CN108355474B - 一种光氧催化废气处理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及废气处理技术领域，特别涉及一种光氧催化废气处理系统，解决了现有技术中的废气处理系统废气处理效果较差的问题，其技术方案要点是，一种光氧催化废气处理系统，包括预处理装置、光氧催化反应装置和产物收集装置，光氧催化反应装置包括壳体和层叠交叉设置的折流板，壳体上于每个折流板的正对处均安装有紫外线发射器，折流板与所述壳体间形成反应通道，通过预处理装置去除废气中的二氧化硫与硫化氢，通过光氧催化反应装置将废气及废气中的细菌进行裂解，通过产物收集装置，将产生的二氧化碳进行收集。从而对废气进行高效处理，减少对环境的污染。
Description
技术领域
本发明涉及废气处理技术领域，特别涉及一种光氧催化废气处理系统。
背景技术
随着近年来国家对于环保的重视程度越来越高，废气处理技术蓬勃发展，尤其是光氧催化废气处理有了巨大的进步。光氧催化反应是利用高能高臭氧UV紫外线光束，照射待处理的废气，从而使废气发生裂解氧化的一种反应。
在授权公告号为CN202460470U的中国发明专利中公开了一种光氧催化有机废气处理器，包括壳体、紫外灯和过滤介质，壳体两端分别设有进气口与出气口，进气口与出气口间设置有过滤介质，过滤介质是负载纳米TiO2光氧催化剂的活性炭纤维，壳体的外部设置有与紫外灯连接的电路板。由于废气与紫外线的接触时间较短，废气的降解时间不足，导致废气降解不充分，因而废气处理效果较差。
发明内容
本发明的目的是提供一种光氧催化废气处理系统，其优势在于，处理对废气的处理效率高、处理效果好。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种光氧催化废气处理系统，其特征在于，包括用于去除硫化物的预处理装置、光氧催化反应装置和产物收集装置，所述光氧催化反应装置包括壳体和层叠交叉设置的折流板，每两块所述折流板间的壳体上均安装有紫外线发射器，所述折流板与所述壳体间形成反应通道，所述反应通道的下端设置有与所述预处理装置相连通的进气口，另一端设置有与所述产物收集装置相连通的出气口。
通过采用上述技术方案，工业废气中主要的带有臭味的硫化物是硫化氢和二氧化硫，硫化氢和二氧化硫具有均为酸性气体，对于处理设备可能会产生腐蚀，进入到大气中则会造成污染，与空气中的水分子结合，降水时导致酸雨。通过硫化物的预处理装置，去除废气中的硫化氢和二氧化硫，减少对设备的腐蚀和对空气的污染。
通过光氧催化反应装置，可对废气进行光氧催化反应，利用紫外线发射器发出的高能紫外线照射有机废气和恶臭气体，快速裂解废气和恶臭气体的分子键，瞬间打开和改变其分子结构，破坏核酸，产生一系列的光解裂变反应，重新进行DNA分子排列组合，降解转变为二氧化碳和水等无毒害的低分子化合物。
同时，高能紫外光照射分解废气中的氧气产生游离氧，即活性氧，游离氧携带的正负电子不平衡，从而与氧分子结合，进而生成了臭氧；被高能紫外线裂解后的游离状态的污染分子与臭氧结合，由臭氧氧化为二氧化碳和水分子。
通过折流板的层叠交叉设置，在有效的空间内，延长了废气的流动距离，延长了反应时间，使得有机废气与恶臭气体的反应更加彻底，提高了反应的效果。折流板处设置的紫外线发射器，可对隔板两侧的反应通道均进行照射，从而提高了紫外线的利用率，进而加快紫外线对微生物的杀灭和对废气的裂解。
作为优选，所述折流板内部空心设置有安装腔，所述折流板上均匀的开设有出气孔，所述安装腔内安装有用于供氧的氧气输送管，氧气经出气孔排出。
通过采用上述技术方案，由于在光氧催化反应中，需要臭氧，废气中混合的氧气含量较少，因而生成的臭氧也较少，造成了废气的处理效率较低。通过氧气输送管将氧气经出气孔向隔板两侧的反应通道内供氧，提供了足量的氧气，从而生成了足量的臭氧，进而大大的提升了臭氧与废气的结合速率，也使得臭氧与污染分子的结合更加彻底，提升了光氧催化废气处理系统的对废气的处理效果。同时，由于出气孔的均匀设置，因而使得反应通道靠近出气口处仍保持较高的臭氧浓度，提高了处理废气的效果。
作为优选，所述折流板的表面及所述壳体的内壁上均安装有镜面铝合金板。
通过采用上述技术方案，镜面铝合金板可对紫外线进行反射，而反应通道的两侧均安装有镜面铝合金板，使得紫外线在镜面铝合金板间发生多次折射，从而大大增强了紫外线的使用效率，提高了反应通道光氧催化反应的反应效率。
同时，结合出气孔的设置，在氧气从出气孔内排出的同时，排气孔周围的折流板将紫外线进行反射，增强了氧气被紫外线照射生成臭氧的速率。由于出气孔的均匀开设，从而使得反应通道内各处的臭氧含量浓度均匀，提高了臭氧对废气的处理效果。
作为优选，所述出气孔处安装风扇，所述风扇由二氧化钛制成。
通过采用上述技术方案，氧气从出气孔排出后，推动风扇转动。氧气被紫外线照射迅速生成臭氧，风扇通过转动将生成的臭氧推动至反应通道的中部，而新鲜的氧气迅速补充到臭氧离开后留下的空位，从而加快了生成的臭氧与新鲜的氧气的交换速度。因而，一方面，使得臭氧在反应通道内更加均匀，另一方面，提高了新鲜的氧气转化为臭氧的效率。
同时，由于二氧化钛的电子结构是由价电子带和空轨道形成的传导带构成，当其受紫外线照射时，比禁带宽度能量大的紫外线被吸收，使价电子带的电子激发至传导带，结果使价电子带缺少电子而发生空穴，形成容易移动且活性很强的电子空穴对。这样的电子空穴对一方面可以在发生各种氧化还原反应时相互之间又重新结合，以热量或产生荧光的形式释放能量，另一方面可解离成在晶格中自由迁移到晶格表面或其他反应场所的自由空穴和自由电子，并立即被表面基团捕获。
二氧化钛表面水活化产生表面羟基捕获自由空穴，形成羟基自由基，而游离的自由电子很快会与吸收态氧气结合产生超氧自由基，因而可将周围的细菌和病毒杀死。
因而，由二氧化钛制成的风扇在紫外线的照射下，发生光触催化反应，极大地提升和加强了紫外线的能量聚变，从而更加高效地裂解废气的同时，催化产生了更多的活性氧和臭氧，对废气进行更彻底的催化氧化分解反应。
作为优选，所述风扇的表面经过磨砂处理。。
通过采用上述技术方案，通过磨砂处理后，增大了风扇表面的粗糙程度，当紫外线照射在磨砂颗粒上，在磨砂颗粒间发生反射，从而增大了紫外线照射到二氧化钛表面的次数，从而提高了风扇吸收紫外线的效率，进一步提高了裂解废气和产生活性氧、臭氧的效率。
作为优选，所述预处理装置包括输气管和设置于所述预处理装置进口处且用于喷淋氢氧化钙溶液的喷淋机构，喷淋机构包括安装在输气管顶部的用于喷淋水雾的喷淋头、设置于喷淋头下方的集液槽和安装在集液槽底部的循环泵，所述循环泵的进液口与安装槽的底部连通，所述循环泵的出液口与所述喷淋头相连通。
通过采用上述技术方案，喷淋头喷出氢氧化钙水雾，废气通过氢氧化钙水雾时，废气中的二氧化硫与氢氧化钙发生反应，生成了亚硫酸钙沉淀和水，从而去除了废气中的二氧化硫，减少了对处理设备的腐蚀和对空气的污染。
通过循环泵不断将氢氧化钙溶液从集水槽内输送到喷淋头内，从而实现氢氧化钙溶液的循环使用。废气在进入输气管时，先经过喷淋头喷出的氢氧化钙水雾，从而将废气中的二氧化硫去除。氢氧化钙溶液与二氧化硫发生反应，生成了亚硫酸钙沉淀，从而去除了废气中的二氧化硫。同时，由于生成了亚硫酸钙沉淀，便于硫化物的收集和再利用。
作为优选，所述预处理装置还包括安装在所述输气管内的填料结构，所述填料结构的两端安装有格蓖板组件，所述填料结构内填充有活性氧化铁颗粒。
通过采用上述技术方案，在经过喷淋机构的氢氧化钙水雾后，废气中的硫化氢与氢氧化钙发生可逆反应，硫化氢与氢氧化钙反应，H2S+Ca（OH）2→CaS↓+2H2O，但是硫化钙在潮湿的环境中极易水解生成硫化氢，CaS+2H2O→ H2S+Ca（OH）2因而难以去除废气中的硫化氢。
通过活性氧化铁颗粒的设置，活性氧化铁颗粒与硫化氢发生脱硫反应，
Fe203·H20+3H2S=Fe2S3·H20+3H20 (1)；
Fe203·H20+3H2S=2FeS+S+4H20 (2)；
当反应环境为碱性时，反应按（1）进行；当反应环境为酸性时，反应按（2）进行，在常温下反应时，反应（1）中生成的硫化铁易于再生，
Fe203·H20+3/202=Fe203·H 20+3S (3)；
因而，在有氧碱性的条件下，有利于活性氧化铁颗粒的脱硫再生。在经过氢氧化钙水雾后，正好为活性氧化铁颗粒的反应，提供了一个碱性环境，从而更便于对硫化氢的去除和对硫的回收利用。
作为优选，远离所述喷淋机构一侧的格蓖板组件包括两层平行设置的格蓖板，两所述格蓖板间形成一个填充腔，所述填充腔内填充有活性炭颗粒。
通过采用上述技术方案，通过活性炭颗粒对于苯、酚、氯、农药、洗涤剂、三卤甲烷等可进行一定的吸附，同时，活性炭颗粒填充于远离所述喷淋机构一侧，可防止活性炭颗粒将废气中裹挟的含氢氧化钙的水雾吸收，影响活性氧化铁所需的碱性环境。
作为优选，所述格蓖板采用纳米石墨烯材料制成。
通过采用上述技术方案，由于有机废气和恶臭气体中，通常含有一些细菌，纳米石墨烯微粒的粒径为纳米级，而细菌通常大小为微米级，前者比后者体积小1000倍左右，因而纳米石墨烯微粒极易插入到细菌内，将细菌裂解；当细菌附着在纳米石墨烯上时，纳米石墨烯颗粒将细菌包裹起来，防止细菌摄取能量，从而将细菌“饿死”；同时，纳米级石墨烯颗粒会进入到细菌体内，破坏细菌内部结构，从而使细菌从内向外发生分解，进一步加快杀灭细菌的速度。
同时，由于废气要经过格蓖板，石墨烯对于氨氮类废气具有良好的吸附作用，能有效去除氨氮类废气。
同时，纳米石墨烯由于碳原子之间强韧的σ键以及整个二维晶体平面的拉伸性能，使得纳米石墨烯具有很高的强度性能，杨氏模量为1100Gpa，而断裂强度达到125Gpa，因而由纳米石墨烯材料制成的格蓖板具有良好的机械性能，相对于普通的金属材料使用寿命与可靠性均有显著提升。
作为优选，所述产物收集装置包括用于压缩二氧化碳气体的真空泵、罗茨鼓风机和置换气压缩机。
通过采用上述技术方案，产物收集装置利用变压吸附法，对二氧化碳进行回收利用，变压吸附的基本原理是利用吸附剂对差异气体在不同吸附量、推力以及速度条件下，随压力变化而发生变化的特性，采用加压方式来实现对气体的有效收集。
二氧化碳被吸附剂进行吸附，吸附完毕后，通过真空泵进行降压，从而使吸附剂对于二氧化碳的吸附能力大大增强，降压结束后，吸附前沿达到床层出口，再逆吸附方向将产物收集装置内的压力通过置换气压缩机恢复至常压，此时被吸附的二氧化碳从吸附剂中大量解析出来，再通过罗茨鼓风机将二氧化碳排出，从而实现对二氧化碳的提纯与收集。
二氧化碳解析完毕后，完成吸附剂的再生，重复上述步骤进行二氧化碳的持续提纯与收集。
通过产物收集装置的设置，一方面，减少了二氧化碳的排放，减缓了温室效应；另一方面，对二氧化碳进行提纯与收集，便于对二氧化碳的进一步利用，具有较好的经济效益。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1、通过折流板与隔板对应的壳体上的紫外线发射器的设置，有效的空间内，延长了废气的流动距离，延长了反应时间，使得有机废气与恶臭气体的反应更加彻底，提高了反应的效果；紫外线发射器可对隔板两侧的反应通道均进行照射，从而提高了紫外线的利用率，进而加快紫外线对微生物的杀灭和对废气的裂解。
2、通过镜面铝合金板与风扇的设置，镜面铝合金板可对紫外线进行反射，而反应通道的两侧均安装有镜面铝合金板，使得紫外线在镜面铝合金板间发生多次折射，从而大大增强了紫外线的使用效率，提高了反应通道光氧催化反应的反应效率；二氧化钛在紫外线的照射下，发生光触催化反应，极大地提升和加强了紫外线的能量聚变，从而更加高效地裂解废气的同时，催化产生了更多的活性氧和臭氧，对废气进行更彻底的催化氧化分解反应。
附图说明
图1为一种光氧催化废气处理系统的结构示意图；
图2为预处理装置的结构示意图；
图3为光氧催化反应装置的结构示意图；
图4为图3中A处的放大图。
图中：1、预处理装置；11、输气管；12、喷淋机构；121、喷淋头；122、集液槽；123、循环泵；13、填料结构；131、格蓖板组件；1311、格蓖板；132、活性炭颗粒；133、活性氧化铁颗粒；2、光氧催化反应装置；21、壳体；22、折流板；221、出气孔；23、反应通道；24、进气口；25、出气口；26、紫外线发射器；27、氧气输送管；28、镜面铝合金板；29、风扇；3、产物收集装置；31、真空泵；32、罗茨鼓风机；33、置换气压缩机。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
参考附图1，一种光氧催化废气处理系统，包括用于去除硫化物的预处理装置1、光氧催化反应装置2和产物收集装置3。
参考附图2，预处理装置1包括输气管11、设置于输气管11进口处的喷淋机构12和安装在输气管11内的填料结构13。
喷淋机构12包括安装在输气管11顶部的喷淋头121，喷淋头121沿输气管11的内壁设置，喷淋头121的下方设置有集液槽122，集液槽122的底部设置有循环泵123，循环泵123的进液口与集液槽122的底部相连通，循环泵123的出液口与喷淋头121相连接。
循环泵123不断地将集液槽122内的氢氧化钙溶液从喷淋头121内喷出，形成氢氧化钙水雾，废气在经过氢氧化钙水雾时，废气中的二氧化硫与氢氧化钙溶液反应生成了亚硫酸钙沉淀，从而去除了废气中的二氧化硫。集液槽122底部设置有格栅网，从而将亚硫酸钙沉淀进行阻挡，防止亚硫酸钙沉淀进入循环泵123内堵塞通路。
填料结构13的两端安装有格蓖板组件131，格蓖板组件131由纳米石墨烯材料制成。格蓖板组件131间填充有用于去除硫化氢的活性氧化铁颗粒133。
隔壁板组件包括两层平行设置的格蓖板1311，格蓖板1311卡接在输气管11的内壁上，同一格蓖板组件131的两格蓖板1311间形成了一个填充腔，填充墙内填充有活性炭颗粒132。格蓖板1311上设置有大量的气孔，通过活性炭颗粒132对气孔进行一定的阻挡，防止活性氧化铁颗粒133从填料结构13中吹出。
经过氢氧化钙水雾的废气，先通过填充腔内的活性炭颗粒132，再通过填充结构内的活性氧化铁颗粒133。
通过活性炭颗粒，可吸附废气中的大颗粒固体杂质，防止大颗粒杂质堵塞喷淋头121；同时，活性炭颗粒对于苯、酚、氯、农药、洗涤剂、三卤甲烷等可进行一定的吸附，对于银、镉、铜、汞、锑、砷、铋、锡、铅、铬酸根等重金属离子也有较好的吸收效果。
通过活性氧化铁颗粒133的设置，活性氧化铁颗粒133与硫化氢发生脱硫反应，
Fe203•H20+3H2S=Fe2S3•H20+3H20 (1)；
Fe203•H20+3H2S=2FeS+S+4H20 (2)；
当反应环境为碱性时，反应按（1）进行；当反应环境为酸性时，反应按（2）进行，在常温下反应时，反应（1）中生成的硫化铁易于再生，
Fe203•H20+3/202=Fe203•H 20+3S (3)；
因而，在有氧碱性的条件下，有利于活性氧化铁颗粒133的脱硫再生。在经过氢氧化钙水雾后，正好为活性氧化铁颗粒133的反应，提供了一个碱性环境，从而更便于对硫化氢的去除和对硫的回收利用。
参考附图1与附图3，光氧催化反应装置2包括矩形的壳体21和壳体21内层叠交叉设置的折流板22，各折流板22间相互平行设置。各折流板22与壳体21间形成反应通道23，反应通道23的一端设置有与预处理装置1相连通的进气口24，另一端设置有与产物收集装置3相连通的出气口25；壳体21上于每个折流板22的正对处均安装有紫外线发射器26。
折流板22内部中空设置有安装腔，安装腔内安装有用于供氧的氧气输送管27，折流板22的两侧均匀的开设有若干出气孔221（参考附图4），氧气经出气孔221均匀的从隔板的两侧排出。
折流板22的表面及壳体21的内壁上均安装有镜面铝合金板28，镜面铝合金板28上于出气孔221处设置有风扇29（参考附图4），风扇29由二氧化钛制成，风扇29的表面经过磨砂处理。
对比试验：
实施例1：按本专利中的光催化反应装置进行设置；
对比例1：与实施例1仅区别于，用镜面不锈钢板代替镜面铝合金板；
对比例2：与实施例1仅区别于，镜面铝合金板上未开设出气孔，氧气由反应通道的进气口处供给；
对比例3：与实施例1仅区别于，未在出气孔处设置风扇。
为光催化反应装置通入废气，分别测量进气口24处与出气口25处的臭氧浓度。
表1：进气口与出气口处的臭氧浓度
| 进气口浓度（mg/m3） | 出气口浓度（mg/m3） | |
| 实施例1 | 100 | 98 |
| 对比例1 | 100 | 76 |
| 对比例2 | 100 | 42 |
| 对比例3 | 100 | 58 |
从表1中，得出，当按照本专利中光氧催化反应装置进行设置时，出气口25处的浓度远大于采用对比例1、对比例2与对比例3中的设置方式的出气口25处浓度。
参考附图1，产物收集装置3，包括真空泵31、罗茨鼓风机32和置换气压缩机33。
产物收集装置3利用变压吸附法，对二氧化碳进行回收利用，变压吸附的基本原理是利用吸附剂对差异气体在不同吸附量、推力以及速度条件下，随压力变化而发生变化的特性，采用加压方式来实现对气体的有效收集。
二氧化碳被吸附剂进行吸附，吸附完毕后，通过真空泵31进行降压，从而使吸附剂对于二氧化碳的吸附能力大大增强，降压结束后，吸附前沿达到床层出口，再逆吸附方向将产物收集装置3内的压力通过置换气压缩机33恢复至常压，此时被吸附的二氧化碳从吸附剂中大量解析出来，再通过罗茨鼓风机32将二氧化碳排出，从而实现对二氧化碳的提纯与收集。
二氧化碳解析完毕后，完成吸附剂的再生，重复上述步骤进行二氧化碳的持续提纯与收集。
工作步骤：
S1、废气通入预处理装置1内，先经过喷淋机构12，去除废气中的二氧化硫；
S2、再经过填料结构13，去除废气中的硫化氢；
S3、通过进气口24进入光氧催化反应装置2内，对废气进行裂解和对废气内的细菌进行杀灭；
S4、产生的二氧化碳与水通过产物收集装置3，进行收集，利用变压吸附法，对二氧化碳进行提纯和收集。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (6)
1.一种光氧催化废气处理系统，包括其特征在于，包括用于去除硫化物的预处理装置（1）、光氧催化反应装置（2）和产物收集装置（3），所述光氧催化反应装置（2）包括壳体（21）和层叠交叉设置的折流板（22），每两块所述折流板（22）间的壳体（21）上均安装有紫外线发射器（26），所述折流板（22）与所述壳体（21）间形成反应通道（23），所述反应通道（23）的下端设置有与所述预处理装置（1）相连通的进气口（24），另一端设置有与所述产物收集装置（3）相连通的出气口（25）；
所述折流板（22）内部空心设置有安装腔，所述折流板（22）上均匀的开设有出气孔（221），所述安装腔内安装有用于供氧的氧气输送管（27），氧气经出气孔（221）排出；
所述折流板（22）的表面及所述壳体（21）的内壁上均安装有镜面铝合金板（28）；
所述出气孔（221）处安装风扇（29），所述风扇（29）由二氧化钛制成；
所述风扇（29）的表面经过磨砂处理。
2.根据权利要求1所述的一种光氧催化废气处理系统，其特征在于，所述预处理装置（1）包括输气管（11）和设置于所述预处理装置（1）进口处且用于喷淋氢氧化钙溶液的喷淋机构（12），喷淋机构（12）包括安装在输气管（11）顶部的用于喷淋水雾的喷淋头（121）、设置于喷淋头（121）下方的集液槽（122）和安装在集液槽（122）底部的循环泵（123），所述循环泵（123）的进液口与集液槽（122）的底部连通，所述循环泵（123）的出液口与所述喷淋头（121）相连通。
3.根据权利要求2所述的一种光氧催化废气处理系统，其特征在于，所述预处理装置（1）还包括安装在所述输气管（11）内的填料结构（13），所述填料结构（13）的两端安装有格蓖板组件（131），所述填料结构（13）内填充有活性氧化铁颗粒（133）。
4.根据权利要求3所述的一种光氧催化废气处理系统，其特征在于，远离所述喷淋机构（12）一侧的格蓖板组件（131）包括两层平行设置的格蓖板（1311），两所述格蓖板（1311）间形成一个填充腔，所述填充腔内填充有活性炭颗粒（132）。
5.根据权利要求3所述的一种光氧催化废气处理系统，其特征在于，所述格蓖板（1311）采用纳米石墨烯材料制成。
6.根据权利要求1所述的一种光氧催化废气处理系统，其特征在于，所述产物收集装置（3）包括真空泵（31）、罗茨鼓风机（32）和置换气压缩机（33）。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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