CN101721874A - 一种用于隧道的废气净化系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于隧道的废气净化系统，其特征在于：隧道的两侧依次设有负离子净化装置，隧道的顶部依次设有空气净化装置，隧道排风口的地面上设有排风净化装置。使用时，在隧道内的两侧安装负离子净化装置，隧道的顶部安装空气净化装置，并在隧道排风口的地面上设有排风净化装置，集中净化隧道废气外排的最主要的污染因子和颗粒物，使得外排于隧道的空气质量平均达到国家二类空气质量的标准。

Description

一种用于隧道的废气净化系统

技术领域：

本发明涉及的空气净化技术领域，具体地说是一种用于隧道废气的净化系统。

背景技术：

中国公路隧道数量居世界第一，长度居亚洲第一，世界第二，同时也是世界上隧道废气最严重的国家之一。据交通部2006年统计公报：中国有3788条公路隧道，当汽车进入隧道时，车速较慢，特别是每天正值上下班时隧道内交通不畅，时常处于怠速状态行驶，导致汽油燃烧不完全，产生高浓度废气。公路隧道像一个生产废气的加工厂和集散地，通过射流风机，直排于隧道出风口附近地区，严重地威胁到隧道附近地区的人民身心健康，已成为一种新的公害。汽车废气含有150多种不同化合物，可分为气体(一氧化碳、氮氧化物和碳氢化合物、醛类等)和颗粒物(粉尘、烟雾等)两大类。在气体中，对人危害最大的是一氧化碳、氮氧化物和碳氢化合物，占全部有害气体的80％～90％以上。粉尘(dust)分散悬浮于气体介质中的较小颗粒，粒径在1～200μm；烟尘是由燃烧形成的细微颗粒物，包括燃料完全燃烧和不完全燃烧后残留的固体残渣，径粒一般为10μm；雾(fog)，大气中微小液体颗粒悬浮体的总称，是蒸汽凝结、液体雾化和化学反应而形成的液滴，如水雾、油雾、酸雾、碱雾等，粒径小于100μm。大于100μm的颗粒易于沉降，对大气造成的危害较小；小于100的颗粒物又分为飘尘、降尘和总悬浮微粒(STP)。

据统计，每千辆汽车每天排出的CO约3000kg，HC约200～400kg，NOx约为50～150kg，平均每燃烧一吨油生成的有害物质达40～70kg。在大中城市中，汽车尾气的污染占整个大气污染的60％以上。

1、隧道主要废气特征

汽车废气的主要有毒有害物质是一氧化碳、氮氧化物、碳氢化合物和颗粒物等，其特征是不易散发，排放物的浓度更高。其中浓度最高，对人危害最大的是一氧化碳(CO)。

一氧化碳(CO)是一种无色、无味、无嗅、无刺激性的有害气体。几乎不溶于水，在空气中不易与其他物质产生化学反应，能在大气中停留2-3年之久。一氧化碳分子量为28.0，对空气相对密度为0.967，在标准状态下1L气体质量为1.25g，100mL水中可溶解0.0249mg(20℃)。一氧化碳(CO)是汽车尾气第一排气公害。

碳氢化合物(HC)成分有百余种之多，但其浓度总量比一氧化碳要少。碳氢化合物中大部分对人体健康的直接影响并不明显，但从汽车排气成分的检测中得知，在排出的碳氢化合物中含有少部分醛类(甲醛、丙烯醛)和多环芳烃(苯并[a]芘等)。其中甲醛与丙烯醛对鼻、眼和呼吸丹膜有刺激作用，可引起结膜炎、鼻炎、支气管炎等症状，它们还有难闻的臭味。苯并[a]芘被认为是一种强致癌物质。碳氢化合物是汽车尾气第二排气公害。

2、隧道废气对人体的影响

一氧化碳(CO)对人体的危害

①对心血管系统有影响。当血液中COHb达8％时，静脉血氧张力降低，冠状动脉血流量增加，从而引起心肌摄取氧量减少，并促使某些细胞内的氧化酶系统停止活动。

②对神经系统的影响。脑是人体耗氧量最多的器官，也是对缺氧最敏感的器官。当CO进入人体时，大脑皮层和苍白球受害最严重，出现头痛、头晕、记忆力降低等神经衰弱症状，并有心前区紧迫感和针刺样疼痛。

③对后代的影响。孕妇生出的胎儿有出生时体重低和智力发育迟缓的趋向。

CO使人体中毒的机理CO是有毒气体，对人体有强烈的毒害作用。一氧化碳中毒时，使红血球的血红蛋白不能与氧结合，妨碍了机体各组织的输氧功能，造成缺氧症。当一氧化碳浓度为12.5mg/m³时，无自觉症状，50.0mg/m³时会出现头痛，疲倦，恶心，头晕等感觉，750mg/m³时发生心悸亢进，并伴随有虚脱危险，1250mg/m³出现昏睡，痉挛而造成死亡。

CO进入机体后经肺泡进入血液循环，与血液中血红蛋白(Hb)肌肉中的肌红蛋白和含二价铁的细胞呼吸醛等形成可逆性的结合(如CO+Hb＝COHb)。一氧化碳与血红素的亲和力比氧气与血红素的亲和力大240倍。当CO进入人体后，就会把血液中氧合血红蛋白(HbO₂)中的氧排挤出去，形成COHb。当一氧化碳血红素占到人体内总血红素的10％，就会对人的学习、工作带来影响；当占到20％时，就会使人感到头痛、头晕，出现中毒现象；占到60％-65％时，人即会死亡。因此，大气中过高的一氧化碳含量对于人体的危害很大，当含量达到百万分之十时，人长期接触就会慢性中毒；当含量达到1％时，人只能活2分钟即死亡。我国大气环境中CO规定的日均值不得高于4.0毫克/立方米。

氮氧化物(NOx)对人体的危害

氮氧化物NOX(nitrogen oxides)是汽车排放尾气中含量较多的一氧化氮和含量较少的二氧化氮的总称。据医学研究表明，高浓度的一氧化氮会引起人体中枢神经的瘫痪和痉挛。虽然低浓度的一氧化氮毒性不大，但二氧化氮则是一种毒性很强的气体。它是红褐色有刺激性气味的气体，当含量达到百万分之五时，就会闻到很强烈的臭味，对人的呼吸系统和免疫功能有很大危害。刺激肺部，使人较难抵抗感冒之类的呼吸系统疾病，呼吸系统有问题的人士如哮喘病患者，会较易受二氧化氮影响。对儿童来说，氮氧化物可能会造成肺部发育受损。研究指出长期吸入氮氧化物可能会导致肺部构造改变。若二氧化氮浓度超过百万分之一百时，人在其中只要01.5-1小时，就会得肺水肿而死亡。

碳氢化合物(HC)对人体的危害

HC和NOx在大气环境中受强烈太阳光紫外线照射后，生成一种新的二次污染物——光化学烟雾，使大气能见度降低，并对人体有很强的刺激和毒害作用，引起眼痛、头痛，严重时使人死亡。目前还不清楚它对人体健康的直接危害。1952年12月伦敦发生的光化学烟雾，在4天中使死亡人数较常年同期约多4000人，45岁以上的死亡最多，约为平时的3倍；1岁以下的约为平时的2倍。事件发生的一周中，因支气管炎、冠心病、肺结核和心脏衰弱者死亡分别为事件前一周同类死亡人数的9.3倍、2.4倍、5.5倍和2.8倍。

汽车颗粒物对人体的危害

汽车尾气排放的颗粒物，一般是由直径为0.1～4.0μm的多孔性炭粒构成。当人们吸入这种有害物并积累到一定程度时，铅将阻碍血液中的红血球的生长与成熟，使心、肺等发生病变，侵入大脑时则引起头痛，出现一种精神病的症状。当血液中含铅量超过80μg/100mL时，随着血液中红血球状态的变化，会出现四肢肌肉麻痹、严重腹痛、脸色苍白以至死亡等典型铅中毒症状。此外，铅化物还会吸附在催化剂表面，使催化剂“中毒”从而降低催化剂的净化效果，并显著缩短其使用寿命。

碳烟的危害不仅在其本身对人的呼吸系统有害，而且因为碳烟粒的孔隙中往往吸附着二氧化硫及有致癌作用的多环芳烃如苯并[a]芘等。微粒对人体健康的影响，除了与浓度有关外，粒子的直径及其化学性质起决定作用，5μm以下的粒子可以进入呼吸道，3μm以下的粒子可以沉积在肺细胞内，引发肺病变，粒子携带的苯并[a]芘是强致癌物质，可引发癌症。

光化学烟雾对人体的危害

光化学烟雾是由汽车厂排出的碳氢化合物和氮氧化物在阳光作用下，在波长4000×10-10m以下的紫外线区进行一系列的光化学反应，生成臭氧(O3)和过氧化乙酰硝酸盐(PAN)等光化学过氧化产物以及各种游离基、醛、酮等成分，形成一种毒性较大的浅蓝色烟雾。在光化学氧化产物中，臭氧是一种强的氧化剂，在0.1ppm浓度时就具有特殊的臭味。并可达到呼吸系统的深层，刺激下气道黏膜，引起化学变化，其作用相当于放射线，使染色体异常，使红血球老化。PAN、甲醛、丙烯醛等产物的人眼睛、咽喉、鼻子等有刺激作用，其刺激域值约为0.1ppm。此外，还发现光化学烟雾能促使哮喘病患者哮喘发作，能引起慢性呼吸系统疾病恶化，长期吸入氧化剂能降低人体细胞的新陈代谢，加速人的衰老。并且，光化学氧化产物中的臭氧和过氧化乙酰硝酸盐都能使植物受害，臭氧具有极强的氧化力，能使植物变黑、橡胶开裂；动物在1ppm臭氧浓度下4小时就会出现轻度肺气肿。过氧化乙酰硝酸盐的毒性介于NO和NO2之间。

目前，隧道的净化技术大多采用通风直排，即引入新风对隧道内的废气进行稀释，然后通过烟道将隧道内的废气直排于上空。由于排放的废气内含有大量的污染因子和颗粒物，直接排放的处理方式对周围的环境造成了一定的污染，同时随着城市发展的进程，隧道的增多在带来交通便捷的同时，也给城市环境造成了更大的污染。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种改进的废气净化系统，它可克服现有技术中隧道内的废气直接向空气中排放，给环境造成一定污染的一些不足。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种用于隧道的废气净化系统，隧道的顶部设有排风口，其特征在于：隧道的两侧依次设有负离子净化装置，隧道的顶部依次设有空气净化装置，隧道排风口的地面上设有排风净化装置。

使用时，在隧道内的两侧安装负离子净化装置，隧道的顶部安装空气净化装置，并在隧道排风口的地面上设有排风净化装置，集中净化隧道废气外排的最主要的污染因子和颗粒物，使得外排于隧道的空气质量平均达到国家三类空气质量的标准。

附图说明：

图1为本发明使用状态的参考图

图2为本发明空气净化装置一实施例的结构示意图

图3为本发明空气净化装置一实施例的工作流程图

图4为本发明空气净化装置又一实施例的结构示意图

图5为本发明空气净化装置又一实施例的工作流程图

图6为本发明排风净化装置一实施例的结构示意图

图7为本发明排风净化装置一实施例的工作流程图

图8为本发明排风净化装置又一实施例的结构示意图

图9为本发明排风净化装置又一实施例的工作流程图

具体实施方式：

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。

一种用于隧道的废气净化系统，隧道的顶部设有排风口，其与现有技术的区别于：隧道1的两侧依次设有负离子净化装置2，隧道的顶部依次设有空气净化装置3，隧道排风口的地面上设有排风净化装置。负离子净化装置距离隧道地面的距离为0.4-1.6m，负离子净化装置之间的距离为0.5-2m。空气净化装置内依次设有滤网5、水洗式静电除尘器6、-氧化碳催化装置9和后置风机8，空气净化装置与空气净化装置之间的距离为50m-200m。其中水洗式静电除尘器则是一种利用高压静电将气体中的颗粒物与空气分离的除尘设备。从原理上分为气体电离、颗粒物荷电、收尘及清灰等四个阶段。含尘气体通过高压电场时，气体电离产生大量的自由电子和正离子，当含尘气体通过存在大量离子及电子的空间时，离子和电子会附着在颗粒物上，在电场力的作用下，荷电颗粒物向其极性相反方向运动，附着在电极板上，最后通过水清灰，排除灰尘。

一氧化碳催化装置9与后置风机之间设有紫外线空气消毒器10，后置风机的后端设有负离子发生器11。由于一氧化碳是隧道废气中的最主要的污染因子，约占废气总量的70％以上，而一氧化碳催化装置的一氧化碳催化氧化率可达到90％以上。紫外线空气消毒器主要采用紫外线等关对隧道内的流动空气进行消毒，使隧道内空气质量得到明显提高。负离子发生器可以借助风机的动力和机动车的推力，将负离子均衡地撒向隧道空间，使得隧道内的空气质量得到进一步的提高。

排风净化装置内依次设有滤网5、水洗式静电除尘器6、氮氧化物和二氧化硫吸附装置7、一氧化碳催化装置9和后置风机8。其中，水洗式静电除尘器设在隧道排风口，集中净化外排的颗粒物，处理风量为50-120m³/s，0.1-5.0μm的颗粒物净化率在70％以上，5.0μm以上的颗粒物净化率在95％以上。在氮氧化物和二氧化硫吸附装置和一氧化碳催化装置中，为了减少风阻，增大吸附容量，使吸附接触面积扩大，均匀接触和吸附分体，将活性碳和CXY-1一氧化碳催化剂(一氧化碳催化剂由贵金属和过渡金属材料组成)制成蜂窝状或折叠式结构。在另一种实施方式中，排风净化装置内依次设有喷淋装置12、前置风机13、水尘雾化器14、水汽分离装置15、气流转换装置16、水洗式静电除尘器6、氮氧化物和二氧化硫吸附装置7、以及一氧化碳催化装置9。其中，前置风机是为了将水打成水雾与混浊空气进行融合，然后前置风机再将水与混浊空气送入水尘雾化器，经过处理使得水气融合，融合的水气经重力作用，产生水气分离，一部分有害气体和颗粒物随水排泄于污水沟17，同时，减少了干扰气体对催化吸附剂的影响，延长了催化吸附剂的使用寿命，降低了运营成本。氮氧化物和二氧化硫吸附装置中，氮氧化物化物吸附剂选用活性碳作为吸附剂主体，通过化学改性，即采用10.1％的KOH来浸渍处理活性炭，提高其吸附效率，穿透时间由改性前的46min增加到了148min，同时，对二氧化硫同样有吸附作用。

在使用本发明后，对隧道内的空气质量产生了很大的改善，具体参见下表中的数据：

大气尘埃粒子分组效率测定结果

大气尘粒径分级效率测定结果

实施例1

隧道内的两侧安装负离子净化装置，隧道的顶部安装空气净化装置，从进隧道上方第一组风机的位置开始，直到隧道上方最后一组风机位置结束。在隧道排风口的地面上设有排风净化装置，排风净化装置内依次设有滤网、水洗式静电除尘器、一氧化碳催化装置和后置风机，处理风量为50-120m³/s之间。负离子净化装置距离隧道地面的距离为0.4-1.6m，负离子净化装置之间的距离为1m。空气净化装置内依次设有滤网、水洗式静电除尘器和后置风机，空气净化装置与空气净化装置之间的距离为80m。其中，滤网可对机动车带入隧道内的10μm以上的较大颗粒物或尘土进行初滤。水洗式静电除尘器则是一种利用高压静电将气体中的颗粒物与空气分离的除尘设备。后置风机可以减少隧道通风量，降低隧道噪音，实现节能减排的目的。

实施例2

隧道内的两侧安装负离子净化装置，隧道的顶部安装空气净化装置，从进隧道上方第一组风机的位置开始，直到隧道上方最后一组风机位置结束。在隧道排风口的地面上设有排风净化装置，处理风量为50-120m³/s之间。负离子净化装置距离隧道地面的距离为0.4-1.6m，负离子净化装置之间的距离为2m。空气净化装置内依次设有滤网、水洗式静电除尘器、一氧化碳催化装置和紫外线空气消毒器、后置风机和负离子发生器，空气净化装置与空气净化装置之间的距离为150m。排风净化装置内依次设有喷淋装置、前置风机、水尘雾化器、水汽分离装置、气流转换装置、水洗式静电除尘器、氮氧化物和二氧化硫吸附装置和一氧化碳催化装置。其中，前置风机是为了将水打成水雾与混浊空气进行融合，然后前置风机再将水与混浊空气送入水尘雾化器，经过处理使得水气融合，融合的水气经重力作用，产生水气分离，一部分有害气体和颗粒物随水排泄于污水沟，同时，减少了干扰气体对催化吸附剂的影响，延长了催化吸附剂的使用寿命，降低了运营成本。

Claims (6)

1.一种用于隧道的废气净化系统，隧道的顶部设有排风口，其特征在于：隧道的两侧依次设有负离子净化装置，隧道的顶部依次设有空气净化装置，隧道排风口的地面上设有排风净化装置。

2.根据权利要求1所述的一种用于隧道的废气净化系统，其特征在于：负离子净化装置距离隧道地面的距离为0.4-1.6m，负离子净化装置之间的距离为0.5-2m。

3.根据权利要求1所述的一种用于隧道的废气净化系统，其特征在于：空气净化装置内依次设有滤网、水洗式静电除尘器、一氧化碳催化装置和后置风机，空气净化装置与空气净化装置之间的距离为80m-300m。

4.根据权利要求3所述的一种用于隧道的废气净化系统，其特征在于：一氧化碳催化装置与后置风机之间设有紫外线空气消毒器，后置风机的后端设有负离子发生器。

5.根据权利要求1所述的一种用于隧道的废气净化系统，其特征在于：排风净化装置内依次设有滤网、水洗式静电除尘器、氮氧化物和二氧化硫吸附装置、一氧化碳催化装置和后置风机。

6.根据权利要求1所述的一种用于隧道的废气净化系统，其特征在于：排风净化装置内依次设有喷淋装置、前置风机、水尘雾化器、水汽分离装置、气流转换装置、水洗式静电除尘器、氮氧化物和二氧化硫吸附装置、以及一氧化碳催化装置。

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