物理吸附:利用活性炭孔隙結(jié)構(gòu)與污染物分子之間的范德華力,將尾氣中的有害分子(如二噁英、重金屬蒸汽)捕獲并固定在孔隙內(nèi)。由于二噁英類物質(zhì)分子直徑較大,活性炭豐富的中孔和微孔結(jié)構(gòu)能為其提供充足的吸附位點(diǎn);而對(duì)于汞等重金屬蒸汽,活性炭的高比表面積使其能夠高效吸附。
化學(xué)吸附:部分活性炭會(huì)通過負(fù)載特定化學(xué)物質(zhì)(如硫、碘)進(jìn)行改性,增強(qiáng)對(duì)特定污染物的吸附能力。例如,載硫活性炭可通過化學(xué)反應(yīng)與汞生成穩(wěn)定的硫化汞,進(jìn)一步提高汞的吸附效率和穩(wěn)定性,避免吸附后的汞在后續(xù)處理過程中再次釋放。
前置預(yù)處理環(huán)節(jié)配合:尾氣首先經(jīng)過余熱鍋爐回收熱量,隨后進(jìn)入半干法脫酸塔,通過噴射石灰漿等堿性物質(zhì)去除大部分酸性氣體(如氯化氫、二氧化硫)。這一環(huán)節(jié)可減少酸性氣體對(duì)活性炭吸附性能的影響,因?yàn)樗嵝詺怏w可能與活性炭表面的活性位點(diǎn)發(fā)生反應(yīng),降低其對(duì)二噁英和重金屬的吸附效率。
活性炭噴射吸附環(huán)節(jié):經(jīng)過脫酸處理后的尾氣進(jìn)入活性炭噴射系統(tǒng),通過壓縮空氣將粉末狀活性炭(PAC)均勻噴射到尾氣氣流中?;钚蕴颗c尾氣充分接觸,在極短時(shí)間內(nèi)(通常幾秒到十幾秒)高效吸附尾氣中的二噁英、重金屬(尤其是汞)等有害污染物。為保證吸附效果,需要精確控制活性炭的噴射量(通常根據(jù)垃圾焚燒量、尾氣流量及污染物濃度調(diào)整,一般為 50-200mg/Nm3)、噴射速度和混合均勻度,確?;钚蕴颗c尾氣形成良好的氣固接觸。
后續(xù)除塵分離環(huán)節(jié):吸附了污染物的活性炭顆粒隨尾氣一同進(jìn)入布袋除塵器(或電除塵器),布袋除塵器的濾袋會(huì)將活性炭顆粒、粉塵以及吸附的污染物一并截留,實(shí)現(xiàn)氣固分離。分離后的潔凈尾氣經(jīng)過煙囪達(dá)標(biāo)排放,而含有活性炭和污染物的飛灰則作為危險(xiǎn)廢物,需按照國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行穩(wěn)定化處理(如固化 / 穩(wěn)定化)后,送往危險(xiǎn)廢物填埋場(chǎng)處置,或進(jìn)行進(jìn)一步的資源化回收(如提取飛灰中的金屬)。
吸附效率高:活性炭對(duì)二噁英和汞的吸附效率尤為突出,在合理的工藝參數(shù)下,對(duì)二噁英的去除率可達(dá)到 95% 以上,對(duì)汞的去除率也能達(dá)到 80%-90%,能夠有效滿足國家《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18485-2014)中對(duì)這類污染物的嚴(yán)格排放要求。
適應(yīng)性強(qiáng):垃圾焚燒尾氣的成分和濃度會(huì)因垃圾種類、焚燒工況(如焚燒溫度、過??諝庀禂?shù))的變化而波動(dòng),活性炭能夠在較寬的溫度范圍(通常為 120-200℃,這一溫度區(qū)間與布袋除塵器入口溫度匹配)和污染物濃度范圍內(nèi)保持穩(wěn)定的吸附性能,不受尾氣成分波動(dòng)的顯著影響,具有較強(qiáng)的工況適應(yīng)性。
操作簡(jiǎn)便且成本可控:活性炭噴射系統(tǒng)的設(shè)備結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單,占地面積小,易于集成到現(xiàn)有垃圾焚燒尾氣處理系統(tǒng)中,改造難度低。同時(shí),粉末狀活性炭的來源廣泛,價(jià)格相對(duì)低廉,雖然需要持續(xù)消耗,但通過優(yōu)化噴射量和工藝參數(shù)(如采用活性炭再生技術(shù)),可有效控制運(yùn)行成本,兼顧處理效果與經(jīng)濟(jì)性。
無二次污染風(fēng)險(xiǎn)(合理處置前提下):吸附污染物后的活性炭會(huì)隨飛灰被布袋除塵器截留,只要對(duì)含活性炭的飛灰進(jìn)行規(guī)范的危險(xiǎn)廢物處置(如固化穩(wěn)定化 + 安全填埋),即可避免吸附的污染物再次釋放到環(huán)境中,不會(huì)產(chǎn)生二次污染,環(huán)境安全性高。
活性炭消耗量大,運(yùn)行成本較高:為保證污染物達(dá)標(biāo)排放,通常需要持續(xù)噴射大量粉末狀活性炭,長(zhǎng)期運(yùn)行下來,活性炭的采購成本占尾氣處理系統(tǒng)運(yùn)行成本的比例較高。針對(duì)這一問題,目前的解決方向主要包括:開發(fā)高效吸附性能的活性炭(如改性活性炭、納米復(fù)合活性炭),在降低噴射量的同時(shí)保證吸附效率;研究活性炭再生技術(shù),如熱再生、化學(xué)再生等,對(duì)吸附后的活性炭進(jìn)行再生處理并循環(huán)利用,減少新鮮活性炭的消耗量,降低運(yùn)行成本。
飛灰處置壓力增大:吸附污染物后的活性炭會(huì)進(jìn)入飛灰中,導(dǎo)致飛灰產(chǎn)生量增加,同時(shí)也提高了飛灰中碳的含量,可能對(duì)飛灰的后續(xù)穩(wěn)定化處理(如水泥固化)效果產(chǎn)生一定影響(如降低固化體強(qiáng)度)。解決方向包括:優(yōu)化活性炭噴射工藝,減少不必要的活性炭消耗;開發(fā)飛灰協(xié)同處置技術(shù),如將含活性炭的飛灰用于水泥窯協(xié)同處置,實(shí)現(xiàn)飛灰的資源化利用,降低處置壓力。
吸附選擇性有待提升:普通粉末狀活性炭對(duì)尾氣中的多種污染物均有吸附作用,但對(duì)特定污染物(如低濃度汞、某些新型持久性有機(jī)污染物)的吸附選擇性和效率仍有提升空間。未來可通過定向改性技術(shù),如在活性炭表面負(fù)載特定功能基團(tuán)(如氨基、硫基)或納米材料(如納米二氧化鈦),增強(qiáng)其對(duì)目標(biāo)污染物的吸附選擇性,進(jìn)一步提高尾氣處理效率。