CN106139844A - 一种去除高浓度恶臭气体及voc废气的除臭装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种去除高浓度恶臭气体及VOC废气的除臭装置及方法，其中该除臭装置包括顺次连接的真空紫外光反应室与碳锰混装滤塔；所述真空紫外光反应室为一个或多个并联，其包括一反应内腔及与该反应内腔连通的进风口和出风口，所述进风口与供气端连接；所述碳锰混装滤塔包括一塔体及与该塔体连通的滤塔进口和滤塔出口，所述滤塔出口与排放端连通，而所述的出风口与滤塔进口连接。所述VUV反应室的VUV灯组的波长为185nm，或为185nm与254nm组合，形成一个密集有效紫外光区，此反应室提供足够反应时间3～4秒，使恶臭有机气体在反应内腔迅速氧化。不管是高浓度或低浓度的恶臭气体，在进入光区时，会被全面照射并被快速氧化，避免气体逸逃或短路，有效去除率可达99％。
Description
技术领域
本发明涉及一种除臭装置及其除臭方法，具体地，涉及一种去除高浓度恶臭气体及VOC废气的除臭装置及方法。
背景技术
在光电及半导体行业生产上，采用了大量的化学药品如清洁剂，剥离剂等，这些化学剂在废水的生化过程中，会大量产生恶臭。如：甲硫醇，甲硫醚，三甲胺等，这些臭味的浓度有高达100ppm以上。在这种情况下，一般的光催化，生物滤镜及洗涤塔，都没能有效去除相关的臭味，并对厂周边的居民的生活造成影响。针对这些高浓度恶臭，而现有的处理技术并没能有效的去除。
现有处理臭气方法主要有：O3，O3/UV，O3/VUV，UVA+触媒，UV+NaOCl，UV+H2O2，生化除臭中的一种或两种以上混合方法。可是现有技术大部分是针对无机臭气如H2S及NH3，有机臭气的研究及处理方法较少，对高浓度有机臭气就更少了，且处理技术集中在光触媒的氧化(一般采用UVA(365nm)或UVC(254nm)两种紫外光灯，加上TiO2为触媒达到光催化的效果。
现有技术的局限、缺点及这些缺点存在的原因：
1.现有技术的局限：
a、只能处理低浓度10～20ppmv左右的恶臭气体和浓度≦50ppmvVOC废气；
b、不适合处理高湿度的恶臭气体和VOC废气；
c、只适合无机臭味如H2S及NH3的去除，对有机臭味的去除效果有限。
2.现有技术缺点：
a、系统运行不稳定；
b、处理效果差，不稳定；
c、对有机臭气处理成效低；
3.造成现有技术缺点的原因：
a、处理装置流场设计不合理；
b、恶臭和VOC废气在光照区停留时间过短；
c、生物除臭容易被毒化而失效。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明提供一种能有效和高效率去除高浓度恶臭气体及VOC废气的除臭装置。为了达到上述技术目的，所采用的技术方案为：
一种去除高浓度恶臭气体及VOC废气的除臭装置，其包括顺次连接的真空紫外光反应室与碳锰混装滤塔；其中所述真空紫外光反应室为一个或多个并联，其包括一反应内腔及与该反应内腔连通的进风口和出风口，所述进风口与供气端连接；所述碳锰混装滤塔包括一塔体及与该塔体连通的滤塔进口和滤塔出口，所述滤塔出口与排放端连通，而所述的出风口与滤塔进口连接。
进一步地，按照气体流动方向，所述反应内腔由下而上依次设置有进风箱，真空紫外光区和出风箱，其中所述进风箱内设置有分风器，所述进风口设置在进风箱上，所述出风口设置在出风箱上。
进一步地，所述真空紫外光区包括VUV灯组，其上下交叉排列或上下组成栅形格排列；所述VUV灯组的VUV灯的波长采用185nm，或185nm与254nm组合。
为了有效测定所需处理恶臭气体及VOC废气的浓度及相对湿度，在所述供气端与所述进风口间依次设置有恶臭气体浓度测试仪和在线湿度检测仪。
进一步地，所述碳锰混装滤塔的塔体由上至下依次设置有上风箱、单槽或多槽串联的滤床及下风箱；所述滤塔进口设置在上风箱上，所述滤塔出口设置在下风箱上；所述滤床充填有焦碳与含锰强氧化剂。
优选地，所述含锰强氧化剂为KMnO4或MnO2所述滤床充填的焦碳与含锰强氧化剂的重量比为1：0.5～4。
作为另外一种实施方式，本发明还提供了一种采用以上除臭装置去除高浓度恶臭气体及VOC废气的方法，包括如下步骤：
(1).真空紫外光反应室除臭：待处理的恶臭气体及VOC废气从供气端经由进风口进入所述真空紫外光反应室的反应内腔内，沿气体流动方向，所述待处理的气体在进风箱内经分风器作用下均匀进入真空紫外光区，在VUV灯组的照射作用下迅速氧化，氧化反应完毕后进入出风箱并由出风口排出；
(2).碳锰混装滤塔深层除臭：经步骤(1)处理过的恶臭气体及VOC废气经由滤塔进口进入碳锰混装滤塔的塔体内，按照从上自下的顺序，从上风箱进入充满活性焦碳及含锰强氧化剂的滤床，步骤(1)未反应完全或逃逸的恶臭气体及VOC废气进行氧化还原反应，而后进入下风箱；
(3).经步骤(2)处理过的气体从滤塔出口排出，然后通过排放端排走。
进一步地，当所述滤床至少为多槽并联时，经过第一级滤床处理的气体再次进入充填有焦碳及含锰强氧化剂的滤床再一次进行氧化还原反应。具体地，所述真空紫外反应室采用185nm真空紫外光灯组,或185nm与254nm真空紫外光灯组的组合，该灯组与臭气中的空气及水分发生氧化反应生成臭氧、羟基自由基和初生态氧，从而破坏恶臭气体及VOC废气的分子结构。
优选地，所述真空紫外光反应室内的参数如下：
①待处理的恶臭气体及VOC废气在真空紫外光反应室的总停留时间3～4秒，其中真空紫外光区内停留时间≧1～2秒；；
②臭氧产生量≧0.2～0.8g/Nm3气体；
③紫外灯功率：2.5～5/1000Nm3。
更优选地，所述恶臭气体及VOC废气通过碳锰混装滤塔内滤床的速度为≦0.5m/s。
本发明的有益效果
1.采用真空紫外光反应室与碳锰混装滤塔联合除去恶臭气体及VOC废气，比采用单一臭氧作为氧化剂的除臭工艺效能高3倍。
2.真空紫外光反应室除臭，使得不管是高浓度或低浓度的恶臭气体，在进入真空紫外光反应光区时，会被全面照射，快速氧化，避免气体逸逃或短路的情况发生，有效去除率可达99％。
3.填充有活性焦碳及含锰强氧化剂的碳锰混装滤塔的滤床，恶臭气体及VOC废气通过具有强氧化性的化学滤料，被氧化分解为低分子物质H2O和CO2，而化学滤料由Mn4+变为Mn2+时，化学滤料失效，但真空紫外光反应室内产生的O3气体氧化失效的化学滤料，可使Mn2+变为Mn4+，这种可再生的化学滤料在提高装置稳定性的基础上降低媒介的更换频率，更换周期长达2～6个月。
附图说明
图1是本发明的去除高浓度恶臭气体及VOC废气的除臭装置结构示意图。
图2是本发明的真空紫外光反应室结构示意图。
图3是图2的A部结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的技术目的、技术方案和优点更加明确，下面对本发明的优选实施例进行详细的描述。
除臭装置
如图1所示，本发明的去除高浓度恶臭气体及VOC废气的除臭装置，顺次连接有真空紫外光反应室3(以下简称VUV反应室)与碳锰混装滤塔4；所述VUV反应室3的数量为一个或多个。当VUV反应室3为若干个时，它们之间采用并联方式连接。所述VUV反应室3包括一反应内腔30及与该反应内腔30连通的进风口34和出风口35，所述进风口34与供气端1连接；所述碳锰混装滤塔4包括一塔体40及与该塔体40连通的滤塔进口44和滤塔出口45，所述滤塔出口45与排放端8连通。而VUV反应室3与碳锰混装滤塔4之间的连通则通过所述出风口35与滤塔进口44之间连接。
如图1所示，在供气端1与进风口34间依次设置有恶臭气体浓度测试仪和在线湿度检测仪2，这样可以测得在进入VUV反应室3前待处理的气体的浓度和相对湿度，VUV反应室3中VUV灯组的设置则需要这组数据。而所述碳锰混装滤塔4的滤床出口45通过制风阀6与风机7连接，所述风机7则与排放端8连通。在所述碳锰混合滤塔4的滤床进口44与滤床出口45间设置有旁通5，检测道经VUV反应室3处理过的恶臭气体及VOC废气在进入上风箱41若已达标，则可通过旁通5，经风机7后从排放端8直接排出。
真空紫外光反应室
如图2～3所示，按照气体流动方向，所述反应内腔30由下而上依次设置有进风箱31，真空紫外光区32和出风箱33；其中，所述进风箱31内设置有分风器36，所述分风器36的作用是让待处理的恶臭气体及VOC废气能均匀地进入真空紫外光区32；所述滤塔进口44设置在上风箱41上，所述滤塔出口45设置在下风箱43上。
所述真空紫外光区包括VUV灯组，其上下交叉排列或上下组成栅形格排列。若干个VUV反应室3通过并联方式组合而成，同时处理恶臭气体及VOC废气，这样会极大提高处理气体的效率。所述VUV反应室3的风管排布原则是以左进右出，低进上出的非对称排列。对于所述真空紫外光区32的结构设计也有所要求，其包括VUV灯组，呈上下交叉排列或上下组成栅形格排列。所述VUV反应室3采用185nm的VUV灯组,或185nm与254nmVUV灯组的组合，该灯组与臭气中的空气及水分发生氧化反应生成臭氧、羟基自由基和初生态氧，从而破坏恶臭气体及VOC废气的分子结构。所述VUV反应室3中真空紫外光区32的大小根据恶臭气体浓度测试仪和在线湿度检测仪2所测得恶臭气体浓度及相对湿度作相互调整，调整时须考虑VUV灯管的固有长度、维修要求、停留时间或速度等因素。
碳锰混装滤塔
所述碳锰混装滤塔4包括一塔体40，及与该塔体40连通的滤塔进口44和滤塔出口45，而所述滤塔出口45与排放端8连通。具体地，所述塔体40由上至下依次设置有上风箱41、滤床42和下风箱43，所述滤塔进口44设置在上风箱41上，所述滤塔出口45设置在下风箱43上。所述滤床42上面充填了活性焦碳及含锰强氧化剂(KMnO4，MnO2等)，其会产生吸附及化学氧化还原的效果。滤床的材料表面所吸附的有机臭味及VOC废气(真空紫外光反应室3处理没完成，或接触时间不够的，或逃逸的)，在所述碳锰混装滤塔4内发生下列反应：
2O2+O3+2(CH3-)→2CO2+3H2O
通过实验及小试发现：该碳锰混装滤塔4的滤料寿命比一般没有OH·及O3存在的滤料延长15-30％。这就是说，在低温条件下，例如20-60℃的条件下，O3、OH·在活性碳催化及锰金属的氧化还原反应不是100％有效，但能有15～30％左右的反应效果。测试结果显示，由于本装置前段采用VUV反应室，后段的滤塔材料的设计寿命在2～6个月之间，而不用更换滤料。
所述塔体内的滤床42可为多槽串联方式，但经VUV反应室处理过的恶臭气体及VOC废气通过滤床的速度≦0.5米/秒，符合上述VUV反应室的风速要求(≦0.5米/秒)。这样碳锰混合滤塔将VUV反应室3尚未处理好的恶臭气体及VOC废气作进一步处理，提高了除臭装置的处理臭气种类的多样性及去除效率，去除效率可在99％以上。
除臭处理工艺
高浓度恶臭气体及VOC废气的除臭需要经过一段真空紫外反应室3的光催化氧化反应后进入二段碳锰混合滤塔4的进一步处理。
一段处理——VUV反应室3的具体处理步骤为：恶臭气体及VOC废气从供气端1输出，依次经过恶臭气体浓度测试仪和在线湿度检测仪2，在获得气体浓度和相对湿度后再由进风口34进入VUV反应室3内。所述恶臭气体及VOC废气从反应内腔30的进风口34进入进风箱31，在分风器36的作用下使得气体均匀进入真空紫外光区32进行光催化氧化反应，反应完毕后进入出风箱33并由出风口35排出。若此时VUV反应室3为若干个，这样就能同时处理大流量的恶臭气体及VOC废气，极大提高了处理恶臭气体及VOC气体的效率。
一般光催化的做法是：采用UVC或UVA加TiO2工序，使空气中的氧气及水分衍生为OH·(羟基自由基)，但这些方法产生的OH·浓度不够。本发明采用VUV灯组，与空气的氧及水分接触会产生下列的反应：
2O2+2H2O→[O]+O3+2OH·+2H+
除了OH·之外，真空紫外光会引发臭氧(O3)及初生能氧[O]的产生，它们具有非常强的氧化性，加上OH·共三种氧化物质，对有机硫臭气的氧化非常有效，每1Kw的VUV所产生的O3及OH·远比UVC+TiO2的效率高，因此可以有效处理高浓度恶臭气体。
VUV反应室所述的特性：VUV灯会产生足够浓度的光子(hv)、初生态氧﹝O﹞、臭氧(O3)及羟基自由基(OH·)。在VUV反应室内，对各类有机臭气，如DMS，TEA，苯，甲苯有强氧化的功能。在相同浓度及相同成分的臭气下，VUV紫外光比其他的UVC，UVA的光触媒的处理更有效及更节能。其原因是：首先与普通的多段平面设计的光区不同，所述真空紫外光区，采用分段立体式的设计，从而可使灯光对通过的臭气形成立体和密集的照射，满足臭气通过时(停留时1-2sec)能与VUV产生的光子，臭氧与OH·能充分接触，其次通过在进风口34设置比例调节阀门或采用变频风机使反应连续不断的被加强，并非时高时低的光解/化学氧化反应。
二段处理——碳锰混合滤塔4的具体处理顺序为：恶臭气体及VOC废气从碳锰混合滤塔4的滤床进口44进入塔体40内，由上风箱41通过充填了活性焦碳及含锰强氧化剂的滤床42，再进入下风箱43。若碳锰混合滤塔4的滤床42为多槽串联的连接方式，则可以连续多次由上至下通过多级滤床42。经过二段处理后恶臭气体及VOC废气再经排放端8达标排出，在排出前需要通过控制风阀6来控制流速，此时风机7开始工作。当然，如果碳锰混合滤塔4设置有旁通5，在检测臭气进入上风箱41或滤床42前已达标，可通过旁通5及风机7等直接排出。
所述碳锰混合滤塔其功能有以下两方面：
一方面，提供活性焦碳的多孔吸附作用，给VUV反应室中的过剩O3或OH·提供一个场地，将其与吸附在活性焦碳上的臭气作反应，以便活性焦碳有更好的吸附能力。
另一方面，锰化合物会与臭气及臭氧进行化学反应。2O2+O3+2(CH3-)→2CO2+3H2O；
使得化学滤料在此反应下，有较长的寿命，实验数据显示可延长15-30％的吸附寿命。
所述除臭装置包括以下参数：
①VUV反应室总停留时间3-4秒，V U V光区内的参数：停留时间≧1-2秒；(含VUV光区)
②臭氧产生量≧0.2～0.8g/Nm3气体；
③紫外灯功率：2.5～5/1000Nm3；
④气体表面速度：≦0.5m/s；
⑤高浓度：50～100ppmv；
⑥高温：15～70℃；
⑦高湿度：50～90％；
⑧去除率：80～99％；
⑨达标排放：GB 14554-93。
本发明的方法及装置，可有效处理所产生的有机恶臭，并在小试过程中有效证明。(500NM3/小时)的测试厂，排放符合GB14554-93的标准。
效果例
深圳某公司工业废水厂除臭工程：(1).真空紫外光反应室除臭：待处理的恶臭气体及VOC废气从供气端1进入，以甲硫醚为例，测得恶臭气体及VOC废气的浓度为200mg/m3，在线湿度检测仪2测得的湿度为≧70％。所述真空紫外光反应室总停留时间为≥3秒，其中真空紫外光区内停留时间≧1秒；此时真空紫外光区臭氧产生量为≧0.2g/Nm3；此时紫外灯组中紫外灯功率为≧2.5/1000Nm3。
(2).碳锰混装滤塔深层除臭：经步骤(1)处理过的恶臭气体及VOC废气进入碳锰混装滤塔的塔体内，此时恶臭气体及VOC废气通过滤床的速度为≦0.5m/s)。该碳锰混装滤塔中滤床为二槽串联，滤床的活性焦碳及含锰强氧化剂重量比例为1:1；经步骤(2)处理过的气体从滤塔出口45排出，然后通过排放端排走。在该滤床出口45测得恶臭气体及VOC废气的浓度为20mg/m3，去除率高达90％，该效果例的处理效果详情请参考表1。
效果对比例
以深圳某公司工业废水厂的恶臭气体为样本，通过自主设计DEMO设备进行对比试验测试O3，O3/UV,O3/VUV，VUV+触媒(TiO2)，VUV+化学滤网工艺的处理效果请见表1，以甲硫醚为指标。
表1各种除臭方法的处理效果对比表
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涉及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)
1.一种去除高浓度恶臭气体及VOC废气的除臭装置，其特征在于，该除臭装置包括顺次连接的真空紫外光反应室与碳锰混装滤塔；其中，所述真空紫外光反应室为一个或多个并联，其包括一反应内腔及与该反应内腔连通的进风口和出风口，所述进风口与供气端连接；所述碳锰混装滤塔包括一塔体及与该塔体连通的滤塔进口和滤塔出口，所述滤塔出口与排放端连通，而所述的出风口与滤塔进口连接。
2.根据权利要求1所述的除臭装置，其特征在于，按照气体流动方向，所述反应内腔由下而上依次设置有进风箱，真空紫外光区和出风箱，其中所述进风箱内设置有分风器，所述进风口设置在进风箱上，所述出风口设置在出风箱上。
3.根据权利要求2所述的除臭装置，其特征在于，所述真空紫外光区包括VUV灯组，其上下交叉排列或上下组成栅形格排列；所述VUV灯组的VUV灯的波长采用185nm，或185nm与254nm组合。
4.根据权利要求1所述的除臭装置，其特征在于，在所述供气端与所述进风口间依次设置有恶臭气体浓度测试仪和在线湿度检测仪。
5.根据权利要求1或2所述的除臭装置，其特征在于，所述碳锰混装滤塔的塔体由上至下依次设置有上风箱、单槽或多槽串联的滤床及下风箱；所述滤塔进口设置在上风箱上，所述滤塔出口设置在下风箱上；所述滤床充填有焦碳与含锰强氧化剂。
6.根据权利要求5所述的除臭装置，其特征在于，所述含锰强氧化剂为KMnO4或MnO2；所述滤床充填的焦碳与含锰强氧化剂的重量比为1：0.5～4。
7.一种通过权利要求1-6中任意一项所述的除臭装置去除高浓度恶臭气体及VOC废气的方法，包括如下步骤：
(1).真空紫外光反应室除臭：待处理的恶臭气体及VOC废气从供气端经由进风口进入所述真空紫外光反应室的反应内腔内，沿气体流动方向，所述待处理的气体在进风箱内经分风器作用下均匀进入真空紫外光区，在VUV灯组的照射作用下迅速氧化，氧化反应完毕后进入出风箱并由出风口排出；
(2).碳锰混装滤塔深层除臭：经步骤(1)处理过的恶臭气体及VOC废气经由滤塔进口进入碳锰混装滤塔的塔体内，按照从上自下的顺序，从上风箱进入充满活性焦碳及含锰强氧化剂的滤床，步骤(1)未反应完全或逃逸的恶臭气体及VOC废气进行氧化还原反应，而后进入下风箱；
(3).经步骤(2)处理过的气体从滤塔出口排出，然后通过排放端排走。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，当所述滤床为多槽串联时，经过第一级滤床处理的气体再次进入充填有焦碳及含锰强氧化剂的滤床再一次进行氧化还原反应。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述真空紫外光反应室内的参数如下：
①待处理的恶臭气体及VOC废气在真空紫外光反应室的总停留时间3～4秒，其中在真空紫外光区内停留时间≧1～2秒；
②臭氧产生量≧0.2～0.8g/Nm3气体；
③紫外灯功率：2.5～5/1000Nm3。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述恶臭气体及VOC废气通过碳锰混装滤塔中滤床的速度为≦0.5m/s。
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