CN110841471A - 一种一体化多介质催化废气处理装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种一体化多介质催化废气处理装置，由氧化反应槽、光催化剂回收系统、循环喷淋系统、吸收反应器、加药系统、臭氧发生系统、UV催化系统组成；吸收反应器包括填料分布层和臭氧催化氧化床层。本发明还公布一种使用方法：由加药系统添加双氧水或次氯酸钠在氧化反应槽中；废气通过进口进入吸收反应器，与臭氧发生系统产生的臭氧混合；循环喷淋系统将氧化吸收液雾化，经过填料分布层、臭氧催化氧化床层，净化后从出口排出；打开UV催化系统，处理后的氧化液溢流至光催化剂回收系统，回收后的催化剂泵送至氧化反应槽，上清液经过循环喷淋系统喷入吸收反应器。本发明装置结构简单、易操作，能改善目前处理效率低，二次污染严重的问题。

Description

一种一体化多介质催化废气处理装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种废气处理装置，具体为一种一体化多介质催化废气处理装 置。

背景技术

大气污染物排放量的增多是空气质量下降的主要原因，挥发性有机物 (VOCs)在大气光化学过程中起着非常重要的作用，影响着大气的氧化性、二 次气溶胶的形成和大气辐射等，对全球气候环境有着重要影响。

挥发性有机物是一类有机化合物的总称，在常温下它们的蒸发速率大，易挥 发，是造成空气污染的主要原因。典型VOCs包括苯类、酯类、醇类、酮类和醛 类等。VOCs还具有毒性、致畸致癌性，严重危害人体健康。

吸收法是常见的废气处理系统之一，但普通的吸收法效果差，尤其是针对水 溶性差的物质，如甲苯、二氯乙烷等等，同时，二次污染严重，特别是产生的大 量的吸收液的二次处理难度大，费用高，已不能完全满足现在的废气排放高标准 的要求。

因此，开发并推广应用高效，低二次污染的废气处理工艺迫在眉睫。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是：针对目前吸收法废气处理技术效率低、成本 高、运行不稳定等问题，而提供了一种能够快熟、高效、低成本地处理有机废气 的装置及其使用方法，效果好、结构紧凑、操作简便。

一种一体化多介质催化废气处理装置，由氧化反应槽1、光催化剂回收系统 2、循环喷淋系统3、吸收反应器4、加药系统7、臭氧发生系统8、UV催化系 统9、有机废气进口10、有机废气出口11组成；其中，所述吸收反应器4包括 填料分布层5和臭氧催化氧化床层6。

吸收反应器4的材质为的聚丙烯(PP)或不锈钢。

臭氧催化氧化床层6为多层金属改性的炭基多孔填料。

进一步的，所述氧化反应槽1中含有光催化剂，所述光催化剂回收系统2 包括磁回收段2-1和斜管段2-2。

回收段2-1和斜管段2-2能够实现固液分离，回收后的催化剂泵送至氧化反 应槽1。

进一步的，所述臭氧发生系统8通过外置于氧化反应槽1底部，通过管线与 氧化反应槽1相连，臭氧发生系统8产生的臭氧通过管线，采用液下曝气方式进 入氧化反应槽1，为了让臭氧气泡更加小，塔底采用微孔曝气盘。。

臭氧采用液下曝气方式进入氧化反应槽1，一方面起到氧化作用，另一方面 产生的气泡使得氧化反应槽1中的光催化剂呈流动状态，同时起到氧化循环液中 吸收的有机物、循环硫化的作用。

进一步的，所述UV催化系统9为了让UV光渗透更加均匀采用蜂窝式排布， 通过承插式布置于氧化反应槽1中部。

进一步的，所述氧化反应槽1中添加有磁性纳米二氧化钛颗粒。

进一步的，所述磁性纳米二氧化钛颗粒为TiO₂/Fe₂MnO4，投加量为 200mg/L～2000mg/L。

进一步的，所述加药系统7中含有氧化剂，所述氧化剂选自为双氧水和次氯 酸钠中的任意一种，氧化剂浓度为1％wt～5％wt。

进一步的，所述填料分布层5厚度为1～2m，所述臭氧催化氧化床层6厚度 为0.25～0.5m。

进一步的，一种一体化多介质催化废气处理方法，包含以下步骤：

S1：由加药系统7添加氧化剂在氧化反应槽1中，形成氧化液，控制氧化液 浓度为1％wt～5％wt，并加入磁性纳米二氧化钛颗粒催化剂，投加量为 200mg/L～2000mg/，形成带有催化剂的氧化吸收液；

S2：有机废气通过装置进口10进入，控制有机废气浓度，进入吸收反应器 4，与臭氧发生系统8产生的臭氧充分混合，控制臭氧投加量为1kg/h～10kg/h；

S3：由循环喷淋系统3将步骤S1形成的氧化吸收液雾化，由上至下依次经 过填料分布层5，臭氧催化氧化床层6，与混合废气充分吸收氧化，净化后的废 气从装置顶部的有机废气出口11排出，并测定排出废气浓度，吸收后的氧化液 自重进入氧化反应槽1；

S4：打开UV催化系统9，控制功率1kW～5kW，对步骤S3吸收后的氧化 液进行催化降解，处理后的氧化液溢流至光催化剂回收系统2，在外加磁场作用 和斜管沉降作用下进行固液分离回收，回收后的催化剂泵送至氧化反应槽1，上 清液经过循环喷淋系统3采用气液逆流方式由上至下喷入吸收反应器4。

有益效果：

1、本发明装置集合了臭氧催化氧化、光催化氧化以及化学催化氧化于一体， 不仅在气相中降解有机物，在吸收后的循环液中继续深度降解，大大减少吸收的 外排水量，效果好，二次污染少；

2、本装置巧妙的将臭氧氧化系统采用液下曝气方式，不仅可以实现循环液 的氧化降解，同时使得光催化剂的流化均值，提升UV催化降解效率；

3、本装置采用磁性纳米光催化剂，进行非均相反应，并设置了磁回收系统， 大大减少催化剂流失，并且大大降低循环喷淋系统的堵塞风险。

总之，本发明是一种具有在多介质体系中的多元催化、装置结构简单有机废 气的处理装置，解决现有技术效率不高，二次污染严重的技术难题，能大大缓解 VOCs污染问题。

附图说明

图1：一体化多介质催化废气处理装置的示意图。

其中：1—氧化反应槽、2—光催化剂回收系统、3—循环喷淋系统、4—吸收 反应器、5—填料分布层、6—臭氧催化氧化床层、7—加药系统、8—臭氧发生系 统、9—UV催化系统、10—有机废气进口、11—有机废气出口、2-1—磁回收段、 2-2—斜管段。

具体实施方式

结合附图1对本发明提供的装置及工艺作进一步说明，废气去除率通过分别 在进气口和出气口测量废气浓度，其浓度差为废气去除率。其中气体浓度检测可 在进口和出口处链接气体检测仪，也可采用其他常规检测方法。

实施例1

一种一体化多介质催化废气处理装置，由氧化反应槽1、光催化剂回收系统 2、循环喷淋系统3、吸收反应器4、加药系统7、臭氧发生系统8、UV催化系 统9、有机废气进口10、有机废气出口11组成；其中，所述吸收反应器4包括 填料分布层5和臭氧催化氧化床层6，其中光催化剂回收系统2包括磁回收段2-1 和斜管段2-2。

UV催化系统9采用蜂窝状承插式布置于氧化反应槽1中部，臭氧发生系统 8产生的臭氧进过管线，采用液下曝气方式进入氧化反应槽1，一方面起到氧化 作用，另一方面产生的气泡使得氧化反应槽1中的光催化剂呈流动状态，加药系 统7添加的氧化剂直接与循环液均项混合；氧化反应槽1的循环液通过溢流进入 光催化剂回收系统2，该系统包括的磁回收段和斜管段实现固液分离，回收后的 催化剂泵送至氧化反应槽1，上清液经过循环喷淋系统3采用气液逆流方式由上 至下喷入吸收反应器4，分别经过吸收反应器4内的填料分布层5和臭氧催化氧 化床层6进行充分反应，反应后的液相自重回落至氧化反应槽1，依次循环该过 程，实现多介质体系的氧化反应过程，去除有机VOCs。

本发明的工作过程如下：

S1：由加药系统7添加双氧水在氧化反应槽1中，控制双氧水浓度为3％wt， 并加入磁性纳米二氧化钛颗粒催化剂，投加量为200mg/L；

S2：有机废气甲苯通过装置进口10进入，控制甲苯浓度为500mg/m³，进入 吸收反应器4，与臭氧发生系统8产生的臭氧充分混合，控制臭氧投加量为1kg/h ～10kg/h；

S3：由循环喷淋系统3将氧化吸收液雾化，由上至下分别经过填料分布层5， 厚度约为2m，臭氧催化氧化床层6，厚度约为0.25m，与甲苯充分吸收氧化，净 化后的废气从装置顶部的有机废气出口11排出，测定其浓度为24mg/m³，吸收 后的氧化液自重进入氧化反应槽1；

S4：打开UV催化系统9，控制功率5kW，对吸收液进行催化降解，处理后 的氧化液溢流至光催化剂回收系统2，在外加磁场作用和斜管沉降作用下进行固 液分离回收，回收后的催化剂泵送至氧化反应槽1，上清液经过循环喷淋系统3 采用气液逆流方式由上至下喷入吸收反应器4。

持续上述工作过程，装置运行1h效果稳定，甲苯去除率达到95.2％。

实施例2

一种一体化多介质催化废气处理装置，由氧化反应槽1、光催化剂回收系统 2、循环喷淋系统3、吸收反应器4、加药系统7、臭氧发生系统8、UV催化系 统9、有机废气进口10、有机废气出口11组成；其中，所述吸收反应器4包括 填料分布层5和臭氧催化氧化床层6，其中光催化剂回收系统2包括磁回收段2-1 和斜管段2-2。

UV催化系统9采用蜂窝状承插式布置于氧化反应槽1中部，臭氧发生系统 8产生的臭氧进过管线，采用液下曝气方式进入氧化反应槽1，一方面起到氧化 作用，另一方面产生的气泡使得氧化反应槽1中的光催化剂呈流动状态，加药系 统7添加的氧化剂直接与循环液均项混合；氧化反应槽1的循环液通过溢流进入 光催化剂回收系统2，该系统包括的磁回收段和斜管段实现固液分离，回收后的 催化剂泵送至氧化反应槽1，上清液经过循环喷淋系统3采用气液逆流方式由上 至下喷入吸收反应器4，分别经过吸收反应器4内的填料分布层5和臭氧催化氧 化床层6进行充分反应，反应后的液相自重回落至氧化反应槽1，依次循环该过 程，实现多介质体系的氧化反应过程，去除有机VOCs。

本发明的工作过程如下：

S1：由加药系统7添加次氯酸钠在氧化反应槽1中，控制次氯酸钠浓度为 5％wt，并加入磁性纳米二氧化钛颗粒催化剂，投加量为1000mg/L；

S2：有机废气二氯乙烷通过装置进口10进入，控制二氯乙烷浓度为 200mg/m³，进入吸收反应器4，与臭氧发生系统8产生的臭氧充分混合，控制臭 氧投加量为1kg/h～10kg/h；

S3：由循环喷淋系统3将氧化吸收液雾化，由上至下分别经过填料分布层5， 厚度约为1m，臭氧催化氧化床层6，厚度约为0.5m，与二氯乙烷充分吸收氧化， 净化后的废气从装置顶部的有机废气出口11排出，测定其浓度为14mg/m³，吸 收后的氧化液自重进入氧化反应槽1；

S4：打开UV催化系统9，控制功率3kW，对吸收液进行催化降解，处理后 的氧化液溢流至光催化剂回收系统2，在外加磁场作用和斜管沉降作用下进行固 液分离回收，回收后的催化剂泵送至氧化反应槽1，上清液经过循环喷淋系统3 采用气液逆流方式由上至下喷入吸收反应器4。

持续上述工作过程，装置运行1h效果稳定，二氯乙烷去除率达到93％。

实施例3

一种一体化多介质催化废气处理装置，由氧化反应槽1、光催化剂回收系统 2、循环喷淋系统3、吸收反应器4、加药系统7、臭氧发生系统8、UV催化系 统9、有机废气进口10、有机废气出口11组成；其中，所述吸收反应器4包括 填料分布层5和臭氧催化氧化床层6，其中光催化剂回收系统2包括磁回收段2-1 和斜管段2-2。

UV催化系统9采用蜂窝状承插式布置于氧化反应槽1中部，臭氧发生系统 8产生的臭氧进过管线，采用液下曝气方式进入氧化反应槽1，一方面起到氧化 作用，另一方面产生的气泡使得氧化反应槽1中的光催化剂呈流动状态，加药系 统7添加的氧化剂直接与循环液均项混合；氧化反应槽1的循环液通过溢流进入 光催化剂回收系统2，该系统包括的磁回收段和斜管段实现固液分离，回收后的 催化剂泵送至氧化反应槽1，上清液经过循环喷淋系统3采用气液逆流方式由上 至下喷入吸收反应器4，分别经过吸收反应器4内的填料分布层5和臭氧催化氧 化床层6进行充分反应，反应后的液相自重回落至氧化反应槽1，依次循环该过 程，实现多介质体系的氧化反应过程，去除有机VOCs。

本发明的工作过程如下：

S1：由加药系统7添加双氧水在氧化反应槽1中，控制双氧水浓度为1％wt， 并加入磁性纳米二氧化钛颗粒催化剂，投加量为2000mg/L；

S2：DMF(N,N-二甲基甲酰胺)通过装置进口10进入，控制DMF浓度为 800mg/m³，进入吸收反应器4，与臭氧发生系统8产生的臭氧充分混合，控制臭 氧投加量为1kg/h～10kg/h；

S3：由循环喷淋系统3将氧化吸收液雾化，由上至下分别经过填料分布层5， 厚度约为1.5m，臭氧催化氧化床层6，厚度约为0.3m，与二氯乙烷充分吸收氧 化，净化后的废气从装置顶部的有机废气出口11排出，测定其浓度为24mg/m³， 吸收后的氧化液自重进入氧化反应槽1；

S4：打开UV催化系统9，控制功率1kW，对吸收液进行催化降解，处理后 的氧化液溢流至光催化剂回收系统2，在外加磁场作用和斜管沉降作用下进行固 液分离回收，回收后的催化剂泵送至氧化反应槽1，上清液经过循环喷淋系统3 采用气液逆流方式由上至下喷入吸收反应器4。

持续上述工作过程，装置运行1h效果稳定，DMF去除率达到97％以上。

实施例4

一种一体化多介质催化废气处理装置，由氧化反应槽1、光催化剂回收系统 2、循环喷淋系统3、吸收反应器4、加药系统7、臭氧发生系统8、UV催化系 统9、有机废气进口10、有机废气出口11组成；其中，所述吸收反应器4包括 填料分布层5和臭氧催化氧化床层6，其中光催化剂回收系统2包括磁回收段2-1 和斜管段2-2。

UV催化系统9采用蜂窝状承插式布置于氧化反应槽1中部，臭氧发生系统 8产生的臭氧进过管线，采用液下曝气方式进入氧化反应槽1，一方面起到氧化 作用，另一方面产生的气泡使得氧化反应槽1中的光催化剂呈流动状态，加药系 统7添加的氧化剂直接与循环液均项混合；氧化反应槽1的循环液通过溢流进入 光催化剂回收系统2，该系统包括的磁回收段和斜管段实现固液分离，回收后的 催化剂泵送至氧化反应槽1，上清液经过循环喷淋系统3采用气液逆流方式由上 至下喷入吸收反应器4，分别经过吸收反应器4内的填料分布层5和臭氧催化氧 化床层6进行充分反应，反应后的液相自重回落至氧化反应槽1，依次循环该过 程，实现多介质体系的氧化反应过程，去除有机VOCs。

本发明的工作过程如下：

S1：由加药系统7添加次氯酸钠在氧化反应槽1中，控制次氯酸钠浓度为 1％wt，并加入磁性纳米二氧化钛颗粒催化剂，投加量为800mg/L；

S2：有机废气苯乙烯通过装置进口10进入，控制苯乙烯浓度为200mg/m³， 进入吸收反应器4，与臭氧发生系统8产生的臭氧充分混合，控制臭氧投加量为 1kg/h～10kg/h；

S3：由循环喷淋系统3将氧化吸收液雾化，由上至下分别经过填料分布层5， 厚度约为2m，臭氧催化氧化床层6，厚度约为0.3m，与二氯乙烷充分吸收氧化， 净化后的废气从装置顶部的有机废气出口11排出，测定其浓度为8mg/m³，吸收 后的氧化液自重进入氧化反应槽1；

S4：打开UV催化系统9，控制功率4kW，对吸收液进行催化降解，处理后 的氧化液溢流至光催化剂回收系统2，在外加磁场作用和斜管沉降作用下进行固 液分离回收，回收后的催化剂泵送至氧化反应槽1，上清液经过循环喷淋系统3 采用气液逆流方式由上至下喷入吸收反应器4。

持续上述工作过程，装置运行1h效果稳定，苯乙烯去除率达到96％。

实施例5

一种一体化多介质催化废气处理装置，由氧化反应槽1、光催化剂回收系统 2、循环喷淋系统3、吸收反应器4、加药系统7、臭氧发生系统8、UV催化系 统9、有机废气进口10、有机废气出口11组成；其中，所述吸收反应器4包括 填料分布层5和臭氧催化氧化床层6，其中光催化剂回收系统2包括磁回收段2-1 和斜管段2-2。

UV催化系统9采用蜂窝状承插式布置于氧化反应槽1中部，臭氧发生系统 8产生的臭氧进过管线，采用液下曝气方式进入氧化反应槽1，一方面起到氧化 作用，另一方面产生的气泡使得氧化反应槽1中的光催化剂呈流动状态，加药系 统7添加的氧化剂直接与循环液均项混合；氧化反应槽1的循环液通过溢流进入 光催化剂回收系统2，该系统包括的磁回收段和斜管段实现固液分离，回收后的 催化剂泵送至氧化反应槽1，上清液经过循环喷淋系统3采用气液逆流方式由上 至下喷入吸收反应器4，分别经过吸收反应器4内的填料分布层5和臭氧催化氧 化床层6进行充分反应，反应后的液相自重回落至氧化反应槽1，依次循环该过 程，实现多介质体系的氧化反应过程，去除有机VOCs。

本发明的工作过程如下：

S1：由加药系统7添加双氧水在氧化反应槽1中，控制双氧水浓度为5％wt， 并加入磁性纳米二氧化钛颗粒催化剂，投加量为2000mg/L；

S2：有机废气丙烯醛通过装置进口10进入，控制丙烯醛浓度为1200mg/m³， 进入吸收反应器4，与臭氧发生系统8产生的臭氧充分混合，控制臭氧投加量为 1kg/h～10kg/h；

S3：由循环喷淋系统3将氧化吸收液雾化，由上至下分别经过填料分布层5， 厚度约为2m，臭氧催化氧化床层6，厚度约为0.5m，与二氯乙烷充分吸收氧化， 净化后的废气从装置顶部的有机废气出口11排出，测定其浓度为60mg/m³，吸 收后的氧化液自重进入氧化反应槽1；

S4：打开UV催化系统9，控制功率5kW，对吸收液进行催化降解，处理后 的氧化液溢流至光催化剂回收系统2，在外加磁场作用和斜管沉降作用下进行固 液分离回收，回收后的催化剂泵送至氧化反应槽1，上清液经过循环喷淋系统3 采用气液逆流方式由上至下喷入吸收反应器4。

持续上述工作过程，装置运行1h效果稳定，丙烯醛去除率达到95％。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限 于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据技术方 案及发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种一体化多介质催化废气处理装置，其特征在于，由氧化反应槽1、光催化剂回收系统2、循环喷淋系统3、吸收反应器4、加药系统7、臭氧发生系统8、UV催化系统9、有机废气进口10、有机废气出口11组成；其中，所述吸收反应器4包括填料分布层5和臭氧催化氧化床层6。

2.根据权利要求1所述的一种一体化多介质催化废气处理装置，其特征在于，所述氧化反应槽1中含有光催化剂，所述光催化剂回收系统2包括磁回收段2-1和斜管段2-2。

3.根据权利要求1所述的一种一体化多介质催化废气处理装置，其特征在于，所述臭氧发生系统8通过外置于氧化反应槽1底部，通过管线与氧化反应槽1相连，臭氧发生系统8产生的臭氧通过管线，采用液下曝气方式进入氧化反应槽1。

4.根据权利要求1所述的一种一体化多介质催化废气处理装置，其特征在于，所述UV催化系统9蜂窝式排布，通过承插式布置于氧化反应槽1中部。

5.根据权利要求1所述的一种一体化多介质催化废气处理装置，其特征在于，所述氧化反应槽1中添加有磁性纳米二氧化钛颗粒。

6.根据权利要求5所述的一种一体化多介质催化废气处理装置，其特征在于，所述磁性纳米二氧化钛颗粒为TiO₂/Fe₂MnO4，投加量为200mg/L～2000mg/L。

7.根据权利要求1所述的一种一体化多介质催化废气处理装置，其特征在于，所述加药系统7中含有氧化剂，所述氧化剂选自为双氧水和次氯酸钠中的任意一种，氧化剂浓度为1％wt～5％wt。

8.根据权利要求1所述的一种一体化多介质催化废气处理装置，其特征在于，所述填料分布层5厚度为1～2m，所述臭氧催化氧化床层6为多层金属改性的炭基多孔填料，厚度为0.25～0.5m。

9.根据权利要求1-8任一项所述的一种一体化多介质催化废气处理方法，其特征在于，包含以下步骤：

S1：由加药系统7添加氧化剂在氧化反应槽1中形成氧化液，控制氧化液浓度为1％wt～5％wt，并加入磁性纳米二氧化钛颗粒催化剂，投加量为200mg/L～2000mg/L，形成具有催化剂的氧化吸收液；

S2：有机废气通过装置进口10进入，控制有机废气浓度，进入吸收反应器4，与臭氧发生系统8产生的臭氧充分混合，控制臭氧投加量为1kg/h～10kg/h；

S3：由循环喷淋系统3将步骤S1制得的氧化吸收液雾化，由上至下依次经过填料分布层5，臭氧催化氧化床层6，与混合废气充分吸收氧化，净化后的废气从装置顶部的有机废气出口11排出，并测定排出废气浓度，吸收后的氧化液自重进入氧化反应槽1；

S4：打开UV催化系统9，控制功率1kW～5kW，对步骤S3吸收后的氧化液进行催化降解，处理后的氧化液溢流至光催化剂回收系统2，在外加磁场作用和斜管沉降作用下进行固液分离回收，回收后的催化剂泵送至氧化反应槽1，上清液经过循环喷淋系统3采用气液逆流方式由上至下喷入吸收反应器4。

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