CN108246072A - 一种综合性臭气处理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明适用于环保设备领域，提供了一种综合性臭气处理系统，包括用于产生臭氧的臭氧发生抑菌装置、用于调节气流的补排风装置以及用于催化臭氧氧化分解臭气的催化反应装置，所述臭氧发生抑菌装置设置在垃圾房内部；所述补排风装置包括排风装置和补风装置，排风装置的一端连通垃圾房，其另一端连通催化反应装置的入口，催化反应装置的出口与外界大气连通；补风装置的一端连通外界大气，其另一端连通垃圾房。该系统能够从源头抑制臭气的产生以及病原微生物的传播，而且能够避免出现紫外消毒中存在的死角问题；有效的解决垃圾房的臭味污染问题；同时，冗余的臭氧能够分解成清洁的O2排放，避免二次污染的产生。

Description

一种综合性臭气处理系统
技术领域
本发明属于环保设备领域，尤其涉及一种综合性臭气处理系统。
背景技术
垃圾房和垃圾转运站多建设于人口密集的城市中，包括住宅小区和商业综合体等。由于垃圾量较大导致转运的滞后，使垃圾堆积而处于厌氧状态，在厌氧菌的作用下，垃圾中的有机成分发酵产生恶臭气体散发到周围的空气中，影响周边居民的生活及商场的营运。
垃圾房臭气的主要成分包括：含硫和氮的无机物：硫化氢,氨气及二硫化碳等；挥发性有机物(VOCs)：甲硫醇、甲硫醚、苯系物(苯、甲苯、二甲苯)、卤代烃(二氯甲烷、二氯乙烷、四氯乙烯)、酮类(丙酮、丁酮)和脂类(乙酸乙酯)。这些恶臭物质不仅给人带来感官上的不悦，也是危害人体健康的有毒物质，长期吸入不仅会损害人体的呼吸系统，而且臭气中的一些组分具有致癌性。此外，垃圾中还存在一些致病菌和病毒，会随着厌氧发酵温度的升高而加快繁殖，使垃圾房成为病原微生物的产生源，随时威胁着周边的居民。
目前，已有的抑菌、除臭方法主要有：植物液气相反应法、垃圾冷冻法、紫外灭菌法、物理吸附法、光催化氧化法、洗涤法、生物法几种。其中，植物液气相反应法是采用一些专利成分的植物提取液，通过喷淋系统喷洒到垃圾房或垃圾表面，通过其有效成分与臭气污染物反应，达到除臭的目的。但该方法反应时间长，除臭效果较差，且无法抑制垃圾中细菌和病毒的产生。垃圾冷冻法是将垃圾在0℃左右冷库内封存，延缓其腐烂速度，减少垃圾腐烂产生的二氧化硫，有害细菌、微生物等。该方法的缺点是投资成本高，作用时间长，能耗高，且对于已经产生的臭气无法去除。紫外灭菌法是利用紫外光波段破坏细菌病毒中的DNA或RNA的分子结构，造成生长性细胞死亡或再生性细胞死亡，达到杀菌消毒的效果。该方法方便可靠，造价低，是目前医院、餐饮、商场等场所常用的灭菌方法。但紫外灭菌存在死角的问题，紫外光辐射不到的地方则无法达到灭菌的效果。而且在无催化剂存在下单独使用紫外光无法分解臭气组分，因此该方法无法达到除臭的目的。
其他几种除臭方法是将臭气收集起来通过物理、化学或生物作用来去除恶臭气体成分，虽然能够达到一定的去除效果但其从运行费用、反应速率及效果的可持续性等方面考虑不具有实用性，而且不兼具杀菌灭毒的功能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种综合性臭气处理系统，旨在解决现有技术中的除臭方法无法从源头抑制臭气的产生，除臭效果不佳的问题。
为解决上述技术问题，本发明是这样实现的，一种综合性臭气处理系统，包括用于产生臭氧的臭氧发生抑菌装置、用于调节气流的排风装置以及用于催化臭氧氧化分解臭气的催化反应装置，所述臭氧发生抑菌装置设置在垃圾房内部；所述排风装置的一端连通垃圾房，其另一端连通催化反应装置的入口，所述催化反应装置的出口与外界大气连通。
进一步地，所述臭氧发生抑菌装置包括中空的外壳、臭氧发生器、控制电源和出风风扇，所述外壳具有进风口和出风口，所述出风风扇安装在所述出风口，所述控制电源和臭氧发生器均设置在所述外壳内部，所述出风风扇和臭氧发生器均与所述控制电源电连接。
进一步地，所述臭氧发生抑菌装置还包括进风风扇，所述进风风扇安装在所述外壳的进风口，且所述进风风扇与所述控制电源电连接。
进一步地，所述排风装置包括排风机和排风管道，所述排风机包括排风入口和排风出口，所述排风入口与排风管道的一端连通，所述排风管道的另一端与垃圾房连通，所述排风出口与催化反应装置连通。
进一步地，所述排风管道与垃圾房连通的一端排布在垃圾房空气流通最不畅的死角位置。
进一步地，所述系统还包括补风装置，所述补风装置的补风量小于排风装置的排风量，所述补风装置的一端连通外界大气，另一端连通垃圾房。
进一步地，所述补风装置包括补风机和补风管道，所述补风机包括补风入口和补风出口，所述补风入口与外界大气连通，所述补风出口与所述补风管道的一端连通，所述补风管道的另一端与垃圾房连通。
进一步地，所述补风管道与垃圾房连通的一端排布在垃圾房的中间位置。
进一步地，所述催化反应装置包括催化剂安装骨架、若干催化剂载体以及催化剂固定挡条，所述若干催化剂载体嵌置在所述催化剂安装骨架内部，且每一个催化剂载体上均固载有催化剂，所述固定挡条安装在所述催化剂安装骨架的一侧，以阻挡所述催化剂载体脱出所述催化剂安装骨架。
进一步地，所述催化剂载体具有多孔结构，所述催化剂载体为蜂窝陶瓷、沸石分子筛、活性炭或硅胶中的一种或几种的混合；所述催化剂为金属氧化物催化剂或贵金属-金属氧化物催化剂，所述贵金属包括Ag、Pt、Pd中的至少一种，所述金属氧化物为Fe2O3、Co2O、NiO、CuO、ZnO、MnO2及Ag2O中的至少一种。
本发明与现有技术相比，有益效果在于：本发明的一种综合性臭气处理系统，其利用臭氧发生抑菌装置产生臭氧，从而通过臭氧对恶臭组分进行初步氧化分解，并灭杀气载微生物。同时，臭氧作用于垃圾表面，以抑制臭气的产生并灭杀垃圾表面的病原微生物，能够从源头抑制臭气的产生以及病原微生物的传播；而且采用臭氧作为灭菌剂，可以渗透到垃圾房的各个角落，能够避免出现紫外消毒中存在的死角问题。臭氧初步氧化后的臭气以及臭氧一起通过排风装置抽取至催化反应装置处，利用所述催化反应装置对臭氧和臭气进行吸附缓冲并进一步的催化分解。恶臭组分被催化分解成无毒无味的无机化合物，或生成CO2、O2和H2O等清洁气体排放，有效的解决垃圾房的臭味污染问题。同时，冗余的臭氧能够分解成清洁的O2排放，避免二次污染的产生。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种综合性臭气处理系统的整体结构示意图；
图2是图1中臭氧发生抑菌装置的结构示意图；
图3是图1中排风装置和补风装置的结构示意图；
图4是图1中催化反应装置的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，为本发明实施例提供的一种综合性臭气处理系统100，其包括臭氧发生抑菌装置1、排风装置2以及催化反应装置3。所述臭氧发生抑菌装置1用于产生臭氧，所述补排风装置2用于调节气流，所述催化反应装置3用于催化臭氧氧化分解臭气。
具体地，继续参照图2，所述臭氧发生抑菌装置1设置在垃圾房50的内部，通过所述臭氧发生抑菌装置1产生的臭氧对垃圾房50内的恶臭组分进行初步氧化分解。所述臭氧发生抑菌装置1包括中空的外壳11、臭氧发生器12、控制电源13、进风风扇14和出风风扇15。所述控制电源13和臭氧发生器12均设置在所述外壳11的内部，所述进风风扇14、出风风扇15和臭氧发生器12均与所述控制电源13电连接。所述臭氧发生抑菌装置1的工作原理是利用电晕放电或介质阻挡放电使空气电离产生臭氧，本发明实施例中，所述臭氧发生抑菌装置1采用即插即用的通电方式，所述臭氧发生器12、进风风扇14和出风风扇15的电源线合并后由接线口接出外壳11。
所述外壳11具有进风口(未标注)和出风口(未标注)，所述进风风扇14和出风风扇15分别安装在所述外壳11的进风口和出风口，从而形成空气对流，通过出风风扇15产生的风压将臭氧和空气的混合物散发至垃圾房中。
在上述实施例中，所述臭氧发生抑菌装置1还包括移动拉手16，所述移动拉手16设置在所述外壳11的一侧，以便于移动所述臭氧发生抑菌装置1的具体位置。
臭氧是一种强氧化剂，其氧化性在已知的几种氧化剂中仅次于氟而居第二位，能够对恶臭组分进行初步氧化分解，并杀灭气载微生物；同时臭氧作用于垃圾表面，以抑制臭气的产生并杀灭垃圾表面的病原微生物。臭氧的抑菌灭菌机制类属于生物化学氧化，由于在空气中臭氧不稳定发生分解产生氧自由基[O·]，[O·]能破坏分解细菌的细胞壁，很快地扩散透进细胞内，氧化分解细菌内部氧化葡萄糖所必须的葡萄糖氧化酶等，也可以直接与细菌、病毒发生作用，破坏细胞、核糖核酸(RNA)，分解DNA、RNA、蛋白质、脂质类等大分子聚合物，使细菌的代谢和繁殖过程遭到破坏。由臭氧发生抑菌装置1产生的臭氧持续作用在垃圾表面，抑制厌氧菌的生长繁殖，从而从源头控制臭气的产生。同时通过将死亡菌体内的寄生病毒粒子、噬菌体、支原体等溶解变性灭亡，从而抑制病原体的传播扩散。
O3→O2+[O·]
臭氧还能将臭气中的H2S、NH3等无机组分氧化成H2SO3、H2SO4、HNO3等无机酸。相关的反应方程式如下：
H2S+3O3→H2SO3+3O2
H2SO3+O3→H2SO4+O2
NH3+O3→NO+NO2+H2O
NO+O3→NO2+O2
4NO2+O2→2N2O5
NO2+O2+H2O→4HNO3
N2O5+H2O→HNO3
由于臭氧可以渗透到垃圾房50的各个角落，采用臭氧作为杀菌剂可以避免出现紫外消毒中存在的死角的问题。而且臭氧杀菌消毒的副产物只有氧气，是对人体无害的清洁气体。
继续参照图3，所述排风装置2的一端连通垃圾房50，其另一端连通催化反应装置3的入口，所述催化反应装置3的出口与外界大气连通。具体地，所述排风装置2包括排风机21和排风管道22，所述排风机21包括排风入口(未标注)和排风出口(未标注)。所述排风入口与排风管道22的一端连通，所述排风管道22的另一端与垃圾房50连通，所述排风出口与催化反应装置3连通，用于将垃圾房50中产生的臭氧和臭气抽取至催化反应装置3处进行催化分解。所述排风管道22与垃圾房50连通的一端排布在垃圾房50排风最不畅的死角位置，从而能够最大程度地抽取臭氧和臭气。
如果垃圾房50较小时，可以仅设置排风装置2即可，如果垃圾房50较大时，需要增设补风装置4。参照图1和图3，所述补风装置4的一端连通外界大气，其另一端连通垃圾房50。
所述补风装置4包括补风机41和补风管道42，所述补风机41包括补风入口(未标注)和补风出口(未标注)。所述补风入口与外界大气连通，所述补风出口与所述补风管道42的一端连通，所述补风管道42的另一端与垃圾房50连通。在本发明实施例中，所述补风管道42与垃圾房50连通的一端排布在垃圾房50的中间位置，并最大距离地避开排风口。
在所述系统运行过程中，所述补风装置4的出风口经过特殊调整，使新鲜空气向垃圾房50内部吹气，所述排风装置2在垃圾房50的最内侧位置抽走恶臭气体。同时，在运行过程中，使得排风量大于补风量，因此，垃圾房50的门、窗、缝隙等位置均处于负压状态，外部新鲜空气向内补充，内部恶臭气体不会外逸，保证了垃圾房50周边环境不受垃圾房的影响。
参照图4，所述催化反应装置3包括催化剂安装骨架31、若干固载有催化剂的催化剂载体32以及催化剂固定挡条33。所述若干催化剂载体32嵌置在所述催化剂安装骨架31内部，利用每一个催化剂载体32上负载的催化剂(未图示)催化臭氧氧化分解臭气。所述固定挡条33安装在所述催化剂安装骨架31的一侧，用于防止所述若干催化剂载体32掉出所述催化剂安装骨架31。
在本发明实施例中，所述催化剂载体32具有多孔结构，所述催化剂载体32为蜂窝陶瓷、沸石分子筛、活性炭或硅胶中的一种或几种的组合。同时，所述催化剂为金属氧化物催化剂或贵金属-金属氧化物催化剂，所述贵金属包括Ag、Pt、Pd中的至少一种，所述金属氧化物为Fe2O3、Co2O、NiO、CuO、ZnO、MnO2及Ag2O中的至少一种。
混合气体通过催化反应装置3时被催化剂载体32的多孔结构吸附，在催化剂活性位发生催化氧化反应，臭氧在催化剂作用下催化分解产生活性氧原子O*，在水蒸气存在下同时产生OH*，O*和OH*都是强氧化性基团，能够将臭气中的无机组分(H2S、NH3和CS2等)氧化生成生成H2SO3、H2SO4、HNO3，将有机组分(VOCs)逐步降解为CO2、H2O。同时，臭氧发生抑菌装置1产生的过量臭氧能够在催化反应装置3中催化分解生成洁净的O2排放。
O*和OH*的生成反应如下：
O3+*→[O*]s+O2
[O*]s+O3→[O2*]s+O2
[O2*]s→*+O2
有水蒸气存在的时候：
H2O+O*→2OH*
*为催化剂的活性位。
催化反应装置3中臭氧催化分解臭气组分的主要反应机理如下：
1、O3催化氧化去除甲硫醚：
O3臭氧分解产生的活性氧原子[O*]将甲硫醚分解为如CH3CH2OO-的中间产物，并进一步将其转化为稳定的产物：CO2、SO2、H2O及H2SO4。
O3+*→O2*+O*；(CH3)2S+O*→(CH3)2SO；(CH3)2SO+O*→(CH3)2SO2
(CH3)2S+*→CH3S*+CH3*；(CH3)2S+O*→CH3SO*+CH3*
CH3SO*+O*→SO2+CH3*；SO2+O3+3H2O→3H2SO4
CH3*+O2*→CH2O+OH*；CH2O+O*→HCOOH
HCOOH+O*→CO2+H2O
2、O3催化氧化去除苯及苯系物：
臭氧在催化剂的作用下分解产生的表面氧物种[O*]能够将苯分子氧化生成激发态的中间产物，这个过程需要4.3eV(破坏C-H键)的能量：
C6H6+[O*]→中间产物
激发态的臭氧中间产物继续被活性氧原子氧化：
C6H6·+[O*]→O＝C·+·C＝C-C＝C-C＝O；或O＝C＝C·+·C＝C-C＝C；
其中，O＝C·或O＝C＝C·自由基继续被氧化为CO2。
此外，在·OH存在的情况下，也会通过如下步骤被氧化：
C6H6·+·OH→C6H6-OH+·OH/[O*]→CO+CO2+H2O
甲苯的氧化原理与苯相类似，甲苯的共振结构与活性氧原子发生反应生成激发态的中间产物C6H6·和CH2O，这个过程需要3.6eV(破坏C-C键)的能量。甲醛被继续氧化为CHO自由基进而氧化为CO2。C6H6·完全氧化的反应步骤与苯氧化过程类似。其反应步骤如下：
C6H6–CH3→C6H6–CH2+[O*]→C6H6·+CH2O
3、O3催化氧化去除卤代烃：
卤代烃中的卤素原子与碳原子形成的单键(C-X键)解离需要提供3.14eVˉ3.82eV能量。臭氧催化降解卤代烃的第一步激活反应与甲苯的激活反应类似，以C-X键的断裂开始。二氯甲烷、四氯乙烯和氯甲苯等卤代烃中卤素的主要产物为HCl和HClO。
综上所述，本发明实施例提供的一种综合性臭气处理系统100，其能够从源头抑制臭气的产生以及病原微生物的传播；而且采用臭氧作为灭菌剂，可以渗透到垃圾房的各个角落，能够避免出现紫外消毒中存在的死角问题。经臭氧初步氧化后的臭气组分与臭氧一起通过排风装置2抽取至催化反应装置3处，利用所述催化反应装置3进一步催化臭氧分解臭气组分。臭气组分被催化分解成无毒无味的无机化合物，或生成CO2、O2和H2O等清洁气体排放，避免二次污染物的产生，有效的解决垃圾房的臭味污染问题。同时，冗余的臭氧能够分解成清洁的O2排放。
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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种综合性臭气处理系统，其特征在于，包括用于产生臭氧的臭氧发生抑菌装置、用于调节气流的排风装置以及用于催化臭氧氧化分解臭气的催化反应装置，所述臭氧发生抑菌装置设置在垃圾房内部；所述排风装置的一端连通垃圾房，其另一端连通催化反应装置的入口，所述催化反应装置的出口与外界大气连通。
2.如权利要求1所述的综合性臭气处理系统，其特征在于，所述臭氧发生抑菌装置包括中空的外壳、臭氧发生器、控制电源和出风风扇，所述外壳具有进风口和出风口，所述出风风扇安装在所述出风口，所述控制电源和臭氧发生器均设置在所述外壳内部，所述出风风扇和臭氧发生器均与所述控制电源电连接。
3.如权利要求2所述的综合性臭气处理系统，其特征在于，所述臭氧发生抑菌装置还包括进风风扇，所述进风风扇安装在所述外壳的进风口，且所述进风风扇与所述控制电源电连接。
4.如权利要求1-3中任意一项所述的综合性臭气处理系统，其特征在于，所述排风装置包括排风机和排风管道，所述排风机包括排风入口和排风出口，所述排风入口与排风管道的一端连通，所述排风管道的另一端与垃圾房连通，所述排风出口与催化反应装置连通。
5.如权利要求4所述的综合性臭气处理系统，其特征在于，所述排风管道与垃圾房连通的一端排布在垃圾房空气流通最不畅的死角位置。
6.如权利要求1所述的综合性臭气处理系统，其特征在于，所述系统还包括补风装置，所述补风装置的补风量小于排风装置的排风量，所述补风装置的一端连通外界大气，另一端连通垃圾房。
7.如权利要求6所述的综合性臭气处理系统，其特征在于，所述补风装置包括补风机和补风管道，所述补风机包括补风入口和补风出口，所述补风入口与外界大气连通，所述补风出口与所述补风管道的一端连通，所述补风管道的另一端与垃圾房连通。
8.如权利要求7所述的综合性臭气处理系统，其特征在于，所述补风管道与垃圾房连通的一端排布在垃圾房的中间位置。
9.如权利要求1所述的综合性臭气处理系统，其特征在于，所述催化反应装置包括催化剂安装骨架、若干催化剂载体以及催化剂固定挡条，所述若干催化剂载体嵌置在所述催化剂安装骨架内部，且每一个催化剂载体上均固载有催化剂，所述固定挡条安装在所述催化剂安装骨架的一侧，以阻挡所述催化剂载体脱出所述催化剂安装骨架。
10.如权利要求9所述的综合性臭气处理系统，其特征在于，所述催化剂载体具有多孔结构，所述催化剂载体为蜂窝陶瓷、沸石分子筛、活性炭或硅胶中的一种或几种的混合；所述催化剂为金属氧化物催化剂或贵金属-金属氧化物催化剂，所述贵金属包括Ag、Pt、Pd中的至少一种，所述金属氧化物为Fe2O3、Co2O、NiO、CuO、ZnO、MnO2及Ag2O中的至少一种。
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