一種新型的垃圾氣力輸送系統廢氣處理方案設計

李　征，鄭福居，李　佳，魏建民，梁靜波

（1.天津大學機械工程學院，天津　300072；2.天津生態城環保有限公司，天津　300467）

一種新型的垃圾氣力輸送系統廢氣處理方案設計

李征1，2，鄭福居2，李佳1，魏建民2，梁靜波2

（1.天津大學機械工程學院，天津300072；2.天津生態城環保有限公司，天津300467）

針對傳統的垃圾氣力輸送系統廢氣處理工藝中除臭效果差、壓損大及壽命短等不足，提出了一種新的廢氣處理工藝方案。該方案綜合了濾筒除塵、化學吸收、催化氧化和濕式過濾等廢氣處理方法，能夠進行自動控制，滿足垃圾氣力輸送系統廢氣處理的要求。

垃圾氣力輸送系統；廢氣處理；濕式空氣催化氧化；自動控制

1　除臭系統方案及存在問題

中新天津生態城自2014年6月引入垃圾氣力輸送系統，垃圾經由這套系統收集后，最后匯集到中央收集場站進行氣固分離，分離過程中會產生含塵惡臭氣體，含塵惡臭氣體通過5臺串聯抽風機引入除塵除臭室進行凈化處理。

當前中央收集場站除臭系統（見圖1）處理風量35 000 m3/h，最大壓損4.2 kPa。氣體主要成分包括粉塵、硫化氫、氨氣以及有機廢氣，氣體溫度為50～80℃。該系統包括1間除塵室和3間除臭室。惡臭氣體經過管道輸送至除塵室，在除塵室體積擴大，流速降低，滿足除塵過程流速要求。經過裝在墻上的布袋除塵后，氣體進入除臭室，經過裝在墻上的兩級活性炭除臭，氣體進行達標排放。廢氣處理系統由于采用的是最簡單的布袋除塵，沒有任何清洗結構，因此使用一段時間之后有些布袋上積塵嚴重，造成除塵工藝壓阻變大；除臭工藝采用的是活性炭除臭，其使用周期為1.5月，需要定期更換新的活性炭。為此，需對現有廢氣處理系統進行改進，須滿足要求：①中央收集場站空間有限，要求新的廢氣處理系統不得超過現有系統所占空間；②使用周期長；③新系統壓損不能超過現有系統壓損。

圖1　當前垃圾氣力輸送系統廢氣處理系統

2　工藝方案選擇

2.1除塵工藝選擇

當前的除塵技術有機械除塵、電除塵、袋式除塵和濕式除塵，其中電除塵技術受粉塵比電阻限制，且占地面積大；濕式除塵處理水需要專門處理，且必須考慮低溫防凍問題。由于垃圾氣力輸送系統在除臭系統前端設置有旋風分離設備，相當于旋風除塵器，因此本次除塵工藝仍然采用袋式除塵。鑒于當前袋式除塵不能自清潔，且填料容易吹出的缺點，改進方案采用帶自清洗功能的脈沖式濾筒除塵器，該設備運行安全可靠、投資低、故障率低、占地面積小、處理風量大，濾筒使用壽命及排放遠遠優于布袋及濕法除塵，易于操作及檢修。

2.2除臭工藝選擇

垃圾氣力輸送系統廢氣成分主要為硫化氫、氨氣和有機廢氣，針對此廢氣成分，目前國內外的處理工藝有以下幾種。掩蔽法通過另一類香氣物質和臭氣混合以掩蔽臭味的方法，可達到暫時除臭的效果。但該技術并未真正將臭氣去除，而是欺騙嗅覺的方式，同時香液會增加有機廢氣的含量；吸附法通過吸附物吸附臭氣（如活性炭），對垃圾氣力輸送廢氣均有效果，但吸附物容易飽和失效，同時產生二次污染；生物法只能處理成分簡單的有機廢氣［1］，且占地面積大，不能間歇運行［2］，而垃圾氣力輸送系統并非連續運轉，因此采用生物法無法保證微生物長期穩定的存活；紫外光解技術在此行業運用時所需設備體積太大、燈管數量太多，同時由于燈管使用壽命短的原因導致一次投入和運行成本都很高；等離子法需要臭氣和放電介質直接接觸，導致放電介質容易被腐蝕或中毒失效，且需要較長的反應通道，不適用于本項目；化學法對硫化氫和氨氣的處理效率較高，但難以吸收化學性能穩定難以溶于水的有機廢氣；催化氧化法是利用催化劑降低有機物氧化條件，對有機廢氣進行氧化降解，具有節省能耗、處理效率高和無二次污染的優點。

根據上述各種廢氣處理方法的特點和垃圾氣力輸送系統對廢氣處理系統的要求，本次系統改進采用化學法和催化氧化法相結合的方案，其中催化氧化法采用濕式空氣催化氧化法。該方法以濕式空氣為基礎，以富氧氣體或氧氣為氧化劑，利用分子篩催化劑的催化作用，加快廢氣中有機物與氧化劑間的呼吸反應，在分子篩催化劑的作用下進行高效氧化。其反應原理是在常溫常壓下，有機有害廢氣成分，與氧化劑進行電子耦合，從而生成較為穩定的羥基自由基團或過氧化物自由基團。這些自由基團具有非常強的氧化性能，可以和廢氣中的有機物發生反應，反應生成的有機自由基可以繼續參加鏈式反應。將無法被化學吸收液吸收的有機廢氣中的不飽和烴進行分解，讓碳氫化合物中的不飽和烴迅速氧化成H2O和CO2，從而達到對廢氣凈化的目的，該方法對酸性、堿性氣體尤其是有機廢氣有較好的處理效果。

3　工藝流程

改進廢氣處理系統工藝流程見圖2。其工作原理：垃圾氣力輸送系統啟動后，打開制氧機，向催化氧化室通入一定量的氧氣，作為氧化劑；氣力輸送系統廢氣經過風機后進入除塵室，通過濾筒除塵，廢氣中的粉塵被過濾掉，之后廢氣進入化學吸收室，在化學吸收室內，通過噴淋堿性溶液，對廢氣中的硫化氫和氨氣等進行吸收，同時，經過噴淋，廢氣中的H2O含量增高，空氣變為濕式空氣，為后續的催化氧化處理提供基礎；廢氣經過化學吸收進入催化氧化階段，在此階段氧氣在催化劑的作用下與上一階段未能凈化的有機廢氣或者未凈化完全的氨氣和硫化氫發生鏈式反應，將廢氣還原為二氧化碳、水以及氮氣等無害氣體；經過催化氧化后，廢氣完全轉化為無害氣體，由于催化氧化階段采用的是固體催化劑形式，此時，空氣中可能會含有催化劑固體粉塵。為避免催化劑對外界大氣造成二次污染，在催化氧化階段后設置濕式過濾凈化設備，對催化氧化后的氣體進行過濾凈化，最后將氣體進行達標排放。

圖2　改進廢氣處理系統工藝流程

為保持良好的廢氣凈化效果，化學吸收設置為兩級。同時，氣體在化學吸收室和催化氧化室內均按照S型路線進行流動，從而增加氣體在化學吸收和催化氧化階段的停留時間和反應時間，最大限度凈化氣體。

4　系統組成

4.1脈沖濾筒除塵系統

除塵系統的主體為濾筒除塵器，由筒體、濾筒和清灰系統組成。箱體為除塵器的外殼，氣體進入箱體后，首先經過擋板變向，氣流速度變慢，粗大顆粒粉塵直接落入灰斗，之后氣流進入到濾筒區域。濾筒采用超細浸膠聚酯纖維制作，極小的篩孔可把大部分亞微米級的塵粒阻擋在濾料表面；對于粒徑2 μm左右的塵粒幾乎可以完全捕捉，除塵效率達到99%以上，濾筒高度小，方便安裝與更換。

濾筒式除塵器的阻力隨濾料表面粉塵層厚度的增加而增大，阻力達到某一規定值時進行清灰，以確保過濾效果和精度，因為在過濾過程中粉塵除了被阻隔外還有部分會沉積于濾料表面，增大阻力；一般的清洗周期為3～5月。對濾筒進行清洗由清灰系統進行，清灰系統的主要部件為脈沖清灰閥，脈沖閥阻力低、啟閉快和清灰能力大。清灰系統以壓縮空氣為氣源，以脈沖噴吹方式清灰，脈沖噴吹壓力為0.3～0.4 MPa，噴吹時間為0.065～0.085 s，有利于降低除塵器阻力和提高濾筒的耐久性。該系統由脈沖控制儀或PLC控制，按設定程序自動循環往復運行。

整個除塵系統設計風速為0.9 m/s，設計尺寸為3 925 mm×1 200 mm×2 760 mm，根據 JB/T 10341—2014，除塵系統風阻≤1 300 Pa。

4.2化學吸收系統

化學吸收系統分為兩級，每一級主體分為2部分：噴淋箱和噴淋循環箱。噴淋循環箱中裝有NaOH溶液，通過循環泵NaOH溶液被輸送至噴淋箱中；噴淋箱的結構與噴淋塔類似，但沒有氣體分布板。在噴淋箱中設置有3層的霧化噴淋層，每個噴淋層設置3個霧化噴頭，經過霧化噴頭噴出NaOH溶液中和廢氣中的酸性氣體，氣體由噴淋箱下部進入；噴淋循環箱通過加藥泵不斷更新吸收液保持吸收活性，使溶液的pH達到9左右，并具備較強的洗滌吸收中和能力，并在運行中保持這種吸收能力，達到對廢氣的持續凈化目的。不考慮氣體分布板的噴淋塔的壓力損失約為250 Pa［3］，因此整個化學吸收系統的壓力損失為500 Pa。

4.3催化氧化系統

催化氧化系統分為2部分，制氧機和催化氧化室。制氧機向催化氧化室中通入一定量的氧氣；催化氧化室分成兩級，每級中分布有方形的氣-固相催化反應器，催化劑為金屬氧化物TiO2負載貴金屬釕Ru，催化劑承載在載體上，載體由分子篩制成蜂窩狀加大比表面積，增大催化活性。為了便于拆卸，載體制成抽屜結構。本催化劑可以在溫度55～250℃，壓力0～1MPa的富氧氣體中進行催化氧化反應，符合垃圾氣力輸送系統中央收集站的空氣條件。

整個催化氧化室設計尺寸為2400mm×2500mm× 3200 mm，其中氣-固相催化反應器的厚度為1.2m，此時設計風速約為1m/s，對應的壓力損失為700Pa［3］。

4.4濕式過濾系統

濕式過濾系統采用噴霧格柵過濾的方式進行氣體凈化，系統主體由密集格柵和循環水箱組成。循環泵將循環水從循環水箱中送至密集格柵上方，經過霧化噴頭噴出，對氣體進行濕式凈化；氣體通過密集格柵，有效去除氣體攜帶的固體顆粒，同時液體在氣體的作用下進入到格柵上，并順著格柵流入下方的循環水箱中，對格柵起到清洗作用，防止格柵堵塞。濕式過濾系統的結構類似于填料式濕式除塵器，每米填料的壓損約為800 Pa［3］，系統設計尺寸為600 mm×3 200 mm×2 500 mm，其中密集格柵厚度為150 mm，系統的壓損為120 Pa。因此整個新廢氣處理系統壓力損失為各個子系統壓損之和，最大壓損為2 620 Pa，滿足系統改進要求。

4.5排水系統

整個廢氣處理工藝產生的廢水很少，主要產生于化學吸收和濕式過濾階段，催化氧化階段的廢水為更新化學吸收劑排水，呈弱堿性；產生于過濾階段的廢水為普通生活污水，因此，改進廢氣處理工藝的廢水可以直接排入現有生活污水管道。

4.6監控系統

整套系統采用PLC進行控制，具有以下功能：①對出口廢氣濃度和出口壓力進行監測，并顯示在現場控制屏和控制室上位機上；同時，通過檢測出風口有害氣體濃度，經過計算機軟件分析后實時調節制氧機功率以達到催化氧化反應的最佳工況，同時實現節能降耗；系統通過監測進出口濃度，計算廢氣處理系統的處理效率，進而設定預警值提示。②對除塵系統前后壓力進行監測，當除塵系統壓損接近1 300 Pa時，自動啟動脈沖清灰功能進行濾筒清洗。③通過本系統可以實現單人值守，并對系統進行遠程控制，節省人力。

5　結論

針對傳統的垃圾氣力輸送系統配套的廢氣處理系統存在除臭效果差、壓損大以及壽命短等不足，提出了一種改進廢氣處理方案，它包括脈沖濾筒除塵系統、化學吸收系統、催化氧化系統、濕式過濾系統。通過改進廢氣處理工藝，能夠對廢氣進行有效處理，同時滿足占地空間小、壓損適中的要求。

［1］ 彭雅麗.有機廢氣處理技術研究進展［J］.河北工業科技，2013，30（4）：306-308.

［2］ 張穎，靳少培，姬亞芹，等.污水除臭技術的應用及研究現狀［J］.環境污染與防治，2013，35（1）：81-85.

［3］ 周興求.環保設備設計手冊：大氣污染控制設備［M］.北京：化學工業出版社，2004.

Design of a New Type of Waste Gas Treatment Scheme for Waste Pneumatic Transmission System

Li Zheng1，2，Zheng Fuju2，Li Jia1，Wei Jianmin2，Liang Jingbo2
（1.School of Mechanical Engineering，Tianjin University，Tianjin300072；2.Sino-Singapore Tianjin Eco-city Environmental Protection Co.Ltd.，Tianjin300467）

According to the shortages of poor deodorization，high pressure loss，short lifetime in the traditional waste gas treatment system of waste pneumatic transmission system，we proposed a new waste gas treatment process plan.This plan combined several different waste gas processing methods such as cartridge filtering，chemical absorption，catalytic oxidation and wet filtering，which could be automatically controlled and met the requirements of waste gas treatment of waste pneumatic transmission system.

waste pneumatic transmission system；waste gastreatment；catalytic wet air oxidation；automatic control

X799.3；X705

B

1005-8206（2016）04-0094-03

2016-07-12

李征（1985—），工程師，主要從事裝備設計研發工作。