CN103706232A - 一种节能型废气处理方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及废气的处理，具体公开了一种节能型废气的处理方法及装置。该方法是在通风柜内将废气依次经过离子交换树脂膜吸附，再经过活性炭纤维吸附层和纳米钒酸铋和氧化铼混合催化剂光催化分解和吸附，处理过的部分净化风通过增压排气泵重复利用。本发明装置包括电控系统、离子交换树脂膜、活性炭纤维吸附层，光催化装置，导风系统，废气回用系统，排水系统，所述节能型废气处理装置包括依前后依次连接的离子交换树脂膜、活性炭纤维吸附层、纳米光催化装置。本发明的方法及装置可以广泛用于各类废气的处理和运用到各类实验室通风柜中。

Description

一种节能型废气处理方法及其装置

技术领域

本发明是一种废气处理的方法，具体涉及一种节能型附装在通风柜上的实验室废气处理的方法及装置。 

背景技术

在社会发展中，科技起着越来越重要的作用，科技是决定生产力的关键因素。目前不仅仅科研单位和学校在从事科研，企业也把越来越多的资金投入到科研中。在实验过程中，经常会碰到对身体有害物质，常见的比如硝酸，盐酸，高氯酸，胺类，甲醛，苯系列，有害病菌等。甚至有些实验涉及到毒性很强的化学物质，比如氰化物等。为了保护科研人员安全，这些实验必须在通风柜中进行。但普通的通风柜不具备废气处理功能，这些废气如果直接排放，会污染周围环境。目前很多科研大楼都是高层建筑，要把这些废气用风机抽到屋顶进行处理，管道安装费用很高，设备投资大，由于管程长，阻力大，导致能耗大。且在管道运输中，如果出现泄漏还会对周围产生污染。另外，对于一些有毒物质，容易挥发的物质，一般都存放在通风柜或者毒品柜中，这必须保证通风柜的风机一直在运行，导致动力费用很高。 

目前处理实验室废气的主要方法有水喷淋法，活性炭干吸附法，纳米光催化法，低温等离子方法。这些设备占用的空间大，重量大，对楼层建筑的承重有很大的要求。另外，一般高层建筑楼顶往往会放置空调冷却水系统，自来水供水系统，供热系统，太阳能回收系统等。如果在楼顶再放上大量的实验室废气处理装置、风机，整个楼顶的沉重压力将很大，并会导致交叉污染，影响冷却水或者供热系统等。在传统的实验室废气处理方法中，为了保证通风柜内的气体不向实验室内扩散，必须保证足够的风速，导致排出的风量很大，一般一台通风柜的风量都是在1200～2100m³/h，风量大，在同样的管道中，阻力就大，能耗就高。 

如何在实验室通风柜使用中建立低碳经济、降低能耗、减少设备投资并减 少楼顶设备承重的废气处理装置是本发明所要解决的。 

发明内容

为解决现有实验室废气处理方法所存在的上述缺陷，本发明的首要目的是提供一种节能型废气处理方法。 

本发明的另一目的是实现上述方法的节能型废气处理装置。 

上述方法及装置可用于各类实验室废水处理中和安装在各种通风柜中。 

本发明的目的通过以下技术方案实现： 

附装在通风柜的实验室废气处理是将实验室废气依次经过离子交换树脂膜、活性炭纤维、纳米光催化装置的光分解处理，处理过程伴随气体导流，使得气体均匀分布，不会在通风柜内形成涡流；并对处理后的实验室净化气进行回用，并利用回用装置的在线检测系统，通过电子调控阀，控制废气回用比例。从而降低能耗和节约管道建设成本，并能保证废气处理干净，不污染环境，也不影响实验。在实验过程产生的废水从排水系统流出。具体操作是实验室废气在风机的动力作用下，经过导流板，使得风有组织的均匀通过两个半球型的离子交换树脂膜。在离子交换树脂膜中，实验室产生的废酸，水滴被离子交换树脂膜里的打孔吸附树脂吸附，使得废气中的酸碱气被吸附。在实验中产生的有机气体，部分会继续通过活性炭纤维层吸附和过滤，并保护纳米光催化装置的催化剂，延长催化剂的寿命。经过处理酸和过滤的实验室气体再经过窝状的装载有光催化材料的陶瓷膜，在陶瓷膜中发生光催化分解，把废气中的有机物分解成小分子物质，从而使得气体得到净化。经过净化的气体排入通风柜顶部的风管中，风管中设有酸碱探头和VOC探头。通过可编程控制系统，控制排风阀和回用电子控制阀，使得部分气体回用。以减少排放气体的大距离输送。输送的气体被送到通风柜中重复使用 

为更好实现上述方法，所述离子交换树脂膜装置包括两个半球形离子交换树脂层，所述的离子交换树脂膜是大孔吸酸和吸水弱碱性树脂组成，优选CLEAN-Q 501树脂膜。所述的纳米光催化材料由纳米钒酸铋和氧化铼组成，优选按照钒酸铋∶氧化铼质量比100∶3混合组成。 

本发明还提供了一种附装在通风柜上的废气处理装置，包括电控系统、废气处理单元和处理后实验室净化气回用系统。所述废气处理单元包括依次连接的离子交换树脂膜、活性炭纤维层、纳米光催化装置；所述离子交换树脂膜、 活性炭纤维和纳米光催化装置均设有导风系统；所述实验室净化回用系统包括在线检测系统，增压排气泵，导风回送系统。 

所述实验室净化气回用系统，放置在通风柜顶部，回风在通风柜的角落均匀分布，避免形成有组织的气流。 

当实验过程生成水滴或者离子交换树脂膜再生时，产生的水可以通过排水系统排走，不影响通风柜的使用。 

本发明的方法及其装置与现有技术相比具有以下有益效果： 

(1)本发明的方法充分利用离子交换树脂膜阻力小、吸附量大的特点，对废酸和水蒸汽都有很强的吸附量，并利用新型混合纳米光催化材料，使得废气的处理效率大大的得到了提高。 

(2)本发明的附装在通风柜的废气处理装置由两个半球形的离子交换树脂膜组成，这样不会影响通风柜的日常使用空间，并充分利用了传统通风柜的死角，提高了设备使用率。 

(3)本发明的附装在通风柜的废气处理装置阻力小，能耗低。 

(4)本发明通过回风系统大大减少了实验废气的管道输风量，减少了管道建设费用和节省了能耗，符合低碳经济。 

(5)本发明在通风柜无实验操作时，可以通过关闭外排电子调控阀，打开回流阀实现内循环，既保证了通风柜长期能净化气体，防止药剂挥发产生的气体扩散到实验室，又节约了能量，并延长了风机的寿命。 

附图说明

图1为本发明一种优选的节能型废气处理工艺流程图。 

图2为本发明废气处理单元中各处理单元的平面布置图。 

图3为本发明的废气处理单元反应区结构示意图。 

其中主要的附图标记如下： 

1-室内空气 

2-通风柜内废气 

3-离子交换树脂膜 

4-活性炭纤维吸附层 

5-纳米光催化装置 

6-电子调控阀 

7-风机 

8-外排处理后实验气体 

9-在线检测探头 

10-增压排气泵 

11-气体回用布气装置 

12-通风柜 

13-排水系统 

14-风管 

15-支持悬架 

16-导风板 

17-控制面板 

具体实施方式

以下为本发明优选的实施例，有助于进一步理解本发明，但本发明的实施方式不限于此。 

图1是本发明一种优选的节能型废气处理工艺流程图。如图1所示，在实验过程中，在风机7的动能作用下，通风柜内气体2穿过两块半球型离子交换树脂膜3，经过充分吸附和离子交换，使得废气中的废酸，重金属和水被吸附，这些气体再通过活性炭纤维吸附层4，吸附部分胺类物质和部分有机物，并过滤掉99.9％的粉尘，以保护后面的纳米光催化装置5，在纳米光催化装置中，有机物被分解成小分子物质而被矿化，生成无害的二氧化碳和水分子等。在本发明优选的方案中，纳米光催化装置5中采用的光催化材料为钒酸铋和氧化铼混合物，按照质量比钒酸铋∶氧化铼＝100∶3，固载光催化剂的为窝状陶瓷膜。并经过烧结而成，使得催化剂不能脱落。经过光催化分解的实验室废气得到净化，在风机7动力的作用下通过风管外排8，在风管中开有三通，一部分净化后的气体进行回流使用。在风管中设置有电子调控阀6，用来调节回流比，在风管通道中，装有在线检测装置9，用来检测废气的处理情况，并通过编程决定回流比。回用的气体通过增压排气泵10，在气体回用布气装置11的作用下，把气体分散布置在通风柜中，与进来的室内空气1一起混合来平衡通风柜来压 力。 

图2为本发明废气处理单元中各处理单元的平面布置图。由于设备是附装在通风柜内，废气处理单元是充分利用通风柜的有效空间，并尽量避免影响通风柜的有效使用空间。如图2所示，该装置的右下侧放置有控制系统17，废气处理设备离子交换树脂膜3主要放置在通风柜的最上的两个边角，活性炭纤维吸附层4与离子交换树脂膜3相切，保证废气的停留时间，并使得接触面尽量大，经活性炭纤维吸附层4的气体汇集通过纳米光催化装置5，纳米光催化装置5在通风柜顶端的中央位置，以保持对称。纳米光催化装置5与风管14相接，风管14中设有两个电子调控阀6，一个电子调控阀用来控制回流气体，一个电子调控阀用来控制风机7，从而保证节能。在风管14中，设置了在线检测系统9，以便检测废气的净化质量。当处理效果达不到设定值时，回流电子阀关闭。在回流气体管路上，装有增压排气泵10，用来回流气体，减少外排气体，减轻管道建设成本和风机能耗。 

如图3所示，图3为本发明的废气处理单元反应区结构示意图，离子交换树脂膜3放在传统通风柜导流板的位置。活性炭纤维吸附层4在传统通风柜出风口相切的地方，纳米光催化装置5放在风出口管道的地方。离子交换树脂膜3和活性炭纤维吸附层4均由支撑悬架15支撑，气体回用布气装置11放在台面死角的地方由外往内扩散。增压排气泵10在通风柜顶，用来回用净化后的气体。排水系统13与离子交换树脂膜3的下侧相接，但水管不与离子交换树脂膜3接触。控制面板设置在通风柜的右侧，便于操作。 

实施例1 

1、目标实验废气 

处理硝酸加热过程废气，主要污染物为氮氧化物。实验过程为三个硝酸烧杯同时加热，氮氧化物挥发量为210mg/m³，通风柜的排放量为1700m³/h。 

2、工艺参数 

使用如图2和图3所示的装置，具体的工艺参数如下： 

(1)离子交换树脂膜3：有效过滤面积为2.25m²，由两块组成。为Clean-Q501离子交换树脂膜，膜厚道为5mm。 

(2)活性炭纤维吸附层3：有效过滤面积1.5m²，由四块活性炭纤维吸附 层组成，为普通活性炭纤维。 

(3)纳米光催化装置：尺寸：500*300*150mm，陶瓷固载材料每快100*100*50mm；紫外灯，4根，245nm；钒酸铋使用量10g，氧化铼使用量0.3g。 

(4)回用气体比为50％。 

3、废气处理的效果： 

经过测试，在保证50％回流的情况下，然后纪录实验结果，从检测结果可以看出，气体的净化效率在90％以上，回流气体不会影响实验结果。 

实施例2 

1、目标实验废气 

甲醛加热，三台甲醛反应同时进行。 

2、工艺参数 

使用如图2和图3所示的装置，具体的工艺参数如下： 

(1)离子交换树脂膜3：有效过滤面积为2.25m²，由两块组成。为Clean-Q501离子交换树脂膜，膜厚道为5mm。 

(2)活性炭纤维吸附层3：有效过滤面积1.5m²，由四块活性炭纤维吸附层组成，为普通活性炭纤维。 

(3)纳米光催化装置：尺寸：500*300*150mm，陶瓷固载材料每快100*100*50mm；紫外灯，4根，245nm；钒酸铋使用量10g，氧化铼使用量0.3g。 

(4)回用气体比为50％。 

经实验检测发现，对有机物的处理效率在99％以上。 

3、废气处理的效果和运行费用分析： 

经过处理的气体均能达到回用气体标准，气体排放量减少一半，使得管道建设成本大为降低。 

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。 

Claims (10)

1.一种节能型废气处理方法，其特征在于：将废气依次经过导风板、离子交换树脂膜，活性炭纤维吸附层和纳米光催化装置处理，处理后的废气部分进行回用，部分排出。

2.根据权利要求1所述的一种节能型废气处理方法，其特征在于：所述离子交换树脂膜是两个半球形层组成，并在离子交换树脂膜层旁设置均匀分布的导风板。

3.根据权利要求1所述的一种节能型废气处理方法，其特征在于：所述纳米光催化装置包括纳米光催化材料，紫外灯和固附纳米光催化材料的窝状多孔陶瓷。

4.根据权利要求1或3中任一项所述的节能型废气处理方法，其特征在于：所述的纳米光催化材料由钒酸铋和氧化铼混合制成。

5.根据权利要求1所述的一种节能型废气处理方法，其特征在于：所述的排水系统设置在离子交换树脂膜侧面。

6.根据权利要求1所述的一种节能型废气处理方法，其特征在于：所述废气回用系统包括增压排气泵和电子调控阀。

7.根据权利要求1或6所述的一种节能型废气处理方法，其特征在于：利用pH控制系统和VOC控制系统对回用实验室废气进行监控。

8.一种节能型废气处理装置，包括电控系统、导风板，废气处理单元和实验室废气回用单元，其特征在于：废气处理单元包括前后依次连接的离子交换树脂膜、活性炭纤维吸附层、纳米光催化装置，所述离子交换树脂膜还设有排水系统，用于排走实验过程产生的水和离子交换树脂膜产生的再生水。所述实验室净化气回用装置包括，废气在线检测系统，增压排气泵，和电子调控阀。

9.根据权利要求8所述的节能型废气处理装置，其特征在于：所述废气处理设备设置在通风柜里面。

10.根据权利要求8所述的节能型废气处理装置，其特征在于：所述废气回用装置设在通风柜顶部，回用净化气通过回用气布气装置的均匀分布在通风柜下段。

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