CN105435601A

CN105435601A - 一种气体处理设备及方法

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Publication number: CN105435601A
Application number: CN201610016636.4A
Authority: CN
Inventors: 杨阳
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-01-08
Filing date: 2016-01-08
Publication date: 2016-03-30

Abstract

本发明提供了一种气体处理设备，包括内部设有气体流道的壳体，在该壳体的一侧壁上开有气体流道的进气口，壳体的另一侧壁上开有气体流道的出气口，并在所述气体流道下方的壳体内蓄水，水中通入臭氧的超微细气泡，并在水面下设有氧化催化层，沿气体流动的路径在所述气体流道的前半段的上方设有喷淋件，迎着气流在所述气体流道的后半段依次设有除雾模块和无极紫外光解模块。相应地，还提供了一种气体处理方法。本发明可使含尘、漆雾、高温、易燃等有机物的高温废气经催化氧化及光解等一系列的协同反应后变成无毒无害的气体和无机矿化物，最终达标排放；其结构简单、合理，净化效率高、适应性强、可模块化组合与拆分，运行成本低，使用寿命长。

Description

一种气体处理设备及方法

技术领域

本发明涉及气体处理的技术领域，特别是涉及一种气体处理设备和一种气体处理方法。

背景技术

工业和生活活动产生的挥发性气体是污染环境的来源之一。特别是在快速发展的工业生产领域，喷涂工艺及金属、塑料的成型过程都会产生大量的挥发性气体有害物质，主要包括悬浮颗粒物、漆雾、氮氧化物、硫氧化物以及一氧化碳等多种成份。然而，传统的工业气态污染物处理方法，例如吸收法、吸附法、冷凝法及催化转化法等，往往难以滤掉所有空气污染物；同时，挥发性气体中的粘性颗粒物无法粉化，使普遍使用的活性碳吸附处理挥发性气体的材料很快粘接无法连续工作，造成二次污染，治理成本高。正由于当前缺乏有效的气体处理技术，企业往往直接排放或偷排这些不达标的气体，造成了严重的气体污染。

发:明内容

针对现有技术的不足，本发明设计了一种安全环保、适于各种应用环境、能有效处理各类污染气体的气体净化设备。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种气体处理设备，包括内部设有气体流道的壳体，在该壳体的一侧壁上开有气体流道的进气口，壳体的另一侧壁上开有气体流道的出气口，并在所述气体流道下方的壳体内蓄水，水中通入溶有臭氧的超微细气泡，并在水面下设有氧化催化层和无极紫外光解组件，沿气体流动的路径在所述气体流道的前半段的上方设有喷淋件，迎着气流在所述气体流道的后半段依次设有催化氧化填料、除雾模块和无极紫外光解模块。

含尘、漆雾等有机物的废气首先从进气口通入壳体内，已启动工作的喷淋件使废气雾化，于是尘埃、可溶性气体和有机物便下沉或溶于壳体蓄水中，同时超微细气泡会在水中不断收缩，达到一定气泡压力时破裂、爆炸，积蓄放出的能量非常巨大，瞬间出现高达数千度的超高温高压状态，产生强氧化分解能量的自由基，使溶于水中的污染物在催化氧化层、紫外光解及自由基的环境下被彻底氧化，达到降解污染物和净化水质目的，而后的废气成分经除雾模块去除水雾，再进入后面的催化氧化填料及无极紫外光解模块，经过光解等一系列的协同反应后变成无毒无害的气体和无机矿化物，最终从出气口达标排放。

所述的气体处理设备还包括用于产生臭氧的臭氧发生器，在该臭氧发生器的出口依次连接有用于产生所述超微细气泡的气泡泵、分子堆和发泡头，且该发泡头的出口伸入水中。能利用气泡泵使产生的臭氧和液体充分混合并使臭氧以饱和状融入水中，而后经分子堆和发泡头，形成可在水中长时间滞留的超微细气泡。

在所述水面下还设有防水的无极紫外光解组件，该无极紫外光解组件与所述氧化催化层上下间隔排布。可利用紫外波段光子能大过有机气体的分子键能的特点，让溶于水中的废气成分在氧化的同时进行无极紫外光解，切断有机分子的分子链，重新组合或反应为无色、无味、无害的物质。

所述发泡头上还设有喷淋管口，该喷淋管口连接所述喷淋件的入口。可将发泡头流出的超微细气泡与抽取的水结合，直接喷淋通入壳体中的气体，这种高能氧气泡或分子团以溶液喷雾的方式喷洒到气体中，因活性氧气泡具有超高的能量，能够捕集气体中的各种污染物，并对污染物氧化降解，最大限度的净化气体。

在所述气体流道前半段上方的壳体内壁上设有隔板，所述喷淋件固定在所述隔板的下表面。能利用隔板在壳体内隔出气流通道，并方便固定喷淋件。

所述隔板的一端覆盖到进气口上方的壳体内壁处，另一端向所述进气口对侧的壳体内壁延伸并悬空，所述气体流道的前半段位于隔板的下方，后半段位于所述隔板的上方，且所述出气口位于隔板悬空端上方的壳体侧壁上。可形成路径长而迂回的气流通道，从而便于沿气流通道设置各个处理部件，并节约壳体的用料，减小设备整体的占用面积和空间。

所述超微细气泡为直径在50微米以下的气泡。该超微细气泡可在水中收缩破裂，气泡完全溶解于水液，且表面具有负电特性，气泡间相互排除，并容易和细菌病毒、有机物悬浮物、金属离子相互吸引，在气泡破裂时出现压坏，产生自由基等分解能量，达到氧化降解污染物的效果。

相应地，本发明还提出了一种气体处理方法，包括：利用溶有直径50微米以下的臭氧超微细气泡的水液氧化待处理的气体，进而利用无极紫外光照射所述气体，光解为无污染物。

本发明的优点是：可使含尘、漆雾、高温、易燃等有机物的废气经雾化喷淋后部分溶于水中，在催化氧化层及自由基的环境下被氧化，达到降解污染物和净化水质目的，而后的废气成分经除雾模块去除水雾，再进入后面的催化氧化填料及无极紫外光解模块，经过光解等一系列的协同反应后变成无毒无害的气体和无机矿化物，最终从出气口达标排放；其结构简单、合理，净化效率高、适应性强、可模块化组合与拆分，运行成本低，使用寿命长。

附图说明

图1是本发明结构示意图之一；

图2是本发明结构示意图之二；

图3是本发明结构示意图之三；

图4是图3的后视图；

附图标记说明：1、壳体；2、进气口；3、出气口；4、除雾模块；5、无极紫外光解模块；6、水；7、喷淋管；8、抽水泵；9、氧化催化层；10、气体流道；11、隔板；12、催化氧化填料；13、无极紫外光解组件；14、换水口；15、爬梯；16、水位调节仓；17、臭氧发生器；18、气泡泵；19、分子堆。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例

如图1至4所示，一种气体处理设备，包括内部设有气体流道10的壳体1，在该壳体1的一侧壁上开有气体流道10的进气口2，壳体1的另一侧壁上开有气体流道10的出气口3，并在所述气体流道10下方的壳体1内蓄水6，水中通入臭氧的超微细气泡，并在水面下设有氧化催化层9，沿气体流动的路径在所述气体流道10的前半段的上方设有喷淋件，迎着气流在所述气体流道10的后半段依次设有催化氧化填料12、除雾模块4和无极紫外光解模块5。

其中，臭氧由臭氧发生器17产生，在该臭氧发生器17的出口依次连接有用于产生所述超微细气泡的气泡泵18、分子堆19和发泡头，且该发泡头的出口伸入水6中，分子堆19用于将气泡泵18产生的气水混合物进一步的加压、混合，使臭氧气泡变得更小，达到微纳米级。

优选地，在所述水面下还设有防水的无极紫外光解组件13，该无极紫外光解组件13与所述氧化催化层9上下间隔排布。所述发泡头上还设有喷淋管7口，该喷淋管7口连接所述喷淋件的入口。

具体应用中，可在所述气体流道10前半段上方的壳体1内壁上设有隔板11，所述喷淋件固定在所述隔板11的下表面；其中，所述隔板11的一端覆盖到进气口2上方的壳体1内壁处，另一端向所述进气口2对侧的壳体1内壁延伸并悬空，所述气体流道10的前半段位于隔板11的下方，后半段位于所述隔板11的上方，且所述出气口3位于隔板11悬空端上方的壳体1侧壁上。喷淋件由一组零部件组成，在本实施例中，其包括抽水泵8、喷淋管7和喷头，三者依次相连，其中喷头安装在隔板11的下表面，在工作时，抽水泵8将水抽到喷淋管7并加压送到喷头，使水雾化喷出，以与待处理的气体充分混合。

如图2、3、4所示，若干组无极紫外光解组件13可以安装在壳体1的顶部，为方便其安装或维护，可在壳体1的一侧设有爬梯15。另外，壳体1的某一侧壁上设置有水位调节仓16，以控制壳体1内的水量，并在水位底部设有换水口14，以便排走或更换水液。

总的来说，本发明提出的气体处理设备及气体处理方法，主要是利用臭氧的超微细气泡氧化、用无极紫外线光解污染物等，下面对其工作原理进行详细的介绍。

普通的液体泵在输送气液混合物时，气泡的运动情况对泵的性能有很大的影响。随着气泡在泵中叶轮内聚集，可能造成泵的效率和扬程的大幅度下降甚至使泵的运行不稳定或产生断流。而气泡泵18则完美的解决了气液混合的需求，这就使得气液气泡泵18与普通的液体泵在性能上必然有很大的差别。其主要原理是通过叶轮高速旋转产生负压自吸气体和液体混合并经叶轮高速切割后将气体饱和状融入液体中。

日本的科学家最早发现，水中0-50微米左右的气泡在水液中存在着一个表面张力和气泡内压之间的平衡临界点。0-50微米以下的超微细气泡由于受到压力而不断缩小，最后消失于水中，湮灭的瞬间会释放出巨大的能量，足以氧化其周边的物质。

具体来说，水中的超微细气泡，具有以下三点奇特之处：

1.水中收缩破裂气泡完全溶解于水液；50微米以下的气泡，上升速度缓慢，水液中滞留时间长。例如直径10μm的气泡上升3mm需要1分钟。更重要的是由于水气之间的表面张力大于气泡内压，气泡呈自我收缩倾向。气泡表面张力与气泡直径大小成反比，与气泡内压成正比。表面张力大，气泡不断收缩，同时内压也随之增大。即所谓出现自我加压现象。一旦收缩的气泡内压与表面张力失去平衡，气泡破裂，气体即完全溶解于水液中。

2.表面负电位特性：超微细气泡作为一种胶体，由于水与气体摩擦作用而带负电。气泡收缩的同时，表面电荷也随之浓缩。其结果是微细气泡全带负电荷。由于气泡都带负电荷，相互排斥，气泡数量不容易结合而减少。而通常气泡电荷状态不一，上升过程中，气泡之间相互结合，形成大气泡，或如葡萄串一般的气泡团，引起上浮加速。可见，超微细气泡各自保持独立，高浓度微纳米气泡看起来如牛奶一般的。带负电的气泡容易和细菌病毒、有机物悬浮物、金属离子相互吸引。

3.气泡破裂，出现压坏，产生自由基等分解能量：气泡自我加压，不断收缩而最终归于破裂。破裂瞬间，气泡气压和温度上升到极限时，出现压坏，积蓄放出的能量非常巨大，瞬间出现高达数千度的超高温高压状态，产生强氧化分解能量的自由基。其中，自由基定义为带不对称电子物质。其超强氧化分解能量高于氯、紫外线、臭氧等氧化剂，可以分解水及周围各种化学物质。

具体来说，超微细气泡有五大能量来源

微气泡的产生：利用多级泵高速涡旋运动产生切割作用、并随着高速涡旋运动产生的高压作用，把臭氧切割并压缩成微小的气泡，(粒径小于5微米、大于0.5纳米)并以极高的速度射入水中，在水中形成初始运动速度较高、具有比较高的移动效率和转移效率的活性氧分子团——高能氧。高能氧所拥有的能量全部体现在氧的微观粒子对外表现的特性方面，因此可以称这种能量为粒子能量。

氧化能：臭氧经过压缩切割后生成部分氧离子，形成等离子体，当电离作用消失后，氧等离子体消失，转变成活性氧气团，主要包括臭氧离子团O₃ ^2-、O₃ ^-、臭氧分子团O₃、氧离子团O^2-、O₂ ^-、氧分子团O₂等，这些活性氧气团具有非常高的电离能，经过气体切割后，各种离子团和分子团分离，切割动能转变为气泡能级跃迁能量，在各个气泡中表现为电离能提高，达到可以随时产生氧化作用的高能级，可以氧化一切接触到的物质。

高速动能：气泡是经过水对目标气体离心切割吸入作用产生的，切割后产生水气混合液体，气泡伴随着切割水溶液在涡旋加速系统中加速运动，由于涡旋加速系统的特点是进水总量与喷射出水总量相等，而进水口管径远远大于出水口径，所以出水口的水溶液流速将大幅度提高：

L₁S₁＝2L₂S₂

其中，L₁为进水口水溶液流速，S₁为进水口截面积，L₂为出水口水溶液流速，S₂为出水口截面积；

S₁＝πd₁ ²/4，d₁为进水口直径；

S₂＝πd₂ ²/4，d₂为出水口直径；

则出水口水溶液流速L₂计算如下：

L₂＝L₁d₁ ²/2d₂ ²

涡旋加速系统的进水口直径d₁＝G₁/2”

涡旋加速系统的出水口直径d₂＝G₁/16”

则L₂＝64L₁

一般进水口流速L₁的选定范围为4—10米/秒，最高为20米/秒，因此出水口流速L₂的增速范围为256—640米/秒，最高出水口流速可以达到1280米/秒。

当活性氧气泡流速达到256米/秒以上时，有效传输距离为0.5—0.8米；气泡流速达到640米/秒甚至更高时，气泡动能倍增，在水中有效传输距离将提高到3米以上，进一步提高了气泡对污染物的氧化降解作用率和对污水净化的作用。

动能E＝1/2mL₂气泡经过涡旋加速后，运动速度提高了64倍，则动能增加了4096倍，能量级别产生了大幅度跃迁。这种动能足以在有效传输距离(发生断裂化学键和共价键的传输距离)中打破任何污染物与水分子之间的共价键连接和污染物内部的化学键连接，实现水质净化还原和对污染物的氧化降解。

分子间能：任何分子之间都存在分子间的作用力，称为分子间能。切割后形成的气泡伴随着切割水溶液在涡旋加速系统中加速运动，在加速运动中来自外部的压力逐渐增高，气泡因外部压力增高而逐渐压缩，活性氧分子间距逐渐缩小，因此导致分子间作用力越来越强，分子间能逐步提高，到含有气泡的水溶液喷射之前，气泡因压力的作用压缩到最小，气泡直径压缩到5微米到几个纳米，分子间能蓄积达到最高，气泡破裂后活性氧分子自由热运动增强，可以随时加入到水分子共价键中成为溶解氧，也可以随时断裂其他物质与水分子形成的共价键，氧化其他物质。

爆炸能：活性氧微纳米气泡进入水中后产生三种变化，第一种为气泡破裂，活性氧以分子态或离子态溶解于水中成为溶解氧或活性离子氧；第二种为气泡融合成为大分子气泡，随着气泡不断融合壮大，气泡将上升出水面；第三种为气泡保持原态在水中横向、向下、向上运动，4—5小时后才能上升到水面，在这个过程中发挥氧化降解和净化水的作用。我们所说的气泡破裂爆炸能是指第一种情况，活性氧微纳米气泡进入水中后，因气泡内部压力比较高导致气泡壁具有比较高的张力，发生碰撞或其他条件导致气泡破裂，气泡壁的张力作用将释放巨大的爆炸能量，这种爆炸能量可以促使活性氧分子溶解于水，同时可以破坏污染物与水的共价键连接，也可以破坏污染物内部的化学键连接，活性氧同时发挥作用，完成氧化降解污染物和水质净化。

结合能：活性氧微纳米气泡进入水中后发生第二种变化即气泡融合成为大气泡时，由于气泡融合导致气泡壁表面张力下降，融合的气泡将释放较大的气泡结合能，这种结合能可以导致气泡周边的污染物与水之间的共价键结合破裂，使气泡中的活性氧对污染物产生氧化降解作用和活性氧分子在水中的溶解作用。

以上五种能量在活性氧微纳米气泡中共存，五种能量结合后使活性氧气泡拥有超高的粒子能量。活性氧微纳米气泡的运动是由气泡自身能量引发的，气泡在高速运动中使液体被加热到可以随时发生化学反应的临界状态，其中化学反应将以我们不能想象的、也不能从物理的角度推测的速度发生，从而可以对水中任何污染物发挥氧化作用，达到氧化降解污染物和净化水质目的。这种高能氧气泡或分子团以溶液喷雾的方式喷洒到空气中，因活性氧气泡具有超高的能量，能够捕集空气中的各种污染物，并对污染物氧化降解，净化空气。

再者，利用紫外波段光子能大过有机气体的分子键能的特点，可以切断有机分子的分子链，重新组合或反应为无色、无味、无害的物质。请参看下表，为常见有机物的结合键及其结合能：

结合键	结合能(KJ/mol)	结合键	结合能(KJ/mol)
				H-H	436.2	C-H	413.6
H-C	347.9	C-F	441.2
				C＝C	607.0	C-N	291.2
C≡C	828.8	C≡N	791.2
				N-N	160.7	C-0	351.6
0-0	139.0	C＝0	724.2
				0＝0	490.6	0-H	463.0

例如，波长为184.9nm的紫外线，其光子能量为647KJ/mol，波长为253.7nm的紫外线，其光子能量为472KJ/mol，波长为365nm的紫外线，其光子能量328KJ/mol，像这些波段的紫外线它们能量当级都比大多数废气物质的分子结合能强，所以可将污染物分子键裂解为呈游离状态的离子，且波长在200nm以下的短波长紫外线能分解O₂分子，生成的O*与O₂结合可生成臭氧O₃。呈游离状态的污染物离子极易与O₃产生氧化反应，生成简单、低害或无害的物质，如：CO₂、H₂O等，以达到废气净化处理的目的。

可见，由无极紫外光解模块5产生的紫外线足以切断有机分子的分子链，重新组合或反应为无色、无味、无害的物质。

本发明可使含尘、漆雾等有机物的高温废气经雾化喷淋后部分溶于水中，在催化氧化层及自由基的环境下被氧化，达到降解污染物和净化水质目的，而后的废气成分经除雾模块4去除水雾，再进入后面的无极紫外光解模块5，经过光解等一系列的协同反应后变成无毒无害的气体和无机矿化物，最终从出气口3达标排放；其结构简单、合理，净化效率高、适应性强、可模块化组合与拆分，运行成本低，使用寿命长。

上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

Claims

1.一种气体处理设备，其特征在于：包括内部设有气体流道的壳体，在该壳体的一侧壁上开有气体流道的进气口，壳体的另一侧壁上开有气体流道的出气口，并在所述气体流道下方的壳体内蓄水，水中通入溶有臭氧的超微细气泡，并在水面下设有氧化催化层，沿气体流动的路径在所述气体流道的前半段的上方设有喷淋件，迎着气流在所述气体流道的后半段依次设有催化氧化填料、除雾模块和无极紫外光解模块。

2.根据权利要求1所述的气体处理设备，其特征在于：还包括用于产生臭氧的臭氧发生器，在该臭氧发生器的出口依次连接有用于产生所述超微细气泡的气泡泵、分子堆和发泡头，且该发泡头的出口一部分伸入水中，一部分用于喷淋。

3.根据权利要求2所述的气体处理设备，其特征在于：在所述水面下还设有防水的无极紫外光解组件，该无极紫外光解组件与所述氧化催化层上下间隔排布。

4.根据权利要求1或2或3所述的气体处理设备，其特征在于：所述发泡头上还设有喷淋管口，该喷淋管口连接所述喷淋件的入口。

5.根据权利要求4所述的气体处理设备，其特征在于：在所述气体流道前半段上方的壳体内壁上设有隔板，所述喷淋件固定在所述隔板的下表面。

6.根据权利要求5所述的气体处理设备，其特征在于：所述隔板的一端覆盖到进气口上方的壳体内壁处，另一端向所述进气口对侧的壳体内壁延伸并悬空，所述气体流道的前半段位于隔板的下方，后半段位于所述隔板的上方，且所述出气口位于隔板悬空端上方的壳体侧壁上。

7.根据权利要求1或2或3所述的气体处理设备，其特征在于：所述超微细气泡为直径在50微米以下的气泡。

8.一种气体处理方法，其特征在于，包括：利用溶有直径50微米以下的臭氧超微细气泡的水液氧化待处理的气体，进而利用无极紫外光照射所述气体，光解为无污染物。