CN110064291A - 集成式低浓度恶臭废气处理装置 - Google Patents

集成式低浓度恶臭废气处理装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种集成式低浓度恶臭废气处理装置。包括：由上到下依次连通的上箱体、光催化箱、活性炭箱和下箱体；所述的光催化箱内上下各有1块花板，两块花板间竖向设置有等离子体‑光催化反应陶瓷管；所述的活性炭箱的上侧设置1块花板，花板下侧安装波纹形活性炭纤维布袋。本装置不仅结构紧凑、维护简单，同时具有低能耗、高效率的特点，又可达到设计安全要求。

Description

集成式低浓度恶臭废气处理装置
技术领域
本发明涉及一种集成式低浓度恶臭废气处理装置。
背景技术
恶臭是指一切刺激嗅觉器官引起人们不愉快及损害生活环境的气体物质，从广义上说，人们通常把散发在大气中的一切异味物质统称为恶臭气体，除了H2S和NH3等属于无机恶臭物质，其余大多数恶臭气体为有机物质。
目前，我国已经制定了严格的恶臭污染物排放标准，且对于化工厂、制药厂、炼油厂等产生的高浓度恶臭气体治理技术已趋向成熟，相关企业大都采取了较为合理的处理措施，但是对于污水处理厂、食品加工企业、垃圾处理车间等产生的低浓度恶臭气体的治理，仍缺少适当的处理方法。部分企业产生废气的臭气浓度已在国家排放标准以下，但由于周边环境要求，仍需治理降低异味。
此类恶臭污染，由于有机物质浓度较低，不适用燃烧类设备；如果使用生物过滤设备，则存在投资大，占地大，有机负荷不易调节等问题；采用传统低温等离子体反应器串联活性炭吸附装置，存在停留时间短，对低浓度范围有机物质净化不彻底，活性炭吸附装置阻力大，占地相对较大等问题。
发明内容
为克服上述缺陷，本发明的目的在于提供一种结构紧凑、多种净化工艺高度集成、低浓度范围净化效率高、运行维护简便、适用于处理臭气浓度低于5000(无量纲)的集成式低浓度恶臭废气处理装置。
为实现本发明的上述目的，本发明集成式低浓度恶臭废气处理装置，包括：
由上到下依次连通的上箱体、光催化箱、活性炭箱和下箱体；其中，进气口设置在上箱体上，出气口设置在下箱体上；
所述的光催化箱内上下各有1块花板，两块花板间竖向设置有等离子体-光催化反应陶瓷管；
所述的活性炭箱的上侧设置1块花板，花板下侧安装波纹形活性炭纤维布袋。
优选的，所述的气流分布装置由一层碳钢多孔板构成，所述的多孔板开孔率为30％，孔径为30mm。
优选的，所述的等离子体-光催化反应陶瓷管包括：
电晕线、镀膜陶瓷环(填料)、陶瓷环固定装置、
陶瓷管、陶瓷管外设置有铜网层；在陶瓷管内设置有填料；
所述的电晕线穿设在陶瓷管内中部。
优选的，所述下箱体内设置有气流分布装置。
优选的，所述填料为镀膜陶瓷环；镀膜陶瓷环采用浸渍挂膜法外镀一层纳米级二氧化钛；所述的镀膜陶瓷环由上下支撑结构固定于陶瓷管内；所述陶瓷管上下接花板，气流通过陶瓷管上下两端流通；所述铜网层固定于每根陶瓷管外部，并连接接地极。
优选的，所述波纹形活性炭纤维布袋，由活性炭纤维布制成波纹形状，套于袋笼外部；所述袋笼为波纹形碳钢喷塑袋笼，为波纹形活性炭纤维布袋支撑骨架。
本发明集成低温等离子体、光催化与活性炭吸附三种净化工艺，其结构特征主要有以下几点：
(1)采用表面附着纳米级TiO2的陶瓷拉西环作为介质阻挡放电的填料，并利用气体微放电产生的紫外光作为光催化反应的光源；
(2)采用低温等离子体+光催化陶瓷管多管并联结构，恶臭气体仅从管内通过；
(3)采用波纹结构的活性炭纤维布袋，布袋骨架为波纹形袋笼，袋笼采用波纹形钢结构；
(4)上下设置两处气体分布板，采用开孔率30％的多孔板结构。
本发明采用以上技术方案后具有以下优点：
本发明适用于臭气浓度低于5000(无量纲)的恶臭废气净化。高度集成低温等离子体、光催化及吸附(活性炭纤维)三种传统恶臭净化工艺
本发明使用附着纳米级TiO2的陶瓷拉西环作为介质阻挡放电的填料，相对于传统单介质或双介质(板式或管式)放电反应器，增强了产生高能粒子的密度，提高了净化效率。相对于国内目前常采用的光触媒板，表面积巨大，光催化性能显著提升。
本发明使用填料表面气体微放电产生的紫外光作为光催化反应的光源，紫外光在纳米级TiO2的催化作用下，与恶臭污染物分子产生光催化反应，相对于目前国内广泛采用的UV光氧反应器使用的UV紫外灯管，具有高效节能，光源分布均匀等特点。
本发明使用低温等离子体+光催化陶瓷管多管并联结构，恶臭气体仅从管内通过，将反应区域限制在陶瓷管内进行，将大气量的气体分散在各个分管中进行处理，始终将污染物控制在反应中心区域，同时提高了单位体积恶臭废气的净化停留时间，使反应更加强烈彻底。
本发明采用波纹结构的活性炭纤维布袋，相比于板式结构，在一定空间范围内所能设置的活性炭纤维面积显著提高，延长了过滤材料更换周期。
本发明采用的上下气流分布装置，使整体装置的气流分布均匀，有利于废气净化效率的提高、增长设备使用寿命、降低系统结构阻力。
本发明装置能耗低，介质阻挡放电外加电压较高(电源为高压交流电源，反应电压在16kV-23kV之间)，但介质阻挡放电的电流仅表现为放电空间内存在的大量微放电，即电流细丝的传导状态，放电功率低。
本发明的具体技术效果体现在：
1)恶臭气体仅从管内通过，将反应区域限制在陶瓷管内进行，解决了低温等离子体净化装置由于恶臭污染物与中心反应区域距离不均导致反应强度较低，净化效率低的问题。
2)提出“上进下出，先低温等离子体+光催化净化，后活性炭纤维深度净化的工艺及结构”，由于采用纵向布置，该工艺装置的占地面积小，阻力低，特别适用于有场地限制的恶臭废气净化工程。
附图说明
图1为本发明一种集成式低浓度恶臭废气处理装置的结构示意图；
图2为低温等离子体+光催化反应陶瓷管结构示意图；
图3为本发明采用的波纹形活性炭纤维布袋结构俯视图；
图4为本发明一种集成式低浓度恶臭废气处理装置的净化原理图；
图中，1-进气口；2-上箱体；3-外部壳体；4-气流分布装置1；5-中箱体1；6-花板(上)；7-陶瓷管；8-电晕线；9-覆膜陶瓷环填料；10-铜网层；11-接地极；12-填料支撑板；13-高压线引入点；14-花板(中)；15-花板(下)；16-活性炭纤维布袋；17-袋笼；18-中箱体2；19-气流分布装置2；20-下箱体；21-出气口；22-观察人孔(下)；23-观察人孔(上)；72-镀膜陶瓷环填料；71-铜网层。
具体实施方式
为了进一步描述本发明，下面结合附图对本发明一种集成式低浓度恶臭废气处理装置作更详细说明。
由图1所示的本发明一种集成式低浓度恶臭废气处理装置的结构联系示意图看出，本实用新型臭氧发生装置是由进气口1、上箱体2、外部壳体3、气流分布装置(上)4、中箱体(上)5、花板(上)6、陶瓷管7、电晕线8、覆膜陶瓷环填料9、铜网层10、接地极11、填料支撑板12、高压线引入点13、花板(中)14、花板(下)15、活性炭纤维布袋16、袋笼17、中箱体(下)18、气流分布装置(下)19、下箱体20、出气口21、观察人孔(下)22、观察人孔(上)23等部分有机组合而成。
外部壳体3由钢板加工制成，起到外部支撑作用，进气口1、出气口21壳体相连接。
花板(上)6、花板(中)14、花板(下)15将壳体内分隔成为四个区域，即上箱体2、中箱体(上)5、中箱体(下)18以及下箱体20。下箱体与进气口1相连接，属于洁净空气外排区域。
中箱体1，属于低温等离子体+光催化反应区域。陶瓷管7竖直固定在花板(上)6、花板(中)14之间；下箱体20属于吸附反应区域，活性炭纤维布袋16与袋笼17固定在花板(下)15下方。
高压电源接入点13连接工频高压电源输出端，内接电晕线穿过各个陶瓷管的中心，接地极11连接各反应管陶瓷内管外表面铜丝网。
由图2所示的本发明一种集成式低浓度恶臭废气处理装置的低温等离子体+光催化反应陶瓷管的结构示意图，所述的反应陶瓷管主要由电晕线8、填料72、铜网层71、陶瓷管7组成。其中填料为附着有纳米级二氧化钛的陶瓷环。
由图3所示的本发明一种集成式低浓度恶臭废气处理装置的吸附反应活性炭纤维布袋的结构示意图，所述的活性炭纤维布袋主要由波纹型活性炭纤维布袋1与袋笼2组成。
本发明一种集成式低浓度恶臭废气处理装置工作原理示意图并结合图1可以看出，低浓度恶臭废气从上部进气口1进入上箱体2，在上箱体内通过气流分布装置(上)进行整流后，从花板(上)进入反应陶瓷管内，在填料区域，由于低温等离子体+光催化反应，产生大量活性高能粒子与臭氧分子，与废气中的恶臭污染物分子相撞并反应，大部分恶臭污染物被氧化分解为CO2、H2O等小分子；恶臭废气经过低温等离子体+光催化反应后从中箱体(下)通过花板(下)进入波纹型活性炭纤维布袋进行吸附反应。吸附反应后经过气流分布装置(下)再次整流后，由出气口21排出。
本发明装置的工作原理是：低浓度恶臭废气通过进气口进入上箱体，首先经过气流分布板进行整流，整流后的废气从花板处进入陶瓷管上端，电晕线加压起晕后，在镀膜陶瓷环(填料)与陶瓷管介质阻挡作用下，产生低温等离子体，可对恶臭污染物进行净化；同时镀膜陶瓷环(填料)表面锐边处在气体放电及电场作用下产生微放电，伴随产生紫外光，基于纳米TiO2光催化原理，在适宜波长的光的照射下TiO2能将恶臭污染物催化降解；废气在经过陶瓷管时，即通过低温等离子体及光催化反应区域后，污染物浓度已降至很低(臭气浓度低于500)，再经过中箱体2中花板进入波纹形活性炭纤维布袋，在活性炭纤维布袋完成吸附过程，可将低浓度恶臭废气浓度降至200以下；通过活性炭纤维布袋后，进入下箱体气流分布板，整流后从出气口排出。
本发明装置主要净化反应过程：
(1)低温等离子体在处理恶臭中的主要反应
低温等离子体在处理恶臭中的主要反应可分为电子、离子、自由基及分子碰撞反应四种形式。介质阻挡放电过程中形成的微放电引发高能电场，进而产生高能电子。高能电子与气体分子碰撞后生成许多电子、离子、亚稳态粒子及自由基等活性粒子，常见的自由基如OH、基态氧原子O(3 P)、亚稳态氧原子O(1D)、HO，在这些活性粒子的作用下，恶臭气体分子的化学键断裂，促使其分解成无害或低害的小分子。其部分反应式如下：
e+O2→O+O+e,
e+H2O→OH+H+e,
e+O2→2e+O+2,
e+O2→2e+O++O(3P)orO(1D),
H2S+O2(O-2或O+2)→SO3+H2O,
NH3+O2(O-2或O+2)→NOx+H2O,
VOCs+O2(O-2或O+2)→CO2+H2O。
从上述反应来看，恶臭组分经过低温等离子体处理后，转变为SO2、NOX、CO2、H2O等无害或低害的小分子，易被进一步吸收或被大气稀释。
(2)光催化在处理恶臭中的主要反应
半导体粒子具有能带结构，一般由填满电子的低能价带(valence band，VB)和空的高能导带(conduction band，CB)构成，价带和导带之间存在禁带。当用能量等于或大于禁带宽度(也称带隙，Eg)的光照射半导体时，价带上的电子(e-)被激发跃迁到导带，在价带上产生空穴(h+)，并在电场作用下分离并迁移到粒子表面，光生空穴因具有极强的得电子能力，而具有很强的氧化能力，将其表面吸附的OH-和H2O分子氧化成·OH自由基，而·OH几乎无选择地将恶臭污染物氧化，并最终降解为CO2、H2O等无毒或低毒的小分子，也有部分恶臭污染物与h+直接反应，而迁移到表面的e-则具有很强的还原能力。基于纳米TiO2光催化原理，在适宜波长的光的照射下TiO2能将恶臭污染物催化降解。反应方程式：
TiO2+光照→h+
OH-+H2O+h+→·OH
·OH+H2S→H2O+SO2
e-+h+→TiO2
(3)活性炭纤维吸附反应
活性炭的吸附可分为物理吸附和化学吸附。物理吸附主要依托活性炭的多孔结构提供的大量表面积，从而使其非常容易达到吸收恶臭分子的目的。除了物理吸附之外，活性炭表面常含有少量化学结合、功能团形式的氧和氢，这些表面上含有的氧化物或络合物可与被吸附的恶臭分子发生化学反应从而完成降解作用。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种集成式低浓度恶臭废气处理装置，其特征在于，包括：
由上到下依次连通的上箱体、光催化箱、活性炭箱和下箱体；其中，进气口设置在上箱体上，出气口设置在下箱体上；
所述的光催化箱内上下各有1块花板，两块花板间竖向设置有等离子体-光催化反应陶瓷管；
所述的活性炭箱的上侧设置1块花板，花板下侧安装波纹形活性炭纤维布袋。
2.如权利要求1所述的集成式低浓度恶臭废气处理装置，其特征在于，所述的气流分布装置由一层碳钢多孔板构成，所述的多孔板开孔率为30％，孔径为30mm。
3.如权利要求1所述的集成式低浓度恶臭废气处理装置，其特征在于，所述的等离子体-光催化反应陶瓷管包括：
电晕线、镀膜陶瓷环(填料)、陶瓷环固定装置、
陶瓷管、陶瓷管外设置有铜网层；在陶瓷管内设置有填料；
所述的电晕线穿设在陶瓷管内中部。
4.如权利要求1所述的集成式低浓度恶臭废气处理装置，其特征在于，所述下箱体内设置有气流分布装置。
5.如权利要求1所述的集成式低浓度恶臭废气处理装置，其特征在于，所述填料为镀膜陶瓷环；镀膜陶瓷环采用浸渍挂膜法外镀一层纳米级二氧化钛；所述的镀膜陶瓷环由上下支撑结构固定于陶瓷管内；所述陶瓷管上下接花板，气流通过陶瓷管上下两端流通；所述铜网层固定于每根陶瓷管外部，并连接接地极。
6.如权利要求1所述的集成式低浓度恶臭废气处理装置，其特征在于，所述波纹形活性炭纤维布袋，由活性炭纤维布制成波纹形状，套于袋笼外部；所述袋笼为波纹形碳钢喷塑袋笼，为波纹形活性炭纤维布袋支撑骨架。
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