環(huán)保發(fā)電有限公司

1 概況

居民生活垃圾在堆放、收集、運(yùn)輸，直至儲(chǔ)存到垃圾焚燒發(fā)電廠垃圾儲(chǔ)坑的過(guò)程中，垃圾自身降解產(chǎn)生的熱量所形成的高溫、高濕，構(gòu)造了一個(gè)非常適宜微生物繁殖的環(huán)境。在眾多厭氧微生物和兼性厭氧微生物的作用下，垃圾發(fā)生降解，同時(shí)產(chǎn)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(jīng)過(guò)大量新鮮空氣的稀釋，還是能夠讓人輕易聞到。發(fā)酵后的垃圾經(jīng)過(guò)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(tài)發(fā)生改變，從簡(jiǎn)單的固態(tài)變成氣、液、灰狀等污染物，污染區(qū)域擴(kuò)大，污染控制難度增加。

2 垃圾焚燒發(fā)電企業(yè)臭氣種類、濃度及主流除臭技術(shù)比較

2.1 生活垃圾產(chǎn)生的惡臭氣體種類及濃度

重慶豐盛三峰環(huán)保發(fā)電有限公司垃圾儲(chǔ)坑檢測(cè)值如表1所示。垃圾焚燒發(fā)電廠除臭技術(shù)比較如表2所示。

表1 重慶豐盛三峰環(huán)保發(fā)電有限公司垃圾儲(chǔ)坑檢測(cè)值

表2 垃圾焚燒發(fā)電廠除臭技術(shù)比較

3 UV光解催化技術(shù)

3.1 UV光解催化技術(shù)理論依據(jù)

UV光解催化技術(shù)是將TiO2、ZnO、WO3等光敏半導(dǎo)體材料在真空紫外燈（VUV）照射下將光能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能，產(chǎn)生的粒子與水及氧氣反應(yīng)后，產(chǎn)生具有強(qiáng)氧化能力的自由基，有非常強(qiáng)大的臭氣處理能力。該方法的優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)速率高，處理效果強(qiáng)，反應(yīng)過(guò)程與處理有機(jī)廢氣的溶液關(guān)系不大等。

UV光解催化技術(shù)反應(yīng)過(guò)程為特定波長(zhǎng)(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(zhǎng)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(yīng)生成具有強(qiáng)氧化性的氧自由基和羥基自由基，使得有機(jī)氣體徹底分解為CO2和H2O；同時(shí)微波促進(jìn)羥基向·OH的轉(zhuǎn)化，協(xié)同促進(jìn)臭氣大分子臭味鏈結(jié)構(gòu)斷裂，使臭氣分子逐步礦化或者完全氧化，并可促進(jìn)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(gè)分解、氧化、活化過(guò)程在瞬間完成。

3.2 光解過(guò)程

UV光解廢氣處理設(shè)備通過(guò)微波驅(qū)動(dòng)內(nèi)置真空紫外燈（VUV），可以發(fā)射特定波長(zhǎng)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(shí)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(jí)氧化劑氧化去除臭氣。

3.3 催化氧化過(guò)程

VUV光解有機(jī)物過(guò)程產(chǎn)生二次污染物O3，紫外催化降解有機(jī)物利用VUV燈波長(zhǎng)為185nm紫外光直接光解有機(jī)物后，使殘余有機(jī)物及VUV 光解的中間產(chǎn)物臭氧經(jīng)254nm波長(zhǎng)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(qiáng)的氧化性，可氧化去除有機(jī)廢氣，進(jìn)一步提高臭氣去除率及降解VUV光解的中間產(chǎn)物。在節(jié)省成本的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)污染物去除效率的提高與副產(chǎn)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(shè)備核心元器件，對(duì)廢氣治理效果有直接影響。按每厘米的能量來(lái)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(guān)系，二者之間的關(guān)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(shù)效率等，顏料材料對(duì)熱的敏感程度，顏料以及涂膜的厚度等都會(huì)影響到紫外光源的效能。

4 UV光解催化臭氣治理技術(shù)有效性研究（甲苯模擬工況降解實(shí)驗(yàn)）

4.1 甲苯負(fù)荷降解實(shí)驗(yàn)

該實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)污染物為甲苯，模擬工況條件風(fēng)量為1000～2000m3/h，模擬污染物濃度≥500mg/m3。模擬工況下，隨著時(shí)間增加，污染物在設(shè)備間停留時(shí)間延長(zhǎng)，甲苯可被有效降解，根據(jù)UV燈管排布數(shù)量不同，可得出不同處理數(shù)據(jù)，綜上可知甲苯可被有效降解，燈管過(guò)密排布反而會(huì)降低降解效率。

4.2 濕度、排數(shù)與光催化效率

該實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)污染物為甲苯，分別模擬工況條件風(fēng)量為風(fēng)量1000m3/h，甲苯濃度1.2×10-4，四排網(wǎng)；風(fēng)量1000m3/h，甲苯濃度1.2×10-4，濕度RH=60%。具體反應(yīng)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(shù)量均有關(guān)，即濕度要適中，單元排布負(fù)荷要適中。

圖1 濕度、排數(shù)與光催化效率1

圖2 濕度、排數(shù)與光催化效率2

4.3 甲苯光解光催化聯(lián)合降解實(shí)驗(yàn)

該實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)污染物為甲苯，風(fēng)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(yīng)情況如圖3所示。

圖3 甲苯光解光催化聯(lián)合降解

通過(guò)以上數(shù)據(jù)分析不難看出光解和光催化技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用對(duì)臭氣降解有倍增效果。

5 UV光解催化聯(lián)合活性炭吸附工藝治臭

對(duì)于垃圾焚燒發(fā)電廠臭氣的治理，在選擇治理技術(shù)與工藝設(shè)備時(shí)，必須進(jìn)行充分調(diào)研和論證，既要考慮治理效果，也要考慮經(jīng)濟(jì)效益，根據(jù)臭氣量、成分、濃度、投資及維護(hù)成本等方面進(jìn)行綜合對(duì)比，優(yōu)化選型。

重慶豐盛三峰環(huán)保發(fā)電有限公司在原有活性炭吸附的基礎(chǔ)上，增加了UV光解催化設(shè)備，活性炭吸附工藝與UV光解催化工藝相結(jié)合，既可以大幅度降低光解光催化裝置的設(shè)計(jì)負(fù)荷，降低綜合成本，又可以利用微波催化UV光解產(chǎn)生的臭氧分子對(duì)活性炭再生，可顯著延長(zhǎng)活性炭的使用壽命。通過(guò)實(shí)際應(yīng)用證明，臭氣治理效果非常顯著。

6 結(jié)語(yǔ)

垃圾焚燒發(fā)電廠臭氣治理是一個(gè)較為復(fù)雜的過(guò)程，治理工程的實(shí)施涉及到多門學(xué)科，每一項(xiàng)工程都帶有一定的特殊性，因此在工程設(shè)計(jì)與工藝選型方面必須慎重。UV光解催化技術(shù)只是順應(yīng)時(shí)代發(fā)展需求，有效解決臭氣治理難題的一個(gè)途徑，相信在未來(lái)會(huì)有更多新工藝的設(shè)計(jì)研制和治理過(guò)程的優(yōu)化設(shè)計(jì)，會(huì)出現(xiàn)更多針對(duì)各種治理工藝和技術(shù)的新材料的研究，也會(huì)有更多治理工藝與技術(shù)的高效結(jié)合。