CN116571080B - 一种VOCs的多相集成处理系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种VOCs的多相集成处理系统及方法，该装置包括相互连通的管道式均相氧化处理单元、塔式非均相氧化处理单元和微纳米臭氧气泡发生单元。本发明多相集成处理系统，在管道式均相氧化处理单元、塔式非均相氧化处理单元和微纳米臭氧气泡发生单元的共同作用下，可实现对VOCs废气的高效处理，具有安全性高、全寿命周期成本低、适用范围广、处理效率高、净化效果好、环境优化等优点，是一种可以被广泛使用的新型VOCs处理系统，对于有效净化污染废气具有十分重要的现实意义。

Description

一种VOCs的多相集成处理系统及方法

技术领域

本发明属于VOCs降解领域，涉及一种VOCs的处理系统和方法，具体涉及一种VOCs的多相集成处理系统及方法。

背景技术

挥发性有机污染物（VOCs）种类繁多，成分复杂，而且大部分VOCs具有毒性会，对人体造成不同程度的损伤，也是引发臭氧污染和光化学烟雾的主要元凶，因此，对VOCs污染进行有效整治，已经成为亟需解决问题。

受制于目前的生产技术水平，大批量的源头减排还难以进行，因而目前应对VOCs污染的主要手段仍然需依靠末端的治理技术，这其中VOCs处理方法主要分为两类，一是将废气中的VOCs消除（如：燃烧法、等离子体氧化、生物降解、UV光降解等方法），能够最终生成对环境无害的小分子物质；二是从废气中分离VOCs（如：冷凝、膜分离、吸附、吸收等方法），分离工艺以物理工艺为主，对VOCs进行富集达到分离目的。由于此类工艺不会对物质造成破坏，可以对有价值物质进行回收。然而，现有VOCs消除技术中，燃烧法虽然净化效率高，但是安全风险高，尤其对于苯及其同系物等爆炸下限较低的有机挥发物，需要安装可燃气体在线监测仪、紧急切断阀等设备，增加建设成本，而且处理含卤、硫类的VOCs时很容易生成二噁英、二氧化硫等二次污染；生物法对温度变化敏感，对于污染物具有较高选择性，维护成本高，而且对于疏水性VOCs去除效率低；等离子体氧化技术受限于等离子发生器规模，UV光解技术受限于相对较低的量子效率，均导致VOCs处理效率难以达标。因此，急需开发出清洁环保、高效低能耗的新型VOCs处理技术，来解决VOCs的污染问题。

目前，已有研究人员提出了一种回收和处理的联合处理系统，包括回收子系统和净化子系统，首先利用回收子系统冷凝和收集VOCs废气，然后利用净化子系统中的多组层级设计，完成对剩余VOCs废气的物理吸附、光催化氧化和催化剂氧化。然而，上述的联合处理系统还存在以下不足之处：（1）回收子系统仅仅只能将气态VOCs废气转成液态，并不能降解VOCs，因而容易增加后续净化子系统的运行负荷，甚至难以实现废气的达标排放，而且转移到液体中的VOCs冷却液毒害性更高，仍然需要进一步无害化处理，但其并未提出改进措施；（2）经回收至系统中输入的剩余VOCs废气直接通入到净化子系统的处理塔中，容易产生返混，且传质效率低，不利于垂直下落的喷淋液接触，导致实际降解效率较低，而且未进行分流，导致处理塔的运行负荷较高，若要达标排放，需要增加处理塔的高度，这不利于降低制造成本，也容易造成施工、维修操作困难；（3）净化子系统的处理塔中采用多组层级设计的紫外光催化单元，不仅容易增加处理塔的高度，而且所使用的紫外线灯安装、使用、维护困难，因而难以大规模应用；（4）采用光催化氧化臭氧的降解技术仍然存在臭氧传质效率低，与VOCs接触反应时间短等缺陷，难以高效净化VOCs废气；(5) 仅仅采用紫外光产生臭氧的浓度低，难以在催化填料层高效净化VOCs废气。

另外，也有研究人员提出了一种基于物理吸附、催化氧化和光催化联合的VOCs处理装置，在处理腔中先利用由上而下自由降落的水或饱和吸收液对VOCs废气进行吸收，然后利用臭氧水机中产生的臭氧微气泡对水或吸收液中VOCs废气进行第一次降解，进一步的，将吸收有VOCs废气的水或吸收液通入到催化氧化单元中，通过催化剂与臭氧的协同作用进一步提高降解的效率，更进一步的，继续将吸收有VOCs废气的水或吸收液通入到空化器中对废水中的污染物进行二次降解，最后VOCs废气经除雾层吸收水分后继续通入到光催化器中，将尾气中剩余的VOCs废气彻底降解为二氧化碳和水。然而，上述的VOCs处理装置仍然存在以下不足：（a）直接将VOCs废气通入到吸收池或喷淋头下方的反应腔室内，水或吸收液对VOCs废气的吸收效果差，难以高效的将VOCs废气转移到液相中，且容易造成处理腔内的气体多次向下移动（返混），不利于提高处理效率；（b）臭氧发生器独立设置在吸收池外部，且吸收池中吸附有VOCs废气的水或吸收液通过吸收池的出口通入到臭氧发生器中与臭氧微纳米气泡混合，仅用于降解水中所含有机物，并未直接将臭氧微纳米气泡与VOCs反应，结果是反应效率低；（c）催化氧化单元、空化器设置在处理腔外部，不仅没有合理利用处理腔内部的空间，而且容易导致处理系统的占地面积明显增加，使用成本高且不方便，同时，若降低催化氧化单元、空化器设置的体积则必然会导致它们对VOCs废气的降解消化变差；（d）VOCs废气侧向进入处理厢后与喷淋头中的吸收液直接接触，不仅容易容易造成返混，而且不利于提高吸收液对VOCs废气的吸收效果，结果是通入到处理腔中的VOCs废气大部分在未进行任何处理便已经从出口排出，不仅会增加后续光催化器的负荷，也容易造成废气难以达标排放（e）与处理腔出口端连通的光催化器和活性炭箱，均设置在处理腔外部，也会增加整个处理系统的占地面积，而且会显著增加设备制造成本和使用、维护成本。

此外，还有研究人员提出了一种基于常温臭氧催化氧化和微纳米气泡的VOCs治理设备及方法，在预处理区中利用旋风除尘器除去VOCs废气中超过99%的颗粒物，然后与臭氧混合后经过催化反应区进行开环氧化分解，在深度净化区，通过自上而下的VOCs废气与喷淋的微纳米气泡溶液相互对流并混合均匀，利用微纳米气泡特性强化喷淋过程的降解能力。上述的VOCs处理装置仍然存在以下不足：（1）在输送官道上设置由紫外线灯管组成的臭氧分解模块，紫外光催化处理效率低，设备维护困难。（2）深度净化区中喷淋塔入口未设置气体导流装置，容易产生返混，影响VOCs氧化降解。（3）臭氧先通过第二曝气盘曝气后再经过循环管道进入微纳米气泡发生器产生微纳米气泡的方式，仅利用部分溶于碱液臭氧产生微纳米气泡，有效利用率低。（4）紫外光催化处理VOCs，很可能出现燃烧、爆炸事故，安全风险大。

因此，获得一种安全性高、全寿命周期成本低、适用范围广、处理效率高、净化效果好、环境优化的VOCs处理系统，对于有效净化大气中的挥发性有机污染物具有十分重要的现实意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术中的不足，提供一种安全性高、全寿命周期成本低、适用范围广、处理效率高、净化效果好、环境优化的VOCs的多相集成处理系统及方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案。

一种VOCs的多相集成处理系统，包括管道式均相氧化处理单元、塔式非均相氧化处理单元和微纳米臭氧气泡发生单元；

所述管道式均相氧化处理单元包括管式反应器，所述管式反应器内沿着气流方向依次设有导流区和均相氧化区；所述导流区内设有第一气体均布组件；所述均相氧化区内设有氧化组件；

所述塔式非均相氧化处理单元包括塔式反应器，所述塔式反应器内由下而上依次为鼓泡反应区、喷淋反应区和深度催化反应区；所述鼓泡反应区内设有曝气组件；所述喷淋反应区内设有气液分布组件；所述深度催化反应区内设有催化组件；

所述微纳米臭氧气泡发生单元包括微纳米臭氧气泡产生元件；所述微纳米臭氧气泡产生元件包括第一微纳米臭氧气泡产生元件和第二微纳米臭氧气泡产生元件；

所述管式反应器的出口端通过进气管与所述塔式反应器连通；所述进气管包括进气主管和进气支管；所述进气主管的出口端设置在喷淋反应区内；所述进气支管的出口端设置在鼓泡反应区内；所述进气支管的出口端与曝气组件连通；

所述第一微纳米臭氧气泡产生元件的出口端设置在所述鼓泡反应区内；所述第二微纳米臭氧气泡产生元件的出口端设置在所述深度催化反应区内，位于所述催化组件的上方。

作为上述技术方案的进一步改进：所述微纳米臭氧气泡发生单元还包括供能设备和臭氧发生器；所述供能设备的出口端通过第一管道与所述第一微纳米臭氧气泡产生元件的进口端连通；所述供能设备的出口端通过第二管道与所述第二微纳米臭氧气泡产生元件的进口端连通；所述供能设备的进液口与所述塔式反应器的鼓泡反应区液体出口之间通过出水管道连通。

作为上述技术方案的进一步改进：所述导流区的横截面积沿着气流方向逐渐增大，直至与均相氧化区的横截面积相同；所述导流区的横截面为圆形或长方形。

作为上述技术方案的进一步改进：所述第一气体均布组件包括多孔筛板和第一导流板；所述多孔筛板与导流区轴线的夹角为90°；所述多孔筛板上设有若干个通孔；所述第一导流板固定连接在多孔筛板上，向气流方向延伸。所述多孔筛板上的通孔成排设置，与所述第一导流板平行。

作为上述技术方案的进一步改进：所述导流区的进气前端还设有臭氧进气口，位于所述第一气体均布组件的前方；所述臭氧进气口通过第二臭氧管道与臭氧发生器的出口端连通。

作为上述技术方案的进一步改进：所述氧化组件包括内筒和外筒，所述内筒和外筒之间设有环隙；所述氧化组件内设有若干个水平设置的多孔支撑板；每层所述多孔支撑板上设有第一催化剂；所述第一催化剂包括用于活化臭氧的第一催化物，所述第一催化物负载在载体上；所述载体为氧化铝、疏水型分子筛或者活性炭材料中的至少一种；所述氧化组件的进气端设有第一隔板，出气端设有第二隔板，防止气体直接从所述环隙中流过，而不经过所述第一催化剂区域；所述内筒上还设有若干个热流介质出口；所述外筒上还设有热流介质入口；所述外筒顶部还设有清洗介质分布器，位于最上层所述第一催化剂的上方。

作为上述技术方案的进一步改进：所述清洗介质分布器通过清洗介质入口与供能设备的出口端连通；所述清洗介质分布器的出液口连通有第三微纳米臭氧气泡产生元件。

作为上述技术方案的进一步改进：所述均相氧化区底部设有废液出口；所述废液出口与塔式反应器之间通过废液管道连通；所述废液管道上沿着废液流动方向依次设有废液罐、电磁阀、废液输送泵、第二止逆阀；所述废液罐中安装有液位计，所述电磁阀与所述液位计联锁。

作为上述技术方案的进一步改进：所述管式反应器的出口端与所述进气主管的进气口连通；所述管式反应器与所述进气主管之间通过可拆卸式结构连接；所述进气主管内设有第二气体均布组件。所述第二气体均布组件起到导流作用，使VOCs废气在塔式反应器内的流动方向由径向流动转为轴向流动，减少气体与塔壁冲击。

作为上述技术方案的进一步改进：所述第二气体均布组件包括多层第二导流板；所述第二导流板的层数为2层～5层；所述第二导流板的形状为平板、圆弧板、折线板中至少一种或它们之间的组合。

作为上述技术方案的进一步改进：所述进气支管上沿着气流方向依次设有第一增压风机和第一止逆阀。

作为上述技术方案的进一步改进：所述鼓泡反应区的高度为0.2m～1.5m。

作为上述技术方案的进一步改进：所述曝气组件包括气体分布元件和曝气元件，所述气体分布元件和曝气元件连通；所述气体分布元件与进气支管的出口端连通；所述曝气元件上布设有若干个曝气孔或者微孔曝气器；所述曝气孔的孔径为0.1μm～100μm；所述气体分布元件为环流式气体分布器、直管式气体分布器、旋流式气体分布器中的至少一种；所述微孔曝气器为环流式曝气器、直管式曝气器、旋流式曝气器中的至少一种。

作为上述技术方案的进一步改进：所述微纳米臭氧气泡产生元件还包括第一气液分布元件，所述第一气液分布元件设在所述鼓泡反应区内。

作为上述技术方案的进一步改进：所述第一气液分布元件和第一微纳米臭氧气泡产生元件连通；所述第一气液分布元件与所述供能设备的出口连通，其中供能设备为泵、压缩机、换能器中的一种或者多种，但不仅限于此。本发明中，通过供能设备供能，并在第一微纳米臭氧气泡产生元件的作用下，产生微纳米臭氧气泡，进而通过第一微纳米臭氧气泡产生元件的出口通入到塔式反应器的所述鼓泡反应区内。具体的，所述第一气液分布元件为环流式气液分布器、直管式气液分布器、旋流式气液分布器中的至少一种，但不仅限于此。

作为上述技术方案的进一步改进：所述曝气组件设置在所述第一微纳米臭氧气泡产生元件的下方、上方或者同一平面上。

作为上述技术方案的进一步改进：所述曝气组件和所述第一微纳米臭氧气泡产生元件之间的纵向距离为0～1.0m，具体是指曝气元件与第一微纳米臭氧气泡产生元件的出口之间的距离。

作为上述技术方案的进一步改进：所述气液分布组件位于所述进气主管出口端的上方；所述气液分布组件的数量至少为1个。

作为上述技术方案的进一步改进：所述气液分布组件为多孔面板；所述多孔面板与塔式反应器轴线的夹角为75°～90°；所述多孔面板的外周与塔式反应器的内壁连接；所述多孔面板中设有气液流动通道（即多孔面板中的通孔）；所述多孔面板的层数达到至少两层时，各层所述多孔面板平行设置，相邻两层所述多孔面板之间的间隔距离为1 mm～20mm；所述多孔面板的层数达到至少两层时，各层多孔面板中气液流动通道的孔径由下至上逐渐减小；所述气液流动通道的孔径为1mm～20mm。

作为上述技术方案的进一步改进：所述气液分布组件为多缝隙面板；所述多缝隙面板与塔式反应器轴线的夹角为75°～90°；所述多缝隙面板的外周与塔式反应器的内壁连接；所述多缝隙面板包括至少1层圆柱面板；所述圆柱面板为由多根圆柱平行搭接在一起且圆柱之间留有缝隙的圆柱层；所述多缝隙面板包括至少两层圆柱面板时，各层所述圆柱面板平行设置，相邻两层所述圆柱面板之间的间隔距离为1 mm～20mm；所述多缝隙面板包括至少两层圆柱面板时，上下两层所述圆柱面板中的圆柱交错分布；所述多缝隙面板包括至少两层圆柱面板时，各层圆柱面板中圆柱之间的缝隙宽度由下而上逐渐减小；所述圆柱面板中圆柱之间的缝隙宽度为1 mm～20mm。

作为上述技术方案的进一步改进：所述催化组件的层数为至少1层；所述催化组件与塔式反应器同轴；所述催化组件的外周与塔式反应器的内壁连接；

作为上述技术方案的进一步改进：所述催化组件包括承载元件、填料、第二催化剂；所述承载元件为支架结构；所述承载元件上设有填料层；所述填料层中的填料为规整调料、散装填料中的一种或者多种；所述填料层上面设有第二催化剂；所述第二催化剂包括用于降解VOCs的第二催化物，所述第二催化物负载在载体上；所述载体包括氧化铝、疏水型分子筛、硅氧化物或活性炭材料中的至少一种。

作为上述技术方案的进一步改进：所述催化组件包括承载元件和第二催化剂；所述承载元件为支架结构；所述承载元件上设有第二催化剂；所述第二催化剂包括用于降解VOCs的第二催化物，所述第二催化物负载在载体上；所述载体包括氧化铝、疏水型分子筛、硅氧化物或活性炭材料中的至少一种。

作为上述技术方案的进一步改进：所述微纳米臭氧气泡产生元件还包括第二气液分布元件，所述第二气液分布元件设在所述深度催化反应区内。

作为上述技术方案的进一步改进：所述第二气液分布元件和第二微纳米臭氧气泡产生元件连通，所述第二气液分布元件通过管道与所述供能设备的出口连通，其中供能设备为泵、压缩机、换能器中的一种或者多种，但不仅限于此。本发明中，通过供能设备供能，并在第二微纳米臭氧气泡产生元件的作用下，生成微纳米臭氧气泡，进而通过第二微纳米臭氧气泡产生元件的出口通入到塔式反应器的深度催化反应区内。具体的，所述第二气液分布元件为环流式气液分布器、直管式气液分布器、旋流式气液分布器中的至少一种，但不仅限于此。

本发明中，利用供能设备和微纳米臭氧气泡产生元件制备微纳米臭氧气泡，包括以下方式，但不仅限于此：采用溶气-释气法制备微纳米臭氧气泡时，所述供能设备为泵，所述微纳米臭氧气泡产生元件为带有节流孔、针阀等降压释气结构的器件；采用微孔爆气法制备微纳米臭氧气泡时，所述供能设备为压缩机，所述微纳米臭氧气泡产生元件为微孔管、微孔板等多孔器件；采用引气-散气法制备微纳米臭氧气泡时，所述供能设备为泵，所述微纳米臭氧气泡产生元件为带有文丘里管、自吸射流、叶轮旋流、被动旋流等结构的器件；采用超声/声压法制备微纳米臭氧气泡时，所述供能设备为能将电压信号转变为频率、幅值可控的周期性机械振荡或压力波的各类换能器，所述微纳米臭氧气泡产生元件为声压辅助微孔通气、声压雾化等系统或结构的器件。

作为上述技术方案的进一步改进：所述深度催化反应区内还设有除雾组件，位于所述第二微纳米臭氧气泡产生元件的上方。

作为上述技术方案的进一步改进：所述除雾组件为除雾器，但不仅限于此。

作为上述技术方案的进一步改进：所述塔式反应器的顶部设有净气出口，位于所述除雾组件的上方。

作为上述技术方案的进一步改进：所述第一管道上设有第一流量调节阀；所述第二管道上设有第二流量调节阀。

作为上述技术方案的进一步改进：所述塔式反应器的出水管道上沿着水流方向依次设有第二增压泵、固液分离器。

作为上述技术方案的进一步改进：所述塔式反应器的出水管道上或所述鼓泡反应区设有控温组件；所述控温组件为换热器、冷水机组、电加热器中的至少一种。

作为上述技术方案的进一步改进：所述塔式反应器的喷淋反应区设有促进剂进口；所述促进剂进口通过促进剂管道与促进剂储箱连通；所述促进剂管道上还设有促进剂流量调节阀和促进剂输送泵。

作为上述技术方案的进一步改进：还包括在旁路上并联设置的另一组相同的管道式均相氧化处理单元。

作为一个总的技术构思，本发明还提供了一种VOCs的多相集成处理的方法，采用上述的多相集成处理系统对VOCs废气进行处理。

作为上述技术方案的进一步改进：采用多相集成处理系统处理VOCs废气时，包括以下步骤：

S1、将含有VOCs的废气通入到管式反应器中，在均相氧化区中进行氧化处理，收集尾气；对管式反应器中的均相氧化区进行清洗，产生废液。该步骤中，具体是对均相氧化区中的第一催化剂进行清洗。

S2、将废液通入到塔式反应器的鼓泡反应区中；将尾气分成两部分，通过进气主管和进气支管分别通入到塔式反应器的喷淋反应区和鼓泡反应区；

S3、开启所述微纳米臭氧气泡发生单元，向深度催化反应区和鼓泡反应区中通入微纳米臭氧气泡，从所述进气主管中通入的尾气由下而上经过喷淋反应区和深度催化反应区进行氧化降解处理和催化降解处理，去除尾气中的VOCs，从所述进气支管中通入的尾气通过曝气组件进入到鼓泡反应区进行曝气处理，去除尾气中的VOCs和废液中的未降解有机物，再依次进入到喷淋反应区和深度催化反应区，继续进行氧化降解处理和催化降解处理。

作为上述技术方案的进一步改进：步骤S1中，所述VOCs的多相集成处理系统运行过程中，还包括：将臭氧通过臭氧进气口通入到管式反应器中，使管式反应器中臭氧的浓度为20ppm～14000ppm；所述废气的进气压力≤0.7MPa；所述氧化处理停止后，还包括：向均相氧化区中通入热流介质对第一催化剂进行再生处理；所述热流介质的温度为50℃～150℃；所述热流介质为惰性气体或空气；所述清洗为向均相氧化区中通入清洗介质对第一催化剂进行洗涤；所述清洗介质为微纳米臭氧气泡液或水。

作为上述技术方案的进一步改进：步骤S2中，从所述进气主管中通入的尾气的压力≤0.7MPa；从所述进气支管中通入的尾气的压力为0.2 MPa～0.8MPa；所述进气主管和进气支管中通入尾气的流量比为1∶1～40∶1；

作为上述技术方案的进一步改进：所述VOCs的多相集成处理系统的运行过程中，还包括：向塔式反应器加入促进剂；所述促进剂为过氧化物、过硫酸盐、金属阳离子、有机酸中的一种或者多种；所述促进剂的加入量与所述臭氧发生器出口的臭氧的质量比为5∶1～1∶5。

作为上述技术方案的进一步改进：所述氧化降解处理和催化降解处理过程中，还包括：维持进入所述第二微纳米臭氧气泡液分布组件中流体介质的压力为0.1MPa～2MPa。

作为上述技术方案的进一步改进：所述氧化降解处理和催化降解处理过程中，还包括：维持进入到深度催化反应区和鼓泡反应区的微纳米臭氧气泡液的流量比为1∶2～25∶1。

作为上述技术方案的进一步改进：所述氧化降解处理和催化降解处理过程中，还包括：控制所述塔式反应器中液体的温度为1℃～50℃。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

（1）本发明VOCs的多相集成处理系统，包括管道式均相氧化处理单元、塔式非均相氧化处理单元和微纳米臭氧气泡发生单元，其中在管道式均相氧化处理单元中，利用第一催化剂催化臭氧分解产生大量的活性物质，如羟基自由基和氧自由基，因而能够利用这些活性物质将VOCs降解为小分子物质，由此不仅可以去除一部分VOCs，有利于降低后续处理的运行负荷，未被有效去除的VOCs进入到尾气中；进一步的，将管道式均相氧化处理单元形成的尾气通过进气主管、进气支管输送至塔式非均相氧化处理单元中，在塔式非均相氧化处理单元中，一部分剩余VOCs通过进气主管输送到塔式反应器的喷淋反应区和深度催化反应区，在微纳米臭氧气泡和第二催化剂的共同作用下完成氧化降解处理和催化降解处理，而且通过分流，使得进入到喷淋反应区和深度催化反应区的VOCs相对减少，因而更有利于实现塔式反应器对VOCs的高效去除，另一部VOCs废气通过进气支管和曝气组件以曝气的方式进入到鼓泡反应区，同时，设置在鼓泡反应区的第一微纳米臭氧气泡产生元件，能够向鼓泡反应区中提供微纳米臭氧气泡，因而在微纳米臭氧气泡的作用下，能够对进入到鼓泡反应区的VOCs废气进行一次氧化处理，而且由于曝气组件的曝气作用，也能产生微纳米废气气泡，因而可分别利用微纳米废气气泡与微纳米臭氧气泡产生羟基自由基，进而在微纳米臭氧气泡和微纳米废气气泡的共同作用下能够对鼓泡液中未降解有机物（包括VOCs）进行一次氧化处理，最后，少量未被去除的VOCs可继续进入到喷淋反应区和深度催化反应区进行两次氧化处理，即通过进气支管进入到塔式反应器中的VOCs废气，可完成四次氧化处理，与此同时，塔式反应器鼓泡区中的液体，也能够利用微纳米臭氧气泡和微纳米废气气泡实现净化处理。与常规VOCs处理系统相比，本发明多相集成处理系统还具有以下主要有益效果：（a）安全性高，可在常温条件下使用，无起火、爆炸风险；（b）全寿命周期成本低，系统集成度高，模块化设计，有利于降低建造成本和运行费用；（c）可实现均相氧化反应与第一催化剂再生同步进行；（d）可实现废气、废液的高效处理，能够显著降低二次污染的产生；（e）可实现水的循环利用，更加绿色环保；（f）适用范围广，除一般VOCs成分外，还适用于油烟、高沸点类，自聚合类、低闪点类、含硫/氯成分废气等。本发明VOCs的多相集成处理系统，在管道式均相氧化处理单元、塔式非均相氧化处理单元和微纳米臭氧气泡发生单元的共同作用下，可实现对VOCs废气的高效处理，具有安全性高、全寿命周期成本低、适用范围广、处理效率高、净化效果好、环境优化等优点，是一种可以被广泛使用的新型VOCs处理系统，对于有效净化污染废气具有十分重要的现实意义。

（2）本发明中，所涉及的塔式非均相氧化处理单元中，采用的进气装置包括进气主管和进气支管，因而可将VOCs废气分成两部分分别通入到塔式反应器的喷淋反应区和鼓泡反应区中，由此可以提高塔式反应器对VOCs废气的处理效率和去除效果。更为重要的是，与常规塔式反应器不同，本发明中，通过在塔式反应器的底部设置鼓泡反应区，并在曝气组件和第一微纳米臭氧气泡液分布组件的共同作用下，可完成一部分VOCs的有效去除，因而可以有效降低塔式反应器中喷淋反应区内和深度催化反应区的运行负荷，由此使得塔式反应器能够在高度更低的条件下有效去除VOCs；与此同时，本发明中，通过将各反应区设置在塔式反应器内部，能够有效降低整个装置的占地面积，使用成本更低。本发明采用的塔式非均相氧化处理单元，可以增加微纳米臭氧气泡与VOCs的反应时间，能够快速、彻底的去除废气中的VOCs，具有结构简单、占地面积小、处理效率高、去除效果好等优点，是一种性能优异且可以被广泛使用的新型VOCs废气净化装置，使用价值高，应用前景好。

（3）本发明中，所涉及的塔式非均相氧化处理单元中，在进气主管内设有第二气体均布组件，通过利用第二气体均布组件对气流方向的调节作用，使VOCs废气在塔式反应器中的流动方向由径向流动转为轴向流动，由此可以有效改善VOCs废气在反应器内部的分散性，使流体均匀分散至整个反应器的横截面，减少VOCs废气与反应器内部的碰撞，减少或防止气体在反应器内部形成返混，进而能够提高VOCs废气传质效率，以及促进VOCs废气与微纳米臭氧气泡的充分接触，有利于实现对VOCs废气的高效净化。

（4）本发明中，所涉及的塔式非均相氧化处理单元中，采用的曝气组件和第一微纳米臭氧气泡产生元件均具有气体分布功能，因而可以利用曝气组件的曝气作用和第一微纳米臭氧气泡产生元件的气泡产生功能，在鼓泡反应区形成强烈的湍流运动，增加气液接触面积，提高气液混合效率，更有利于在除去液体中残留的有机污染物同时降解部分VOCs。同时，通过优化曝气组件和第一微纳米臭氧气泡产生元件之间的纵向距离0～1.0m，更有利于实现塔式反应器的合理利用，而且通过优化曝气元件和第一微纳米臭氧气泡产生元件相对位置，能够产生更强烈的扰动，从而能够增强鼓泡反应区的湍流程度，有利于提高对VOCs废气的处理效率和去除效果。

（5）本发明中，所涉及的塔式非均相氧化处理单元中，在鼓泡反应区内或鼓泡反应区液体出口管道上还设有用于调控液体温度的控温组件，通过利用控温组件调节鼓泡反应区内液体的温度，更有利于提高微纳米臭氧气泡、微纳米废气气泡的传质效率，促进VOCs、未降解有机物与微纳米臭氧气泡、微纳米废气气泡之间的充分接触，更有利于实现对VOCs废气的高效净化。另外，通过优化鼓泡反应区的高度为0.2m～1.5m，不仅能够满足有效去除VOCs废气的实际需要，而且也有利于降低塔式反应器的高度。

（6）本发明中，所涉及的塔式非均相氧化处理单元中，在喷淋反应区内设有气液分布组件，位于进气主管出口瑞的上方，通过在喷淋反应区内设置气液分布组件，可以增加VOCs废气与喷淋液中微纳米臭氧气泡的接触几率和反应时间，从而有利于实现微纳米臭氧气泡对VOCs废气的有效氧化；同时，在气液分布组件中设置的气液流动通道的孔径或缝隙宽度从下而上逐渐减小，带来的好处有：在重力作用下，微纳米臭氧气泡溶液下落至气液分布组件的上方，在小孔径（小缝隙）和向上流动气体相互作用下，在气液分布组件表面形成液膜，使得VOCs废气能够在喷淋反应区均匀分布，与此同时，能够使VOCs废气与微纳米臭氧气泡液充分接触反应，有利于实现微纳米臭氧气泡对VOCs废气的有效氧化。另外，通过气液分布组件与塔式反应器轴线的夹角为75°～90°，有利于提高喷淋液的传质效率，进而使得喷淋液中的微纳米臭氧气泡能够充分与VOCs废气接触，实现高效净化。

（7）本发明中，所涉及的塔式非均相氧化处理单元中，将第二微纳米臭氧气泡液分布器设于深度催化反应区内，且位于催化组件的上方，这样的设置方式，使得催化组件不仅具有催化降解功能，而且还能促进喷淋液与VOCs废气的充分接触，提高微纳米臭氧气泡液与VOCs废气的反应时间，确保催化组件能够彻底净化VOCs废气，使得尾气直接达标排放。

（8）本发明中，所涉及的管道式均相氧化处理单元，采用旁路并联管道设计，安装有相同的管道式均相氧化处理单元，便于检修和第一催化剂的再生、清洗，有利于提高系统运转率，以及提高处理效率。

（9）本发明还提供了一种VOCs的多相集成处理的方法，采用上述的多相集成处理系统处理VOCs废气，能够高效的去除废气中的VOCs，且不会产生新的废液，具有工艺简单、操作方便、成本低、处理效率高、去除效果好等优点，可以广泛用于净化VOCs废气。

附图说明

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整的描述。

图1为本发明实施例中多相集成处理系统的流程示意图。

图2为本发明实施例中塔式非均相氧化处理单元的结构示意图。

图3为本发明实施例中管道式均相氧化处理单元的结构示意图。

图4为本发明实施例中第一气体均布组件的结构示意图。

图5为本发明实施例中氧化组件的结构示意图。

图6为本发明实施例中第一种曝气组件的结构示意图。

图7为本发明实施例中第二种曝气组件的结构示意图。

图8为本发明实施例中第一气液分布元件的结构示意图。

图例说明：

1、进气管；11、进气主管；111、第二气体均布组件；12、进气支管；121、第一增压风机；122、第一止逆阀；2、塔式反应器；21、鼓泡反应区；22、喷淋反应区；221、气液分布组件；222、气液流动通道；23、深度催化反应区；231、催化组件；232、除雾组件；233、净气出口；31、曝气组件；311、气体分布元件；312、曝气元件；313、曝气孔；314、微孔曝气器；411、第一气液分布元件；412、第一微纳米臭氧气泡产生元件；51、第一管道；52、第一流量调节阀；61、第二管道；62、第二流量调节阀；631、第二气液分布元件；632、第二微纳米臭氧气泡产生元件；7、供能设备；71、出水管道；72、第二增压泵；73、固液分离器；74、控温组件； 8、管式反应器；81、导流区；811、第一气体均布组件；8111、多孔筛板；8112、第一导流板；812、臭氧进气口；82、均相氧化区；821、氧化组件；8211、环隙；8212、多孔支撑板；8213、热流介质出口；8214、热流介质入口；8215、清洗介质分布器；8216、第三微纳米臭氧气泡产生元件；8217、清洗介质入口；8218、第一隔板；8219、第二隔板；8220、外筒；8221、内筒；822、废液出口；823、废液管道；824、废液罐；825、电磁阀；826、第二止逆阀；827、液位计；828、废液输送泵；91、促进剂进口；92、促进剂管道；93、促进剂储箱；94、促进剂流量调节阀；95、促进剂输送泵；10、臭氧发生器；101、第一臭氧管道；102、第二臭氧管道；103、臭氧质量浓度在线监测仪；104、第一臭氧流量调节阀；105、第二臭氧流量调节阀；a、进气调节阀；b、出气调节阀；c、热流介质调节阀；d、清洗介质调节阀；f、鼓泡反应区液体出口；g、第一气液分布元件进口端；h、第二气液分布元件进口端；m、废气进气口；n、废气；p、通孔。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

以下实施例中所采用的材料和仪器均为市售。

实施例

如图1、图2和图3所示，本实施例的VOCs的多相集成处理系统，包括管道式均相氧化处理单元、塔式非均相氧化处理单元和微纳米臭氧气泡发生单元，其中管道式均相氧化处理单元包括管式反应器8，管式反应器8内沿着气流方向依次设有导流区81和均相氧化区82，导流区81内设有第一气体均布组件811，均相氧化区82内设有氧化组件821；塔式非均相氧化处理单元包括塔式反应器2，塔式反应器2内由下而上依次为鼓泡反应区21、喷淋反应区22和深度催化反应区23，鼓泡反应区21内设有曝气组件31，喷淋反应区22内设有气液分布组件221，深度催化反应区23内设有催化组件231；微纳米臭氧气泡发生单元包括微纳米臭氧气泡产生元件，微纳米臭氧气泡产生元件包括第一微纳米臭氧气泡产生元件412和第二微纳米臭氧气泡产生元件632；管式反应器8的出口端通过进气管1与塔式反应器2连通；进气管1包括进气主管11和进气支管12；进气主管11的出口端设置在喷淋反应区22内，位于气液分布组件221下方；进气支管12的出口端设置在鼓泡反应区21内；进气支管12的出口端与曝气组件31连通；第一微纳米臭氧气泡产生元件412的出口端设置在所述鼓泡反应区21内；第二微纳米臭氧气泡产生元件632的出口端设置在深度催化反应区23内，位于催化组件231的上方。

本实施例中，微纳米臭氧气泡发生单元还包括供能设备7和臭氧发生器10；供能设备7的出口端通过第一管道51与第一微纳米臭氧气泡产生元件412的进口端g连通；供能设备7的出口端通过第二管道61与第二微纳米臭氧气泡产生元件632的进口端h连通；供能设备7的进液口与塔式反应器2的鼓泡反应区液体出口f之间通过出水管道71连通。

本实施例中，臭氧发生器10的出口端通过第一臭氧管道101与供能设备7连通，在第一臭氧管道101上还设有第一臭氧流量调节阀104，但不仅限于此。

本实施例中，供能设备7为泵、压缩机、超声波发生器中的至少一种，具体的，本实施例中采用的供能设备7为气液混合泵。

本实施例中，臭氧发生器10出口端设有臭氧质量浓度在线监测仪103。

本实施例中，导流区81的横截面积沿着气流方向逐渐增大，直至与均相氧化区82的横截面积相同，其中导流区81的横截面为圆形。

如图4所示，本实施例中，第一气体均布组件811包括多孔筛板8111和第一导流板8112，多孔筛板8111与导流区81轴线的夹角为90°，多孔筛板8111上设有若干个通孔，第一导流板8112固定连接在多孔筛板8111上，向气流方向延伸；多孔筛板8111上的通孔成排设置，与第一导流板8112平行。本发明中，采用第一气体均布组件811，可形成风速风压均匀的气流，因而将其通入到后面的均相氧化区中时，VOCs与第一催化剂均匀接触，同时优化调节第一气体均布组件与管式反应器距离为0-0.8m，增大扩散空间，使气体充分发展。

本实施例中，导流区81的进气前端还设有臭氧进气口812，位于第一气体均布组件811的前方，且臭氧进气口812通过第二臭氧管道102与有臭氧发生器10连通。第一臭氧管道101和第二臭氧管道102上分别设置第一臭氧流量调节阀104和第二臭氧流量调节阀105。

如图5所示，本实施例中，氧化组件821中含有用于活化臭氧的第一催化剂，具体的，氧化组件821位于均相氧化区82内，包括内筒8221和外筒8220，内筒8221和外筒8220之间设有环隙8211，氧化组件821内设有若干个水平设置的多孔支撑板8212；每层多孔支撑板8212上设有第一催化剂，第一催化剂包括用于活化臭氧的第一催化物，该第一催化物负载在载体上，载体为疏水型分子筛，其他如氧化铝或者活性炭材料，也可用；内筒8221还设有若干个热流介质出口8213，热流介质出口8213成排设置，每一排热流介质出口8213对应一层第一催化剂，且二者基本处于同一水平面上，更有利于二者充分接触，快速获得最佳的催化条件；外筒8220还设有热流介质入口8214，热流介质入口8214上连通有热流介质发生器。

本实施例中，氧化组件821的进气端设有第一隔板8218，出气端设有第二隔板8219，外筒8220顶部还设有清洗介质分布器8215，位于最上层第一催化剂的上方；清洗介质分布器8215的清洗介质入口8217与供能设备7的出口端连通；清洗介质分布器8215的出液口连通有第三微纳米臭氧气泡产生元件8216。

本发明中，任何能够产生微纳米臭氧气泡的器件，均可作为第三微纳米臭氧气泡产生元件8216。

本实施例中，管式反应器8的均相氧化区82底部设有废液出口822，位于外筒8220的底部。废液出口822与塔式反应器2之间通过废液管道823连通，通过废液管道823将管式反应器8中产生的含有杂质的清洗介质输送到塔式反应器2中。

本实施例中，废液管道823上沿着废液流动方向依次设有废液罐824、电磁阀825、废液输送泵828、第二止逆阀826，废液罐824中安装有液位计827，电磁阀825与液位计827联锁，当废液罐824中的液位高于设定阈值时，打开电磁阀825向塔式反应器2中排液，当废液罐824中的液位低于设定阈值时，关闭电磁阀825。与此同时，可通过设置在电磁阀825、第二止逆阀826之间的废液输送泵828，向塔式反应器2中排液。

本实施例中，管式反应器8的出口端与进气主管11的进气口连通，管式反应器8与进气主管11之间通过可拆卸式连接结构连接，具体的，可拆卸式连接结构包括法兰连接或者抱箍连接中的一种。

本实施例中，进气主管11内设有第二气体均布组件111，使VOCs废气在塔式反应器中的流动方向由径向流动转为轴向流动，具体的，第二气体均布组件111包括多层第二导流板，第二导流板的两侧与进气主管11的内壁连接，第二导流板的层数为2~5层（在2～5层均可行，例如，数量可以为4层）。第二导流板为圆弧形。

本实施例中，进气支管12上沿着进气方向依次设有第一增压风机121和第一止逆阀122。

如图6所示，本实施例中，曝气组件31包括气体分布元件311和曝气元件312，气体分布元件311和曝气元件312连通；气体分布元件311与进气支管12的出口端连通；曝气元件312上布设有若干个微孔曝气器314，具体的，在本实施例中，气体分布元件311为环流式气体分布器，曝气元件312为直管式曝气器。

如图7所示，在另一个实施例中，曝气组件31包括气体分布元件311和曝气元件312，气体分布元件311和曝气元件312连通；气体分布元件311与进气支管12的出口端连通；曝气元件312上布设有若干个曝气孔313，其中曝气孔的孔径为0.3μm，具体的，在本实施例中，气体分布元件311为环流式气体分布器，曝气元件312为直管式曝气器。

如图8所示，本实施例中，微纳米臭氧气泡产生元件还包括第一气液分布元件411，第一气液分布元件411和第一微纳米臭氧气泡产生元件412连通；第一气液分布元件411经由管道与供能设备7出口端连通。第一气液分布元件411为环流式气液分布器，第一微纳米臭氧气泡产生元件412采用旋流式出口结构，且旋流式出口的微纳米臭氧气泡产生元件向上倾斜20-40°，可以产生旋转式扰动，从而能够增强鼓泡反应区的湍流程度。

在另一个实施例中，第一气液分布元件411为环流式气液分布器，第一微纳米臭氧气泡产生元件412为直管式结构。本发明中，任何能够产生微纳米臭氧气泡的器件，均可作为第一微纳米臭氧气泡产生元件412。

本实施例中，曝气组件31设置在第一微纳米臭氧气泡产生元件412的下方，曝气组件31的出口和第一微纳米臭氧气泡产生元件412的出口之间的纵向距离为0.3m。在另一个实施例中，曝气组件31与第一微纳米臭氧气泡产生元件412的设置在同一平面上。

本实施例中，鼓泡反应区21的高度为0.6m。

本实施例中，喷淋反应区22内设有气液分布组件221，位于进气主管11出口端的上方，气液分布组件221的数量为1个，具体的，气液分布组件221为多孔面板，多孔面板与塔式反应器轴线的夹角为80°，多孔面板的形状与塔式反应器的横截面形状相匹配，且多孔面板的外周与塔式反应器2的内壁连接，多孔面板中设有气液流动通道222（即多孔面板中的通孔）；多孔面板的层数达到至少两层时，各层多孔面板平行设置，相邻两层多孔面板之间的间隔距离为1mm～20mm，具体可为12mm；多孔面板的层数达到至少两层时，气液流动通道222的孔径由下至上逐渐减小，气液流动通道222的孔径1mm～20mm。

与此同时，在另一个实施例中，气液分布组件221也可以为多缝隙面板，多缝隙面板与塔式反应器轴线的夹角为85°，多缝隙面板的形状与塔式反应器的横截面形状相匹配，且多缝隙面板的外周与塔式反应器2的内壁连接，多缝隙面板包括3层圆柱面板，圆柱面板为由多根圆柱平行搭接在一起且圆柱之间留有缝隙的圆柱层；多缝隙面板中各层圆柱面板平行设置，上下两层圆柱面板中的圆柱交错分布，相邻两层圆柱面板之间的间隔距离为1mm～20mm，具体可为10mm；在多缝隙面板中各层圆柱面板中圆柱之间的缝隙（即气液流动通道222）宽度由下而上逐渐减小，圆柱面板中圆柱之间的缝隙宽度为1 mm～20mm。

本实施例中，催化组件231为层状结构，催化组件231的层数为1层，催化组件231与塔式反应器2同轴，催化组件231的外周与塔式反应器2的内壁连接，具体的，催化组件231内设有用于降解VOCs的第二催化剂，催化组件231包括承载元件，承载元件上设有填料层，填料层中或填料层上设有第二催化剂，其中填料为介孔球形颗粒，也可以为网状填料、拉西环中的其中一种，第二催化剂包括用于降解VOCs的第二催化物和载体，第二催化物负载在载体上，载体为疏水型分子筛，也可以为氧化铝、硅氧化物或活性炭材料中的其中一种，承载元件为支架结构。

在另一个实施例中，催化组件231包括承载元件和第二催化剂，承载元件为支架结构，承载元件上设有第二催化剂，第二催化剂包括用于降解VOCs的第二催化物，第二催化物负载在载体上，其中载体为氧化铝，也可以为疏水型分子筛、硅氧化物或活性炭材料中的其中一种。

本实施例中，微纳米臭氧气泡产生元件还包括包括第二气液分布元件631，第二气液分布元件631和第二微纳米臭氧气泡产生元件632连通，第二气液分布元件631通过管道与供能设备7的出口端连通，第二气液分布元件631为环流式气液分布器、直管式气液分布器、旋流式气液分布器中的至少一种，具体的，本实施例中，第二气液分布元件631为直管式气液分布器。

本发明中，任何能够产生微纳米臭氧气泡的器件，均可作为第二微纳米臭氧气泡产生元件632。

本实施例中，第二管道61上沿着微纳米臭氧气泡输送方向设有第二流量调节阀62。

本实施例中，深度催化反应区23内还设有除雾组件232，位于第二微纳米臭氧气泡产生元件632的上方；除雾组件232为除雾器。

本实施例中，塔式反应器2的顶部设有净气出口233，位于除雾组件232的上方。

本实施例中，第一管道51上设有第一流量调节阀52。在供能设备7的作用下，可将微纳米臭氧气泡液输入到第一气液分布元件411中。

本实施例中，塔式反应器2的出水管道71上沿着水流方向依次设有第二增压泵72、固液分离器73、控温组件74。

本实施例中，鼓泡反应区内可根据需要设置控温组件74。

本实施例中，控温组件74为换热器，也可以是冷水机组、电加热器中的至少一种。

本实施例中，塔式反应器的喷淋反应区22设有促进剂进口91，促进剂进口91通过促进剂管道92与促进剂储箱93连通，促进剂储箱用于储存促进剂。

本实施例中，促进剂管道92上设有促进剂流量调节阀94，用来控制促进剂加入量。

本实施例中，促进剂管道92上设有促进剂输送泵95。

本实施例中，还包括在旁路上并联设置的另一组相同的管道式均相氧化处理单元。

管道式均相氧化处理单元的入口设置有进气调节阀a，且出口设置有出气调节阀b，并与旁路上管道式均相氧化处理单元的入口和出口处调节阀联锁，热流介质入口8214设置有热流介质调节阀c，清洗介质入口8217设置有清洗介质调节阀d，第二臭氧流量调节阀105与进气调节阀a联锁。当第一催化剂再生或清洗，或者部件检修时，入口和出口处调节阀关闭切断废气输送，同时旁路上管道式均相氧化处理单元入口和出口处调节阀打开，因而不影响废气连续处理。

本实施例中，还提供了一种VOCs的多相集成处理的方法，具体为采用上述的多相集成处理系统对VOCs废气进行处理，包括以下步骤：

S1、将含有VOCs的废气通入到管式反应器8中，在均相氧化区82中进行氧化处理，得到尾气，将清洗介质通入到管式反应器8中，在均相氧化区82中清洗第一催化剂，得到废液。

S2、将废液通入到塔式反应器2的鼓泡反应区21中；将尾气分成两部分，通过进气主管11和进气支管12分别通入到塔式反应器2的喷淋反应区22和鼓泡反应区21；

S3、开启微纳米气泡发生单元，向深度催化反应区23和鼓泡反应区21中通入微纳米臭氧气泡液，从进气主管11中通入的尾气由下而上经过喷淋反应区22和深度催化反应区23进行氧化降解处理和催化降解处理，去除尾气中的VOCs，从进气支管12中通入的尾气通过曝气组件31进入到鼓泡反应区21进行曝气处理，去除尾气中的VOCs和废液中的未降解有机物，再依次进入到喷淋反应区22和深度催化反应区23，继续进行氧化降解处理和催化降解处理。

本实施例中，步骤S1中，本发明VOCs的多相集成处理系统的运行过程中，还包括：将臭氧通过臭氧进气口812通入到管式反应器8中，使管式反应器8中臭氧的浓度为12000ppm，废气的进气压力≤0.7MPa；氧化处理停止后，还包括：向均相氧化区82中通入热流介质对第一催化剂进行再生处理，热流介质的温度为50℃～150℃，热流介质为惰性气体或空气，具体为空气；清洗为向均相氧化区82中通入清洗介质对第一催化剂进行洗涤；清洗介质为微纳米臭氧气泡液，也可用水。

本实施例中，步骤S2中，进气主管11中通入的尾气的进气压力≤0.7MPa；进气支管12中通入的尾气的压力为0.2 MPa～0.8MPa；进气主管11和进气支管12中通入尾气的流量比为5∶1。

本实施例中，步骤S3中，进入到深度催化反应区23和鼓泡反应区21的微纳米臭氧气泡液的流量比为2∶1。

本实施例中，将尾气通入塔式反应器的过程中，还包括将促进剂通过促进剂进口91加入到塔式反应器2中，所加入促进剂与臭氧发生器出口的臭氧的质量比为1∶1。

本实施例中，促进剂为过氧化物，也可以是过硫酸盐、金属阳离子、有机酸中的至少一种。

本实施例中，氧化降解处理和催化降解处理过程中，还包括：维持进入所述第二微纳米臭氧气泡产生元件632中流体介质的压力为0.1 MPa～2MPa。

本实施例中，塔式非均相氧化处理单元中，还包括：控制塔式反应器内液体的温度为1℃～50℃。

本实施例中，管道式均相氧化处理单元连续工作12h-20d后，联锁关闭前后截止阀，同时打开旁路管道式均相氧化处理单元前后截止阀，并打开进水阀，利用除盐水/微纳米臭氧气泡液冲洗均相氧化区0-2h后关闭，打开热流介质（温度≤150℃）通入阀和后截止阀，进行0-2h催化剂再生后关闭。冲洗、再生过程中产生废液从废液出口822排出至塔式反应器2中，产生气体从出口排出后与旁路经过处理后废气混合，进入塔式反应器2中进一步净化处理。旁路管道式均相氧化处理单元连续工作12h-20d后重复执行该步骤。

由上述结果可知，本发明VOCs的多相集成处理系统，在管道式均相氧化处理单元、塔式非均相氧化处理单元和微纳米臭氧气泡发生单元的共同作用下，可实现对VOCs废气的高效处理，具有安全性高、全寿命周期成本低、适用范围广、处理效率高、净化效果好、环境优化等优点，是一种可以被广泛使用的新型VOCs处理系统，对于有效净化污染废气具有十分重要的现实意义。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神实质和技术方案的情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种VOCs的多相集成处理系统，其特征在于，包括管道式均相氧化处理单元、塔式非均相氧化处理单元和微纳米臭氧气泡发生单元；

所述管道式均相氧化处理单元包括管式反应器（8），所述管式反应器（8）内沿着气流方向依次设有导流区（81）和均相氧化区（82）；所述导流区（81）内设有第一气体均布组件（811）；所述均相氧化区（82）内设有氧化组件（821）；

所述塔式非均相氧化处理单元包括塔式反应器（2），所述塔式反应器（2）内由下而上依次为鼓泡反应区（21）、喷淋反应区（22）和深度催化反应区（23）；所述鼓泡反应区（21）内设有曝气组件（31）；所述喷淋反应区（22）内设有气液分布组件（221）；所述深度催化反应区（23）内设有催化组件（231）；

所述微纳米臭氧气泡发生单元包括微纳米臭氧气泡产生元件；所述微纳米臭氧气泡产生元件包括第一微纳米臭氧气泡产生元件（412）和第二微纳米臭氧气泡产生元件（632）；

所述管式反应器（8）的出口端通过进气管（1）与所述塔式反应器（2）连通；所述进气管（1）包括进气主管（11）和进气支管（12）；所述进气主管（11）的出口端设置在喷淋反应区（22）内；所述进气支管（12）的出口端设置在鼓泡反应区（21）内；所述进气支管（12）的出口端与所述曝气组件（31）连通；所述进气主管（11）内设有用于使VOCs废气在所述塔式反应器（2）的流向由径向流动转为轴向流动的第二气体均布组件（111）；

所述第一微纳米臭氧气泡产生元件（412）的出口端设置在所述鼓泡反应区（21）内；所述第一微纳米臭氧气泡产生元件（412）与所述曝气组件（31）之间的纵向距离为0～1.0m；所述第二微纳米臭氧气泡产生元件（632）的出口端设置在所述深度催化反应区（23）内，位于所述催化组件（231）的上方；所述气液分布组件（221）位于所述进气主管（11）出口端的上方。

2.根据权利要求1所述的VOCs的多相集成处理系统，其特征在于，所述微纳米臭氧气泡发生单元还包括供能设备（7）和臭氧发生器（10）；所述供能设备（7）的出口端通过第一管道（51）与所述第一微纳米臭氧气泡产生元件（412）的进口端连通；所述供能设备（7）的出口端通过第二管道（61）与所述第二微纳米臭氧气泡产生元件（632）的进口端连通；所述供能设备（7）的进液口与所述塔式反应器（2）的鼓泡反应区液体出口之间通过出水管道（71）连通。

3.根据权利要求2所述的VOCs的多相集成处理系统，其特征在于，所述第一气体均布组件（811）包括多孔筛板（8111）和第一导流板（8112）；所述多孔筛板（8111）与导流区（81）轴线的夹角为90°；所述多孔筛板（8111）上设有若干个通孔；所述第一导流板（8112）固定连接在多孔筛板（8111）上，向气流方向延伸；

和/或，所述导流区（81）的进气前端还设有臭氧进气口（812），位于所述第一气体均布组件（811）的前方；所述臭氧进气口（812）与臭氧发生器（10）连通；

所述氧化组件（821）包括内筒（8221）和外筒（8220），所述内筒（8221）和外筒（8220）之间设有环隙（8211）；所述氧化组件（821）内设有若干个水平设置的多孔支撑板（8212）；每层所述多孔支撑板（8212）上设有第一催化剂；所述第一催化剂包括用于活化臭氧的第一催化物，所述第一催化物负载在载体上；所述载体为氧化铝、疏水型分子筛或者活性炭材料中的至少一种；所述氧化组件（821）的进气端设有第一隔板（8218），出气端设有第二隔板（8219）；所述内筒（8221）上还设有若干个热流介质出口（8213）；所述外筒（8220）上还设有热流介质入口（8214）；所述外筒（8220）顶部还设有清洗介质分布器（8215），位于最上层所述第一催化剂的上方；

所述均相氧化区（82）底部设有废液出口（822）；所述废液出口（822）与塔式反应器（2）之间通过废液管道（823）连通；所述废液管道（823）上沿着废液流动方向依次设有废液罐（824）、电磁阀（825）、废液输送泵（828）、第二止逆阀（826）；所述废液罐（824）中安装有液位计（827），所述电磁阀（825）与所述液位计（827）联锁。

4.根据权利要求3所述的VOCs的多相集成处理系统，其特征在于，所述管式反应器（8）的出口端与所述进气主管（11）的进气口连通；

所述第二气体均布组件（111）包括多层第二导流板；所述第二导流板的层数为2层～5层；所述第二导流板的形状为平板、圆弧板、折线板中至少一种或它们之间的组合；

所述进气支管（12）上沿着进气方向依次设有第一增压风机（121）和第一止逆阀（122）；

和/或，所述鼓泡反应区（21）的高度为0.2m～1.5m；

所述曝气组件（31）包括气体分布元件（311）和曝气元件（312），所述气体分布元件（311）和曝气元件（312）连通；所述气体分布元件（311）与进气支管（12）的出口端连通；所述曝气元件（312）上布设有若干个曝气孔（313）或者微孔曝气器（314）；所述曝气孔（313）的孔径为0.1μm～100μm；所述气体分布元件（311）为环流式气体分布器、直管式气体分布器、旋流式气体分布器中的至少一种；所述微孔曝气器（314）为环流式曝气器、直管式曝气器、旋流式曝气器中的至少一种。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的VOCs的多相集成处理系统，其特征在于，所述气液分布组件（221）的数量至少为1个；

所述气液分布组件（221）为多孔面板；所述多孔面板与塔式反应器（2）轴线的夹角为75°～90°；所述多孔面板的外周与塔式反应器（2）的内壁连接；所述多孔面板中设有气液流动通道（222）；所述多孔面板的层数达到至少两层时，各层所述多孔面板平行设置，相邻两层所述多孔面板之间的间隔距离为1 mm～20mm；所述多孔面板的层数达到至少两层时，各层所述多孔面板中所述气液流动通道（222）的孔径由下至上逐渐减小；所述气液流动通道（222）的孔径为1mm～20mm；

或，所述气液分布组件（221）为多缝隙面板；所述多缝隙面板与塔式反应器（2）轴线的夹角为75°～90°；所述多缝隙面板的外周与塔式反应器（2）的内壁连接；所述多缝隙面板包括至少1层圆柱面板；所述圆柱面板为由多根圆柱平行搭接在一起且圆柱之间留有缝隙的圆柱层；所述多缝隙面板包括至少两层圆柱面板时，各层所述圆柱面板平行设置，相邻两层所述圆柱面板之间的间隔距离为1 mm～20mm；所述多缝隙面板包括至少两层圆柱面板时，上下两层所述圆柱面板中的圆柱交错分布；所述多缝隙面板包括至少两层圆柱面板时，各层圆柱面板中圆柱之间的缝隙宽度由下而上逐渐减小；所述圆柱面板中圆柱之间的缝隙宽度为1 mm～20mm；

所述催化组件（231）的层数为至少1层；所述催化组件（231）与塔式反应器（2）同轴；所述催化组件（231）的外周与塔式反应器（2）的内壁连接；

所述催化组件（231）包括承载元件、填料、第二催化剂；所述承载元件为支架结构；所述承载元件上设有填料层；所述填料层中的填料为规整调料、散装填料中的一种或者多种；所述填料层上面设有第二催化剂；所述第二催化剂包括用于降解VOCs的第二催化物，所述第二催化物负载在载体上；所述载体包括氧化铝、疏水型分子筛、硅氧化物或活性炭材料中的至少一种；或者，所述催化组件（231）包括承载元件和第二催化剂；所述承载元件为支架结构；所述承载元件上设有第二催化剂；所述第二催化剂包括用于降解VOCs的第二催化物，所述第二催化物负载在载体上；所述载体包括氧化铝、疏水型分子筛、硅氧化物或活性炭材料中的至少一种；

所述第二微纳米臭氧气泡产生元件（632）的上方设有除雾组件（232），所述除雾组件（232）位于深度催化反应区（23）内；

所述塔式反应器（2）的顶部设有净气出口（233），位于所述除雾组件（232）的上方。

6.根据权利要求2所述的VOCs的多相集成处理系统，其特征在于，所述第一管道（51）上设有第一流量调节阀（52）；所述第二管道（61）上设有第二流量调节阀（62）；

所述出水管道（71）上沿着水流方向依次设有第二增压泵（72）、固液分离器（73）；

所述出水管道（71）上或所述鼓泡反应区（21）设有控温组件（74）；所述控温组件（74）为换热器、冷水机组、电加热器中的至少一种；

所述喷淋反应区（22）设有促进剂进口（91）；所述促进剂进口（91）通过促进剂管道（92）与促进剂储箱（93）连通；所述促进剂管道（92）上还设有促进剂流量调节阀（94）和促进剂输送泵（95）。

7.根据权利要求1～4中任一项所述的VOCs的多相集成处理系统，其特征在于，还包括在旁路上并联设置的另一组相同的管道式均相氧化处理单元。

8.一种VOCs的多相集成处理的方法，其特征在于，采用权利要求1～7中任一项所述的多相集成处理系统对VOCs废气进行处理。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，采用多相集成处理系统处理VOCs废气时，包括以下步骤：

S1、将含有VOCs的废气通入到管式反应器（8）中，在均相氧化区（82）中进行氧化处理，收集尾气，对管式反应器（8）中的均相氧化区（82）进行清洗，产生废液；

S2、将废液通入到塔式反应器（2）的鼓泡反应区（21）中；将尾气分成两部分，通过进气主管（11）和进气支管（12）分别通入到塔式反应器（2）的喷淋反应区（22）和鼓泡反应区（21）；

S3、开启微纳米臭氧气泡发生单元，在深度催化反应区（23）和鼓泡反应区（21）中产生微纳米臭氧气泡，从所述进气主管（11）中通入的尾气由下而上经过喷淋反应区（22）和深度催化反应区（23）进行氧化降解处理和催化降解处理，去除尾气中的VOCs，从所述进气支管（12）中通入的尾气通过曝气组件（31）进入到鼓泡反应区（21）进行曝气处理，去除尾气中的VOCs和废液中的未降解有机物，再依次进入到喷淋反应区（22）和深度催化反应区（23），继续进行氧化降解处理和催化降解处理。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，步骤S1中，所述VOCs废气通入到管式反应器（8）的过程中，还包括：将臭氧通过臭氧进气口（812）通入到管式反应器（8）中，使管式反应器（8）中臭氧的浓度为20ppm～14000ppm；所述废气的进气压力≤0.7MPa；所述氧化处理停止后，还包括：向均相氧化区（82）中通入热流介质对第一催化剂进行再生处理；所述热流介质的温度为50℃～150℃；所述热流介质为惰性气体或空气；所述清洗为向均相氧化区（82）中通入清洗介质对第一催化剂进行洗涤；所述清洗介质为微纳米臭氧气泡液或水；

步骤S2中，从所述进气主管（11）中通入的尾气的压力≤0.7MPa；从所述进气支管（12）中通入的尾气的压力为0.2 MPa～0.8MPa；所述进气主管（11）和进气支管（12）中通入尾气的流量比为1∶1～40∶1；

所述VOCs的多相集成处理系统的运行过程中，还包括：向塔式反应器（2）加入促进剂；所述促进剂为过氧化物、过硫酸盐、金属阳离子、有机酸中的一种或者多种；所述促进剂的加入量与所述臭氧发生器（10）出口的臭氧的质量比为5∶1～1∶5；

所述氧化降解处理和催化降解处理过程中，还包括：维持进入所述第二微纳米臭氧气泡产生元件（632）中流体介质的压力为0.1 MPa～2MPa；维持进入到深度催化反应区（23）和鼓泡反应区（21）的微纳米臭氧气泡液的流量比为1∶2～25∶1；控制所述塔式反应器（2）内液体的温度为1℃～50℃。