CN106853331A - 一种大风量低浓度恶臭气体净化的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于废气净化技术领域，具体为一种大风量低浓度恶臭气体净化的装置。包括臭氧水制备单元和臭氧水使用单元两大部分；臭氧水制备单元由臭氧发生器、冷水制备机、冷水储罐、气液混合泵及高浓度臭氧水缓冲罐组成，用于制备浓度高、稳定性好的臭氧水；臭氧水使用单元包括反应塔体、高压高浓度臭氧水释放器、触媒单元、臭氧二次利用区、收集槽、淋洗液循环系统、除液器及附属管件；臭氧水释放器、触媒单元、臭氧二次利用区设置于反应塔体内，触媒单元至少有2层。本发明采用低温加压方式，形成高浓度臭氧水，并有效降低臭氧的自分解，可使尾气中的臭氧浓度小于环境空气质量标准（GB 3095‑2012）中规定限值。
Description
技术领域
本发明属于废气净化技术领域，具体涉及臭氧催化氧化大风量低浓度恶臭气体的装置。
背景技术
恶臭气体污染已成为当前公众环境污染投诉的热点与重点。恶臭气体种类繁多，其中仅凭人类嗅觉能感觉到的有4000多种，由于很多恶臭物质的嗅觉阈值低，如含硫有机物，有机胺类等物质，即使恶臭物质的浓度不高，也极易引起人们嗅觉器官不愉，从而损害生活质量。轻者使人感到不适、出现头痛、头晕、恶心、呕吐和精神不集中等症状，重则对人体的呼吸系统、循环系统、消化系统、呼吸系统、内分泌系统与神经精神系统造成不同程度的毒害，甚至某些芳香族化合物，如苯、甲苯、苯乙烯等还能使人体产生畸变、癌变。因此，有关恶臭气体污染的控制一直备受关注，尤其是大风量低浓度的恶臭气体的净化处理，日益成为大气污染控制领域最主要的任务之一。
目前用于大风量低浓度恶臭气体的净化方法中，臭氧氧化法因具有净化效果好、使用方便等优点，备受关注。但使用臭氧氧化法的过程中，存在臭氧自身易分解等原因导致其利用率不高，停留时间长，臭氧与恶臭物质反应慢等缺点，因此，臭氧与光技术、催化剂、生物法等工艺单元结合，成为当前臭氧净化恶臭的流行做法。
在臭氧与光技术协同方面，臭氧在紫外光分解下产生氧原子，氧原子除了与恶臭物质反应，还会自身复合生成氧气，从而导致臭氧利用率极低，加之受限于紫外灯的发光效率、紫外光利用率较低等因素，使得臭氧与光技术协同应用受到限制。
臭氧与催化剂结合，对提高臭氧利用率方面效果显著，但由于臭氧易自分解，臭氧利用率仍不尽满意，加之催化剂易失活、堵塞等情况时有发生，臭氧催化氧化工艺仅在个别领域得到应用。
臭氧与生物法等工艺单元结合使用方面，因臭氧利用率未得到根本提高，且新增加的工艺提高了对场地、设备投资、运转管理等方面的要求，因而限制了其推广和使用。
本发明针对臭氧氧化工艺中，臭氧利用率不高的问题，提供了一种提高臭氧利用率并将之用于恶臭气体净化的方法和装置，拓宽了臭氧氧化在气体净化领域的应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种臭氧利用率高，适应性强，运转管理方便和投资费用较低的浓度高、稳定性好的大风量低浓度恶臭气体净化的装置。
本发明提供的大风量低浓度恶臭气体净化的装置，包括臭氧水制备单元和臭氧水使用单元两大部分；其中，所述臭氧水制备单元由臭氧发生器、冷水制备机、冷水储罐、气液混合泵及高浓度臭氧水缓冲罐组成，用于制备浓度高、稳定性好的臭氧水；其中，气液混合泵分别与臭氧发生器和冷水储罐联通，将臭氧发生器的臭氧和冷水制备机制备的冷水泵入臭氧水缓冲罐。
所述臭氧发生器采用空气源或氧气源的气体放电形式产生，使用前需对气源进行干燥处理。
所述冷水制备机和冷水储罐为一体化设备单元，制备的冷水温度在0~10℃，相比常温水，使用冷水作为臭氧溶解水，可提高臭氧在水中的溶解度五倍以上，同时也大大提高臭氧水的有效寿命。冷水使用前需在水中投加臭氧稳定剂，该稳定剂为硅酸盐类，投加量按重量比0.5‰~5%，所用硅酸盐类稳定剂可有效吸附水总的亚铁离子和其他对臭氧有催化分解作用的金属离子，如铜离子、锰离子等，采用稳定剂后，可有效降低臭氧水无效分解。
所述气液混合泵和臭氧水缓冲罐为一体化设备，气液混合泵自动将臭氧发生器产生的臭氧吸入泵内，与添加了稳定剂的冷水充分混合，形成高浓度的臭氧水，出口压力在0.15~5 MPa之间，臭氧水流量根据恶臭气体处理风量确定，一般控制液气比为（0.1-2）：1（L/m³）。
所述臭氧水使用单元包括反应塔体、高压高浓度臭氧水释放器、触媒单元、臭氧二次利用区、收集槽、淋洗液循环系统、除液器及附属管件。其中，臭氧水释放器、触媒单元、臭氧二次利用区设置于反应塔体内，触媒单元至少有2层；
其中，反应塔体为不锈钢或其他耐臭氧腐蚀材质，圆形或方形筒式结构。反应塔体的顶部设有净化气体出口。
高压高浓度臭氧水释放器与臭氧水缓冲罐通过管道相连，采用穿孔管或喷嘴形式，释放臭氧水。臭氧水释放器置于上下两层触媒单元层之间，臭氧水释放出来后淋洗在下触媒单元层，部分臭氧水被气流载带到上层触媒单元层，进一步充分反应。
触媒单元由空心网状塑料球、触媒填料组成，触媒填料置于空心网状塑料球内，避免直接堆积触媒填料，引起过流阻力大，气流易短路的问题；根据需要，触媒单元层可设置两层或多层。所述空心网状塑料球不仅作为触媒填料的支撑件，也用于气流均布和臭氧水在触媒填料表面的均匀分布，材质为耐臭氧惰性材料，口径大小20-100mm，网孔大小2-10目；所述触媒填料为球形、棒状或其他不规则状，主要包括具有催化功能的金属氧化物、具有吸附功能的载体，金属氧化物负载量0.5-10%（重量比）；金属氧化物可采用钛、铜、锌、铁、镍、锰等的氧化物；载体可采用具有吸附功能的三氧化二铝、活性炭、竹炭、疏水沸石等，通过吸附作用，可提高臭氧与恶臭物质的接触几率，提高反应效率。
臭氧二次利用区在上层触媒单元的上部，为双层喇叭口结构，下喇叭口半开，上喇叭口封闭，上、下喇叭口间隔一定空隙，便于气体流通，并使气体通过空隙的过流速度为0.5-3 m/s。
收集槽与反应塔体相连，用于收集从下层触媒单元淋洗下来的臭氧水，经过下层触媒单元的充分反应，水中臭氧含量大幅降低，进入收集槽中后，水中少量臭氧继续与溶解在水中恶臭物质反应，进一步强化了除臭效果。
淋洗液循环系统包括喷嘴、循环水泵、循环水槽附属管件，其中，循环水槽下部通过管道与收集槽联通，循环水槽上部通过管道与反应塔体中的臭氧二次利用区联通，喷嘴设置于臭氧二次利用区的上方，循环水泵分别与循环水槽和喷嘴联通；淋洗液循环系统用于对微量残余臭氧进行淋洗捕集，可保证尾气中臭氧含量小于0.1 mg/m³，小于环境空气质量标准（GB 3095-2012）中规定限值，同时兼有对废气中逃逸的可溶性物质进行淋洗祛除。淋洗液采用清水或去离子水，并在淋洗液中添加某些助溶剂，增加臭氧的淋洗效果，如投加对苯二酚等，投加量在0.1‰-5%（重量比）。
除液器设置于反应塔体上部，其作用是消除气流通过塔体时的带液问题。可采用丝网过滤或折流波纹板形式。
其工作流程见图1所示。
外界空气或氧气经干燥处理后由臭氧发生器制备臭氧，该臭氧在气液混合泵中与来自冷水储罐的冷水充分混合，该冷水由冷水制备机制备，控制为水温0-10℃，冷水中投加臭氧稳定剂硅酸盐类，投加量按重量比0.5‰~5%。形成的高压高浓度臭氧水收集在臭氧水缓冲罐内，罐内压力达到0.15~5 MPa后，由臭氧水释放器淋洗在反应塔内的触媒填料上，臭氧水流量按液气比（0.1-2）：1（L/m³）控制。在反应塔内臭氧和恶臭物质反应后再进入臭氧二次利用区，并通过淋洗液循环系统对微量残余臭氧进行淋洗捕集，保证尾气中臭氧含量小于0.1 mg/m³，低于环境空气质量标准（GB 3095-2012）中规定限值，并对废气中逃逸的可溶性物质进行淋洗祛除。淋洗液采用清水或去离子水，并添加对苯二酚等助溶剂，助溶剂投加量在0.1‰-5%（重量比）。最后净化后的气体经反应塔体上部的除液器消除带液问题后排出。
本发明的关键点在于：
1、所述制备臭氧水的冷水温度在0~10℃，冷水使用前需在水中投加臭氧稳定剂，该稳定剂为硅酸盐类，投加量按重量比0.5‰~5%；
2、所述气液混合泵自动将臭氧吸入泵内，与添加了稳定剂的冷水充分混合，形成高浓度的臭氧水，出口压力在0.15~5 MPa之间，臭氧水流量根据恶臭气体处理风量确定，按液气比（0.1-2）：1（L/m³）考虑；
3、臭氧水释放器置于上下两层触媒单元层之间，臭氧水释放出来后淋洗在下触媒单元层，部分臭氧水被气流载带到上层触媒单元层，进一步充分反应；
4、触媒填料置于空心网状塑料球内，避免直接堆积触媒填料，引起过流阻力大，气流易短路的问题。空心网状塑料球材质为耐臭氧惰性材料，口径大小20-100mm，网孔大小2-10目；所述触媒填料为球形、棒状或其他不规则状，主要包括具有催化功能的金属氧化物、具有吸附功能的载体，金属氧化物负载量0.5-10%（重量比）；金属氧化物可采用钛、铜、锌、铁、镍、锰等的氧化物；载体可采用具有吸附功能的三氧化二铝、活性炭、竹炭、疏水沸石等；
5、触媒单元层设置两层或多层，在下触媒单元层设置收集槽，并与反应塔体相连，用于收集从下触媒单元层淋洗下来的臭氧水，进入收集槽中后，水中少量臭氧继续与溶解在水中恶臭物质反应，进一步强化了除臭效果；
6、臭氧二次利用区在上触媒单元层上部，为双层喇叭口结构，下喇叭口半开，上喇叭口封闭，上下喇叭口间隔一定空隙，便于气体流通，并使气体通过空隙的过流速度为0.5-3 m/s；
7、臭氧二次利用淋洗液采用清水或去离子水，并在淋洗液中添加某些助溶剂，如对苯二酚等，投加量在0.1‰-5%（重量比）。
本发明的优点
与现行的同类工艺技术相比，本发明具有以下特点和优点：
（1）采用低温加压方式，形成高浓度臭氧水，比电解法或光解法制备臭氧水，可提高5倍以上，并有效降低臭氧的自分解；
（2）采用在臭氧水中投加稳定剂的方式，可有效避免臭氧在某些金属离子催化下的分解；
（3）形成的加压臭氧水，可直接进行利用，无需另行用泵提升；
（4）设置具有催化和吸附功能的双层或多层触媒单元，不仅提高臭氧利用率，也增加了恶臭物质与臭氧的反应几率；
（5）将触媒填料置于空心网状塑料球中，可避免直接堆积触媒填料，降低气流阻力和避免气流短路问题，同时降低触媒填料的损耗，也有利于气流均布和臭氧水在触媒填料表面的均匀分布；
（6）设置臭氧二次利用区，对残余的臭氧进行二次充分利用，提高能效，还使尾气中的臭氧浓度小于环境空气质量标准（GB 3095-2012）中规定限值。
附图说明
图1为 臭氧水制备单元及利用系统图。
图中标号：1-塔体；2-高压臭氧水释放器；3-上触媒单元层；4-下触媒单元层；5-收集槽；6-臭氧二次利用区；7-下喇叭口；8-上喇叭口；9-喷嘴；10-循环水泵；11-循环水槽；12-除液器。
具体实施方式
实施例1：
一污水处理站的调节池、生化池、沉淀池、污泥浓缩池及污泥脱水间均排放恶臭气体，经密闭收集后总气体流量20000 m³/h，该恶臭气体中恶臭成份包含硫化氢、有机胺类、硫醚等，浓度范围在10~100 mg/m³之间。采用本发明技术工艺，在处理前臭气浓度大于25000时，处理后臭气浓度小于300（15米排气筒），远小于《国家恶臭污染物排放标准》（GB 14554-93）之规定值，恶臭消除率大于98.8%。该实施例采用氧气源作为产生臭氧的原料气，臭氧发生器采用介质阻挡气体放电形式，臭氧产生量2 kg/h；采用螺杆式冷水机，制冷量30 kW，冷冻水流量5 m³/h；气液混合泵采用涡流泵，流量6m³/h，功率4 kW，扬程40米；塔体直径3.0米，采用双层触媒单元层，上下触媒单元层高度均为0.8米，空心网状塑料球材质PP（聚丙烯），直径50 mm，触媒为球粒状大小5-8 mm，由活性氧化铝和二氧化锰、二氧化钛复配而成，三者重量比活性氧化铝:二氧化锰:二氧化钛为100:10:2。臭氧二次利用淋洗液采用清水，并在清水中投加5‰浓度的对苯二酚，循环泵流量12.5 m³/h，功率2.2 kW，扬程15米。
实施例2：
一垃圾压缩站，在垃圾分拣和压缩环节产生恶臭气体，对垃圾压缩站操作间进行换气收集后总恶臭气体流量15000 m³/h，该恶臭气体中恶臭成份包含硫化氢、有机胺类、硫醇类、硫醚等，浓度范围在5~80 mg/m³之间。采用本发明技术工艺，在处理前臭气浓度大于18000时，处理后臭气浓度小于150（15米排气筒），远小于《国家恶臭污染物排放标准》（GB14554-93）之规定值，恶臭消除率大于99%。该实施例采用空气源作为产生臭氧的原料气，臭氧发生器采用介质阻挡气体放电形式，臭氧产生量1 kg/h；采用风冷式冷水机，制冷量22kW，冷冻水流量3.6 m³/h，其中添加硅酸钠，添加量5‰；气液混合泵采用涡流泵，流量4m³/h，功率2.2 kW，扬程30米；塔体直径2.5米，采用双层触媒单元层，上下触媒单元层高度均为0.7米，空心网状塑料球材质PP（聚丙烯），直径40 mm，触媒为球粒状大小5-8 mm，由活性氧化铝和二氧化锰、氧化铜复配而成，三者重量比例活性氧化铝:二氧化锰:氧化铜为100:10:5。臭氧二次利用淋洗液采用清水，循环泵流量10 m³/h，功率1.5 kW，扬程16米。
Claims (6)
1.一种大风量低浓度恶臭气体净化的装置，其特征在于，包括臭氧水制备单元和臭氧水使用单元两大部分；其中，所述臭氧水制备单元由臭氧发生器、冷水制备机、冷水储罐、气液混合泵及高浓度臭氧水缓冲罐组成，用于制备浓度高、稳定性好的臭氧水；其中，气液混合泵分别与臭氧发生器和冷水储罐联通，将臭氧发生器的臭氧和冷水制备机制备的冷水泵入臭氧水缓冲罐；
所述臭氧水使用单元包括反应塔体、高压高浓度臭氧水释放器、触媒单元、臭氧二次利用区、收集槽、淋洗液循环系统、除液器及附属管件；其中，臭氧水释放器、触媒单元、臭氧二次利用区设置于反应塔体内，触媒单元至少有2层；
其中，反应塔体为圆形或方形筒式结构；反应塔体的顶部设有净化气体出口；
高压高浓度臭氧水释放器与臭氧水缓冲罐通过管道相连，采用穿孔管或喷嘴形式，用于释放臭氧水；臭氧水释放器置于上下两层触媒单元层之间，臭氧水释放出来后淋洗在下触媒单元层，部分臭氧水被气流载带到上层触媒单元层，进一步充分反应；
触媒单元由空心网状塑料球、触媒填料组成，触媒填料置于空心网状塑料球内，避免直接堆积触媒填料，引起过流阻力大，气流易短路的问题；
臭氧二次利用区在上层触媒单元的上部，为双层喇叭口结构，下喇叭口半开，上喇叭口封闭，上、下喇叭口间隔一定空隙，便于气体流通，并使气体通过空隙的过流速度为0.5-3m/s；
收集槽与反应塔体相连，用于收集从下层触媒单元淋洗下来的臭氧水；
淋洗液循环系统包括喷嘴、循环水泵、循环水槽附属管件，其中，循环水槽下部通过管道与收集槽联通，循环水槽上部通过管道与反应塔体中的臭氧二次利用区联通，喷嘴设置于臭氧二次利用区的上方，循环水泵分别与循环水槽和喷嘴联通；淋洗液循环系统用于对微量残余臭氧进行淋洗捕集，可保证尾气中臭氧含量小于0.1 mg/m³；
除液器设置于反应塔体上部，用于消除气流通过塔体时的带液问题，采用丝网过滤或折流波纹板形式。
2.根据权利要求1所述的恶臭气体净化的装置，其特征在于，所述臭氧发生器采用空气源或氧气源的气体放电形式产生臭氧，使用前通过干燥装置对气源进行干燥处理。
3.根据权利要求1所述的恶臭气体净化的装置，其特征在于，所述冷水制备机和冷水储罐为一体化设备单元，制备的冷水温度在0~10℃，冷水使用前需在水中投加臭氧稳定剂，该稳定剂为硅酸盐类，投加量按重量比0.5‰~5%。
4. 根据权利要求1所述的恶臭气体净化的装置，其特征在于，所述气液混合泵和臭氧水缓冲罐为一体化设备，气液混合泵自动将臭氧发生器产生的臭氧吸入泵内，与添加了稳定剂的冷水充分混合，形成高浓度的臭氧水，出口压力在0.15~5 MPa之间，臭氧水流量根据恶臭气体处理风量确定，控制液气比为（0.1-2）：1（L/m³）。
5.根据权利要求1所述的恶臭气体净化的装置，其特征在于，所述空心网状塑料球口径大小20-100mm，网孔大小2-10目；所述触媒填料为球形、棒状或其他不规则状，材料包括具有催化功能的金属氧化物、具有吸附功能的载体，金属氧化物负载量0.5-10%（重量比）。
6.根据权利要求5所述的恶臭气体净化的装置，其特征在于，所述金属氧化物采用钛、铜、锌、铁、镍或锰的氧化物；载体采用具有吸附功能的三氧化二铝、活性炭、竹炭或疏水沸石。
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