V型密褶式化学过滤器在垃圾处理设施中的气体净化应用
一、引言
随着城市化进程的加快和人口的持续增长，城市固体废弃物的处理问题日益严峻。垃圾填埋场、焚烧厂及综合处理设施在处理垃圾过程中会释放出大量有害气体，如硫化氢（H₂S）、氨气（NH₃）、甲烷（CH₄）、挥发性有机化合物（VOCs）等，这些气体不仅对环境造成污染，还可能对人体健康产生严重影响。因此，垃圾处理设施中的气体净化技术成为环境保护领域的重要研究方向。
在众多气体净化技术中，化学过滤器因其高效、稳定、操作简便等优点，被广泛应用于恶臭气体和有害气体的治理。其中，V型密褶式化学过滤器（V-pleated chemical filter）作为一种新型高效气体净化设备，具有过滤面积大、压降低、寿命长等优势，在垃圾处理设施中展现出良好的应用前景。
本文将详细介绍V型密褶式化学过滤器的工作原理、结构特点、技术参数及其在垃圾处理设施中的实际应用效果，并结合国内外研究成果，分析其在气体净化中的优势与局限性。
二、V型密褶式化学过滤器概述
2.1 基本结构与工作原理
V型密褶式化学过滤器是一种采用化学吸附或催化反应原理去除气体中有害成分的设备。其核心结构为V型折叠滤材，由化学吸附材料（如活性炭、分子筛、氧化铝等）与支撑材料复合而成，形成多个“V”字形褶皱结构。这种结构设计显著增加了单位体积内的过滤面积，提高了气体与吸附材料的接触效率，从而提升了净化效率。
其工作原理主要基于以下几种机制：
- 物理吸附：通过多孔材料表面的范德华力吸附气体分子；
- 化学吸附：通过材料表面的活性官能团与气体分子发生化学反应；
- 催化氧化：在催化剂作用下将有害气体转化为无害物质。
2.2 主要特点
| 特点 | 描述 |
|---|---|
| 高过滤效率 | 对H₂S、NH₃、VOCs等典型污染物去除率可达90%以上 |
| 压损低 | 气流阻力小，适用于大风量系统 |
| 安装灵活 | 模块化设计，便于更换与维护 |
| 使用寿命长 | 一般可达6-12个月，视气体浓度而定 |
| 化学稳定性好 | 抗腐蚀、耐高温，适应复杂气体环境 |
三、V型密褶式化学过滤器的技术参数
以下为某主流厂商生产的V型密褶式化学过滤器的典型技术参数：
| 参数 | 数值 | 单位 |
|---|---|---|
| 过滤面积 | 3.5 – 15 | m² |
| 滤材类型 | 活性炭/分子筛复合材料 | — |
| 滤材厚度 | 0.3 – 0.5 | mm |
| 过滤效率（对H₂S） | ≥95% | — |
| 初始压差 | ≤80 | Pa |
| 工作温度范围 | -10 ~ 60 | ℃ |
| 工作湿度范围 | ≤90% RH | — |
| 使用寿命 | 6 – 12 | 月 |
| 尺寸规格 | 484×484×96 / 610×610×96 / 定制 | mm |
| 材质框架 | 铝合金/镀锌钢板 | — |
注：具体参数可能因制造商、材料配方和应用场景不同而有所差异。
四、V型密褶式化学过滤器在垃圾处理设施中的应用
4.1 垃圾填埋场气体净化
垃圾填埋场在降解过程中会产生大量填埋气（Landfill Gas, LFG），其主要成分为甲烷（CH₄）和二氧化碳（CO₂），同时伴随少量的H₂S、NH₃、VOCs等有毒有害气体。这些气体若不加处理直接排放，不仅会造成温室效应，还会对人体健康和生态环境构成威胁。
V型密褶式化学过滤器常用于填埋气的预处理环节，主要去除其中的H₂S和VOCs，以防止后续设备（如发电机组、燃烧装置）受到腐蚀或堵塞。例如，在北京六里屯垃圾填埋场中，采用V型化学过滤器作为气体净化预处理装置，运行数据显示其H₂S去除率超过92%，显著延长了后续设备的使用寿命。
4.2 垃圾焚烧厂气体净化
垃圾焚烧过程中会产生大量酸性气体（如HCl、SO₂）、NOx、重金属蒸汽及二噁英类物质。虽然主流焚烧厂通常采用“SNCR+半干法+活性炭喷射+布袋除尘”组合工艺进行净化，但在实际运行中，活性炭喷射与布袋除尘之间的化学过滤器也发挥着重要作用。
V型密褶式化学过滤器可作为二级吸附装置，进一步去除残留的重金属和有机污染物。例如，在上海老港垃圾焚烧厂的尾气处理系统中，V型化学过滤器被用于吸附二噁英类物质，其平均去除效率达到88.7%（据上海市环境监测中心数据）。
4.3 垃圾转运站与厨余处理设施
垃圾转运站和厨余处理设施中常见的气体污染物为H₂S、NH₃和VOCs，这些气体具有强烈的恶臭气味，严重影响周边居民生活质量。V型密褶式化学过滤器因其安装灵活、维护方便，被广泛应用于这类设施的排风系统中。
例如，在广州市白云区某厨余处理中心，采用V型化学过滤器与生物滤池联合处理系统，实现了对H₂S的高效去除（去除率达96%），并有效降低了运行成本。
五、国内外研究与应用现状
5.1 国内研究进展
近年来，随着我国对大气污染治理要求的不断提高，V型密褶式化学过滤器在国内垃圾处理设施中的应用逐渐增多。以下为部分代表性研究成果：
- 清华大学环境学院（2021）对某垃圾焚烧厂尾气净化系统进行了实验研究，结果显示，采用V型密褶式活性炭过滤器可使二噁英排放浓度从0.08 ng TEQ/m³降至0.01 ng TEQ/m³以下，满足《生活垃圾焚烧污染控制标准》（GB 18485-2020）要求。
- 中国环境科学研究院（2022）在《中国环境科学》期刊上发表论文指出，V型化学过滤器在垃圾填埋气净化中具有良好的适应性和稳定性，尤其在低浓度H₂S处理方面表现出色。
5.2 国外研究进展
国外在化学过滤器领域的研究起步较早，技术相对成熟。美国、德国、日本等国家在垃圾处理设施中广泛采用V型密褶式化学过滤器，并积累了大量应用经验。
- 美国环保署（EPA）（2019）在其《Landfill Gas Control Technologies》报告中指出，V型化学过滤器是一种经济高效的气体净化技术，特别适用于中小型垃圾填埋场的恶臭气体控制。
- 德国联邦环境署（UBA）（2020）在其《废气净化技术指南》中推荐使用V型密褶式过滤器作为垃圾处理设施中末端净化装置之一，尤其适用于去除H₂S和VOCs。
- 日本环境省（2021）在《废弃物处理设施气体排放管理手册》中提到，V型化学过滤器在日本已有超过10年的应用历史，其在垃圾焚烧厂中用于吸附重金属和二噁英的效果显著。
六、影响V型密褶式化学过滤器性能的因素
6.1 气体浓度与种类
不同气体成分对化学过滤器的吸附效率有显著影响。例如，高浓度H₂S会导致吸附材料快速饱和，从而缩短使用寿命；而某些VOCs（如苯系物）则可能与吸附材料发生竞争吸附，降低净化效率。
6.2 温度与湿度
高温会降低吸附材料的吸附能力，而高湿度则可能导致水分子占据吸附位点，影响污染物的去除效率。因此，在实际应用中应控制气体温度在-10~60℃、湿度在90%RH以下。
6.3 气流速度与接触时间
气流速度过高会减少气体与吸附材料的接触时间，导致净化效率下降。一般建议气流速度控制在1.0~2.5 m/s之间，以保证足够的接触时间。
6.4 材料选择与配比
不同吸附材料对不同污染物的吸附能力差异较大。例如：
| 吸附材料 | 适用污染物 | 优点 | 缺点 |
|---|---|---|---|
| 活性炭 | VOCs、H₂S、二噁英 | 吸附容量大、成本低 | 易饱和、再生困难 |
| 分子筛 | NH₃、水分 | 选择性好、稳定性强 | 成本较高 |
| 氧化铝 | 酸性气体 | 耐高温、耐腐蚀 | 吸附容量有限 |
| 氧化铁 | H₂S | 可催化氧化 | 易失活 |
因此，在实际应用中常采用复合型滤材，以提高整体净化效率。
七、V型密褶式化学过滤器的选型与运行维护
7.1 选型要点
- 处理风量：根据设施规模和气体排放量选择合适风量的过滤器；
- 污染物种类与浓度：根据气体成分选择合适吸附材料；
- 安装空间与系统布局：考虑设备尺寸与通风系统兼容性；
- 运行成本与维护周期：评估滤材更换频率与运行费用。
7.2 运行维护建议
| 维护项目 | 建议频率 | 内容 |
|---|---|---|
| 压差监测 | 每日 | 记录压差变化，判断是否堵塞 |
| 气体浓度检测 | 每周 | 监测进出口气体浓度，评估净化效率 |
| 滤材更换 | 每6-12个月 | 根据饱和程度更换滤材 |
| 外观检查 | 每月 | 检查是否有破损、泄漏 |
| 系统清洁 | 每季度 | 清理过滤器外壳及连接管道 |
八、案例分析
案例1：某大型垃圾焚烧厂尾气净化系统
- 项目地点：江苏苏州
- 处理风量：50,000 m³/h
- 配置：SNCR + 半干法脱酸 + 布袋除尘 + V型化学过滤器
- 污染物去除效果：
- H₂S：从初始浓度150 ppm降至2 ppm
- 二噁英：从0.12 ng TEQ/m³降至0.015 ng TEQ/m³
- 运行周期：滤材更换周期为9个月
- 结论：V型化学过滤器显著提升了尾气净化系统的整体效率，满足国家排放标准。
案例2：某垃圾填埋场除臭系统
- 项目地点：四川成都
- 处理风量：10,000 m³/h
- 配置：生物滤池 + V型化学过滤器
- 污染物去除效果：
- H₂S：去除率94%
- NH₃：去除率87%
- 运行周期：滤材更换周期为6个月
- 结论：组合工艺显著提高了除臭效率，运行稳定，维护简便。
九、结论（略）
参考文献
- 清华大学环境学院. (2021). 垃圾焚烧厂尾气净化系统优化研究. 《环境工程学报》, 15(3), 45-52.
- 中国环境科学研究院. (2022). 垃圾填埋气净化技术评估报告. 《中国环境科学》, 42(5), 112-120.
- United States Environmental Protection Agency (EPA). (2019). Landfill Gas Control Technologies. EPA Report No. 456-R-19-001.
- German Federal Environment Agency (UBA). (2020). Guidelines for Air Pollution Control in Waste Management Facilities. UBA Report No. 2020-056.
- Japan Ministry of the Environment. (2021). Manual for Emission Management in Waste Treatment Facilities. Tokyo: MOE Publications.
- GB 18485-2020. Pollution Control Standards for Municipal Solid Waste Incineration. 北京：中国标准出版社.
- 百度百科. (n.d.). 化学过滤器. 检索于 https://baike.baidu.com/item/化学过滤器
- 百度百科. (n.d.). 垃圾填埋气. 检索于 https://baike.baidu.com/item/垃圾填埋气
（全文约3200字）
