CN104707460A

CN104707460A - 一种恶臭烟气处理方法及装置

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Publication number: CN104707460A
Application number: CN201510091961.2A
Authority: CN
Inventors: 臧立华
Original assignee: Qilu University of Technology
Current assignee: Qilu University of Technology
Priority date: 2013-12-24
Filing date: 2013-12-24
Publication date: 2015-06-17
Anticipated expiration: 2033-12-24
Also published as: CN104707460B

Abstract

本发明公开了一种恶臭烟气处理装置由两部分构成：有机气溶胶颗粒污染物分离部分，以及VOCs和SVOCs分子分解部分；所述有机气溶胶颗粒污染物分离部分的结构为：包括非金属外壳，非金属外壳内依次设有：静电分离下集气室、气体分布器和静电分离上集气室；所述VOCs和SVOCs分子分解部分的结构为：包括外壳，外壳内依次设有：有机物分解下集气室、次级反应层筛板、初级反应层筛板、过氧化氢反应液喷淋器、填料反应区、酸性反应液喷淋器、分隔板、碱液吸收区和有机物分解上集气室。本发明还提供了一种恶臭烟气处理方法。利用本发明的恶臭烟气处理装置处理恶臭烟气，有机污染物的处理效率达到95％以上，VOCs和SVOCs可被彻底分解，异味完全得以消除。

Description

一种恶臭烟气处理方法及装置

技术领域

本发明涉及一种恶臭烟气处理装置及方法，属于环境科学技术领域。

背景技术

目前，高温蒸发干燥的工艺被广泛应用于工业生产中，如：氨基酸行业发酵废液喷浆造粒，酵母行业喷雾干燥，肥料行业产品高温干燥、制药行业药渣干燥等，这些工艺共同的特点是：在水分被蒸发的同时，富含有机物的原料在高温条件下有机物裂解成易挥发具有异味(恶臭)的小分子物质VOCs(挥发性有机物)或SVOCs(半挥发性有机物)，温度越高，异味越强烈，如在温度550℃下，将有机废液喷浆造粒生产肥料，蒸发出的烟气具有焦糊的恶臭异味。这些VOCs或SVOCs在大气环境中与太阳光会发生化学反应，形成有害的混合烟雾，也是目前形成雾霾天气的重要因素。

本发明的申请人研究揭示了上述高温形成的恶臭烟气是由有机气溶胶物质、VOCs、SVOCs、水蒸气共同组成，目前对于此类恶臭烟气国内外开展了较为广泛的研究，但还没有有效的处理方法。采用静电分离原理的发明专利(专利号ZL 200510044968.5，公开号CN 1810731A)和实用新型专利(专利号ZL 200920027225.0，授权公告号CN 201419120Y)对此类烟气中的有机气溶胶颗粒污染物实现了较好的处理效果，95％以上的有机物(99％以上的颗粒物)被分离出来，并且消除了烟带的视觉污染，但其对饱和水蒸汽环境下的VOCs和SVOCs分子却无能为力，处理后依然存在较强的恶臭异味，无法实现治理技术的有效突破。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提供了一种恶臭烟气处理装置及方法，以处理目前发酵、制药、肥料和化工行业高温干燥工艺中产生的恶臭烟气。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种恶臭烟气处理装置，由两部分构成：有机气溶胶颗粒污染物分离部分，以及VOCs和SVOCs分子分解部分。

所述有机气溶胶颗粒污染物分离部分的结构为：包括非金属外壳，非金属外壳内依次设有(以气体进入顺序描述)：静电分离下集气室、气体分布器和静电分离上集气室，在气体分布器与静电分离上集气室间设有导电阳极管组，导电阳极管组由若干平行排列的阳极管组成，阳极管为导电玻璃钢材料制成，形状为六角形蜂窝型或圆管蜂窝型，六角形蜂窝型对角线距离为300～400mm，圆管蜂窝型的直径为300～400mm(优选360mm)，在阳极管的中心悬挂有阴极线；相对应地，静电分离上集气室内设有阴极大梁，静电分离下集气室内设有阴极调直砣，阴极线的上端与阴极大梁相连，下端与阴极调直砣相连，各阴极调直砣通过设在其下部的定位阴极框连为一整体(以防止单个调直砣摆动)，具体应用时，在一定高压条件下，在阳极管内使空气电离形成均匀的临界电场，用于静电分离去除有机物，去除效率可达80-95％；静电分离下集气室设有入口，静电分离上集气室设有出口。

所述静电分离下集气室还设有废液排水阀。

所述VOCs和SVOCs分子分解部分的结构为：包括外壳，外壳内依次设有(以气体进入顺序描述)：有机物分解下集气室、次级反应层筛板、初级反应层筛板、过氧化氢反应液喷淋器(次级反应层筛板和初级反应层筛板之间形成次级反应层，初级反应层筛板和过氧化氢反应液喷淋器之间形成初级反应层)、填料反应区、酸性反应液喷淋器、分隔板、碱液吸收区和有机物分解上集气室，其中，有机物分解下集气室设有入口和废液排放阀；填料反应区填充有铁碳填料(填料的作用是：铁碳填料在酸性条件下，发生微电解反应，可以使有机物发生氧化还原反应，分解有机物)，铁碳填料上方设有酸性反应液喷淋器；碱液吸收区内设有碱溶液喷淋器，碱溶液喷淋器下方设有防水罩(防水罩的作用是：防止喷淋的碱溶液直接通过连接管进入下层的酸反应区)，防水罩下方设有链接管件(用于将酸反应区与碱吸收区分隔开)，与链接管件同一高度的外壳上设有碱吸收液阀门；有机物分解上集气室设有出口。

所述过氧化氢反应液喷淋器为一级喷淋，喷淋液为过氧化氢(H₂O₂)；酸性反应液喷淋器为二级喷淋，喷淋液为pH值为3～5的酸性反应液；碱溶液喷淋器为三级喷淋，喷淋液为pH值为8～14的碱性溶液。

所述酸性反应液包括硫酸溶液、盐酸、硝酸溶液等，优选硫酸溶液，主要原因在于可操作性强并且形成的酸洗废液容易进入废水系统处理。

所述碱性溶液包括氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、氢氧化钙溶液、氨溶液等，优选氢氧化钠溶液或氢氧化钙溶液，主要原因在于可操作性强并且形成的酸洗废液容易进入废水系统处理。

所述次级反应层筛板的小孔气速为15～20m/s；初级反应层筛板的小孔气速为18～22m/s。

所述铁碳填料可以自制或购买，现有技术中的铁碳填料或铁碳微电解材料均可使用，推荐使用本发明所述的以下铁碳微电解材料。

所述铁碳填料由铁碳微电解材料构成，所述铁碳微电解材料的组分的为：铁屑：活性炭：稀土金属：粘土＝80～85％：10～15％：0.1～0.2％：1～5％，均为质量百分比；铁碳微电解填料的直径为3.0～6.0cm。所述稀土金属包括Ce、La、Pr、Nd，所述稀土金属为粉末状，粒径为90-130目。所述的铁碳微电解填料的制备方法，包括下列步骤：

1)以质量百分比为6-4％的盐酸对铁屑酸洗20-30min活化铁屑，漂洗干净后，

2)分别以铁屑、活性炭粉末、稀土金属粉末、好氧活性污泥和粘土为原料，按照铁屑：粉末活性炭：稀土金属粉末：好氧活性污泥(干基)：粘土＝60-65％：8-11％：0.1％：25-35％：2％质量百分比，充分搅拌混匀，

3)以对辊成粒挤压机在210kN～250KN压力下挤压为直径为3-6cm的粒状毛坯填料，

4)毛坯填料干燥后在无空气的环境中，以1000～1200℃条件下焙烧1-3小时，冷却后即得定性的催化微电解填料。

具体应用时，所述有机气溶胶颗粒污染物分离部分的出口与VOCs和SVOCs分子分解部分的入口连接。

本发明的恶臭烟气处理装置，处理恶臭烟气的工作原理和方法如下：

有机气溶胶颗粒污染物分离部分：待处理的恶臭烟气通过静电分离下集气室的入口进入静电分离下集气室，然后进入气体分布器；在7～10kv的高压条件下，导电阳极管壁与阴极线间会形成高压电场，电离空气形成的负电荷附着于烟气中有机气溶胶颗粒污染物的表面，从而可以在阳极板吸附待处理的恶臭烟气中的气溶胶颗粒污染物；通过静电分离后，进入上集气室的出口排出(随后进入VOCs和SVOCs分子分解部分)。通过有机气溶胶颗粒污染物分离部分处理后，恶臭烟气中气溶胶颗粒污染物的去除效率可达80～95％。

所述静电分离下集气室、静电分离上集气室和阳极管均可采用非金属玻璃钢材质，阴极大梁和阴极线采用不锈钢材质，阴极调直砣采用不锈钢或铅质外包非金属材料，可以有效抵制烟气中有机和无机酸的腐蚀，提高设备的使用寿命。

VOCs和SVOCs分子分解部分：恶臭烟气经有机气溶胶颗粒污染物分离部分处理后，通过有机物分解下集气室的入口进入有机物分解下集气室，通过次级反应层和初级反应层，次级反应层筛板和初级反应层筛板为具有不同开孔面积的筛孔板，当酸性反应液(pH值为3～5)经过铁碳填料时，形成了含有Fe²⁺的酸性溶液，在初级反应层与过氧化氢反应液喷淋器喷出的过氧化氢混合，过氧化氢在Fe²⁺的催化下形成氧化能力极强的·OH(芬顿氧化)，·OH与VOCs和SVOCs分子发生氧化还原反应，将VOCs和SVOCs分子氧化分解为H₂O和CO₂；初级反应层反应后的液体中还含有剩余的过氧化氢，在次级反应层与从有机物分解下集气室进入的VOCs和SVOCs分子发生氧化还原反应，分解有机物。经过过氧化氢氧化分解后的烟气再次进入铁碳填料反应区，铁碳填料上部酸性反应液喷淋器喷出pH值为3～5的酸性反应液，在含有传导性电解质的环境中，铁屑和炭粒形成无数个微小的原电池，在其作用空间形成一个微电场，新生态的[H]、Fe²⁺等与烟气中VOCs和SVOCs分子发生氧化还原反应，破坏有机物中的化学基团，甚至断链，达到对有机物分解的作用。恶臭烟气经过过氧化氢和铁碳微电解在酸性条件下氧化分解后，气体中含有一定的酸雾，气体通过链接管件进入碱液吸收区，同时，碱溶液喷淋器喷出pH值为8～14的碱性溶液，碱液将气体中的酸雾吸收，一定时间后吸收废液通过废液排放阀排出，气体通过碱液吸收区后，通过有机物分解上集气室的出口排出。通过VOCs和SVOCs分子分解部分处理后，恶臭烟气中的VOCs和SVOCs可被彻底分解，异味完全得以消除。

本发明还提供了一种恶臭烟气处理方法，包括以下步骤：

(1)有机气溶胶颗粒污染物的分离：待处理的恶臭烟气，在7～10kv的高压条件并形成高压电场条件下，电离空气形成的负电荷附着于烟气中有机气溶胶颗粒污染物的表面，从而在阳极板吸附待处理的恶臭烟气中的气溶胶颗粒污染物；

(2)VOCs和SVOCs分子的分解：恶臭烟气经上述有机气溶胶颗粒污染物分离部分处理后，再与·OH反应，则·OH与恶臭烟气中的VOCs和SVOCs分子发生氧化还原反应，将VOCs和SVOCs分子氧化分解为H₂O和CO₂；再与过氧化氢反应，进一步降解恶臭烟气中的VOCs和SVOCs分子；再在微电场环境下与[H]、Fe²⁺反应，则[H]、Fe²⁺与恶臭烟气中VOCs和SVOCs分子发生氧化还原反应；再与碱性溶液反应。

所述·OH是通过以下方法制备得到的：pH值为3～5的酸性反应液与铁碳填料发生反应，形成含有Fe²⁺的酸性溶液，再与过氧化氢混合，过氧化氢在Fe²⁺的催化下形成·OH；

所述[H]来自于pH值为3～5的酸性反应液；

所述Fe²⁺是通过以下方法制备得到的：pH值为3～5的酸性反应液与铁碳填料发生反应，形成含有Fe²⁺的酸性溶液；

所述酸性反应液选自硫酸溶液、盐酸、硝酸溶液；

所述碱性溶液选自氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、氢氧化钙溶液、氨溶液。

本发明的恶臭烟气处理装置，具有以下有益效果是：

1、恶臭烟气处理装置的有机气溶胶颗粒污染物分离部分和VOCs和SVOCs分子分解部分的主体均由非金属材料构成，可有效抵制酸性液体和酸性烟气的腐蚀，使设备的使用寿命提高3～4倍；

2、恶臭烟气处理装置对混合污染烟气分段处理，在有机气溶胶颗粒污染物分离部分采用低成本的静电分离技术，有机污染物的处理效率达到95％以上(有机气溶胶颗粒物去除效率达到99％以上)，从而降低了第二阶段VOCs和SVOCs分子分解部分的运行成本，使设备的运行效率最大化，运行成本最低化；

3、VOCs和SVOCs分子分解部分实现了铁碳微电解-芬顿氧化-中和反应的同塔处理，结构紧凑，设备造价低。

附图说明

图1：有机气溶胶颗粒污染物分离部分的结构示意图。

图2：VOCs和SVOCs分子分解部分的结构示意图。

其中，1、静电分离上集气室；2、阴极大梁；3、阴极线；4、阳极管；5、非金属外壳；6、阴极调直砣；7、静电分离下集气室；8、废液排水阀；9、有机物分解上集气室；10、碱溶液喷淋器；11、防水罩；12、碱吸收液阀门；13、链接管件；14、酸性反应液喷淋器；15、铁碳填料；16、过氧化氢反应液喷淋器；17、初级反应层筛板；18、次级反应层筛板；19、外壳；20、有机物分解下集气室；21、废液排放阀。图中箭头是指气体的流向。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步的说明。

实施例1

在谷氨酸发酵工业中，提取产品后形成的发酵废液富含高SO₄ ^2-、高NH₃-N、高COD，目前利用发酵废液浓缩后在550℃条件下喷浆造粒生产有机无机复合肥，使发酵废液实现了资源化，但在高温条件下，发酵废液中的有机物裂解形成有机气溶胶物质、VOCs、SVOCs、与水蒸气共同组成喷浆造粒恶臭烟气。本实施例以10万m³/h恶臭烟气处理设备为例：

所述有机气溶胶颗粒污染物分离部分的结构为：包括非金属外壳5，非金属外壳5内依次设有(以气体进入顺序描述)：静电分离下集气室1、气体分布器和静电分离上集气室7，在气体分布器与静电分离上集气室7间设有导电阳极管组，导电阳极管组由272根平行排列的阳极管4组成，阳极管4为导电玻璃钢材料制成，形状为六角形蜂窝型，对角线距离为360mm，在阳极管4的中心悬挂有阴极线3；相对应地，静电分离上集气室1内设有阴极大梁2，静电分离下集气室7内设有阴极调直砣6，阴极线3的上端与阴极大梁2相连，下端与阴极调直砣6相连，各阴极调直砣6通过设在其下部的定位阴极框连为一整体；静电分离下集气室7设有入口和废液排水阀8，静电分离上集气室1设有出口。

所述VOCs和SVOCs分子分解部分的结构为：包括外壳15，外壳15内依次设有(以气体进入顺序描述)：有机物分解下集气室20、次级反应层筛板18、初级反应层筛板17、过氧化氢反应液喷淋器16(次级反应层筛板18和初级反应层筛板17之间形成次级反应层，初级反应层筛板17和过氧化氢反应液喷淋器16之间形成初级反应层)、填料反应区、酸性反应液喷淋器14、分隔板、碱液吸收区和有机物分解上集气室9，其中，有机物分解下集气室20设有入口和废液排放阀21；填料反应区填充有铁碳填料15，铁碳填料15上方设有酸性反应液喷淋器14；分隔板设在酸性反应液喷淋器14和碱液吸收区之间；碱液吸收区内设有碱溶液喷淋器10，碱溶液喷淋器10下方设有防水罩11，防水罩11下方设有链接管件13，与链接管件13同一高度的外壳上设有碱吸收液阀门12；有机物分解上集气室9设有出口。

所述过氧化氢反应液喷淋器16为一级喷淋，喷淋液为过氧化氢(H₂O₂)；酸性反应液喷淋器14为二级喷淋，喷淋液为pH值为3的硫酸溶液；碱溶液喷淋器10为三级喷淋，喷淋液为pH值为14的氢氧化钠溶液。

所述次级反应层筛板的小孔气速为18m/s；初级反应层筛板的小孔气速为20m/s。

所述铁碳填料由铁碳微电解材料构成，所述铁碳微电解材料的组分的为：铁屑：活性炭：稀土金属：粘土＝80％：14.9％：0.1％：3％，均为质量百分比；铁碳微电解填料的直径为4.5cm。所述稀土金属为Ce，所述稀土金属为粉末状，粒径为90目。

所述有机气溶胶颗粒污染物分离部分的出口与VOCs和SVOCs分子分解部分的入口连接。

利用上述恶臭烟气处理装置处理恶臭烟气的工作原理和方法如下：

有机气溶胶颗粒污染物分离部分：待处理的恶臭烟气通过静电分离下集气室7的入口进入静电分离下集气室7，然后进入气体分布器；在8kv的高压条件下，导电阳极管壁与阴极线3间会形成高压电场，电离空气形成的负电荷附着于烟气中有机气溶胶颗粒污染物的表面，从而可以在阳极板4吸附待处理的恶臭烟气中的气溶胶颗粒污染物；通过静电分离后，进入静电分离上集气室1的出口排出(随后进入VOCs和SVOCs分子分解部分)。通过有机气溶胶颗粒污染物分离部分处理后，恶臭烟气中气溶胶颗粒污染物的去除效率达到了95％以上。

所述静电分离下集气室、静电分离上集气室和阳极管均采用非金属玻璃钢材质，阴极大梁和阴极线采用不锈钢材质，阴极调直砣采用不锈钢材料。

VOCs和SVOCs分子分解部分：恶臭烟气经有机气溶胶颗粒污染物分离部分处理后，通过有机物分解下集气室20的入口进入有机物分解下集气室20，通过次级反应层和初级反应层，次级反应层筛板18和初级反应层筛板17为具有不同开孔面积的筛孔板，当酸性反应液(pH值为3～5)经过铁碳填料15时，形成了含有Fe²⁺的酸性溶液，在初级反应层与过氧化氢反应液喷淋器16喷出的过氧化氢混合，过氧化氢在Fe²⁺的催化下形成氧化能力极强的·OH(芬顿氧化)，·OH与VOCs和SVOCs分子发生氧化还原反应，将VOCs和SVOCs分子氧化分解为H₂O和CO₂；初级反应层反应后的液体中还含有剩余的过氧化氢，在次级反应层与从有机物分解下集气室进入的VOCs和SVOCs分子发生氧化还原反应，分解有机物。经过过氧化氢氧化分解后的烟气再次进入铁碳填料反应区，铁碳填料上部的酸性反应液喷淋器14喷出pH值为3～5的酸性反应液，在含有传导性电解质的环境中，铁屑和炭粒形成无数个微小的原电池，在其作用空间形成一个微电场，新生态的[H]、Fe²⁺等与烟气中VOCs和SVOCs分子发生氧化还原反应，破坏有机物中的化学基团，甚至断链，达到对有机物分解的作用。恶臭烟气经过过氧化氢和铁碳微电解在酸性条件下氧化分解后，气体中含有一定的酸雾，气体通过链接管件13进入碱液吸收区，同时，碱溶液喷淋器10喷出pH值为8～14的碱性溶液，碱液将气体中的酸雾吸收，吸收后吸收废液通过废液排放阀21排出，气体通过碱液吸收区后，通过有机物分解上集气室9的出口排出。通过VOCs和SVOCs分子分解部分处理后，恶臭烟气中的VOCs和SVOCs可被彻底分解，异味完全得以消除。

经上述处理后，环保部门现场检测的排放指标如下：颗粒物：17.33mg/m³，二氧化硫0mg/m³，氮氧化物0mg/m³，苯0mg/m³，苯胺类0mg/m³，非甲烷总烃1.32mg/m³，氨0.3mg/m³。实测数据明显优于中华人民共和国国家标准《大气污染物综合排放标准》(GB16297-1996)和《恶臭污染物排放标准》(GB14554-93)中的一级标准。

实施例2

其它同实施例1，不同之处在于：

导电阳极管组由若干平行排列的阳极管组成，形状为圆管蜂窝型，圆管蜂窝型的直径为300～400mm；

所述过氧化氢反应液喷淋器为一级喷淋，喷淋液为过氧化氢(H₂O₂)；酸性反应液喷淋器为二级喷淋，喷淋液为pH值为4的盐酸反应液；碱溶液喷淋器为三级喷淋，喷淋液为pH值为10的氢氧化钙溶液。

所述次级反应层筛板的小孔气速为15m/s；初级反应层筛板的小孔气速为18m/s。

所述铁碳填料由铁碳微电解材料构成，所述铁碳微电解材料的组分的为：铁屑：活性炭：稀土金属：粘土＝83％：11.85％：0.15％：5％，均为质量百分比；铁碳微电解填料的直径为6.0cm。所述稀土金属为Nd，所述稀土金属为粉末状，粒径为110目。

实施例3

其它同实施例1，不同之处在于：

所述过氧化氢反应液喷淋器为一级喷淋，喷淋液为过氧化氢(H₂O₂)；酸性反应液喷淋器为二级喷淋，喷淋液为pH值为5的硝酸反应液；碱溶液喷淋器为三级喷淋，喷淋液为pH值为8的氨溶液。

所述次级反应层筛板的小孔气速为20m/s；初级反应层筛板的小孔气速为22m/s。

所述铁碳填料由铁碳微电解材料构成，所述铁碳微电解材料的组分的为：铁屑：活性炭：稀土金属：粘土＝85％：13.8％：0.2％：1％，均为质量百分比；铁碳微电解填料的直径为3.0cm。所述稀土金属包括Pr，所述稀土金属为粉末状，粒径为130目。

Claims

1. 一种恶臭烟气处理方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）有机气溶胶颗粒污染物的分离：待处理的恶臭烟气，在 7～10kv 的高压条件并形成高压电场条件下，电离空气形成的负电荷附着于烟气中有机气溶胶颗粒污染物的表面，从而在阳极板吸附待处理的恶臭烟气中的气溶胶颗粒污染物；

（2）VOCs 和 SVOCs 分子的分解：恶臭烟气经上述有机气溶胶颗粒污染物分离部分处理后，再与·OH 反应，则·OH 与恶臭烟气中的 VOCs 和 SVOCs 分子发生氧化还原反应，将 VOCs和 SVOCs 分子氧化分解为 H₂O 和 CO₂；再与过氧化氢反应，进一步降解恶臭烟气中的 VOCs 和SVOCs 分子；再在微电场环境下与[H]、Fe²⁺反应，则[H]、Fe²⁺与恶臭烟气中 VOCs 和 SVOCs 分子发生氧化还原反应；再与碱性溶液反应。

2. 根据权利要求 1 所述的恶臭烟气处理方法，其特征在于：所述·OH 是通过以下方法制备得到的：pH 值为 3～5 的酸性反应液与铁碳填料发生反应，形成含有 Fe²⁺的酸性溶液，再与过氧化氢混合，过氧化氢在 Fe²⁺的催化下形成·OH。

3. 根据权利要求 1 所述的恶臭烟气处理方法，其特征在于：所述[H]来自于 pH 值为 3～5 的酸性反应液。

4. 根据权利要求 1 所述的恶臭烟气处理方法，其特征在于：所述 Fe²⁺是通过以下方法制备得到的：pH 值为 3～5 的酸性反应液与铁碳填料发生反应，形成含有 Fe²⁺的酸性溶液。

5. 根据权利要求 1 所述的恶臭烟气处理方法，其特征在于：所述酸性反应液选自硫酸溶液、盐酸、硝酸溶液。

6. 根据权利要求 1 所述的恶臭烟气处理方法，其特征在于：所述碱性溶液选自氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、氢氧化钙溶液、氨溶液。