CN108295640A - 一种臭气处理方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种臭气处理方法和设备，涉及环保技术领域。其中，该方法包括：收集待处理的臭气，并将待处理的臭气与臭氧进行混合，利用负载有催化剂的蜂窝载体，对混合后的气体进行吸附缓冲及催化氧化反应，并排出反应生成的产物。通过负载有催化剂的蜂窝载体对臭气进行吸附缓冲，再通过总量足够冗余的臭氧在蜂窝载体负载的催化剂的催化作用下将臭气中的各种成分进行催化氧化分解，从而转化为无毒无臭的物质排放到大气中。冗余的臭氧在催化剂的作用下分解为清洁的氧气排放。该方法具有臭气降解速度快、转化率高、无二次污染、效果持久且易于再生循环使用等优势，另外还能够应对臭气浓度动态范围大的特点。

Description

一种臭气处理方法和设备

技术领域

本发明属于环保技术领域，尤其涉及一种臭气处理方法和设备。

背景技术

国家标准GB14554-93将恶臭定义为：一切刺激嗅觉器官引起人们不愉快及损坏生活环境的气体物质。臭气的来源有多种，例如，工业生产、市政污水、污泥处置、垃圾处理及餐饮油烟等。臭气污染不仅对人的感官造成影响，其成分也多为有毒物质，长期吸入会损害呼吸系统，臭气成份大部分属于VOCs范畴，未经净化处理直接排入大气也是导致雾霾的元凶之一。

垃圾房臭气污染问题是每个商业综合体及小区物业所面临的问题，垃圾的臭味因垃圾中的有机成分由细菌分解而产生,生活垃圾中有75－80％是有机物,包括果皮、菜叶菜梗、剩饭/菜、家禽、动物及鱼类的皮、毛、内脏、脂肪、粪便、树叶、花草等。在自然降解的过程中,这些有机物经有氧/厌氧发酵等作用,产生恶臭,尤其是在天气炎热的时候,发随着酵作用加快,使得臭味变的更加严重。据文献研究分析，垃圾房臭气的主要成分有：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)。

目前垃圾房除臭主要采用的处理方法有：植物液气相反应法、气味抑制法、物理吸附法、光催化氧化法、洗涤法、生物法几种。

植物液气相反应法：采用特点的植物提取液，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。此方法对于臭味较浓的垃圾房处理效果一般，且喷淋液属于消耗品，长期处理药剂费用较高。

气味抑制法：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、微生物等在空气、水流等生态环节的恶性循环，从而达到环保回收。此方法是投资成本高、能耗高，且并不能完全避免臭味的产生，在制冷系统的排风口仍会有臭味排出。

物理吸附法：主要是采用活性炭或竹炭等具有构造上微细且具细长管状孔隙的物质，将臭气成分吸着，并以毛细管现象将其吸入微孔中，脱臭。物理吸附法对大部分臭气物质都能有效的去除，但容易吸附饱和，具再放出的可能性，吸附饱和的活性炭相当于一个新的臭气污染源。因此必须定期性的更换，饱和的吸附剂需要进行再生处理。

光催化氧化法：主要利用催化剂的光催化性，在一定波长(一般采用紫外光)的照射下产生强氧化能力的活性物种，将吸附在催化剂表面上的有机污染物催化氧化分解。常见的催化剂有：TiO₂、Fe₂O₃、WO₃等。光催化反应速度慢、催化剂活性难以维持较长时间，导致除臭效果的快速下降，需要定期更换催化剂。

生物法：利用微生物及活性酶处理恶臭气体。微生物及活性酶在适宜的环境条件下，利用废气中的无机和有机物作为碳源和能源，通过降解恶臭物质维持其生命活动，并将恶臭物质分解为水和二氧化碳等。该方法的主要缺点是反应速度较慢，对于已经散发出臭味的垃圾无法起到抑制作用。

实践证明以上方法均不能有效的解决垃圾房的臭味问题，垃圾房尾气仍存在较大比例的臭味残留。

发明内容

本发明提供一种臭气处理方法和设备，旨在解决现有的臭气处理方法不能有效的解决垃圾房的臭味的问题。

本发明提供的一种臭气处理方法，包括：

收集待处理的臭气，并将待处理的臭气与臭氧进行混合；

利用负载有催化剂的蜂窝载体，对混合后的气体进行吸附缓冲及催化氧化反应，并排出反应生成的产物。

本发明提供的一种臭气处理设备，包括：第一壳体、臭氧发生器、气体搅拌装置、催化剂模组和第二壳体；

所述第一壳体内设置有所述臭氧发生器和所述气体搅拌装置，用于将收集到的待处理的臭气与所述臭氧发生器产生的臭氧进行混合；

所述气体搅拌装置，用于搅拌所述待处理的臭气和所述臭氧；

所述催化剂模组设置于所述第二壳体内部，用于对所述臭氧和所述待处理的臭气的混合气体进行吸附缓冲及催化氧化反应。

本发明提供的一种臭气处理方法和设备，通过负载有催化剂的蜂窝载体对臭气进行吸附缓冲，再通过总量足够冗余的臭氧在蜂窝载体负载的催化剂的催化作用下将臭气中的各种成分进行催化氧化分解，从而转化为无毒无臭的物质排放到大气中。冗余的臭氧在催化剂的作用下分解为清洁的氧气排放。该方法具有臭气降解速度快、转化率高、无二次污染、效果持久且易于再生循环使用等优势，另外还能够应对臭气浓度动态范围大的特点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例。

图1-2是本发明实施例提供的一种臭气处理设备的结构示意图。

具体实施方式

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种臭气处理方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤一、收集待处理的臭气，并将待处理的臭气与臭氧进行混合；

步骤二、利用负载有催化剂的蜂窝载体，对混合后的气体进行吸附缓冲及催化氧化反应，并排出反应生成的产物。

具体地，步骤一中，可以通过管道收集各分散处待处理的臭气，也可以通过真空设备吸收待处理的臭气，在此不作限定。将待处理的臭气与臭氧进行混合时，可以通过风扇或鼓风设备进行混合。

需要说明的是，待处理的臭气通常包括：含硫或氮的无机物和挥发性的有机物(VOCs)。例如含硫或氮的无机物为硫化氢、氨气、二硫化碳等。挥发性的有机物(VOCs)包括：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)。通过将臭氧和臭气混合可以利用臭氧将臭气中的部分有机物进行催化氧化分解。

具体地，步骤二中，蜂窝载体可以选用蜂窝陶瓷、沸石分子筛、活性炭、硅胶以及其他多孔气体吸附材料中的任意一种或几种的组合。催化剂可以选用过渡金属氧化物催化剂，例如Fe₂O₃、Co₂O、NiO、CuO、ZnO、MnO₂及Ag₂O中的至少一种，可以选用贵金属-过渡金属氧化物催化剂，其中，贵金属作为催化反应的助剂，可以提高反应活性，并提高产物的CO₂选择性。其中，贵金属可以选用Ag、Pt和Pd中的至少一种。也可以选用金属单质以及其他金属化合物作为催化剂。

具体地，蜂窝载体的多孔结构既可以吸附臭氧和臭气混合后的气体，又可以作为催化剂的载体固载催化剂。在实际应用中，利用蜂窝载体吸附混合气体，再通过负载的催化剂对吸附的臭气和臭氧进行催化，促使其进行氧化反应。在催化过程中，催化剂使臭氧分解产生活性氧原子O*，在有水蒸气存在的情况下还可产生羟基自由基OH*，O*和OH*等强氧化性基团将吸附态的有机组分逐步降解为CO₂、H₂O；同时将H₂S、NH₃和CS₂等无机组分氧化生成稳定的CO₂、N₂、H₂O、SO₂和SO₃，进而反应生成H₂SO₃、H₂SO₄被永久吸附。反应产生的物质无毒无味，可以正常排放。

优选地，可以采用过量的臭氧，可以保证臭气与臭氧充分反应，剩余的臭氧可以在催化剂的作用下转化为氧气，使排放的气体不存在二次污染。

以下结合所选用的催化剂的种类及具体的反应过程，描述除臭原理：

1、催化剂为过渡金属氧化物

臭氧吸附在过渡金属氧化物催化剂的活性位后，催化分解产生一个O₂分子和一个表面活性氧原子[O*]，该活性氧原子再与其它O₃分子反应生成过氧物种[O₂*],这些表面氧物种具有极高的氧化性，能将VOCs降解成CO₂与H₂O。在有水蒸气存在的情况下还会产生羟基自由基OH*，羟基自由基的存在会促进VOCs的氧化，并能将残留在催化剂表面的部分中间产物消除，提高催化剂的反应活性。

具体反应方程式如下：

1)无水蒸气存在的时候

O₃+*→[O*]s+O₂；[O*]s+O₃→[O₂*]s+O₂；[O₂*]s→*+O₂

2)有水蒸气存在的时候

O₃+*→[O*]s+O₂；[O*]s+O₃→2O₂；H₂O+O*→2OH*；

OH*+O₃→HO₂*+O₂；O₃+HO₂*→HO+2O₂；

HO₂*+OH*→H₂O+O₂+*

如上所述，过渡金属氧化物作为催化剂主要起到催化臭氧分解产生活性氧物种的作用，而臭氧的催化分解则是有机物氧化的控速步骤。

过渡金属由于有多种价态的存在，具有较强的转移电子的能力，因此在催化臭氧氧化过程中也作为反应物参与氧化还原反应的电子转移，反应如下：

O₃+Mⁿ⁺→O^-+M⁽ⁿ⁺¹⁾⁺+O₂

2、催化剂为贵金属-过渡金属氧化物催化剂

在负载过渡金属氧化物催化剂的同时附载贵金属作为催化助剂，能够提高反应活性，并提高产物的CO₂选择性。反应过程为：O₃(g)在过渡金属氧化物上分解生成[O*]a，VOC(g)吸附在贵金属上形成活化分子[VOC]a，强氧化性自由基[O*]a进而氧化[VOC]a为CO₂和H₂O。

为了便于理解，以下结合臭气中不同的气体种类说明除臭的机理：

1、O₃催化氧化去除氨：

臭氧催化氧化氨的反应方程式如下，在干气气氛下，臭氧催化分解产生的活性氧原子能够催化氨分解产生无臭味的N₂和N₂O。在有水蒸气存在时由·OH氧化NH₃生成N₂。

干气气氛：

O₃(g)→O(a)+O₂(g)；O(a)+NH₃(a)→NH₂(a)+OH(a)

O(a)+NH₂(a)→NH(a)+OH(a)；O(a)+NH(a)→N(a)+OH(a)；

2O(a)+NH(a)→NO(a)+OH(a)；NO(a)+O₃(g)→NO₂(a)+O₂(g)；

NH₂(a)+NO₂(a)→N₂(g)+H₂O(g)+O(a)；2OH(a)→H₂O(g)+O(a)；

N₂O和NH₄NO₃的形成过程：

2NO(a)→N₂O(g)+O(a)；N(a)+NO(a)→N₂O(g)；

2NH₃(a)+2NO₂(a)→NH₄NO₃(a)+N₂(g)+H₂O(g)

有水蒸气存在时：

·OH(a)+NH₃(a)→NH₂(a)+H₂O；·OH(a)+NH₂(a)→NH(a)+H₂O；

·OH(a)+NH(a)→N(a)+H₂O；2N(a)→N₂(g)

2、O₃催化氧化去除硫化氢：

硫化氢的氧化产物主要是SO₂和单质S，SO₂会进一步与H₂O反应生成H₂SO₄。体系中发生反应主要有：

H₂S+O₃→SO₂+H₂O；SO₂+O₃+3H₂O→3H₂SO₄；

H₂S+SO₂→2H₂O+2S；H₂S+6·OH→SO₂+4H₂O；

SO₂+2·OH→H₂SO₄

3、O₃催化氧化去除甲硫醚：

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

4、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

5、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3.14eV～3.82eV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。

本发明提供的一种臭气处理方法，通过负载有催化剂的蜂窝载体对臭气进行吸附缓冲，再通过总量足够冗余的臭氧在蜂窝载体负载的催化剂的催化作用下将臭气中的各种成分进行催化氧化分解，从而转化为无毒无臭的物质排放到大气中。冗余的臭氧在催化剂的作用下分解为清洁的氧气排放。该方法具有臭气降解速度快、转化率高、无二次污染、效果持久且易于再生循环使用等优势，另外还能够应对臭气浓度动态范围大的特点。

请参阅图1-2，本发明提供一种臭气处理设备，如图1-2所示，该设备包括：第一壳体101、臭氧发生器102、气体搅拌装置103、催化剂模组104和第二壳体105。

第一壳体101内设置有臭氧发生器102和气体搅拌装置103，用于将收集到的待处理的臭气与臭氧发生器102产生的臭氧进行混合。

气体搅拌装置103，用于搅拌该待处理的臭气和臭氧。

具体地，气体搅拌装置103为风扇。

催化剂模组104设置于第二壳体105内部，用于对臭氧和该待处理的臭气的混合气体进行吸附缓冲及催化氧化反应。

进一步地，催化剂模组104包括：第二支架114和负载有催化剂的蜂窝载体124。

具体地，催化剂为贵金属-过渡金属氧化物催化剂、过渡金属氧化物催化剂、金属单质催化剂以及其他金属化合物催化剂。蜂窝载体为蜂窝陶瓷、沸石分子筛、活性炭、硅胶以及其他多孔气体吸附材料中的任意一种或几种的组合。

蜂窝载体124放置于第二支架114上。

进一步地，该设备还包括：第一支架106。

第一支架106设置于第一壳体101内，用于放置臭氧发生器102和气体搅拌装置103。

进一步地，第一壳体还包括：密封门107。

本发明提供的一种臭气处理方法和设备，通过负载有催化剂的蜂窝载体对臭气进行吸附缓冲，再通过总量足够冗余的臭氧在蜂窝载体负载的催化剂的催化作用下将臭气中的各种成分进行催化氧化分解，从而转化为无毒无臭的物质排放到大气中。冗余的臭氧在催化剂的作用下分解为清洁的氧气排放。该方法具有臭气降解速度快、转化率高、无二次污染、效果持久且易于再生循环使用等优势，另外还能够应对臭气浓度动态范围大的特点。

本发明实施例的反应机理，请参照上述催化反应的原理，在此不再赘述。

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)

1.一种臭气处理方法，其特征在于，所述方法包括：

收集待处理的臭气，并将待处理的臭气与臭氧进行混合；

利用负载有催化剂的蜂窝载体，对混合后的气体进行吸附缓冲及催化氧化反应，并排出反应生成的产物。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述蜂窝载体为蜂窝陶瓷、沸石分子筛、活性炭、硅胶以及其他多孔气体吸附材料中的任意一种或几种的组合。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述催化剂为贵金属-过渡金属氧化物催化剂、过渡金属氧化物催化剂、金属单质催化剂以及其他金属化合物催化剂。

4.一种臭气处理设备，其特征在于，所述设备包括：第一壳体、臭氧发生器、气体搅拌装置、催化剂模组和第二壳体；

所述第一壳体内设置有所述臭氧发生器和所述气体搅拌装置，用于将收集到的待处理的臭气与所述臭氧发生器产生的臭氧进行均匀混合；

所述气体搅拌装置，用于搅拌所述待处理的臭气和所述臭氧；

所述催化剂模组设置于所述第二壳体内部，用于对所述臭氧和所述待处理的臭气的混合气体进行吸附缓冲及催化氧化反应。

5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述设备还包括：第一支架

所述第一支架设置于所述第一壳体内，用于放置所述臭氧发生器和所述气体搅拌装置。

6.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述催化剂模组包括：第二支架和负载有催化剂的蜂窝载体；

所述蜂窝载体放置于所述第二支架上。

7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述催化剂为贵金属-过渡金属氧化物催化剂、过渡金属氧化物催化剂、金属单质催化剂以及其他金属化合物催化剂。

8.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述蜂窝载体为蜂窝陶瓷、沸石分子筛、活性炭或硅胶以及其他多孔气体吸附材料中的任意一种或几种的组合。

9.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述第一壳体还包括：密封门。

10.根据权利要求4～9任一项所述的设备，其特征在于，所述气体搅拌装置为风扇。