CN101053758A - 一种光化学降解污染性气体的装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光化学降解污染性气体的装置，包含一个作为反应器的容器，其特征在于：所述反应器包含进气调节区、过滤区、紫外－臭氧反应区和溶剂吸收区四段，相互不需管道连接，紫外－臭氧反应区设置至少1个紫外灯组，每个紫外灯组至少包含一支紫外线灯管，并且在运行时设备的紫外－臭氧反应区域存在臭氧气体，尾气经溶剂型吸收装置从而得以彻底净化后经出气气流调节后由排气口排出。可应用于制鞋、家具等企业所排放“三苯”等污染气体的处理，也可应用于污水处理厂、皮革化工、养殖场、制药厂等企业所排放恶臭气体的处理，也可用于处理其它工厂企业排放的污染气体。

Description

一种光化学降解污染性气体的装置

技术领域：

本发明属于利用光化学技术降解污染性气体的技术领域，特别涉及一种利用紫外线和臭氧处理三苯气体、挥发性有机物气体(VOC)和恶臭气体等污染性气体的装置。

背景技术：

随着工农业的发展，其生产过程中产生的污染气体的直接排放已经对我国环境造成很大的污染，这里所指的污染气体是指含有挥发性有机物气体(VOC)或其他有害的无机气体，如硫化氢、氨气和各种臭气的气体。特别是化工、涂料、印刷、制鞋、制药厂、养殖场等工农业生产中产生的污染气体对空气造成严重污染进而危害人体健康的严重事实已引起人们越来越多的关注。污染气体中苯、甲苯、二甲苯(统称为“三苯”)的有害蒸气都是易挥发的有机溶剂，三苯”是城市主要的空气污染物之一，是一类严重影响人类健康的环境污染物，蒸发的气体主要经呼吸道进入人体，人们吸入被“三苯”污染的空气后，将引起急、慢性中毒，对造血系统、神经系统、心脑血管以及胚胎都有极大的损害，其毒性大小依次为苯＞甲苯＞二甲苯，而“三苯”混合气体的毒性更大。

目前国内“三苯”等废气主要采用的治理方法有溶剂吸收法、固定床吸附法、催化燃烧法、吸附/脱附—催化燃烧法和光化学方法等。

溶剂吸收法是利用“结构相似相溶”原理，用0号柴油等常温下不易挥发的有机溶剂作为吸收溶剂，在废气通过吸收塔时将其吸收，但吸收了大量污染物质的溶剂柴油的后处理较困难的缺点，没有从根本上解决问题。

固定床吸附法是利用对有机物分子具有强吸附能力的活性炭、硅藻土、有机膨润土等固体物质作为吸附材料，以一定的方式排列、固定，形成吸附床，当废气在一定的流速和温度下从其中通过时，即被吸附。本方法的问题也在于吸附了污染物的活性炭较难处理，而且可能造成二次污染。此外由于有机物和活性炭的易燃易爆性，还存在安全隐患问题。

催化燃烧法利用含有催化剂的蜂窝陶瓷等载体以固定吸附床的形式构成催化燃烧室，先将燃烧室预热到300℃，然后将废气通入，即可达到催化燃烧去除有机废气的效果。但存在成本较高、催化剂易中毒等缺点。

吸附/脱附—催化燃烧法将固定床吸附法与催化燃烧法相结合。其基本结构单元大体分为吸附/脱附室和催化燃烧室两个部分。但其缺点是较大的设备投资和较高的运行费用，成本偏高；设备构造复杂；易自燃，安全性差。

综上所述，现有的污染性气体降解方法或设备分别存在成本较高、吸附物难处理存在二次污染或易自燃，安全性差的缺点。因此需要一种能够高效率降解、运行安全、无二次污染、成本低廉的方法和设备对污染性气体特别是“三苯”、恶臭等气体进行降解。

发明内容：

本发明技术方案的目的在于提供一个适于污染性气体处理的光化学降解装置，实现对污染性气体特别是“三苯”气体、恶臭气体的高效、完全、无害化降解，为污染气体提供一条经济高效、无二次污染、运行安全的处理途径。

本发明的光化学降解污染性气体的装置的外部是一个整体，内部按功能分为进气调节区、过滤区、紫外-臭氧作用区和溶剂吸收区四个部分，所述进气调节区、过滤区、紫外-臭氧作用区和溶剂吸收区相互不需管道连接。过滤区内填充用于过滤气体的海绵或其他过滤材料；过滤区材料可以是单层也可以是多层填充。紫外-臭氧反应区内存在臭氧气体和紫外线，所述紫外线由装设在紫外-臭氧反应区内的紫外线灯管产生，所述的臭氧既可以通过使反应区内存在空气然后经由紫外灯管照射自然产生，也可以由外加的臭氧发生器产生后充入，也可以在紫外-臭氧反应区增设一个臭氧发生装置。所述紫外-臭氧反应区内无填充物或其他有碍光线照射的物质；

所述的紫外灯管的发射波长为100nm~400nm的紫外灯管；

采用本发明技术方案的光化学降解污染性气体的装置具有如下优点：

1.本装置利用紫外光与臭氧(UV/O₃)的协同作用，氧化能力非常强，对污染性气体特别是“三苯”气体、恶臭气体的去除率达95％以上，实现对污染性气体的完全降解；

2.本装置实现了过滤过程与紫外、臭氧反应过程集成化的设计，系统结构紧凑，构造简洁，易于制造、操作与维护；

3.本装置可以采用砖石、混凝土结构做成固定或可移动的装置，便于就地取材建造，降低制造成本，并有效避免了长途运输所带来的经济负担和对设备的损害；

4.本光化学降解污染性气体的装置可以为光化学反应提供充足的空间，可以为设备的检修提供良好的工作环境；

5.本装置既可以单独利用紫外或臭氧对污染气体的净化作用，也可以利用紫外-臭氧的协同作用，设备使用的灵活性强；

6.本装置的内部是一个整体，废气经过过滤区过滤处理后，直接进入紫外-臭氧反应区，不再需要管路连接，结构简单；制造安装方便，降低成本；

7.本装置中尾气经过吸收装置进一步净化，可消除尾气中可溶性有机物质，提高净化效果，达到无害排放；吸收用的废水或其他溶剂直接送污水处理厂统一处理，降低企业治污成本。

8.本装置的处理设备全封闭式设计，有效避免了紫外、臭氧可能对工作人员和环境的危害，无二次污染。

附图说明：

下面结合附图及实施例对本发明的光化学降解污染性气体的装置作进一步的说明。

附图1为本发明的光化学降解污染性气体装置的工艺流程示意图

附图2为本发明的光化学降解污染性气体装置的一个实施例示意图；图2中，1为进气调节区，2为过滤区，3为紫外-臭氧反应区，4为溶剂吸收区，5为进气口，6为气流调节器，7为一级过滤层，8为二级过滤层，9为紫外灯组的支撑架，10为喷水器，11为紫外灯组，12为输水管路，13为吸收装置，14为气体外排口，15为水槽，16为检修门，17为检修通道，18为水收集系统，19为溶剂槽，20为废水排放通道。

具体实施方式：

如图2所示的光化学降解污染性气体装置的反应器主体是一个内腔为棱柱形的用混凝土构筑的固定建筑物，反应器主体的内部是一个整体，按功能分为进气调节区1、过滤区2、紫外-臭氧反应区3、溶剂吸收区4四个功能区，过滤区2和紫外-臭氧反应区3之间由一级过滤层7和二级过滤层8分隔，所述的紫外灯组11位于紫外-臭氧反应区3内由支撑架13支撑，每个紫外灯组至少包含一支紫外线灯管，设备运行时紫外-臭氧反应区3内存在臭氧气体，进气口5和气体外排口14分别位于进气调节区1的前端和溶剂吸收区4的后端分别用于输入待处理气体和输出经溶剂吸收后的尾气。

待处理的气体由进气口5进入反应器后首先进入气流调节区1，气流调节区1内设置气流调节器6用于调节待处理气体的速度和方向，所述的气流调节器6与反应器的内壁固定连接并将进气调节区1与过滤区2分割开，待处理的气体由气流调节器6调节速度和方向后进入过滤区3，过滤区3内设置两级过滤层7和8，经调节速度和方向后的气体经过两级过滤层7和8滤除尘埃得以初步净化后进入紫外-臭氧反应区3，在运行时紫外-臭氧反应区3内存在臭氧气体，初步净化后的废气在紫外辐射的作用下，或在臭氧氧化的作用下，或在紫外-臭氧二者的协同作用下得以彻底净化，紫外-臭氧反应区3内设置喷水器10对反应区进行喷水，可通过喷水对反应区进行温、湿度调节，而且在有水的环境中令紫外线照射和臭氧同时作用对机物气体的降解率能大大提高，将污染性气体特别是“三苯”类气体变为无毒性或毒性低的易降解的可溶性气体。喷水器10的喷淋水经水收集系统18进入水排放通道20送市政污水处理系统。在反应区3内经过紫外线照射和臭氧氧化后产生的尾气经溶剂型吸收装置13净化后由气体外排通道14排出，吸收装置13中吸收尾气后的废弃溶剂排出至水收集系统18中送市政污水处理厂统一处理。

在一级过滤层7和二级过滤层8的底部设置水槽15，一级过滤层7和二级过滤层8分别设置动力机构使一级过滤层7和二级过滤层8的各个部分轮流浸在水中，当过滤层7和8通过水槽15时，水槽中的水即可将过滤层上的污物除去，达到清洁过滤层7和8的目的，过滤层7和8还可以不设置动力机构和水槽而采用喷淋的方法，利用喷水口10和供水管12对过滤层7和8进行喷淋也可以达到清洁的目的。

溶剂型吸收装置13是一个遮蔽气体外排通道14并且能够吸收净化后的气流中的可溶性有机物的装置，在其底部设置溶剂槽19，溶剂型吸收装置13的一部分浸在溶剂槽19内的溶剂中，同时溶剂型吸收装置13带有一个传动机构能使吸收装置13转动从而使整个溶剂型吸收装置13的各个部分轮流浸在溶剂槽19内的溶剂中以保证溶剂型吸收装置13上的各个部分都附有溶剂，这样处理过的气流通过吸收装置13时气流中的可溶性有机物就能溶解在附在吸收装置13上的溶剂中，并在转动至溶剂槽19中的溶剂时得到稀释，达到用溶剂吸收尾气中的有机物的目的。

本实施例中的吸收溶剂是水，水槽15和溶剂槽19均由供水管12供应，水槽15中了清洁过滤层的废水和溶剂槽19中吸收了有机物的废水统一排出至水收集系统18中经排水通道20排出再经输送管道送至市政污水处理厂统一处理。本实例溶剂采用水，但也可以采用酒精、丙酮等其他溶剂，采用酒精、丙酮等其他溶剂时供水管不再向溶剂槽中供水，而溶剂槽19中吸收了有机物的废弃溶剂可以排出至水收集系统18，或另设收集系统收集。

反应器内底部设置检修门16和若干个突起作为检修通道17避免检修人员的脚沾到反应器底部的污水，工作人员可以在未开启紫外灯的情况下，经检修门16进入紫外-臭氧反应区3，反再沿检修通道17行走，对设备进行检修维护。

实验的进气中苯、甲苯、二甲苯浓度分别为500ppm_v、400ppm_v、200ppm_v左右，气体流量为5×10⁴m³/h，试验装置连续运行，稳定运行期间，经测定三苯的去除率均在95％以上。与同类研究相比，其处理效果较好。

本实施例中所述的紫外灯组11为平行的紫外灯组，也可以是交叉排列的灯组；

所述的紫外灯11的波长介于100~400nm。所述的紫外灯11是主发射波长为100nm～400nm的相同波长的紫外灯组。

所述的紫外灯11是主发射波长为100nm～400nm的不同发射波长的紫外灯的组合。

所述的臭氧既可以经由上述紫外灯11照射产生，也可以由外加的臭氧发生器产生。

所述过滤材料7可以是单层或多层的，材料可以是海绵或其他具有过滤效果的材料，例如无纺布、纤维棉。

所述过滤材料8可以是单层或多层的，材料可以是海绵或其他具有过滤效果的材料，例如无纺布、纤维棉。

本实施例中的溶剂型吸收装置13设在紫外-臭氧反应区3之后，本实施例中使用的溶剂是水，还可以是酒精、丙酮等其他溶剂。

本实施例中的光化学降解污染性气体的装置是一个棱柱形的混凝土结构的固定建筑物，它可以是移动的容器，也可以是金属结构或陶瓷、玻璃、塑料、搪瓷等其他材质。

本发明的利用光化学降解污染性气体的装置，可应用于制鞋、家具等企业所排放“三苯”等污染气体的处理，也可应用于污水处理厂、皮革化工、养殖场、制药厂等企业所排放恶臭气体的处理，也可用于处理其它工厂企业排放的污染气体。

Claims (21)

1.一种光化学降解污染性气体的装置，包含一个作为反应器的容器，其特征在于：所述反应器包含进气调节区(1)、过滤区(2)、紫外-臭氧反应区(3)和溶剂吸收区(4)四段，相互不需管道连接，紫外-臭氧反应区设置至少1个紫外灯组(11)，每个紫外灯组至少包含一支紫外线灯管，并且在运行时设备的紫外-臭氧反应区域存在臭氧气体。

2.如权利要求1所述的光化学降解污染性气体的装置，其特征在于：紫外-臭氧反应区(3)内设置喷水器(10)对反应区进行喷水。

3.如权利要求1所述的光化学降解污染性气体的装置，其特征在于：作为反应器的容器是一个固定建筑。

4.如权利要求1所述的光化学降解污染性气体的装置，其特征在于：作为反应器的容器是可移动的。

5.如权利要求3、4所述的光化学降解污染性气体的装置，其特征在于：作为反应器的容器是砖石结构的。

6.如权利要求3、4所述的光化学降解污染性气体的装置，其特征在于：作为反应器的容器是混凝土结构的。

7.如权利要求3、4所述的光化学降解污染性气体的装置，其特征在于：作为反应器的容器是金属结构的。

8.如权利要求3、4所述的光化学降解污染性气体的装置，其特征在于：作为反应器的容器是陶瓷材质的。

9.如权利要求3、4所述的光化学降解污染性气体的装置，其特征在于：作为反应器的容器是玻璃材质的。

10.如权利要求3、4所述的光化学降解污染性气体的装置，其特征在于：作为反应器的容器是搪瓷材质的。

11.如权利要求1所述的光化学降解污染性气体的装置，其特征在于：作为反应器的容器的内表面具有防臭氧抗紫外线辐射的涂层。

12.如权利要求1所述的光化学降解污染性气体的装置，其特征在于：所述反应器是棱柱形结构。

13.如权利要求1所述的光化学降解污染性气体的装置，其特征在于：进气调节区(1)中设置气流调节器(6)。

14.如权利要求1所述的光化学降解污染性气体的装置，其特征在于：所述紫外-臭氧反应区域存在的臭氧气体由紫外灯(11)照射产生。

15.如权利要求1所述的光化学降解污染性气体的装置，其特征在于：所述紫外-臭氧反应区域存在的臭氧气体由外加的臭氧发生器产生后充入。

16.如权利要求1所述的光化学降解污染性气体的装置，其特征在于：所述的紫外灯(11)相互平行分布。

17.如权利要求1所述的光化学降解污染性气体的装置，其特征在于：所述的紫外灯(11)相互交叉排列。

18.如权利要求1所述的光化学降解污染性气体的装置，其特征在于：所述溶剂吸收区使用的溶剂是水。

19.如权利要求1所述的光化学降解污染性气体的装置，其特征在于：所述溶剂吸收区使用的溶剂是酒精。

20.如权利要求1所述的光化学降解污染性气体的装置，其特征在于：所述溶剂吸收区使用的溶剂是丙酮。

21.如权利要求1所述的光化学降解污染性气体的装置，其特征在于：在一级过滤层7和二级过滤层8的底部设置水槽15，过滤层7和8设置动力机构使一级过滤层7和二级过滤层8的各个部分轮流浸在水中。

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