CN102824831B - 紫外光解处理废气的箱式光反应器及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及废气净化处理技术，旨在提供一种紫外光解处理废气的箱式光反应器及其方法。该反应器包括箱式的壳体，在壳体上设有废气进口和净化气出口；还包括固定于壳体内壁上的UV放电管模块，共有n层且交错设置，将壳体内的空间分割成n+1个依次串联的光解舱；所述废气进口和净化气出口分别接至第一个光解舱和最后一个光解舱；所述UV放电管模块由UV放电管与包覆于UV放电管外部的滤光板构成，在通电后能发射主波长为184.9nm或253.7nm的紫外光。该方法是给UV放电管模块通电，将待处理废气通入废气进口，废气流经串联的光解舱后由净化气出口排放。本发明污染物净化效率高，无需添加任何化学试剂，适应范围广，投资费用低，运行成本低，适合于工程应用。<!--1-->

Description

紫外光解处理废气的箱式光反应器及其方法
技术领域
本发明涉及一种高能光解UV废气净化装置及其处理工艺，特别涉及一种用于挥发性有机气体及恶臭气体高能UV光解废气净化装置及其处理工艺。
背景技术
随着国民经济的持续快速发展，能源消费的不断攀升，发达国家历经近百年出现的环境问题在我国近二、三十年集中出现，呈现区域性和复合型特征，存在发生大气严重污染事件的隐忧，大气环境形势非常严峻，挥发性有机废气及恶臭气体污染已成为世界各国公认的一种典型的环境公害。
目前处理挥发性有机废气及恶臭气体的主要法有吸附法、吸收法、燃烧法、生物法等。吸附法是利用吸附剂的多孔结构，将废气中的污染物捕获，吸附剂以炭质居多(如活性炭、纤维炭等)，适合于含水率低、浓度低的废气，具有去除效率高、工艺成熟等优点，但涉及饱和吸附剂脱附再生处理问题，需要与冷凝、氧化等其他方法联合。吸收法是采用低挥发性或不挥发性溶剂对废气进行洗涤吸收，从而消除污染，吸收剂可以是水、酸碱、矿物油和碳氢化合物，设备一次性投资费用低，但吸收后的废吸收液需要再次处理，易产生二次污染。燃烧法是利用高温(500～800℃，使用催化剂后，温度可降至350～500℃)，将有机废气在0.3～0.5s时间内氧化分解，分解产物为CO2和H2O，涉及含硫、氯、氮化合物，则会产生SO2、HCl、NOX，适合于处理污染物浓度高、毒性大的废气，具有效率高、氧化彻底等特点，但氧化后废气存在二噁英等污染风险，使用催化剂易被硫、氯中毒。生物法是利用微生物将废气中污染物降解为CO2、H2O等无毒无害的产物，因其具有处理费用低、二次污染小等特点，正成为一项在废气污染控制领域迅速推广的技术，尤其是在较低浓度、较大气量的易生物降解有机废气和恶臭气体治理中。然而，对于那些疏水性难生物降解气态污染物(烃类、含氯烃类等)，由于其固有的物性，采用生物法难以获得较为理想的去除效果。
因此，研究开发一种净化效率高、投资与运行费用低、运行稳定、安全可靠的挥发性有机废气及恶臭气体净化装置及其处理工艺，具有重要意义和实用价值。
发明内容
为克服常规废气处理设备及其工艺的诸多不足之处，本发明提出一种紫外光解处理废气的箱式光反应器及其方法。
本发明提出如下的解决技术方案：
提供一种紫外光解处理废气的箱式光反应器，包括箱式的壳体，在壳体上设有废气进口和净化气出口；还包括固定于壳体内壁上的UV放电管模块，UV放电管模块共有n层且交错设置，将壳体内的空间分割成n+1个依次串联的光解舱；所述废气进口和净化气出口分别接至第一个光解舱和最后一个光解舱；所述UV放电管模块由UV放电管与包覆于UV放电管外部的滤光板构成，在通电后能发射主波长为184.9nm或253.7nm的紫外光。
本发明中，所述UV放电管模块共有2～9层。
本发明中，所述n层UV放电管模块中的UV放电管具有相同或不同的发射主波长。
本发明中，每层UV放电管模块中设置一个UV放电管模块，或并列设置两个或两个以上UV放电管模块。后面一种设置增加了光解舱宽度，可提高废气处理流量。
本发明中，所述壳体内壁具有经过抛光或镀膜处理的表面结构，可增强光的反射能力，提高光能利用效率。
本发明中，所述滤光板是石英玻璃或Suprasil玻璃，其厚度为5～10mm。石英玻璃或Suprasil玻璃作为滤波板具有滤波功能，可获得理想波长的紫外光束。同时UV放电管在滤波板的保护下避免了与废气直接接触，可有效延长UV放电管使用寿命。
箱式光反应器的壳体可采用优质不锈钢材料制作，接缝采用焊接，废气进口、净化气出口、检修口等处进行密封处理，防止紫外光外泄危害人体健康。
作为进一步的发明目的，本发明还提供了一种基于前述箱式光反应器的紫外光解处理废气的方法，包括步骤：
(1)给UV放电管模块通电，释放出主波长为184.9nm或253.7nm的单独或混合的紫外光；
(2)将待处理废气通入废气进口，废气流经串联的光解舱后由净化气出口排放；在光解舱中：主波长为253.7nm的紫外光使污染物分子键断裂或变为激发状态，能穿透废气中细菌或病毒的细胞膜，给核酸造成损伤，使细胞失去繁殖能力；
主波长为184.9nm的紫外光使污染物分子键断裂或变为激发状态，使O2分子分解生成O*(活性氧)，O*与O2进而产生臭氧O3，并使H2O分子产生羟基自由基HO·，进而形成UV/O3/HO·光激发氧化体系，扩大单一光氧化去除有机物的范围，污染物最终分解为无毒无害的CO2、H2O等产物，从而使废气得到净化。
本发明的有益效果是：
(1)污染物净化效率高：能高效去除挥发性有机物(VOC)、无机物、硫化氢、氨气、硫醇类等污染物，净化后的尾气可稳定达标排放。
(2)无需添加任何化学试剂：净化过程无需添加任何物质参与化学反应，从源头上避免了二次污染产生。
(3)适应范围广：温度在-30℃～95℃之间，湿度在30％～95％、pH值在2～13之间等环境均可正常工作。
(4)投资费用低：废气处理停留时间短，装置体积小、结构简单，投资费用低。
(5)运行成本低：装置系统阻力降低，电耗低，无需专人管理和日常维护，只需作定期检查。
(6)适合于工程应用：较好地解决了光解反应装置根据工程实际废气量和停留时间进行放大设计和工程应用。
附图说明
图1是箱式光反应器结构示意图；
图2是箱式光反应器的剖视图。
图中附图标记：1为壳体，2为UV放电管模块，3、4、5、6、7为光解舱，8、9、10为UV放电管，11、12、13为滤光板(石英玻璃或Suprasil玻璃)。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步描述。
箱式光反应器的处理机理是：在紫外光束的照射下，废气中的有机污染物吸收光子能使分子键断裂或变为激发状态，废气中的O2分子吸收光子能生成的O*(活性氧)，O*与O2结合产生臭氧O3，废气中的H2O分子吸收光子能产生羟基自由基HO·，形成UV/O3/HO·光激发氧化体系，这将有利于扩大单一光氧化去除有机物的范围，污染物最终分解为无毒无害的CO2、H2O等产物，从而使废气得到净化。
本实施例中，箱式光反应器由壳体1和设于其内部的三层UV放电管模块2组成，三层UV放电管模块2交错设置并将装置分割为四个光解舱3(分别为光解舱4、5、6、7)，各光解舱3串联构成通道，可实现废气多级处理。UV放电管模块由UV放电管8、9、10与包覆于UV放电管8、9、10外部的滤光板11、12、13构成，在通电后能发射主波长为184.9nm或253.7nm的紫外光，使光解舱3受到相同或不同波长的紫外光照射，可实现多组分废气处理。所述的UV放电管模块2每层双排设置，双排设置可增加光解舱3的宽度，提高废气处理能力。
箱式光反应器的壳体1采用优质不锈钢材料制作，接缝采用焊接，废气进口、净化气出口、检修口等处进行密封处理，防止紫外光外泄危害人体健康。所述的装置内壁表面作抛光、镀膜等处理，增强光的反射能力，提高了光能利用效率。
本实施例中，所述的UV放电管8、9采用高功率低气压UV放电管，UV放电管10采用超高功率低气压UV放电管。所述的滤波板11、12采用6mm厚石英玻璃，滤波板13采用6mm厚Suprasil玻璃。
本实施例中，所述的光解舱7处于主波长为184.9nm紫外光照射，流经光解舱7的污染物分子吸收光子能，而发生分子化学键断裂或变为激发状态；废气中O2分子吸收光子能生成的O*(活性氧)，O*与O2结合产生臭氧O3；废气中H2O分子收光子能产生羟基自由基HO·。所述的光解舱6下部处于波长为184.9nm紫外光照射，上部处于波长为253.7nm紫外光照射；光解舱5处于波长为253.7nm紫外光照射。流经光解舱5、6的废气或激发状态的废气分子，在UV/O3/HO·光激发氧化体系作用下进一步净化。
本实施例中，所述的光解舱4处于波长为253.7nm紫外光照射，净化后尾气流经光解舱4在紫外线的穿透下尾气中的细菌、病毒的核酸(DNA)受到损伤，细胞失去繁殖能力，从而达到杀菌消毒的效果。
所述高能UV光解废气净化装置的优点是净化效率高、无需预处理、无二次污染、投资运行费用低、运行稳定、无需专人管理和日常维护，只需作定期检查。
以下是本发明高能UV废气净化装置在浙江某制药公司试验情况如下：
浙江某制药公司污水站挥发废气情况如下表1。
表1浙江某制药公司污水站废气情况汇总表
试验装置主要技术参数如下：
废气流量：1000m3/h
有效尺寸：1200×1200×1200mm
光照强度：3200μW/cm2
光解舱宽度：1200mm
光解舱高度：4#、7#200mm；5#、6#400mm；
光解舱宽度：1200mm
放电管模块数量：6套，分三层设置，每层2套并排设置。每套设放电管5支，每支放电管功率36W。
放电管类型：放电管8、9采用高功率低气压UV放电管，发射主长253.7nm紫外光。UV放电管10采用超高功率低气压UV放电管，发射主长184.9nm紫外光。
滤波板类型：滤波板11、12采用6mm厚石英玻璃，滤波板13采用6mm厚Suprasil玻璃。
装置壳体材质：S304不锈钢，内表面采用抛光处理，外表面采用抛丸喷砂处理。
试验装置在常温常压状态下连续6个月运行，湿度为65～75％，废气流量为1000m3/h，丙酮去除率达到75％以上，乙酸乙酯去除率达到80％以上，H2S平均去除率达到去除率95％以上，尾气排放达到《恶臭污染物排放标准》GB14554-1993、《大气污染物综合排放标准》GB16927-1996排放要求。
由上述实例可见，本案发明所述的高能UV光解废气净化装置，具有结构简单、体积小，净化效率高、运行稳定，无需预处理、无二次污染，投资运行费用低、无需专人管理和日常维护、只需作定期检查，可同时处理多组份废气等优点，具有广阔的工程应用前景。

Claims (4)

1.一种紫外光解处理废气的箱式光反应器，包括箱式的壳体，在壳体上设有废气进口和净化气出口；其特征在于，还包括固定于壳体内壁上的UV放电管模块，UV放电管模块共有n层且交错设置，将壳体内的空间分割成n+1个依次串联的光解舱；每层UV放电管模块中设置一个UV放电管模块，或并列设置两个或两个以上UV放电管模块；所述废气进口和净化气出口分别接至第一个光解舱和最后一个光解舱；所述UV放电管模块由UV放电管与包覆于UV放电管外部的滤光板构成，UV放电管模块共有2～9层，在通电后能发射主波长为184.9nm或253.7nm的紫外光；所述n层UV放电管模块中的UV放电管具有相同或不同的发射主波长。
2.根据权利要求1所述的箱式光反应器，其特征在于，所述壳体内壁具有经过抛光或镀膜处理的表面结构。
3.根据权利要求1所述的箱式光反应器，其特征在于，所述滤光板是石英玻璃或Suprasil玻璃，其厚度为5～10mm。
4.一种基于箱式光反应器的紫外光解处理废气的方法，其特征在于，包括步骤：
(1)给UV放电管模块通电，释放出主波长为184.9nm或253.7nm的单独或混合的紫外光；
(2)将待处理废气通入废气进口，废气流经串联的光解舱后由净化气出口排放；在光解舱中：主波长为253.7nm的紫外光使污染物分子键断裂或变为激发状态，能穿透废气中细菌或病毒的细胞膜，给核酸造成损伤，使细胞失去繁殖能力；主波长为184.9nm的紫外光使污染物分子键断裂或变为激发状态，使O2分子分解生成活性氧O*，活性氧O*与O2进而产生臭氧O3，并使H2O分子产生羟基自由基HO·，进而形成UV/O3/HO·光激发氧化体系，扩大单一光氧化去除有机物的范围，污染物最终分解为无毒无害的CO2、H2O产物，从而使废气得到净化；
所述紫外光解处理废气的箱式光反应器包括箱式的壳体，在壳体上设有废气进口和净化气出口；还包括固定于壳体内壁上的UV放电管模块，UV放电管模块共有n层且交错设置，将壳体内的空间分割成n+1个依次串联的光解舱；每层UV放电管模块中设置一个UV放电管模块，或并列设置两个或两个以上UV放电管模块；所述废气进口和净化气出口分别接至第一个光解舱和最后一个光解舱；所述UV放电管模块由UV放电管与包覆于UV放电管外部的滤光板构成，UV放电管模块共有2～9层，在通电后能发射主波长为184.9nm或253.7nm的紫外光。
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