一种新型的垃圾气力输送系统废气处理方案设计

李　征，郑福居，李　佳，魏建民，梁静波

（1.天津大学机械工程学院，天津　300072；2.天津生态城环保有限公司，天津　300467）

一种新型的垃圾气力输送系统废气处理方案设计

李征1，2，郑福居2，李佳1，魏建民2，梁静波2

（1.天津大学机械工程学院，天津300072；2.天津生态城环保有限公司，天津300467）

针对传统的垃圾气力输送系统废气处理工艺中除臭效果差、压损大及寿命短等不足，提出了一种新的废气处理工艺方案。该方案综合了滤筒除尘、化学吸收、催化氧化和湿式过滤等废气处理方法，能够进行自动控制，满足垃圾气力输送系统废气处理的要求。

垃圾气力输送系统；废气处理；湿式空气催化氧化；自动控制

1　除臭系统方案及存在问题

中新天津生态城自2014年6月引入垃圾气力输送系统，垃圾经由这套系统收集后，最后汇集到中央收集场站进行气固分离，分离过程中会产生含尘恶臭气体，含尘恶臭气体通过5台串联抽风机引入除尘除臭室进行净化处理。

当前中央收集场站除臭系统（见图1）处理风量35 000 m3/h，最大压损4.2 kPa。气体主要成分包括粉尘、硫化氢、氨气以及有机废气，气体温度为50～80℃。该系统包括1间除尘室和3间除臭室。恶臭气体经过管道输送至除尘室，在除尘室体积扩大，流速降低，满足除尘过程流速要求。经过装在墙上的布袋除尘后，气体进入除臭室，经过装在墙上的两级活性炭除臭，气体进行达标排放。废气处理系统由于采用的是最简单的布袋除尘，没有任何清洗结构，因此使用一段时间之后有些布袋上积尘严重，造成除尘工艺压阻变大；除臭工艺采用的是活性炭除臭，其使用周期为1.5月，需要定期更换新的活性炭。为此，需对现有废气处理系统进行改进，须满足要求：①中央收集场站空间有限，要求新的废气处理系统不得超过现有系统所占空间；②使用周期长；③新系统压损不能超过现有系统压损。

图1　当前垃圾气力输送系统废气处理系统

2　工艺方案选择

2.1除尘工艺选择

当前的除尘技术有机械除尘、电除尘、袋式除尘和湿式除尘，其中电除尘技术受粉尘比电阻限制，且占地面积大；湿式除尘处理水需要专门处理，且必须考虑低温防冻问题。由于垃圾气力输送系统在除臭系统前端设置有旋风分离设备，相当于旋风除尘器，因此本次除尘工艺仍然采用袋式除尘。鉴于当前袋式除尘不能自清洁，且填料容易吹出的缺点，改进方案采用带自清洗功能的脉冲式滤筒除尘器，该设备运行安全可靠、投资低、故障率低、占地面积小、处理风量大，滤筒使用寿命及排放远远优于布袋及湿法除尘，易于操作及检修。

2.2除臭工艺选择

垃圾气力输送系统废气成分主要为硫化氢、氨气和有机废气，针对此废气成分，目前国内外的处理工艺有以下几种。掩蔽法通过另一类香气物质和臭气混合以掩蔽臭味的方法，可达到暂时除臭的效果。但该技术并未真正将臭气去除，而是欺骗嗅觉的方式，同时香液会增加有机废气的含量；吸附法通过吸附物吸附臭气（如活性炭），对垃圾气力输送废气均有效果，但吸附物容易饱和失效，同时产生二次污染；生物法只能处理成分简单的有机废气［1］，且占地面积大，不能间歇运行［2］，而垃圾气力输送系统并非连续运转，因此采用生物法无法保证微生物长期稳定的存活；紫外光解技术在此行业运用时所需设备体积太大、灯管数量太多，同时由于灯管使用寿命短的原因导致一次投入和运行成本都很高；等离子法需要臭气和放电介质直接接触，导致放电介质容易被腐蚀或中毒失效，且需要较长的反应通道，不适用于本项目；化学法对硫化氢和氨气的处理效率较高，但难以吸收化学性能稳定难以溶于水的有机废气；催化氧化法是利用催化剂降低有机物氧化条件，对有机废气进行氧化降解，具有节省能耗、处理效率高和无二次污染的优点。

根据上述各种废气处理方法的特点和垃圾气力输送系统对废气处理系统的要求，本次系统改进采用化学法和催化氧化法相结合的方案，其中催化氧化法采用湿式空气催化氧化法。该方法以湿式空气为基础，以富氧气体或氧气为氧化剂，利用分子筛催化剂的催化作用，加快废气中有机物与氧化剂间的呼吸反应，在分子筛催化剂的作用下进行高效氧化。其反应原理是在常温常压下，有机有害废气成分，与氧化剂进行电子耦合，从而生成较为稳定的羟基自由基团或过氧化物自由基团。这些自由基团具有非常强的氧化性能，可以和废气中的有机物发生反应，反应生成的有机自由基可以继续参加链式反应。将无法被化学吸收液吸收的有机废气中的不饱和烃进行分解，让碳氢化合物中的不饱和烃迅速氧化成H2O和CO2，从而达到对废气净化的目的，该方法对酸性、碱性气体尤其是有机废气有较好的处理效果。

3　工艺流程

改进废气处理系统工艺流程见图2。其工作原理：垃圾气力输送系统启动后，打开制氧机，向催化氧化室通入一定量的氧气，作为氧化剂；气力输送系统废气经过风机后进入除尘室，通过滤筒除尘，废气中的粉尘被过滤掉，之后废气进入化学吸收室，在化学吸收室内，通过喷淋碱性溶液，对废气中的硫化氢和氨气等进行吸收，同时，经过喷淋，废气中的H2O含量增高，空气变为湿式空气，为后续的催化氧化处理提供基础；废气经过化学吸收进入催化氧化阶段，在此阶段氧气在催化剂的作用下与上一阶段未能净化的有机废气或者未净化完全的氨气和硫化氢发生链式反应，将废气还原为二氧化碳、水以及氮气等无害气体；经过催化氧化后，废气完全转化为无害气体，由于催化氧化阶段采用的是固体催化剂形式，此时，空气中可能会含有催化剂固体粉尘。为避免催化剂对外界大气造成二次污染，在催化氧化阶段后设置湿式过滤净化设备，对催化氧化后的气体进行过滤净化，最后将气体进行达标排放。

图2　改进废气处理系统工艺流程

为保持良好的废气净化效果，化学吸收设置为两级。同时，气体在化学吸收室和催化氧化室内均按照S型路线进行流动，从而增加气体在化学吸收和催化氧化阶段的停留时间和反应时间，最大限度净化气体。

4　系统组成

4.1脉冲滤筒除尘系统

除尘系统的主体为滤筒除尘器，由筒体、滤筒和清灰系统组成。箱体为除尘器的外壳，气体进入箱体后，首先经过挡板变向，气流速度变慢，粗大颗粒粉尘直接落入灰斗，之后气流进入到滤筒区域。滤筒采用超细浸胶聚酯纤维制作，极小的筛孔可把大部分亚微米级的尘粒阻挡在滤料表面；对于粒径2 μm左右的尘粒几乎可以完全捕捉，除尘效率达到99%以上，滤筒高度小，方便安装与更换。

滤筒式除尘器的阻力随滤料表面粉尘层厚度的增加而增大，阻力达到某一规定值时进行清灰，以确保过滤效果和精度，因为在过滤过程中粉尘除了被阻隔外还有部分会沉积于滤料表面，增大阻力；一般的清洗周期为3～5月。对滤筒进行清洗由清灰系统进行，清灰系统的主要部件为脉冲清灰阀，脉冲阀阻力低、启闭快和清灰能力大。清灰系统以压缩空气为气源，以脉冲喷吹方式清灰，脉冲喷吹压力为0.3～0.4 MPa，喷吹时间为0.065～0.085 s，有利于降低除尘器阻力和提高滤筒的耐久性。该系统由脉冲控制仪或PLC控制，按设定程序自动循环往复运行。

整个除尘系统设计风速为0.9 m/s，设计尺寸为3 925 mm×1 200 mm×2 760 mm，根据 JB/T 10341—2014，除尘系统风阻≤1 300 Pa。

4.2化学吸收系统

化学吸收系统分为两级，每一级主体分为2部分：喷淋箱和喷淋循环箱。喷淋循环箱中装有NaOH溶液，通过循环泵NaOH溶液被输送至喷淋箱中；喷淋箱的结构与喷淋塔类似，但没有气体分布板。在喷淋箱中设置有3层的雾化喷淋层，每个喷淋层设置3个雾化喷头，经过雾化喷头喷出NaOH溶液中和废气中的酸性气体，气体由喷淋箱下部进入；喷淋循环箱通过加药泵不断更新吸收液保持吸收活性，使溶液的pH达到9左右，并具备较强的洗涤吸收中和能力，并在运行中保持这种吸收能力，达到对废气的持续净化目的。不考虑气体分布板的喷淋塔的压力损失约为250 Pa［3］，因此整个化学吸收系统的压力损失为500 Pa。

4.3催化氧化系统

催化氧化系统分为2部分，制氧机和催化氧化室。制氧机向催化氧化室中通入一定量的氧气；催化氧化室分成两级，每级中分布有方形的气-固相催化反应器，催化剂为金属氧化物TiO2负载贵金属钌Ru，催化剂承载在载体上，载体由分子筛制成蜂窝状加大比表面积，增大催化活性。为了便于拆卸，载体制成抽屉结构。本催化剂可以在温度55～250℃，压力0～1MPa的富氧气体中进行催化氧化反应，符合垃圾气力输送系统中央收集站的空气条件。

整个催化氧化室设计尺寸为2400mm×2500mm× 3200 mm，其中气-固相催化反应器的厚度为1.2m，此时设计风速约为1m/s，对应的压力损失为700Pa［3］。

4.4湿式过滤系统

湿式过滤系统采用喷雾格栅过滤的方式进行气体净化，系统主体由密集格栅和循环水箱组成。循环泵将循环水从循环水箱中送至密集格栅上方，经过雾化喷头喷出，对气体进行湿式净化；气体通过密集格栅，有效去除气体携带的固体颗粒，同时液体在气体的作用下进入到格栅上，并顺着格栅流入下方的循环水箱中，对格栅起到清洗作用，防止格栅堵塞。湿式过滤系统的结构类似于填料式湿式除尘器，每米填料的压损约为800 Pa［3］，系统设计尺寸为600 mm×3 200 mm×2 500 mm，其中密集格栅厚度为150 mm，系统的压损为120 Pa。因此整个新废气处理系统压力损失为各个子系统压损之和，最大压损为2 620 Pa，满足系统改进要求。

4.5排水系统

整个废气处理工艺产生的废水很少，主要产生于化学吸收和湿式过滤阶段，催化氧化阶段的废水为更新化学吸收剂排水，呈弱碱性；产生于过滤阶段的废水为普通生活污水，因此，改进废气处理工艺的废水可以直接排入现有生活污水管道。

4.6监控系统

整套系统采用PLC进行控制，具有以下功能：①对出口废气浓度和出口压力进行监测，并显示在现场控制屏和控制室上位机上；同时，通过检测出风口有害气体浓度，经过计算机软件分析后实时调节制氧机功率以达到催化氧化反应的最佳工况，同时实现节能降耗；系统通过监测进出口浓度，计算废气处理系统的处理效率，进而设定预警值提示。②对除尘系统前后压力进行监测，当除尘系统压损接近1 300 Pa时，自动启动脉冲清灰功能进行滤筒清洗。③通过本系统可以实现单人值守，并对系统进行远程控制，节省人力。

5　结论

针对传统的垃圾气力输送系统配套的废气处理系统存在除臭效果差、压损大以及寿命短等不足，提出了一种改进废气处理方案，它包括脉冲滤筒除尘系统、化学吸收系统、催化氧化系统、湿式过滤系统。通过改进废气处理工艺，能够对废气进行有效处理，同时满足占地空间小、压损适中的要求。

［1］ 彭雅丽.有机废气处理技术研究进展［J］.河北工业科技，2013，30（4）：306-308.

［2］ 张颖，靳少培，姬亚芹，等.污水除臭技术的应用及研究现状［J］.环境污染与防治，2013，35（1）：81-85.

［3］ 周兴求.环保设备设计手册：大气污染控制设备［M］.北京：化学工业出版社，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—），工程师，主要从事装备设计研发工作。