CN108905612B - 一种喷淋和光催化降解结合的净化装置和净化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种喷淋和光催化降解结合的净化装置，包括喷淋系统、液相降解部和气相降解部，所述喷淋系统用于将污染气体中的亲水性污染物溶于液体中使得亲水性污染物和疏水性污染物分离；液相降解部用于接收从喷淋系统出来的亲水性污染物并将亲水性污染物进行降解处理；气相降解部用于接收从喷淋系统出来的疏水性污染物并将疏水性污染物进行降解处理；液相降解部和气相降解部均设置有光催化材料；液相降解部和气相降解部之间设置有可共用的光源区，光源区用于提供液相降解部和气相降解部二者降解所需的光源。本发明通过将降解过程设置成液相降解和气相降解两个部分，能够有效提升挥发性气体的去除率和去除效果。

Description

一种喷淋和光催化降解结合的净化装置和净化方法

技术领域

本发明涉及环保领域，具体涉及一种喷淋和光催化降解结合的净化装置和净化方法。

背景技术

随着我国经济持续增长，工业化水平不断提高，有机废气废水的排放量日益增多，大气和水资源污染情况日趋严重。挥发性有机物(VOCs)不仅会直接严重影响人体健康，同时还是形成PM2.5的重要前驱体，降低空气质量。政府发布了多项VOCs污染控制政策法规，各级环保主管部门也将VOCs列为重点整治对象。有机废水易造成水质富营养化、毒害水生动植物或在其体内富集，破坏生态系统。

喷淋塔是目前应用较为广泛的一种环保设备，其结构简单、成本低廉，具有除尘、降温、吸收净化气体的功能，也可在循环水中添加药剂，在喷淋过程中与气体污染物反应，常用于对含H₂S、SO_X、NO_X、NH₃等无机废气的处理。对亲水性有机废气也有一定效果，还可以添加反应剂反应除去有机废气。但喷淋塔其循环吸收效果有限，对有机废气处理效果不佳，且吸收液需经常更换，也需要经常添加药剂，同时由于其工作原理主要为物理吸附和化学反应，还存在二次污染的问题。

光催化技术是近年来受到广泛关注的环保技术，其通过光催化材料在光照下表面产生具有氧化能力的基团，能连续高效地将有机污染物彻底降解为二氧化碳和水，是一种理想的有机污染物处理手段。但在实际使用过程中，光催化氧化有机污染物受许多因素影响，如光照、湿度、表面洁净程度等，限制了光催化技术在环保设备中的应用。

现有技术申请号为CN201610165023.7公开了一种采用液体吸收协同紫外光催化降解挥发性有机化合物的装置和方法，但是该方法只能针对亲水性的挥发性有机化合物，对于疏水性挥发有机物的除去效果不尽理想，并且该装置的成本高：a装置附加模块较多，催化反应器、膜分离装置和输送回流装置；b高光强紫外灯使用和维护；c吸收液和二氧化钛光催化材料的消耗需持续补充；②降解效果不佳，采用二氧化钛浓缩液与吸收液在催化反应器中的均相光催化过程中，二氧化钛会阻挡屏蔽紫外光，导致离光源较远的二氧化钛无法充分利用。此外分散在液体中纳米二氧化钛极易团聚失去光催化活性。

发明内容

本发明目的在于提供一种喷淋和光催化降解结合的净化装置，本发明解决了现有的净化装置成本高，降解效果不佳的问题。还提供了一种净化方法。

本发明通过下述技术方案实现：

一种喷淋和光催化降解结合的净化装置，包括喷淋系统、液相降解部和气相降解部，所述喷淋系统用于将污染气体中的亲水性污染物溶于液体中使得亲水性污染物和疏水性污染物分离；

液相降解部用于接收从喷淋系统出来的亲水性污染物并将亲水性污染物进行降解处理；

气相降解部用于接收从喷淋系统出来的疏水性污染物并将疏水性污染物进行降解处理；液相降解部和气相降解部均设置有光催化材料；

液相降解部和气相降解部之间设置有可共用的光源区，光源区用于提供液相降解部和气相降解部二者降解所需的光源。

喷淋系统包括喷淋塔，喷淋塔内设置有喷淋区和用于控制污染气体中的疏水性污染物湿度的除湿区，除湿区设置在喷淋区的上方。

除湿区控制疏水性污染物的相对湿度30～50％。

喷淋区下方设置有填料区。填料区的主要作用在于使得喷淋区流出的水的流通通道变多，水的流域面积变广，而使污染气体充分接触水分并降温除尘，分离气体中的可溶性和不溶组份，增大气相光催化反应湿度，除去污染气体中的颗粒物；填料区还能够在一定程度上起到延缓有机废气上升的气流速度，使得有机废气在填料区有适当的停留时间，增加了有机废气和水分充分接触的时间和可能性，使得有机废气中的更多颗粒物被沉降，减少了颗粒物进入到疏水性污染物中的量。湿度和颗粒物对光催化过程影响很大，一方面水分会增加光催化过程羟基自由基和超氧自由基的产生，使得反应活性增高反应速率得以提升；另一方面过多的水分附着在颗粒物上会增加颗粒物的屏蔽光线的负面影响，进而大幅降低光催化效率。因此本发明中对疏水性污染物湿度大小的控制对于气相光催化效率的提升具有较大的影响。

喷淋系统还包括蓄水部，蓄水部和喷淋区的出口相连，且蓄水部和液相降解部的入口相连，蓄水部内水位高于液相降解部水位。

蓄水部外壁上还设置有用于防止水位过高的溢流口，蓄水部底部还设置有用于清理沉积颗粒粉末的排污口。

蓄水部的外壁上还设置有通入污染性气体的进风口，进风口向上倾斜设置。

喷淋系统和液相降解部之间的液体流通道上设置有用于阻隔粉末颗粒进入液相降解部的隔污挡板。

光源区和气相降解部之间连通，光源区和液相降解部之间设置有透明阻挡板。

隔污挡板包括多个平行排列的过滤网，过滤网和流体流通道垂直设置。

如前所述的污染性气体的净化方法，将污染性气体用喷淋系统喷淋后，溶解成液相的亲水性污染物和仍为气态的疏水性污染物，将溶液成液相的亲水性污染物通入液相降解部进行光催化降解，仍为气态的疏水性污染物通入气相降解部进行光催化降解。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

本发明通过将降解过程设置成液相降解和气相降解两个部分，能够有效提升挥发性气体的降解率和降解效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明结构示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-气相降解部，2-液相降解部，3-喷淋区，4-除湿区，41-除雾填料，5-蓄水部，6-光源区，7-进风口，8-填料区，9-排污口，10-隔污挡板。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

在实施时，喷淋系统可以包括一个可连通的容器，例如喷淋塔。喷淋塔内设置有喷淋区3和用于控制污染气体中的疏水性污染物湿度的除湿区4，除湿区4设置在喷淋区3的上方。喷淋区3用于喷淋气体的区域，其内可设置多个喷淋头等喷射液体的装置。喷头可以是PP螺旋喷嘴、实心圆锥心喷嘴。除湿区4内可设置除雾填料41等，除雾填料41主要是通过水雾与填料接触附着在填料表面凝结收集水雾来改变湿度，改变填料填充面积能在小范围改变气体流速，增加除雾填料能增大接触面积有利于除湿。气体流速主要是通过废气处理装置中风机(示意图中未画出)来控制，风机可以连接在进风口之前，也可以连接在排风口之后。或者在除雾填料41上设置干燥装置，干燥装置可以是压缩除湿机，主要部件压缩机、热交换器或者轮转除湿机，主要部件为吸湿剂和干燥转轮；又或者添加活性氧化铝、硅胶或蒙脱石与氯化钙复合干燥剂的控湿容器。气体通过除湿区4后湿度大幅降低至光催化氧化过程适宜湿度，以防止过高湿度时水蒸气在气相降解部1屏蔽光线、占据光催化材料表面吸附位点，降低光催化效率，当有颗粒物存在时，水汽附着在颗粒物上还能够增加颗粒物对光线的屏蔽效应。除雾填料41可选用钢丝网填料、多面空心球填料等。

喷淋区3的作用是实现水的喷洒，使得水能够充分和亲水性污染物接触。

除湿区4控制疏水性污染物的相对湿度30～50％。控制相对湿度的办法比如：在喷淋区3下方设置有填料区8。填料区8的设置是减缓溶解成在水中的亲水性污染物的下降使得亲水性污染物和喷淋区3产生的水雾在流动过程中进行充分的接触。填料区8内的填料可以为鲍尔环填料、拉西环填料、花环填料、S波淋水填料等现有填料。对于疏水性污染气体，填料区8主要是通过水雾接触对其除尘降温，此外还能在气流中携带少量水分。

喷淋系统还包括蓄水部5，蓄水部5和喷淋区3的出口相连，且蓄水部5和液相降解部2的入口相连，蓄水部5内蓄水水位需高于液相降解部2水位。防止液相降解部2水汽在光源区6上凝结遮挡光线。

蓄水部5外壁上还设置有用于防止水位过高的溢流口，蓄水部5底部还设置有用于清理沉积颗粒粉末的排污口9。蓄水部5的最低位置为排污口9，排污口9应低于液相降解部2。利于沉积颗粒粉末，定期将排水口将水排尽后通过排污口9排污。排污口9设置于蓄水区最低位置处，用于定期清理沉积的颗粒粉末。

蓄水部5的外壁上还设置有通入污染性气体的进风口7，进风口7向上倾斜设置，以防止从填料区8滴落的水滴从进风口7处倒流。蓄水部5的外壁上还可以设置进水口和溢流口，进水口由自动进水口和手动进水口组成，其中自动进水口由球阀控制，手动进水口由旋钮控制。溢流口的设置是为了防止水位过高，造成水溢出或从进风口7倒灌，溢流口处还可以设置报警装置，当溢流口开始排水时启动警报，水位超过溢流口时关闭进水口。

喷淋系统和液相降解部2之间的液体流通道上设置有用于阻隔粉末颗粒进入液相降解部2的隔污挡板。

隔污挡板10作用是防止被水喷淋带至蓄水区的粉末颗粒进入液相降解部2覆盖光催化材料表面，降低光催化氧化效率，隔污挡板10由多级滤网组成，从前到后依次为PP网板、尼龙滤网、HEPA滤网，过滤网和流体流通道垂直或者倾斜设置。液相光催化材料为TiO₂、g-C₃N₄、WO₃、C₃Bi₂O₉等光催化剂负载于玻璃板、多孔陶瓷等基材上构成的光催化板材，在水中稳定、负载量大，多组平行排列于液相反应区，以增大光照面积。

气相降解部1可以包括出风口和气相光催化材料。气相光催化材料为TiO₂、g-C₃N₄、WO₃、C₃Bi₂O₉等光催化剂负载于蜂窝铝、泡沫金属、活性炭等基材，上构成的光催化板材，多组光催化板材平行排列于气相反应区，以增大光照面积。气相光催化材料不局限于上述列举的材料。上述结构可以以降低风阻，增大气体与光催化材料接触面积，

光源区6位于液相降解部2和气相降解部1之间，其与气相降解部1互通，与液相降解部2连接处使用透明材质阻挡板如玻璃、亚克力板，光源区6可以包括各种灯组，为气相光催化反应和液相光催化反应提供光照。灯组为多只灯管矩阵排列，可选用186nm紫外光灯管、254nm紫外光灯管、可见光灯管等。

气体进入喷淋系统，在喷淋作用下与水喷雾充分接触，水雾将污染气体中的颗粒粉尘沉降至蓄水部5中，同时溶解污染气体中的亲水性有机污染物，疏水性有机污染物则进入除湿区4。粉尘进入蓄水部5被隔污挡板阻挡后沉降，可定期通过排污口9排除；亲水性有机污染物进入液相降解部2进行液相光催化降解过程，不含有机污染物的废水通过设置在液相降解部2的排水口排出；疏水性有机污染物进入除湿区4除去大量水分后进入气相降解部1进行气相光催化氧化降解过程，不含有机污染物的废气从气相降解部1的出风口排出。

喷淋系统和气相降解部1可通过风管相连。风管通过法兰或电熔固定设置，喷淋头通过螺纹连接，灯组通过卡口或螺纹固定，隔污挡板通过卡槽固定，光催化材料通过焊接、插销、螺栓固定。

蓄水部5、填料区8、喷淋区3、除湿区4、液相降解部2均可选择腔体的结构但不限于此结构，其材质可选择PP、不锈钢、玻璃钢材质，气相降解部1、光源区6可选用不锈钢材质，风管、、喷淋头可选择PP、PVC、不锈钢材质，隔污挡板、填料主要选用PP材质。

实施例2

如前所述的污染性气体的净化方法，将污染性气体用喷淋系统喷淋后，溶解成液相的亲水性污染物和仍为气态的疏水性污染物，将溶液成液相的亲水性污染物通入液相降解部2进行光催化降解，仍为气态的疏水性污染物通入气相降解部1进行光催化降解。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种喷淋和光催化降解结合的净化装置，其特征在于，包括喷淋系统、液相降解部（2）和气相降解部（1），所述喷淋系统用于将污染气体中的亲水性污染物溶于液体中使得亲水性污染物和疏水性污染物分离；

液相降解部（2）用于接收从喷淋系统出来的亲水性污染物并将亲水性污染物进行降解处理；

气相降解部（1）用于接收从喷淋系统出来的疏水性污染物并将疏水性污染物进行降解处理；液相降解部（2）和气相降解部（1）均设置有光催化材料；

液相降解部（2）和气相降解部（1）之间设置有可共用的光源区（6），光源区（6）用于提供液相降解部（2）和气相降解部（1）二者降解所需的光源。

2.根据权利要求1所述的喷淋和光催化降解结合的净化装置，其特征在于，喷淋系统包括喷淋塔，喷淋塔内设置有喷淋区（3）和用于控制污染气体中的疏水性污染物湿度的除湿区（4），除湿区（4）设置在喷淋区（3）的上方。

3.根据权利要求2所述的喷淋和光催化降解结合的净化装置，其特征在于，除湿区（4）控制疏水性污染物的相对湿度30~50%。

4.根据权利要求2所述的喷淋和光催化降解结合的净化装置，其特征在于，喷淋区（3）下方设置有填料区（8）。

5.根据权利要求2所述的喷淋和光催化降解结合的净化装置，其特征在于，喷淋系统还包括蓄水部（5），蓄水部（5）和喷淋区（3）的出口相连，且蓄水部（5）和液相降解部（2）的入口相连，蓄水部（5）内水位高于液相降解部（2）水位。

6.根据权利要求5所述的喷淋和光催化降解结合的净化装置，其特征在于，蓄水部（5）外壁上还设置有用于防止水位过高的溢流口，蓄水部（5）底部还设置有用于清理沉积颗粒粉末的排污口（9）。

7.根据权利要求5所述的喷淋和光催化降解结合的净化装置，其特征在于，光源区（6）和气相降解部（1）之间连通，光源区（6）和液相降解部（2）之间设置有透明阻挡板。

8.根据权利要求1所述的喷淋和光催化降解结合的净化装置，其特征在于，喷淋系统和液相降解部（2）之间的液体流通道上设置有用于阻隔粉末颗粒进入液相降解部（2）的隔污挡板（10）。

9.根据权利要求8所述的喷淋和光催化降解结合的净化装置，其特征在于，隔污挡板（10）包括多个平行排列的过滤网，过滤网和流体流通道垂直设置。

10.如权利要求1-8任一项所述的喷淋和光催化降解结合的净化装置的净化方法，其特征在于，将污染性气体用喷淋系统喷淋后，溶解成液相的亲水性污染物和仍为气态的疏水性污染物，将溶液成液相的亲水性污染物通入液相降解部（2）进行光催化降解，仍为气态的疏水性污染物通入气相降解部（1）进行光催化降解。

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