CN105688641B - 鼓泡式紫外/Fenton氧化有机废气的处理系统及处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种鼓泡式紫外/Fenton氧化有机废气的处理系统及处理方法，处理系统包括氧化反应室、鼓风机以及双氧水投加装置，在氧化反应室内盛放有Fenton试剂溶液，氧化反应室的顶部设置有排气口，上部设置有双氧水入口，下部设置有进气口，鼓风机通过废气管道与进气口连接，双氧水投加装置与双氧水入口连接；氧化反应室内腔的上端垂直布置有若干紫外灯管，紫外灯管的下端插入Fenton试剂溶液内，氧化反应室的底端设置有盘式曝气器，进气口通过进气管与所述的盘式曝气器连接。本发明具有操作简单，能耗低，效率高的优点，并且能循环利用Fenton试剂中的Fe2+，同时提高了H2O2的利用率。

Description

鼓泡式紫外/Fenton氧化有机废气的处理系统及处理方法
技术领域
本发明涉及一种鼓泡式紫外/Fenton氧化有机废气的处理系统及处理方法，可去除二氧化硫、一氧化氮及挥发性有机物等多种污染物，适用于处理工业废气、垃圾和污水臭气。
背景技术
与常规的有机废气处理技术(如吸收、燃烧、生物法等)相比，紫外/Fenton法因其氧化快速彻底、反应条件温和、高效，不会造成污染等的特点，并且具有一般方法无法比拟的优点，逐渐成为在环境保护领域内一种有前途的新型高级氧化技术，尤其是对于有毒、成分复杂、浓度较高的有机废气的处理。目前应用该技术处理有机废气的研究较少，依然处于实验阶段，想要广泛应用于实际应用中，还需要更多的理论支持，需更深入的研究其各自作用机理和相互协同机理以及相关技术参数。
传统的Fenton试剂法是在含有Fe2+的酸性溶液中投加H2O2时，在Fe2+的催化剂作用下，H2O2能产生活泼性很强的羟基自由基(·OH)，进而引发和传播一连串的自由基链反应，加快对有机物和还原性物质的氧化。Fenton试剂法处理有机废气的原理是有机废气先从气相传质到气液界面，然后穿过相界面进入液相，气体中有机物最后被液相中的羟基自由基氧化为二氧化碳和水等小分子无机物。
整个反应体系的机理十分复杂，H2O2在催化剂Fe2+存在下所产生的羟基自由基(·OH)具有以下重要性质：
(1)具有较高的氧化电极电位，羟基自由基(·OH)的氧化电位高达+2.8V，除F2(+2.87V)以外，相比一些常用的强氧化剂，它具有更高的氧化电极电位，这也意味着·OH的氧化能力远远超过普通的化学氧化剂，不仅能够氧化绝大多数有机物，而且还可以引发后面的链反应，使反应能够顺利进行。
(2)具有很高的电负性或亲电性，羟基自由基(·OH)的电子亲和能力为569.3kJ，容易进攻高电子云密度点，这就决定·OH的进攻具有一定的选择性，这决定了Fenton试剂在处理含硝基基、磺酸基、氯基等电子密度高的有机物的氧化方面具有独特优势。
(3)反应速率快，羟基自由基非常活泼，对C-H、C-C键的大多数有机污染物反应的速率常数在106～1010mol-1·L·s-1，基本接近扩散速率的控制极限为1010mol-1·L·s-1。此时氧化反应的速率主要由·OH的产生速率决定，而·OH的形成时间非常短，小于10-12s，且·OH对各种污染物的反应速率常数相差不大，可实现多种污染物的同步去除。
对于传统的Fenton试剂，在反应过程中，产生的Fe3+还原到Fe2+的效率不高，在实际工程上对所产生的铁泥的后续处理造成困难，而且限制了Fenton试剂反应的循环效率，表现出反应对H2O2的利用率不高，致使处理成本很高，且有机污染物的降解不彻底，另外对于疏水性的有机废气，常用的喷淋法还存在气液传质比较低的问题，从而降低了Fenton试剂的降解效率。
发明内容
为了克服现有Fenton试剂反应的循环效率低、Fe2+的用量大、大 量产生铁泥、H2O2的利用率低、有机物降解不彻底、疏水性有机废气在气液传质中速率过低等的缺点，本发明提供一种能够提高有机废气的净化效果、降低运行成本的鼓泡式紫外/Fenton氧化有机废气的处理系统及处理方法。
本发明采用的技术方案是：
鼓泡式紫外/Fenton氧化有机废气的处理系统，其特征在于：包括氧化反应室、鼓风机以及双氧水投加装置，在所述的氧化反应室内盛放有Fenton试剂溶液，所述的氧化反应室的顶部设置有排气口，上部设置有双氧水入口，下部设置有进气口，所述的鼓风机通过废气管道与所述的进气口连接，所述的双氧水投加装置与所述的双氧水入口连接；所述的氧化反应室内腔的上端垂直布置有若干用于安装紫外灯的紫外灯管，所述的紫外灯管的下端插入Fenton试剂溶液内，所述的紫外灯管插入深度为Fenton试剂溶液液面下10-60cm，所述的紫外灯通过镇流器与电源连接；所述的氧化反应室的底端设置有盘式曝气器，所述的进气口通过进气管与所述的盘式曝气器连接，所述的盘式曝气器的底部中心与进气口中心的连线与进气口的中心线重合。
在所述的Fenton试剂溶液中：Fe2+的浓度为8～40mg/L，H2O2的质量浓度为0.01％～0.5％，pH为2.0～3.0。
所述的紫外灯的波长为180～300nmm，相邻的紫外灯管间的间距为10～30cm。
所述的盘式曝气器的直径为50mm～100mm，服务面积0.05-0.08m2/个。
所述的氧化反应室为箱体或筒体结构，采用聚丙烯，改性聚丙烯、碳钢内衬橡胶或不锈钢材质制备。
所述的氧化反应室的高径比或高宽比为3～5:1。
所述的双氧水投加装置包括耐酸压力泵和药剂罐，所述的药剂罐通过所述的耐酸压力泵与所述的双氧水入口连接。
所述的鼓风机的压力为10000～30000Pa。
一种基于上述所述的处理装置的有机废气的处理方法，其特征在于：所述方法为：
(1)、首先将Fenton试剂溶液送入氧化反应室中，同时打开紫外灯的电源；
(2)、开启鼓风机将待处理的有机废气经进气口送入氧化反应室，并在底部经盘式曝气器进行鼓泡；开启双氧水投加装置中的耐酸压力泵将双氧水经双氧水入口一次性或间隔投放到氧化反应室，待处理的有机废气与Fenton试剂溶液充分接触反应后将有机废气中的有机物大分子氧化成小分子，处理后的废气由排气口排出。
所述的双氧水的间隔投放的间隔时间为30-45min，保持氧化反应室内的双氧水的质量浓度和pH不变。
所述的待处理的有机废气在氧化反应室内的停留时间为20～60s。
本发明采用紫外与Fenton技术联合降解环境中难降解有机污染物比单独技术作用有更高的氧化及矿化性能，UV可以使Fenton反应体系中的Fe3+还原为Fe2+，促进了铁离子循环，从而提高了H2O2的利用率；同时UV也会使H2O2以及三价铁的羟基络合物(Fe(OH)2+)等直接光解产生·OH，从而提高反应的速度和效率，减少氧化剂的使用量，降低成本等优点。另外对于处理疏水性有机废气，鼓泡式的进 气方式也增大了气液接触面积，促进了气液传质速率，加快了有机废气的处理效率。
本发明的有机废气可以从氧化反应室底部的盘式曝气器通过鼓泡的形式进入Fenton试剂中与反应液充分接触，处理后的废气由顶部的排气口排出，废气中的污染物由Fenton试剂中产生的羟基自由基(·OH)氧化降解。其中，Fenton试剂溶液需要定期更新。
本发明的有益效果体现在：
1、本发明促进铁离子循环，减少Fe2+的用量，提高H2O2的利用率。
2、鼓泡式的进气方式增加了气液接触面积，增大了气液传质速率，提高了疏水性有机废气的处理效率。
3、可以连续向Fenton试剂溶液中投加双氧水来维持有机废气的处理效果。
附图说明
图1是本发明鼓泡式废气紫外/Fenton氧化处理系统的结构示意图；
其中：1-氧化反应室，2-鼓风机，3-进气口，4-排气口，5-紫外灯管，6-盘式曝气器，7-双氧水入口，8-双氧水投加装置，9-耐酸压力泵，10-Fenton试剂溶液。
具体实施方式
以下实施例中，氧化反应室1的有效容积为6.2L，直径为0.14m，高为0.4m；紫外灯管5位于氧化反应室内腔的上部，下端垂直插入液面下0.3m；双氧水入口7距离氧化反应室顶端0.1m；进气口3距离氧化反应室底端0.05m。
实施例1：
参照图1，鼓泡式紫外/Fenton氧化有机废气的处理系统，包括氧化反应室1、鼓风机2以及双氧水投加装置8，在所述的氧化反应室1内盛放有Fenton试剂溶液10，所述的氧化反应室1的顶部设置有排气口4，上部设置有双氧水入口7，下部设置有进气口3，所述的鼓风机2通过废气管道与所述的进气口3连接，所述的双氧水投加装置8与所述的双氧水入口7连接；所述的氧化反应室1内腔的上端垂直布置有若干用于安装紫外灯的紫外灯管5，所述的紫外灯管5的下端插入Fenton试剂溶液10内，所述的紫外灯通过镇流器与电源连接；所述的氧化反应室1的底端设置有盘式曝气器6，所述的进气口3通过进气管与所述的盘式曝气器6连接，所述的盘式曝气器6的底部中心与进气口中心的连线与进气口的中心线重合。
相邻的紫外灯管5间的间距为10～30cm。
所述的盘式曝气器6的直径为50mm～100mm，服务面积0.05-0.08m2/个。
所述的氧化反应室1为箱体或筒体结构，采用聚丙烯，改性聚丙烯、碳钢内衬橡胶或不锈钢材质制备。
所述的双氧水投加装置8包括耐酸压力泵9和药剂罐8，所述的药剂罐8通过所述的耐酸压力泵9与所述的双氧水入口7连接。
所述的鼓风机2的压力为10000～30000Pa。
一种基于上述所述的处理装置的有机废气的处理方法，其特征在于：所述方法为：
(1)、首先将Fenton试剂溶液送入氧化反应室中，同时打开紫外灯的电源；
(2)、开启鼓风机将待处理的有机废气经进气口送入氧化反应室，并在底部经盘式曝气器进行鼓泡；开启双氧水投加装置中的耐酸压力泵将双氧水经双氧水入口一次性或间隔投放到氧化反应室，待处理的有机废气与Fenton试剂溶液充分接触反应后将有机废气中的有机物大分子氧化成小分子，处理后的废气由排气口排出。
试验的有机废气对象为含二甲苯的废气，二甲苯的浓度为350mg/m3左右，Fenton试剂溶液中：Fe2+浓度为20mg/L，H2O2的质量浓度分别为0.01％、0.05％、0.1％，pH为3.0，有机废气的停留时间为55s，紫外光的波长为254nm时，二甲苯的去除率均可以达到90％左右，且二甲苯去除率稳定的时间分别为45min、90min、120min，因此可以看出H2O2为0.01％时，其利用率最高。以上试验结果见下表1。
表1 试验结果
实施例2：
采用与实施例1相同的处理系统，其中试验净化的有机废气对象为含二甲苯的废气，二甲苯的浓度为350mg/m3左右，Fenton试剂溶液中：Fe2+浓度分别为8mg/L、20mg/L、40mg/L，H2O2质量浓度为0.1％，pH为3.0，有机废气的停留时间为55s，紫外光的波长为254nm时，二甲苯的去除率均可以达到90％左右，且二甲苯去除率基本都稳定在120min左右，试验结果见表2。
表2 试验结果
实施例3：
采用与实施例1相同的处理系统，其中试验净化的有机废气对象为含二甲苯的废气，二甲苯的浓度为350mg/m3左右，Fenton试剂溶 液中：Fe2+浓度为20mg/L，H2O2质量浓度为0.01％，并且间隔45min投加一次双氧水，维持H2O2质量浓度0.01％，pH为3.0，有机废气的停留时间为55s，紫外光的波长为254nm时，二甲苯的去除率可以持续维持90％左右，此时H2O2的利用率最高，试验结果见表3。
表3 试验结果
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (10)

1.鼓泡式紫外/Fenton氧化有机废气的处理装置，其特征在于：包括氧化反应室、鼓风机以及双氧水投加装置，在所述的氧化反应室内盛放有Fenton试剂溶液，所述的氧化反应室的顶部设置有排气口，上部设置有双氧水入口，下部设置有进气口，所述的鼓风机通过废气管道与所述的进气口连接，所述的双氧水投加装置与所述的双氧水入口连接；所述的氧化反应室内腔的上端垂直布置有若干用于安装紫外灯的紫外灯管，所述的紫外灯管的下端插入Fenton试剂溶液内，所述的紫外灯管插入深度为Fenton试剂溶液液面下10-60cm，所述的紫外灯通过镇流器与电源连接；所述的氧化反应室的底端设置有盘式曝气器，所述的进气口通过进气管与所述的盘式曝气器连接。
2. 如权利要求1所述的鼓泡式紫外/Fenton氧化有机废气的处理装置，其特征在于：在所述的Fenton试剂溶液中：Fe2+的浓度为8~40mg/L，H2O2的质量浓度为0.01%~ 0.5%，pH为2.0~3.0。
3.如权利要求2所述的鼓泡式紫外/Fenton氧化有机废气的处理装置，其特征在于：所述的紫外灯的波长为180~300nmm，相邻的紫外灯管间的间距为10~30cm。
4.如权利要求3所述的鼓泡式紫外/Fenton氧化有机废气的处理装置，其特征在于：所述的盘式曝气器的直径为50mm~100mm，服务面积0.05-0.08m2/个。
5.如权利要求4所述的鼓泡式紫外/Fenton氧化有机废气的处理装置，其特征在于：所述的氧化反应室为箱体或筒体结构，采用聚丙烯，改性聚丙烯、碳钢内衬橡胶或不锈钢材质制备。
6.如权利要求5所述的鼓泡式紫外/Fenton氧化有机废气的处理装置，其特征在于：所述的氧化反应室的高径比或高宽比为3~5:1。
7.如权利要求6所述的鼓泡式紫外/Fenton氧化有机废气的处理装置，其特征在于：所述的双氧水投加装置包括耐酸压力泵和药剂罐，所述的药剂罐通过所述的耐酸压力泵与所述的双氧水入口连接。
8.一种基于如权利要求1~7之一所述的处理装置的有机废气的处理方法，其特征在于：所述方法为：
（1）、首先将Fenton试剂溶液送入氧化反应室中，同时打开紫外灯的电源；
（2）、开启鼓风机将待处理的有机废气经进气口送入氧化反应室，并在底部经盘式曝气器进行鼓泡；开启双氧水投加装置中的耐酸压力泵将双氧水经双氧水入口一次性或间隔投放到氧化反应室，待处理的有机废气与Fenton试剂溶液充分接触反应后将有机废气中的有机物大分子氧化成小分子，处理后的废气由排气口排出。
9.如权利要求8所述的处理方法，其特征在于：所述的双氧水的间隔投放的间隔时间为30-45min，保持氧化反应室内的双氧水的质量浓度和pH不变。
10.如权利要求9所述的处理方法，其特征在于：所述的待处理的有机废气在氧化反应室内的停留时间为20~60s。
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