CN106669324A - 烟气减排处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种烟气减排处理系统，包括：通风管、抽风机、下风管、水池及烟囱，在下风管和/或烟囱前方设置用于喷洒含有臭氧和微纳米级臭氧气泡水滴的喷嘴，水池中的水添加有承载臭氧、羟基自由基、或微纳米级臭氧气泡物体的金属氧化物纳米载体材料。本发明所述烟气减排处理系统，通过含有臭氧和臭氧气泡的循环水在烟气流动路径上进行水滴喷淋的方式，让烟气中的烟灰包括气化物、不饱和氢键的有机物、非亲水性的油性物、碳颗粒等物质被吸附在水滴上，使烟气中的烟灰量减少及去味；吸附的烟灰污物，部分由过滤装置收集，部分在水池中逐步被氧化分解成二氧化碳和水，减少了废气的排放和废气的气味的去除。

Description

烟气减排处理系统

技术领域

本发明涉及烟气收集及处理技术领域，尤其涉及一种烟气减排处理系统。

背景技术

许多制造工艺中都会产生烟气，这些有害甚至有毒烟气经排烟管道排出车间外，不易飞到高空分散，成为雾霾。有害烟气例如金属工件表面热处理时的各种涂抹物气化及受热氧化，烟气含长键油性烟灰，颗粒大小不等，烟气量大且有异味，例如塑料注塑制造过程的烟气排放，塑料注塑工艺常用的材料配制有高分子聚合物的合成树脂、填充剂、增塑剂、稳定剂、着色剂、润滑剂、抗氧剂、除了上述助剂外，塑料中还可加入阻燃剂、发泡剂、抗静电剂等，以满足不同的使用要求。这些材料在加工过程的挥发及气化，气味重且含多种制癌物。有害烟气例如：喷漆作业的烟气。喷漆作业产生的含油漆颗粒的污物、有机溶剂、其它难氧化的污物。

废气的处理技术之一是废气洗涤，即，在减少排烟气的过程中，针对不同的烟气，洗涤水添加不同的药剂或臭氧，以加强收集烟气中烟灰的效果。洗涤水以循环方式喷淋收集烟气中的烟灰污物。烟灰在洗涤水内成为污染化学物，且通常需要在现场处理掉，因为把洗涤水外送处理并不务实。洗涤水内的污染化学物比一般工业污水排放的化学物，种类相对简单且固定，因此利用臭氧把收集的污染化学物在现场氧化分解是较好的选择。但分解一克的污染化学物常需要数克的臭氧和氧分子，在一定的压力、温度、浓度下，水体内能溶解的臭氧量是有限地，增大臭氧供应设备的容量并不会增加水体内的溶解臭氧量，而且臭氧氧化分解进行需要在一定的时间内达到一定的期望效果才行。如何提升臭氧分解污染化学物的效率，其中有甚多的改进空间。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题是：提供一种烟气减排处理系统，以减少废气的排放和废气气味的去除。

于是，本发明提供了一种烟气减排处理系统，包括：通风管、抽风机、下风管、水池及烟囱，烟气经通风管进入抽风机，再由抽风机排出到下风管中进入池水面上方，烟气自水池水面反弹后经由烟囱排放到大气，在下风管和/或烟囱前方设置用于喷洒含有臭氧和微纳米级臭氧气泡水滴的喷嘴，喷嘴处吸附了烟气中的烟灰的水滴落入水池中，水池内的水经置于水池外的自吸泵进入过滤装置中将水中的大颗粒固体物过滤掉后进入气液混合泵输入端，气液混合泵的输出端与压力调整罐连接，水经过压力调整罐的出口进入所述喷嘴，气液混合泵输入的气体含氧气和臭氧，水池中的水添加有承载臭氧、羟基自由基、或微纳米臭氧气泡物体的金属氧化物纳米载体材料。

其中，上述烟气减排处理系统，在水池上方设有淋浴室，喷嘴设置在喷淋室内，经过喷嘴喷洒的烟气经烟囱排放到大气中。

上述烟气减排处理系统还包括：与气液混合泵连接的用于产生氧气和臭氧的臭氧供应设备。

在压力调整罐顶部设置有压力调节阀。

所述纳米载体材料的尺寸小于50nm。

所述纳米载体材料的操作酸碱值pH范围是5到11。

所述纳米载体材料的操作酸碱值pH范围是7到11。

所述纳米载体材料为二氧化钛、或者四氧化三铁、或者二氧化钛和四氧化三铁的混合物。

所述水池内的水含有臭氧和微纳米级臭氧气泡。

为了去除烟气中大分子长链有机物，本发明还提供了一种烟气减排处理系统，包括：通风管、抽风机、下风管、水池及烟囱，烟气经通风管进入抽风机，再由抽风机排出到下风管中进入池水面上方，烟气自水池水面反弹后经由烟囱排放到大气，在下风管和/或烟囱前方设置用于喷洒含有臭氧和微纳米级臭氧气泡水滴的喷嘴，喷嘴处吸附了烟气中的大分子长链有机物的水滴落入水池中，水池内的水经置于水池外的自吸泵进入气液混合泵的液体输入端，所述气液混合泵的气体输入端的输入含氧气和臭氧，所述气液混合泵的输出端与压力调整罐连接，水经过压力调整罐的出口进入所述喷嘴，所述水池中的水添加有能承载接受和传递臭氧、羟基自由基、或微纳米臭氧气泡物体的能量的金属氧化物纳米载体材料。所述大分子长链有机物可以和臭氧、羟基自由基、微纳米级臭氧气泡、臭氧加纳米载体材料、羟基自由基加纳米载体材料、微纳米臭氧气泡加纳米载体材料、形成接触吸附，被氧化消耗。

其中，所述纳米载体材料为二氧化钛、或者四氧化三铁、或者二氧化钛和四氧化三铁的混合物。

本发明所述烟气减排处理系统，通过含有臭氧和臭氧气泡的循环水在烟气流动路径上进行水滴喷淋的方式，让烟气中的烟灰包括气化物、不饱和氢键的有机物、非亲水性的油性物、碳颗粒等物质被吸附在水滴上，使烟气中的烟灰量减少及去味；吸附的烟灰污物，部分由过滤装置收集，部分在添加有承载臭氧、羟基自由基、或微纳米臭氧气泡物体的金属氧化物纳米载体材料的水池中逐步被氧化分解成二氧化碳和水，减少了废气的排放和废气的气味的去除。

附图说明

图1为本发明实施例所述的烟气减排处理系统的结构示意图。

具体实施方式

下面，结合附图对本发明进行详细描述。

如图1所示，本实施例提供了一种烟气减排处理系统10。车间内的烟气，例如是塑料注塑制造过程的烟气或是金属工件热处理作业产生的烟气，其流动路经如图1通道内的箭头所指，经通风管12，过抽风机14，下风管16进入水池18。烟气自水池18内的水面反弹到喷淋室20，再经由烟囱22排放到大气。这烟气流动路径是车间排烟气所走的设定路径。

其中，在下风管16内设置第一喷嘴46，或者在喷淋室20内设置第二喷嘴50，或者同时在在下风管16内设置第一喷嘴46和在喷淋室20内设置第二喷嘴50。

本实施例图1中设置有淋浴室20，但是，淋浴室20还可以与烟囱22合并为一体，作为烟囱实现。

水池18内的水经自吸泵30进入过滤装置32把大颗粒的固体物过滤掉，然后进入气液混合泵34的液体输入端35，气液混合泵34的气体输入端36接收来自臭氧供应设备38的臭氧。臭氧供应设备38可以是一套设备，包括：空气压缩机及空气除水设备来净化空气，氧气分子筛来除氮纯氧，高压放电管把部分氧气转变成臭氧等。

在气液混合泵34内，气体输入端36接受的氧气和臭氧被压缩混合到水体内，水体的溶氧量和溶臭氧量迅速达到过饱和，臭氧在水中的溶解度大约是氧分子的10至15倍，部分多余的气体形成微纳米气泡混合到水体内。1微米相当于1米的一百万分之一，而纳米即是毫微米，1纳米相当于10亿分之一米。微纳米气泡代表气泡尺寸分布有微米级尺寸的，亦有接近纳米级尺寸的。气液混合泵34的出口处连接一压力调整罐40，其顶部接有压力调节阀42，水经过压力调整罐40的出口，一部分水经管路44流到下风管16，经第一喷嘴46喷洒水滴在下风管16内。另一部分水经管路48流到喷淋室20内，经第二喷嘴50喷洒水滴。

当车间产生的烟气经通风管12，抽风机14，到达下风管16时，第一喷嘴46喷洒含有溶解臭氧和微纳米臭氧气泡的水滴，烟灰遇上水滴，因溶解臭氧的电价位加上微纳米臭氧气泡的整体电价位表现在气泡膜上，而水分子本身有极性，这使整个水滴具体的电价位表现比只有溶解臭氧的水滴强，产生吸附，把烟灰粘附在水滴表面，然后把污染化学物收集在水池18内。排放的烟气继续向前推进，自池水面回弹进入喷淋室20。同样的道理，第二喷嘴50喷洒的水滴，因含臭氧和微纳米臭氧气泡的缘故能吸附烟灰，处理后的烟气，其中的烟灰量减少而水气量增多，在抽风机14的动力推动下继续向前从烟囱22排到大气。因此烟气减排处理系统10能吸附烟气中的烟灰和其它污物，减少烟灰的直接排放。烟灰中特别是在大气里容易造成雾霾的不饱和氢键的有机物，非亲水性的油性物和有机溶剂等，皆可被含有溶解臭氧和微纳米臭氧气泡的水滴吸附，减少排放和去味。

如图1所示，通风管12进来的烟气基本上经过三道吸附。第一道吸附是在第一喷嘴46处形成的喷淋区域，第二道吸附是在烟气接触到池水面，被吸附在水面。第三道吸附是在第二喷嘴50处形成的喷淋区域。实际作业时，可依烟气中污染化学物产生量及种类，风力要求及抽风机14动力大小，可只使用第一喷嘴46，由第一喷嘴46处形成的喷淋区域，加上跟进的烟气在池水面的接触，形成二道吸附。或可只使用第二喷嘴50，由第二喷嘴50处形成的喷淋区域，加上前段烟气在池水面的接触，形成二道吸附。

另外在水池18内添加有纳米载体材料，这些纳米载体材料皆是金属氧化物，在水里漂流，协助臭氧对污染化学物进行氧化分解。纳米载体材料的反应路径有多种，主要反应有三种，反应路径一是纳米载体材料先和臭氧分子相吸附，然后整个分子团，臭氧加纳米载体材料和污染化学物相吸附，直接臭氧反应时，释出的能量经纳米载体材料的传递，促使污染化学物氧化分解。反应路径二是臭氧先和水反应形成羟基自由基OH，纳米载体材料和羟基自由基结合，然后整个分子团，羟基自由基加纳米载体材料，和污染化学物相吸附，羟基自由基释出的能量经纳米载体材料的传递，促使污染化学物氧化分解。两种反应路径比较，羟基自由基可以释放较多的能量。反应路径三是纳米载体材料先和微纳米臭氧气泡相吸附，然后整个分子团，微纳米臭氧气泡加纳米载体材料，和污染化学物相吸附，此微纳米臭氧气泡内的臭氧释出的能量經纳米载体材料的传递，促使污染化学物氧化分解。此微纳米臭氧气泡内可能不只一个臭氧，一个以上的臭氧陆续释放的能量皆可经纳米载体材料传递到污染化学物结构上。

本发明实施例所述烟气减排处理系统10和直接臭氧曝气比较，优势明显。因在一定的压力、温度、浓度下，水体内溶臭氧量是有限的，常远低于吸附和分解烟灰的需求。含有溶解臭氧及微纳米臭氧气泡的水滴，因微纳米臭氧气泡的整体电价位表现在气泡膜上，而且水分子本身有极性，这使整个水滴具体的电价位表现比只有溶解臭氧的水滴强，对某些非亲水性的污染化学物，可以被含有溶解臭氧及微纳米臭氧气泡的水滴吸附，达到直接臭氧曝气传统淋洗作业达不到的效果。并且将臭氧以微纳米气泡形式储存在水体内，和纳米载体材料配合能明显增加对污染化学物的处理能力，达到直接臭氧曝气氧化分解达不到的效果。

纳米载体材料，在尺寸上的要求是50nm以下，优选的范围是30nm以下。操作酸碱值(pH) 范围是5到11，优选的范围是7到11。纳米载体材料以金屬氧化物为主。他們可以是二氧化钛，四氧化三铁，或是这两个材料的混合物。二氧化钛在许多科研文献中强调其光触媒的特性，也被称之为纳米光触媒催化材料。本发明实施例並不需要光照，而是利用二氧化钛吸收及反射能量的特性，把臭氧和羟基自由基及微纳米臭氧气泡的能量转载传递到污染化学物分子键上。为了避免和纳米光触媒催化材料的特性混淆，本发明以纳米载体材料命名以区分于纳米光触媒催化材料。材料本身承载接受臭氧、羟基自由基、或微纳米臭氧气泡的能量，传递释放承载的能量到污染化学物分子键上。

为了去除烟气中大分子长链有机物，本发明实施例所述烟气减排处理系统10对一般的污染化学物，可以提升臭氧分解污染化学物效率。有些大分子长链有机物不一定能够有效率地氧化，这表示需要投入大量臭氧分子或羟基自由基，才能观察到少许量的大分子长链有机物氧化结果。纳米载体材料和臭氧分子、羟基自由基、以及微纳米臭氧气泡配合，提升分解污染化学物的效率。

在没有纳米载体材料参与反应时，臭氧分子或羟基自由基因电价位差和污染化学物，特别是不饱和氢键的有机物相互吸引，臭氧或羟基自由基释放的能量，有可能用于分解污染化学物或最后只是消耗掉转化成为水的热能。通常小分子形式的污染化学物容易吸收臭氧或羟基自由基释放的能量，断裂开再进一步氧化，而大分子形式的污染化学物吸收单一臭氧或羟基自由基释放的能量，大部分的情况只是引起污染化学物本身分子间的振动而消耗掉。

臭氧分子、羟基自由基、或微纳米臭氧气泡若是先和纳米载体材料因静电而相吸附，然后整个分子团带负电价位，再和污染化学物特别是不饱和氢键的有机物，或大分子长链有机物，因电价位差而相互吸引，臭氧分子、羟基自由基、或微纳米臭氧气泡释放的能量暂时寄存在纳米载体材料，再经由纳米载体材料传送到污染化学物本身。对于小分子形式的污染化学物，有否纳米载体材料的能量传送差别有限，对于大分子形式的污染化学物，有否纳米载体材料的能量传送是有决定性的差别。因通常需要同一时段里一个以上的臭氧或羟基自由基释放的能量，才能使大分子形式的污染化学物分子产生有效断裂。纳米载体材料和臭氧、羟基自由基、或微纳米臭氧气泡形成的带负电价位分子团，相对于臭氧、羟基自由基或微纳米臭氧气泡本身，无论是和大分子形式的污染化学物的接触面积和接触机率皆较高，自然有较高的机率在同一时段里传送一个以上释放的能量。污染化学物从大分子形式断裂成为小分子形式，而小分子形式再进一步氧化，最终成为二氧化碳和水。

在水池18内的池水，因为容积有限，溶解臭氧量容易达到接近饱和，另外微纳米臭氧气泡亦储存于水体内，因此纳米载体材料和臭氧、羟基自由基、及微纳米臭氧气泡，相遇相吸附的机率也相对提高。污染化学物例如大分子长链有机物，可以和臭氧、羟基自由基、微纳米级臭氧气泡、臭氧加纳米载体材料、羟基自由基加纳米载体材料、微纳米臭氧气泡加纳米载体材料、形成接觸吸附，被氧化消耗。实验显示，采用二氧化钛为纳米载体材料，或二氧化钛和四氧化三铁的混合物，和不采用纳米载体材料的氧化操作做比较，可以提升臭氧分解污染化学物效率在15%-20%的范围。从统计热力学的观点，采用纳米载体材料对某些大分子长链有机物更是能分解和不能分解的差别。

臭氧应用于高级氧化技术有：臭氧加紫外线做高级氧化工艺，臭氧加过氧化气做高级氧化工艺，臭氧加紫外线加过氧化气做高级氧化工艺，臭氧加活性炭协同降解有机物处理技术，臭氧加超声强化的氧化技术等。本发明实施例所述是臭氧和微纳米臭氧气泡加纳米载体材料，收集废气中的污染化学物达到减排效果，並提升污染化学物分解效率的高级氧化工艺。

上述实施例中，水池18内的水还可以进一步含有臭氧和微纳米级臭氧气泡，以更好的将污染化学物分解为二氧化碳和水。

综上所述，本发明实施例所述烟气减排处理系统10，以含溶解臭氧和微纳米臭氧气泡的水滴喷淋于烟气的行进路径上，水滴吸附烟气内的污染化学物，污染化学物可以有不饱和氢键的有机物，非亲水性的油性物，有机溶剂，碳颗粒，烟灰等。污染化学物收集于水池18内达到减少排烟去味，并逐步被臭氧、羟基自由基、微纳米级臭氧气泡、臭氧加纳米载体材料、羟基自由基加纳米载体材料、或微纳米级臭氧气泡加纳米载体材料氧化消耗掉，最终分解成二氧化碳和水。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种烟气减排处理系统，其特征在于，包括：通风管、抽风机、下风管、水池及烟囱，烟气经通风管进入抽风机，再由抽风机排出到下风管中进入池水面上方，烟气自水池水面反弹后经由烟囱排放到大气，在下风管和/或烟囱前方设置用于喷洒含有臭氧和微纳米级臭氧气泡水滴的喷嘴，喷嘴处吸附了烟气中的烟灰的水滴落入水池中，水池内的水经置于水池外的自吸泵进入过滤装置中将水中的大颗粒固体物过滤掉后进入气液混合泵输入端，气液混合泵的输出端与压力调整罐连接，水经过压力调整罐的出口进入所述喷嘴，气液混合泵输入的气体为氧气和臭氧，水池中的水添加有能承载接受和传递臭氧、羟基自由基、或微纳米臭氧气泡的能量的金属氧化物纳米载体材料。

2.根据权利要求1所述的烟气减排处理系统，其特征在于，在水池上方设有淋浴室，喷嘴设置在喷淋室内，经过喷嘴喷洒的烟气经烟囱排放到大气中。

3.根据权利要求1或者2所述的烟气减排处理系统，其特征在于，还包括与气液混合泵连接的用于产生氧气和臭氧的臭氧供应设备。

4.根据权利要求1或者2所述的烟气减排处理系统，其特征在于，在压力调整罐顶部设置有压力调节阀。

5.根据权利要求1或者2所述的烟气减排处理系统统，其特征在于，所述纳米载体材料的尺寸小于50nm。

6.根据权利要求1或者2所述的烟气减排处理系统，其特征在于，所述纳米载体材料的操作酸碱值pH范围是5到11。

7.根据权利要求1或者2所述的烟气减排处理系统，其特征在于，所述纳米载体材料的操作酸碱值pH范围是7到11。

8.根据权利要求1或者2所述的烟气减排处理系统，其特征在于，所述纳米载体材料为二氧化钛、或者四氧化三铁、或者二氧化钛和四氧化三铁的混合物。

9.一种烟气减排处理系统，其特征在于，包括：通风管、抽风机、下风管、水池及烟囱，烟气经通风管进入抽风机，再由抽风机排出到下风管中进入池水面上方，烟气自水池水面反弹后经由烟囱排放到大气，在下风管和/或烟囱前方设置用于喷洒含有臭氧和微纳米级臭氧气泡水滴的喷嘴，喷嘴处吸附了烟气中的大分子长链有机物的水滴落入水池中，水池内的水经置于水池外的自吸泵进入气液混合泵的液体输入端，所述气液混合泵的气体输入端的输入含氧气和臭氧，所述气液混合泵的输出端与压力调整罐连接，水经过压力调整罐的出口进入所述喷嘴，所述水池中的水添加有能承载接受和传递臭氧、羟基自由基、或微纳米臭氧气泡物体的能量的金属氧化物纳米载体材料,所述大分子长链有机物可以和臭氧、羟基自由基、微纳米级臭氧气泡、臭氧加纳米载体材料、羟基自由基加纳米载体材料、微纳米臭氧气泡加纳米载体材料、形成接触吸附，被氧化消耗。

10.根据权利要求9所述的烟气减排处理系统，其特征在于，所述纳米载体材料为二氧化钛、或者四氧化三铁、或者二氧化钛和四氧化三铁的混合物。