侯海瑞*

（托普索（中國）公司）

0 引言

隨著社會不斷發(fā)展，生活垃圾及危險(xiǎn)廢物的處理需求也逐年增加，而焚燒是垃圾無害化處理的一種重要方式，越來越受到社會的關(guān)注。以生活垃圾焚燒處理為例，《“十四五”城鎮(zhèn)生活垃圾分類和處理設(shè)施發(fā)展規(guī)劃》中提出：到2025 年底，全國城鎮(zhèn)生活垃圾焚燒處理能力達(dá)到 80 萬t/d 左右，城市生活垃圾焚燒處理能力為 65%左右。二噁英是垃圾焚燒產(chǎn)生的煙氣中的一種污染物，由于其具有極強(qiáng)的毒性、致癌、致畸和致突變性，并且在環(huán)境中很難被降解，已經(jīng)受到非常嚴(yán)格的管控，并且隨著污染物治理技術(shù)不斷發(fā)展，煙氣中二噁英的排放限值要求也變得越來越嚴(yán)格。由于傳統(tǒng)的物理吸附去除二噁英的方式受到吸附劑的質(zhì)量及操作工藝的影響，運(yùn)營工廠無法保持持續(xù)、穩(wěn)定的排放。同樣氮氧化物的去除已經(jīng)采用SNCR 工藝的焚燒廠不僅面臨著氮氧化物排放值不達(dá)標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)也面臨著大量氨逃逸的問題。

1 催化過濾技術(shù)

1.1 催化過濾原理

催化過濾是將催化反應(yīng)與表面過濾技術(shù)相結(jié)合，將納米材料催化劑浸漬在多孔過濾介質(zhì)上，通過控制催化劑浸漬厚度及催化劑搭載量來實(shí)現(xiàn)最佳的催化劑負(fù)載效果，在一種過濾介質(zhì)上完成過濾和催化反應(yīng)過程。根據(jù)不同的處理要求，完成對煙氣中的塵、氮氧化物（NOx）及二噁英類（PCDDs/PCDFs）的一體化去除功能。此外，通過改變催化劑配方，在去除氮氧化物（NOx）的同時(shí)，還可以實(shí)現(xiàn)同步去除VOCs和CO。催化過濾的原理如圖1 所示。

圖1 催化過濾原理示意

致密的過濾層表面可攔截?zé)煔庵械念w粒物，被攔截的顆粒物首先會在濾材表面形成穩(wěn)定的濾餅，隨著濾餅層厚度不斷增加，對顆粒物的過濾效率也越來越高。過濾后的煙氣進(jìn)入浸漬催化劑層，氣態(tài)污染物在催化劑的作用下被分解成無害的氣體，從而完成催化反應(yīng)過程。

1.2 催化濾袋介紹

催化濾袋是一種除塵、脫氮氧化物和二噁英的技術(shù)產(chǎn)品，很早就被歐美發(fā)達(dá)國家的垃圾焚燒廠使用。托普索在2015 年研發(fā)成功CataFlexTM 催化濾袋，并首次在水泥窯爐中應(yīng)用。該產(chǎn)品的創(chuàng)新點(diǎn)在于采用雙層設(shè)計(jì)將產(chǎn)品分成內(nèi)、外袋，外層袋為PTFE 覆膜過濾濾袋，內(nèi)層袋是由整體浸漬了催化劑的針刺氈制成的催化袋,

催化濾袋可在一臺除塵器設(shè)備上實(shí)現(xiàn)除塵、脫硝、脫二噁英類污染物的功能，還可以與SNCR 搭配使用共同去除NOx并控制氨逃逸量，具有占地面積小、工藝流程簡單、綜合運(yùn)營成本低的特點(diǎn)。與干法脫酸工藝搭配使用，還可實(shí)現(xiàn)垃圾焚燒煙氣多污染物的同步去除功能。

2 催化濾袋在垃圾焚燒煙氣凈化中的應(yīng)用

2.1 標(biāo)準(zhǔn)及法規(guī)

歐盟委員會于2019 年12 月3 日發(fā)布了委員會執(zhí) 行 決 議：《Commission Implementing Decision (EU)2019/2010 of 12 November 2019 establishing the best available techniques (BAT) conclusions, under Directive 2010/75/EU of the European Parliament and of the Council, for waste incineration (notified under document C（2019） 7987) 》，發(fā)布了最新的垃圾焚燒行業(yè)污染物控制最佳可行性技術(shù)（BAT）參考文件（BREF），其中BAT 29 和BAT 30 分別將催化濾袋（Catalytic filter bags）作為去除焚燒煙氣中NOx、N2O、CO、NH3及二噁英類污染物的技術(shù)之一，適用范圍是在新建或已有的袋式除塵器內(nèi)安裝催化濾袋。

采用催化濾袋除塵、脫硝及分解二噁英類污染物的方式，在歐美國家的垃圾焚燒廠早已經(jīng)被使用過。此外，在新加坡以及中國澳門,臺灣等地區(qū)都已經(jīng)得到了推廣應(yīng)用。

表1 所示為歐盟國家執(zhí)行的最新二噁英類、氮氧化物及氨排放限值要求。

從表1 可以看出，歐盟對垃圾焚燒廠煙氣中二噁英的排放限值已經(jīng)控制到0.01～0.06 ng-TEQ/Nm3范圍內(nèi)，針對氮氧化物及氨逃逸排放限值也變得越來越嚴(yán)格。對比我國國家及各地方排放標(biāo)準(zhǔn)要求，污染物的排放限值要求與歐盟標(biāo)準(zhǔn)還是有一定差距，尤其是二噁英類污染物的排放限值。如表2 所示，即使最嚴(yán)的地方標(biāo)準(zhǔn)，二噁英類污染物的排放限值標(biāo)準(zhǔn)要求也僅為0.1 ng-TEQ/Nm3。

表1 歐盟BAT-AELs（2019）二噁英類/氮氧化物/NH3污染物排放限值

表2 我國國家及地方標(biāo)準(zhǔn)二噁英類污染物排放限值

目前僅有深圳市頒布的SZDB/Z 233—2017 《生活垃圾處理設(shè)施運(yùn)營規(guī)范》要求垃圾焚燒廠煙氣排放指標(biāo)全部達(dá)到或優(yōu)于歐盟標(biāo)準(zhǔn)，將二噁英類污染物排放限值加嚴(yán)到0.05 ng I-TEQ/Nm3，可以預(yù)見，未來我國在垃圾焚燒行業(yè)的二噁英類污染物排放限值要求必然要繼續(xù)向歐盟標(biāo)準(zhǔn)看齊。

2.2 催化濾袋在醫(yī)療廢棄物焚燒煙氣除塵及分解二噁英的應(yīng)用

泰國的某家醫(yī)療廢棄物焚燒廠采用傳統(tǒng)的活性炭吸附+布袋除塵工藝去除煙氣中的塵及二噁英類污染物。泰國當(dāng)?shù)卣筢t(yī)療廢物焚燒廠的二噁英排放指標(biāo)為低于0.5 ng-TEQ/Nm3,為了滿足排放要求，該焚燒廠通過增加活性炭的噴入量來提高二噁英的捕集效率，但即使噴入過量的活性炭，二噁英的排放濃度也無法達(dá)到政府要求。

由于采用活性炭物理吸附的方法并不能徹底去除二噁英，為了從根本上解決二噁英的排放問題，2018 年初該客戶通過采用在現(xiàn)有布袋除塵器內(nèi)安裝312 條Topsoe 的CataFlexTM催化濾袋的方法，來實(shí)現(xiàn)二噁英的徹底分解和達(dá)標(biāo)排放的目標(biāo)。CataFlexTM催化濾袋為雙層設(shè)計(jì)，外層過濾濾袋采用PTFE 針刺氈覆PTFE 膜材料，高效去除顆粒污染物，內(nèi)層濾袋浸漬托普索獨(dú)有的催化劑可分解二噁英。

系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行后，2018 年3 月經(jīng)SGS 泰國公司檢測得到出口二噁英含量小于0.02 ng-TEQ/Nm3，該數(shù)值已經(jīng)遠(yuǎn)低于當(dāng)?shù)卣蟮呐欧畔拗怠．?dāng)裝置穩(wěn)定運(yùn)行半年后，Topsoe 研發(fā)人員對該裝置的二噁英數(shù)據(jù)進(jìn)行了獨(dú)立檢測，通過對WHO 規(guī)定的17 種具有毒性當(dāng)量二噁英類同類物（PCDDs/PCDFs）進(jìn)行了去除效率對比，在沒有活性炭噴入的情況下，單獨(dú)采用催化濾袋催化分解二噁英，二噁英類污染物總量去除效率可達(dá)到99%以上。

此外，在不同的催化濾袋除塵器進(jìn)口溫度條件下，檢測進(jìn)口和出口的二噁英總量，并對比了去除效率。從表3 數(shù)據(jù)可知，即使在160 ℃的進(jìn)口溫度條件下，催化濾袋對二噁英的分解去除效率依然可以達(dá)到96.9%。

表3 催化過濾器不同進(jìn)口溫度下二噁英去除效率

2.3 催化濾袋在危廢焚燒煙氣除塵、脫硝及分解二噁英的應(yīng)用

在中國臺灣高雄地區(qū)的某家垃圾焚燒廠，原有的煙氣凈化處理設(shè)施去除氮氧化物采用的是傳統(tǒng)SNCR工藝，塵及二噁英類污染物去除則采用活性炭吸附+布袋除塵工藝。煙氣經(jīng)過SNCR 脫硝處理后，出口氮氧化物的排放值不夠穩(wěn)定，此外還存在著大量的氨逃逸現(xiàn)象。采用活性炭吸附二噁英時(shí)消耗的活性炭量也比較大，同時(shí)增加了飛灰處理量。用戶為了使焚燒后的煙氣污染物做到長期穩(wěn)定的超低排放，決定按照歐盟最嚴(yán)的排放限值要求來進(jìn)行工藝改造。在2020 年底，用戶在原有布袋除塵器內(nèi)安裝了Topsoe 最新的CataFlexTM 催化濾袋，在除塵的同時(shí)脫除氮氧化物及二噁英，同時(shí)控制氨逃逸。煙氣條件及運(yùn)行數(shù)據(jù)如表4 所示。

表4 煙氣條件及運(yùn)行參數(shù)

在正常的工藝操作范圍內(nèi)，氮氧化物去除效率最高可達(dá)到80%以上，氨逃逸也能滿足排放限值要求。單獨(dú)采用催化濾袋催化分解二噁英的效率可達(dá)99%以上，同時(shí)與前端的活性炭搭配使用可使出口二噁英類污染物的排放值達(dá)到歐盟法規(guī)要求。

3 結(jié)語

催化濾袋可以在一臺布袋除塵器內(nèi)實(shí)現(xiàn)顆粒物、氮氧化物、二噁英類污染物的同步去除的功能。采用催化分解二噁英的方法能很好地連續(xù)控制二噁英的排放量，使運(yùn)營工廠長期、穩(wěn)定地滿足苛刻的環(huán)保要求。同時(shí)，因?yàn)榇呋癁V袋兼具除塵、脫硝的功能，與SNCR 脫硝工藝配合使用，可實(shí)現(xiàn)最佳的脫硝效率，并解決了SNCR 裝置氨逃逸問題，因此未來在垃圾焚燒工廠煙氣的多污染物同步治理應(yīng)用中，必將受到越來越多的重視。