CN106823798A - 一种超声波协同紫外光净化有机废气装置及处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超声波协同紫外光净化有机废气的装置及处理方法，所述装置由超声波增湿系统和氧化反应系统组成；所述超声波增湿系统由引风机、超声波发生器和增湿罐构成，所述增湿罐侧面设有废气进口和废气出口，顶部设有氧化剂进液口；所述氧化反应系统为箱体，内置紫外灯和催化剂网，所述的催化剂网为涂布有催化剂的镂空网片，所述的催化剂网阻隔于所述出气口与紫外灯之间，所述紫外灯通过镇流器与电源连接，所述的箱体侧面设有进气口和出气口；所述超声波发生器置于增湿罐底部；所述废气进口与引风机连通，所述废气出口与氧化反应系统的进气口连通。本发明大幅度提高了氧化效率，具有结构简单，能耗低等优点。

Description

一种超声波协同紫外光净化有机废气装置及处理方法
(一)技术领域
本发明涉及一种废气处理装置及处理方法，特别涉及一种超声波协同紫外光净化有机废气的装置及处理方法，可去除甲醛、甲苯、乙苯、二甲苯等多种挥发性气态污染物，适用于处理低浓度工业VOCs、室内空气污染等。
(二)背景技术
近年来，由紫外光诱导的高级氧化法已经普遍应用于环保领域如污水处理，废气治理等。而VOCs的光催化氧化已成为该领域的研究热点。其原理是通过各种氧化剂或催化剂如H2O2、Fenton试剂、臭氧、TiO2等吸收紫外光后生成HO·引发的一系列自由基反应而使污染物降解。与国外一些发达国家相比，我国尽管已有了一定的研究基础，但其实际应用仍处于初级阶段。
光催化法处理有机污染物通常会运用纳米半导体作为光催化剂，紫外线灯为光源来处理有机污染物，通过高级氧化过程，在理想条件下将污染物氧化成无害、无味的水和二氧化碳。绝大多数的光催化反应选择纳米二氧化钛作为催化剂，光催化剂在光诱导条件下使电子由基态迁移到激发态并且产生了电子空穴，这些电子空穴具有极强的氧化性，可以氧化分解吸附在催化剂微孔表面的有机污染物，同时也能使吸附在微孔表面的水和氧气转化成羟基自由基和活性氧原子，这些活性基团与挥发性有机物接触氧化，最终达到将VOCs污染物去除的目的。催化反应方程式表示为：TiO2+hv→h++e-。
UV与氧化剂结合的技术在水处理领域已经有较多的研究，主要是利用氧化剂本身的强氧化性以及某些氧化剂(如H2O2)在UV照射下产生大量的HO·将大部分有机物分解为小分子物质。但是在气态污染物光降解研究中，UV和氧化剂结合的技术研究和应用都相对较少。同时如何提高氧化剂与UV系统降解有机物的效率和氧化剂与废气接触效率是亟待解决的问题。
超声波是一种用途较广的技术，其在传播过程中对液体产生负压效应，会使液体断裂而产生空穴，形成空化核，即在液体中生成充满气体的气泡，这种现象被称为空化现象。气泡迅速崩溃而产生的瞬时高温、高压，会将液体雾化均分布在气相中。
因此，超声波通过雾化氧化剂溶液，可以有效提高氧化剂与废气接触效率，从而大幅度提高氧化剂与UV系统降解有机物的效率。
(三)发明内容
本发明的目的是提供一种超声波协同紫外光净化有机废气装置及处理废气的方法，在紫外光催化降解有机废气的基础上强化了其去除VOCs的效果，装置简单，增湿效果好，运行方便。
本发明采用的技术方案是：
本发明提供一种超声波协同紫外光净化有机废气装置，所述装置由超声波增湿系统和氧化反应系统组成；所述超声波增湿系统由引风机、超声波发生器和增湿罐构成，所述增湿罐侧面设有废气进口和废气出口，顶部设有氧化剂进液口；所述氧化反应系统为箱体，内置紫外灯和催化剂网，所述的催化剂网为涂布有催化剂的镂空网片，所述的催化剂网阻隔于所述出气口与紫外灯之间，所述紫外灯通过镇流器与电源连接，所述的箱体侧面设有进气口和出气口；所述超声波发生器置于增湿罐底部；所述废气进口与引风机连通，所述废气出口与氧化反应系统的进气口连通。
进一步，所述增湿罐为箱体或塔体结构。
进一步，所述箱体内设有若干个紫外灯组，每个紫外灯组包括若干个呈矩阵形式排列的紫外灯，且相邻的紫外灯组之间通过催化剂网间隔。
进一步，所述每个紫外灯组设有10～20根紫外灯。
进一步，所述紫外灯组间距10～20cm，紫外灯组与催化剂网间距10～30cm。
进一步，所述催化剂滤网为光触媒蜂窝滤网，滤网表面附着TiO2粉末，滤网孔径为2～5mm。
本发明还提供一种利用所述超声波协同紫外光净化有机废气装置处理废气的方法，所述方法为：将氧化剂溶液从氧化剂进液口加入到增湿罐中，开启引风机将有机废气通入增湿罐，同时开启超声波发生器及紫外灯，净化后的气体从氧化反应系统的出气口排出；所述氧化剂溶液为双氧水溶液(质量浓度5～30％)。
进一步，所述超声波发生器的频率为0.5～5MHz，所述紫外灯波长为180～300nm。
进一步，所述氧化剂溶液加入体积与每小时有机废气流量体积比为1～10：10000，即维持增湿罐中氧化剂溶液与有机废气体积比为1～10：10000，有机废气流量为1-100m3/h。
进一步，所述有机废气含50～500mg/m3二甲苯。
本发明增湿罐中的氧化剂溶液被超声雾化后与引风机通入的废气接触，均匀分布在废气中；废气由引风机进入超声波增湿系统与超声波雾化的氧化剂溶液接触并增湿，然后进入氧化反应系统，在紫外光和催化剂作用下，氧化剂分解为更强氧化性的自由基和臭氧，快速高效降解废气中有机物，并通过出气口排出系统。
本发明所述增湿罐为箱体或塔体结构，材质为聚丙烯、玻璃钢或碳钢内衬橡胶。氧化剂溶液可以重力自流入增湿罐。
与现有技术相比，本发明的有益效果主要体现在：
通过超声波将氧化剂雾化，大幅度提高了氧化剂与废气接触效率，从而增强了氧化剂与紫外光催化协同降解效率；克服了传统喷淋传质效率低而导致总净化效率不高的问题(参考文献1-3，文献1：周灵浚,卜岩枫,成卓韦,高佳.真空紫外光解乙苯废气的工艺特性及转化机制研究.环境污染与防治,2014,36(6):13～18.文献2：陈轶，陈天虎，陈冬，邹雪华，朱承驻，吴亚东.氢气还原针铁矿紫外光协同催化双氧水氧化气体中甲醛.岩石矿物学杂志，2013,32(6)：818～824.文献3：汪凡.真空紫外线TiO2光催化处理含甲苯废气的研究.西安建筑科技大学学位论文,2012。)。
(四)附图说明
图1为本发明氧化剂协同紫外光净化有机废气装置的示意图：1-增湿罐，2-引风机，3-废气进口，4-废气出口，5-超声波发生器，6-氧化剂进液口，7-氧化反应系统，8-镇流器，9-紫外灯，10-催化剂滤网，11-出气口，12-进气口。
(五)具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：
实施例1
本发明超声波协同紫外光净化有机废气装置，所述装置由超声波增湿系统和氧化反应系统组成；所述超声波增湿系统由引风机2、超声波发生器5和增湿罐1构成，所述增湿罐1侧面设有废气进口3和废气出口4，顶部设有氧化剂进液口6；所述氧化反应系统7为箱体，内置紫外灯9和催化剂网10，所述的催化剂网为涂布有催化剂的镂空网片，所述的催化剂网阻隔于所述出气口与紫外灯之间，所述紫外灯通过镇流器与电源连接，所述的箱体侧面设有进气口12和出气口11；所述超声波发生器5置于增湿罐1底部；所述废气进口3与引风机2连通，所述废气出口4与氧化反应系统的进气口12连通。所述紫外灯9通过镇流器8与电源连接。
所述箱体体积为10m3，内设有3个紫外灯组，每个紫外灯组包括16个呈矩阵形式排列的紫外灯，一半紫外灯波长为185nm，另一半紫外灯波长为254nm；且相邻的紫外灯组之间通过催化剂网间隔，所述催化剂滤网数量为3张，面积为2m2。紫外灯组间距20cm，紫外灯组与催化剂网间距10cm。
所述催化剂滤网为光触媒蜂窝滤网，滤网表面附着TiO2粉末，滤网孔径为2～5mm。
所述增湿罐材质为碳钢，高为2m，直径为1.0m；所述超声波发生器位于增湿塔的底部，频率为22kHz、功率为10kW；连接引风机与增湿罐废气进口的废气管道为聚丙烯材质的DN300风管。
处理废气的方法：将质量浓度30％双氧水溶液1L加入到增湿罐中，开启引风机将有机废气通入增湿罐，流量为10m3/h，同时开启超声波发生器雾化增湿罐中的氧化剂溶液，开启紫外灯电源，氧化剂在紫外光和催化剂作用下产生更强的氧化剂并降解有机物，净化后的废气从氧化反应系统另一端出气口排出。
试验净化的废气对象为含二甲苯的废气，二甲苯浓度为50～100mg/m3，试验结果见表1。在氧化剂协同紫外光净化有机废气装置运行过程中，控制二甲苯的进气浓度在80mg/m3左右，停留时间为60s，监测二甲苯进出气的时间为2h以上，去除效率稳定。控制混合气体的相对湿度范围为0～90％，分析了相对湿度对光降解效率的影响，结果表明二甲苯的转化率随着相对湿度的增加先提高后略有降低，在相对湿度为60～65％时达到最大。
表1 试验测试数据

Claims (10)

1.一种超声波协同紫外光净化有机废气装置，其特征在于所述装置由超声波增湿系统和氧化反应系统组成；所述超声波增湿系统由引风机、超声波发生器和增湿罐构成，所述增湿罐侧面设有废气进口和废气出口，顶部设有氧化剂进液口；所述氧化反应系统为箱体，内置紫外灯和催化剂网，所述的催化剂网为涂布有催化剂的镂空网片，所述的催化剂网阻隔于所述出气口与紫外灯之间，所述紫外灯通过镇流器与电源连接，所述的箱体侧面设有进气口和出气口；所述超声波发生器置于增湿罐底部；所述废气进口与引风机连通，所述废气出口与氧化反应系统的进气口连通。
2.如权利要求1所述超声波协同紫外光净化有机废气装置，其特征在于所述增湿罐为箱体或塔体结构。
3.如权利要求1所述超声波协同紫外光净化有机废气装置，其特征在于所述箱体内设有若干个紫外灯组，每个紫外灯组包括若干个呈矩阵形式排列的紫外灯，且相邻的紫外灯组之间通过催化剂网间隔。
4.如权利要求3所述超声波协同紫外光净化有机废气装置，其特征在于所述每个紫外灯组设有10～20根紫外灯。
5.如权利要求3所述超声波协同紫外光净化有机废气装置，其特征在于所述紫外灯组间距10～20cm，紫外灯组与催化剂网间距10～30cm。
6.如权利要求1所述超声波协同紫外光净化有机废气装置，其特征在于所述催化剂滤网为光触媒蜂窝滤网，滤网表面附着TiO2粉末，滤网孔径为2～5mm。
7.一种利用权利要求1所述超声波协同紫外光净化有机废气装置处理废气的方法，其特征在于所述方法为：将氧化剂溶液从氧化剂进液口加入到增湿罐中，开启引风机将有机废气通入增湿罐，同时开启超声波发生器及紫外灯，净化后的气体从氧化反应系统的出气口排出；所述氧化剂溶液为质量浓度5～30％双氧水溶液。
8.如权利要求7所述超声波协同紫外光净化有机废气装置处理废气的方法，其特征在于所述超声波发生器的频率为0.5～5MHz，所述紫外灯波长为180～300nm。
9.如权利要求7所述超声波协同紫外光净化有机废气装置处理废气的方法，其特征在于所述氧化剂溶液加入体积与每小时有机废气流量体积比为1～10：10000。
10.如权利要求7所述超声波协同紫外光净化有机废气装置处理废气的方法，其特征在于所述有机废气含50～500mg/m3二甲苯。
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