CN105964136A - 一种有机废气的降解方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种有机废气的降解方法及装置，其中降解方法包括废气去除颗粒、油雾后进入光催化氧化反应器中；紫外光照在催化剂上，废气在催化剂表面被直接裂解，同时产生了羟基自由基和臭氧，进一步氧化有机废气；未被分解的废气进入催化氧化洗涤塔，在催化剂和氧化剂的共同作用下被进一步氧化分解。装置包括进气管道、出气管道、预处理塔、光催化氧化反应器、催化氧化洗涤塔。本发明提供的有机废气的降解方法，在光催化氧化和催化氧化洗涤的共同作用下，有机污染物彻底分解，不会产生二次污染。

Description

一种有机废气的降解方法及装置
技术领域
本发明涉及废气处理技术领域，具体涉及一种有机废气的降解方法及装置。
背景技术
化工、医药、印染等行业生产过程中使用了大量的有机溶剂，如甲醛、苯系物、丙酮、乙酸乙酯、甲醇、卤代烃等有机溶剂，这些有机溶剂在使用过程中产生了挥发性有机废气，而有机废气通常具有毒性、易燃易爆、易溶于有机溶剂、难溶于水、处理难度较大等特征。
目前，有机废气的处理方法主要有溶剂吸收法、活性炭吸附法、燃烧法、生物法、低温等离子法、光催化法等。其中生物法、溶剂吸收法、活性炭吸附法净化效率低，处理有机物不彻底；焚烧法容易产生二次污染；低温等离子法存在一定的安全性；光催化氧化法破坏有机物的分子键，但不能彻底降解有机物。
公开号为CN202778234U的实用新型专利文献公开了一种组合式有机废气的处理装置，文中提出采用“光催化氧化+生物喷滤”的组合方法降解有机废气，解决了物理化学方法处理有机废气不彻底的问题，但是微生物易受毒害问题并未彻底解决，且微生物与气体接触不充分，微生物仍需驯化，易变异、死亡。
催化洗涤是一种新型的处理有机废气的方法，利用氧化剂在催化剂表面产生羟基自由基，羟基自由基将有机物彻底氧化；光催化氧化破坏有机物的分子键，使其降解为易处理的有机物，催化氧化洗涤将易处理的有机物彻底分解，在光催化氧化和催化氧化洗涤的共同作用下，有机废气彻底降解有机物，不会产生二次污染。
发明内容
本发明提供了一种有机废气的降解方法及装置，利用光催化氧化与催化氧化洗涤的协同作用，提高有机废气的降解效果。
一种有机废气的降解方法，包括：
步骤1，在紫外光和光催化剂的作用下，有机废气进行光催化反应，得到处理气；
步骤2，步骤1得到的处理气在催化剂和氧化剂共同作用氧化分解，得到的尾气高空排放。
本发明适用于中高浓度混合废气的降解，尤其适合于废气浓度低于6000mg/m3废气的降解，处理成本低，技术效率高。
本发明提供的降解方法适用于含硫醇、硫醚、二硫化碳、苯类、醇、胺、烃类、丙酮、有机酸、甲酚中一种或几种的有机废气。
步骤1中，光催化剂通过紫外线照射产生电子空穴对，与表面吸附的有机废气中的水和氧气反应生成氧化性很强的氢氧自由基(·OH)和超氧离子自由基(O2 -)，将大部分有机物彻底降解。
步骤2中，废气中未被降解的有机废气和/或经过步骤1处理得到的处理器经过催化剂的表面，在氧化剂和催化剂的协同作用下彻底氧化分解。
步骤1中，在紫外光和光催化剂的催化作用下，气体中的大分子有机物分解成小分子或二氧化碳和水，其中还有部分有机物未能与催化剂充分接触，所以，步骤1得到的处理气中仍含有部分有机物。这部分有机物通过微生物处理时需调节碳氮比例，需要额外添加碳源或氮源，针对具体的废水，微生物需要经过较长时间驯化，成为特种菌，但特种菌易死亡。而采用催化氧化法，将步骤1产生的小分子溶解到氧化剂中，与催化剂的接触更充分，且催化氧化对有机物的选择性弱，适用性广、处理效果稳定。
作为优选，还包括预处理步骤，用水洗涤有机废气。
有机废气收集后进行预处理步骤，通过用水洗涤的方法，除去有机废气中的颗粒物、酸雾、油滴等后，进入光催化氧化反应器中；紫外光照在催化剂上，废气在催化剂表面被直接裂解，同时产生了羟基自由基和臭氧，进一步氧化有机废气；未被分解的废气进入催化氧化洗涤塔，在催化剂和 氧化剂的共同作用下被进一步氧化分解。
作为优选，步骤1中的光催化剂和步骤2中的催化剂均为负载型催化剂，以活性炭、活性炭纤维、氧化铝、分子筛或陶瓷作为载体，以铜、铜的氧化物、铁、铁的氧化物、钴、钴的氧化物、镍、镍的氧化物、钛、钛的氧化物、钼、钼的氧化物中的至少一种作为活性组分；光催化剂中活性组分的负载量为0.05％～10％。负载型催化剂中，活性组分均匀涂覆在载体表面。
为了保证光催化的效率，优选地，所述负载型催化剂中，以二氧化钛、五氧化二钒、铜、铁中的至少一种作为活性组分。
作为优选，负载型催化剂中，活性组分的负载量为0.1％～10％。进一步优选，负载型催化剂中，活性组分的负载量为0.5％～5％。
作为优选，所述氧化剂为次氯酸钠、H2O2、或组合使用O3和H2O2。H2O2可以单独作为氧化剂使用，也可以和O3共同作为氧化剂使用。所述氧化剂以水溶液形式使用，作为优选，氧化剂水溶液中氧化剂的质量分数为0.5％～15％。进一步优选，氧化剂水溶液中氧化剂的质量分数为0.5％～10％。再优选，氧化剂水溶液中氧化剂的质量分数为0.5％～5％。
本发明还提供了一种实现所述的降解方法的装置，包括：通过管道依次连接的光催化氧化反应器和催化氧化洗涤塔，其中，光催化氧化反应器中设有紫外灯管，以及负载有光催化剂的网板，所述催化氧化洗涤塔内设置填充有催化剂的催化氧化区，以及装有填料的喷淋段。所述光催化氧化反应器中排列有若干紫外灯管，所述负载有光催化剂的网板中光催化剂的涂覆密度为0.5kg/m2～5kg/m2，置于紫外灯管的间隙中，网板所处平面垂直于有机废气的流动方向。
作为优选，还包括带有废气进口和废气出口的预处理塔，预处理塔的废气出口与光催化氧化反应器的入口相连通。
所述预处理塔的塔顶设有喷淋装置，预处理塔的塔底连接有循环水箱，循环水箱与通过循环水泵与喷淋装置连通，用以向喷淋装置供水。
水由循环水泵增压后，输送至预处理塔的塔顶，并喷淋而下，水与有机废气充分接触后，除去有机废气中的颗粒污染物和易溶于水的成分，有 机废气经由引风机输送至光催化氧化反应器，水落至预处理塔的塔底，并流至循环水箱，经过循环水箱中的过滤装置过滤后，继续向喷淋装置供水。
作为优选，还包括填充有活性炭的吸附装置，吸附装置与催化氧化洗涤塔的出口相连通。催化氧化洗涤塔排出的废气经过吸附装置进一步处理后排放。
所述催化氧化洗涤塔内由上至下依次设有所述喷淋段、催化氧化区和循环水池。废气经过光催化氧化处理后，进入催化氧化洗涤塔中，氧化剂在喷淋段喷下来，未被分解的气体在喷淋段被填料上附着的氧化剂充分吸收，然后进入催化氧化区；气体在催化氧化区与催化剂和氧化剂接触被分解掉。
本发明提供的有机废气的降解方法及装置，适用于中高浓度的混合有机废气，能够适应废气浓度和流量的变化，灵活调整工艺参数，提高有机废气的降解效果。
附图说明
图1为本发明有机废气的降解装置示意图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应该理解为，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限制本发明。
本发明提供的降解装置如图1所示，包括通过管道依次连通的预处理塔1、引风机、光催化氧化反应器2、催化氧化洗涤塔3以及排气管道。
预处理塔1的底部开设有废气进口，废气通过吸风罩收集进入预处理塔1内部，顶部开设有废气出口以及自来水入口，预处理塔1的废气出口通过引风机与光催化氧化反应器2的入口相连通。
预处理塔1的塔顶设有喷淋装置，预处理塔1的塔底连接有循环水箱，循环水箱通过循环水泵与喷淋装置连通，用以向喷淋装置供水。
光催化氧化反应器2的侧壁设有进气口和出气口，光催化氧化反应器内部设有多根紫外灯管，以及多块涂覆有光催化剂的网板，其中光催化剂涂覆密度0.5kg/m2～5kg/m2，涂覆有光催化剂的网板置于紫外灯管的间隙 中，各网板平行排列，网板竖直布置，网板所处平面垂直于有机废气的流动方向。
催化氧化洗涤塔3的底部设有进气口，顶部设有出气口，催化氧化洗涤塔3内由上至下依次设有喷淋段、催化氧化区和循环水池，催化氧化区内填充有催化剂。
氧化剂以水溶液的形式由催化氧化洗涤塔3顶部喷淋下来，依次经过喷淋段和催化氧化区，废气经过光催化氧化处理后，进入催化氧化洗涤塔3中，未被分解的气体在喷淋段被填料上附着的氧化剂充分吸收，进入催化氧化区，气体在催化氧化区与催化剂和氧化剂接触被彻底分解掉。
催化氧化洗涤塔出口与排气管道相连通。
实施例1
某股含甲苯、二甲苯、乙酸乙酯、醚类、酮类物质的混合有机废气，非甲烷总烃进气口浓度为2000mg/m3，风量约为24000m3/h。
(1)光催化：废气经引风机进入光催化氧化反应器2中进行，光催化氧化处理，光催化剂载体采用氧化铝，活性组分采用二氧化钛，光催化剂中二氧化钛的负载量为5％,光催化剂在网板上的涂覆密度为0.5kg/m2。
(2)催化氧化洗涤：步骤(1)处理后得到的气体进入催化氧化洗涤塔3，催化氧化洗涤塔3中的催化剂以活性炭为载体，以氧化铁为活性组分，催化剂中氧化铁的负载量为1％，洗涤采用质量分数为1％的H2O2水溶液作为氧化剂，氧化剂的喷淋液气比为15L/m3,出口检测非甲烷总烃的浓度为30mg/m3，该工艺的处理效率高达98.5％。
对比例1
实施例1所述的有机废气，同样采用本发明的上述工艺，当不放置光催化剂时，检测出口处非甲烷总烃浓度为980mg/m3，该工艺仅催化氧化洗涤塔3装置对废气的净化效果较差。
实施例2
某股含二甲苯、乙酸丁酯、乙酸乙酯、甲基异丁基酮的混合有机废气， 非甲烷总烃进气口浓度为4000mg/m3，风量约为35000m3/h。
(1)光催化：有机废气经引风机进入光催化氧化反应器2中，进行光催化氧化处理，光催化剂载体采用氧化铝，活性组分采用氧化钴，光催化剂中氧化钴的负载量为1％。
(2)催化洗涤：步骤(1)处理后得到的气体进入催化氧化洗涤塔3，催化氧化洗涤塔3中催化剂以活性炭为载体，以氧化铜为活性组分，催化剂中氧化铜的负载量为1％，采用质量分数为0.5％的次氯酸钠水溶液作为洗涤氧化剂，出气口检测到非甲烷总烃的浓度为10mg/m3，该工艺的总处理效率为99.8％。
对比例2
实施例2所述的有机废气，同样采用本发明的上述工艺，如洗涤塔不放置催化剂，该工艺对废气的总净化效率为85％。
实施例3
某股含丙烯腈、氯丙烯的有机废气，非甲烷总烃进气口浓度为1000mg/m3，风量约为10000m3/h。
(1)光催化：废气经引风机进入光催化氧化反应器2中进行，光催化氧化处理，光催化剂载体采用分子筛，活性组分采用二氧化钛，光催化剂中二氧化钛的负载量为1％，光催化剂在网板上的涂覆密度为1kg/m2。
(2)催化氧化洗涤：步骤(1)处理后得到的气体进入催化氧化洗涤塔3，催化氧化洗涤塔3中的催化剂以活性炭为载体，以氧化镍为活性组分，催化剂中氧化镍的负载量为0.5％，洗涤采用质量分数为0.5％的H2O2水溶液作为氧化剂，氧化剂的喷淋液气比为18L/m3，出口检测非甲烷总烃的浓度为20mg/m3，该工艺的处理效率高达98.0％。
对比例3
实施例3所述的废气处理方法中，去除步骤1，只进行催化氧化洗涤，出口检测非甲烷总烃的浓度为660mg/m3，该工艺的处理效率不到50％。

Claims (9)

1.一种有机废气的降解方法，其特征在于，包括：
步骤1，在紫外光和光催化剂的作用下，有机废气进行光催化反应，得到处理气；
步骤2，步骤1得到的处理气在催化剂和氧化剂共同作用氧化分解，得到的尾气高空排放。
2.如权利要求1所述的有机废气的降解方法，其特征在于，还包括预处理步骤，用水洗涤有机废气。
3.如权利要求1所述的有机废气的降解方法，其特征在于，步骤1中的光催化剂和步骤2中的催化剂均为负载型催化剂，以活性炭、活性炭纤维、氧化铝、分子筛或陶瓷作为载体，以铜、铜的氧化物、铁、铁的氧化物、钴、钴的氧化物、镍、镍的氧化物、钛、钛的氧化物、钼、钼的氧化物中的至少一种作为活性组分；光催化剂中活性组分的负载量为0.05％～10％。
4.如权利要求3所述的有机废气的降解方法，其特征在于，所述负载型催化剂中，以二氧化钛、五氧化二钒、铜、铁中的至少一种作为活性组分。
5.如权利要求1所述的有机废气的降解方法，其特征在于，步骤2所述氧化剂为次氯酸钠、H2O2、或组合使用O3和H2O2。
6.一种实现如权利要求1～5任一所述的降解方法的装置，其特征在于，包括：通过管道依次连接的光催化氧化反应器和催化氧化洗涤塔，其中，光催化氧化反应器中设有紫外灯，以及负载有光催化剂的网板，所述催化氧化洗涤塔内设置填充有催化剂的催化氧化区，以及装有填料的喷淋段。
7.如权利要求6所述的实现降解方法的装置，其特征在于，还包括带有废气进口和废气出口的预处理塔，预处理塔的废气出口与光催化氧化反应器的入口相连通。
8.如权利要求7所述的实现降解方法的装置，其特征在于，还包括填充有活性炭的吸附装置，吸附装置与催化氧化洗涤塔的出口相连通。
9.如权利要求8所述的实现降解方法的装置，其特征在于，所述催化氧化洗涤塔内由上至下依次设有所述喷淋段、催化氧化区和循环水池。
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