UV光解催化技术在垃圾焚烧发电厂臭气治理中的应用

文_赵巧荣 重庆丰盛三峰环保发电有限公司

1 概况

居民生活垃圾在堆放、收集、运输，直至储存到垃圾焚烧发电厂垃圾储坑的过程中，垃圾自身降解产生的热量所形成的高温、高湿，构造了一个非常适宜微生物繁殖的环境。在众多厌氧微生物和兼性厌氧微生物的作用下，垃圾发生降解，同时产生硫化氢、氨气、甲硫醇等气体。如此高浓度的异味空气，即使经过大量新鲜空气的稀释，还是能够让人轻易闻到。发酵后的垃圾经过焚烧炉焚烧，变成飞灰、炉渣、烟气、渗滤液等污染源，污染物状态发生改变，从简单的固态变成气、液、灰状等污染物，污染区域扩大，污染控制难度增加。

2 垃圾焚烧发电企业臭气种类、浓度及主流除臭技术比较

2.1 生活垃圾产生的恶臭气体种类及浓度

重庆丰盛三峰环保发电有限公司垃圾储坑检测值如表1所示。垃圾焚烧发电厂除臭技术比较如表2所示。

表1 重庆丰盛三峰环保发电有限公司垃圾储坑检测值

表2 垃圾焚烧发电厂除臭技术比较

3 UV光解催化技术

3.1 UV光解催化技术理论依据

UV光解催化技术是将TiO2、ZnO、WO3等光敏半导体材料在真空紫外灯（VUV）照射下将光能转化成化学能，产生的粒子与水及氧气反应后，产生具有强氧化能力的自由基，有非常强大的臭气处理能力。该方法的优点是反应速率高，处理效果强，反应过程与处理有机废气的溶液关系不大等。

UV光解催化技术反应过程为特定波长(185nm和254nm)的高能紫外线，不仅能共振解离特征臭气分子（如CS2共振波长为185nm）,并且能迅速分解空气中的氧分子和水分子及耦合光触媒反应生成具有强氧化性的氧自由基和羟基自由基，使得有机气体彻底分解为CO2和H2O；同时微波促进羟基向·OH的转化，协同促进臭气大分子臭味链结构断裂，使臭气分子逐步矿化或者完全氧化，并可促进恶臭分子的表面羟基化，大幅提高其活性，从而提高除臭剂活性吸收的效率。整个分解、氧化、活化过程在瞬间完成。

3.2 光解过程

UV光解废气处理设备通过微波驱动内置真空紫外灯（VUV），可以发射特定波长185nm和254nm紫外光。其紫外光的光子能量分别为647kJ/mol和328kJ/mol，同时能直接光解空气中的水和氧气，生成羟基自由基、臭氧等高级氧化剂氧化去除臭气。

3.3 催化氧化过程

VUV光解有机物过程产生二次污染物O3，紫外催化降解有机物利用VUV灯波长为185nm紫外光直接光解有机物后，使残余有机物及VUV 光解的中间产物臭氧经254nm波长紫外光及臭氧催化剂TiO2光触媒装置，分解成O2和O·，O·与空气中的H2O生成·OH，·OH和O·有很强的氧化性，可氧化去除有机废气，进一步提高臭气去除率及降解VUV光解的中间产物。在节省成本的同时，实现污染物去除效率的提高与副产物臭氧的零排放。

3.4 VUV真空紫外灯

VUV真空紫外灯是光解催化设备核心元器件，对废气治理效果有直接影响。按每厘米的能量来分类，VUV真空紫外灯分别为80W/cm、100W/cm、120W/cm、150W/cm和240W/cm，UV输出和固化速度之间往往并不是线性关系，二者之间的关系取决于多种因素，比如涂层、基材、反射器几何形状及灯的总数效率等，颜料材料对热的敏感程度，颜料以及涂膜的厚度等都会影响到紫外光源的效能。

4 UV光解催化臭气治理技术有效性研究（甲苯模拟工况降解实验）

4.1 甲苯负荷降解实验

该实验目标污染物为甲苯，模拟工况条件风量为1000～2000m3/h，模拟污染物浓度≥500mg/m3。模拟工况下，随着时间增加，污染物在设备间停留时间延长，甲苯可被有效降解，根据UV灯管排布数量不同，可得出不同处理数据，综上可知甲苯可被有效降解，灯管过密排布反而会降低降解效率。

4.2 湿度、排数与光催化效率

该实验目标污染物为甲苯，分别模拟工况条件风量为风量1000m3/h，甲苯浓度1.2×10-4，四排网；风量1000m3/h，甲苯浓度1.2×10-4，湿度RH=60%。具体反应情况如图1及图2所示。模拟工况下，UV光解效率与湿度、灯管数量均有关，即湿度要适中，单元排布负荷要适中。

图1 湿度、排数与光催化效率1

图2 湿度、排数与光催化效率2

4.3 甲苯光解光催化联合降解实验

该实验目标污染物为甲苯，风量1000m3/h，甲苯浓度1.2×10-4，三排光解，五组光催化，湿度60%，具体反应情况如图3所示。

图3 甲苯光解光催化联合降解

通过以上数据分析不难看出光解和光催化技术联合应用对臭气降解有倍增效果。

5 UV光解催化联合活性炭吸附工艺治臭

对于垃圾焚烧发电厂臭气的治理，在选择治理技术与工艺设备时，必须进行充分调研和论证，既要考虑治理效果，也要考虑经济效益，根据臭气量、成分、浓度、投资及维护成本等方面进行综合对比，优化选型。

重庆丰盛三峰环保发电有限公司在原有活性炭吸附的基础上，增加了UV光解催化设备，活性炭吸附工艺与UV光解催化工艺相结合，既可以大幅度降低光解光催化装置的设计负荷，降低综合成本，又可以利用微波催化UV光解产生的臭氧分子对活性炭再生，可显著延长活性炭的使用寿命。通过实际应用证明，臭气治理效果非常显著。

6 结语

垃圾焚烧发电厂臭气治理是一个较为复杂的过程，治理工程的实施涉及到多门学科，每一项工程都带有一定的特殊性，因此在工程设计与工艺选型方面必须慎重。UV光解催化技术只是顺应时代发展需求，有效解决臭气治理难题的一个途径，相信在未来会有更多新工艺的设计研制和治理过程的优化设计，会出现更多针对各种治理工艺和技术的新材料的研究，也会有更多治理工艺与技术的高效结合。