CN117427458A - 一种VOCs废气处理系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种VOCs废气处理系统及方法，包括废气收集单元、废气吸附单元、分解解析单元和综合处理单元，废气收集单元用于对废气进行收集并提供输送的动能，废气吸附单元用于对废气中的有害物质进行吸附，分解解析单元用于对吸附的有害物质进行分离和解析得到有害物质的具体组成成分，综合处理单元用于根据有害物质的成分进行对应的处理方式，本发明的有益效果是：通过附和吸附的方式大大提交对废气成分分析的准确度，方便进行后续的废气处理操作，有效提高废气处理的效率。
Description
技术领域
本发明涉及废气处理技术领域，具体为一种VOCs废气处理系统及方法。
背景技术
大气污染是全球性的环境污染问题之一，其中VOCs挥发性有机化合物是大气污染气态污染物的重要组成部分，工业VOCs排放已被视为环境中VOCs污染的主要源，其释放的VOCs组分复杂，行业间组分差异大，我国VOCs的典型排放来源有机动车排放、油品挥发过程、溶剂使用源、燃烧源以及各类工业行业等。大多数VOCs都具有高毒性，可通过皮肤接触、呼吸以及饮食等途径影响人体健康。因此，监测不同环境空气中VOCs的浓度对于确定暴露水平和评估相关健康风险至关重要。
但是现有的VOCs废气在处理时多通过单一吸附剂进行吸附，导致吸附剂的穿透效果差，对有毒物质的分解和解析困难，这就影响到后续对VOCs废气的成分评测，导致对VOCs废气的处理效果不佳。
发明内容
本发明的目的在于提供一种VOCs废气处理系统及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种VOCs废气处理系统，包括废气收集单元、废气吸附单元、分解解析单元和综合处理单元，所述废气收集单元用于对废气进行收集并提供输送的动能，所述废气吸附单元用于对废气中的有害物质进行吸附，所述分解解析单元用于对吸附的有害物质进行分离和解析得到有害物质的具体组成成分，所述综合处理单元用于根据有害物质的成分进行对应的处理方式；
所述废气吸附单元包括吸附筒，所述吸附筒内部等距固定连接多个有固定环，每个所述固定环内部均安装有第一隔离网和第二隔离网，相邻的两个所述固定环内部第一隔离网和第二隔离网的相对位置是相反的，所述吸附筒材料为石英，所述第一隔离网的材料为石英棉，所述第二隔离网的材料为钢丝，所述第一隔离网的厚度为3mm，所述吸附筒顶部设有第二进气口，所述吸附筒底部设有第二出气口。
作为本发明的一种优选方案：所述废气收集单元包括储气罐，所述储气罐外表面对称设有第一进气口，所述储气罐远离第一进气口的一侧设有第一出气口，所述储气罐外表面对称固定安装有一号气泵和二号气泵，所述一号气泵输出端与第一进气口连接，所述二号气泵输入端与第一出气口连接，所述二号气泵输出端与第二进气口连接，所述储气罐顶部等距设有泄压口。
作为本发明的一种优选方案：所述分解解析单元包括解吸管活化仪、双通道大气采样器、热解析仪、配有标准溶液加载平台、气相色谱-质谱仪和石英毛细管柱，所述综合处理单元包括一级喷淋塔、二级喷淋塔、三级喷淋塔、废气燃烧设备和尾气检测仪。
作为本发明的一种优选方案：所述第一进气口内部固定安装有滤网，所述第二出气口内部安装有电磁阀。
作为本发明的一种优选方案：所述吸附筒的筒长、内径和筒厚比例为：89∶4∶1，所述第二隔离网的目数为100目，相邻两个第一隔离网之间填充的吸附材料为：Tenax TA、HMWCNTs和MWCNTs，所述Tenax TA的目数为60-80、平均孔径为200nm、孔体积为、密度为/>、比表面积为/>，所述HMWCNTs的孔径为20-40nm、纯度大于95wt%、羟基含量为1.63wt%、比表面积大于/>，所述MWCNTs的孔径为20-30nm、纯度为95wt%、比表面积为210-250/>。
作为本发明的一种优选方案：一种VOCs废气处理系统的使用方法，具体包括以下步骤：
S1、先对储气罐进行清洗操作，然后启动一号气泵将废气接入至储气罐内部进行储存；
S2、对吸附筒进行提纯操作，然后启动二号气泵将储气罐内储存的废气接入至吸附筒中，静置5-15min；
S3、将吸附筒中的气体重新导回储气罐内，然后取出吸附筒内部的所有填料；
S4、通过分解解析单元对填料进行分析，得到废气中的主要污染成分；
S5、根据废气中的主要污染成分，通过综合处理单元对储气罐中的废气进行处理。
作为本发明的一种优选方案：所述S1中对储气罐的清洗操作具体流程如下：
S1.1、向储气罐中充入高纯氮气，然后抽为真空，重复3次；
S1.2、继续向储气罐中充入1L高纯氮气，然后向储气罐内部加入5ul 标准溶液；
S1.3、将储气罐置于60℃下避光热处理两个小时，然后冷却至室温。
作为本发明的一种优选方案：所述S2中对吸附筒的提纯操作具体包括以下步骤：
S2.1、将吸附筒置于280℃、氮气流速20ml/min的条件下活化120分钟；
S2.2、然后对第二进气口和第二出气口进行密封；
S2.3、在4℃的环境下储存。
作为本发明的一种优选方案：所述热解析仪在使用时需要时，需要进行预吹扫时间控制为1min、样品管解析温度为280℃、解析时间为10min、不分流进样；冷阱最低温度为-10℃，冷阱最高温度为300℃、解析时间为3min、传输线温度为200℃、吹扫流量为50ml/min、分流流量为10ml/min、分流比为为6:1。
作为本发明的一种优选方案：所述气相色谱-质谱仪在进行色谱分析时，载气为纯氮气、采用恒流模式、柱流速为2ml/min、色谱柱为J&W 123-1364，DB-624、最大温度为260℃、进样方式为不分流进样、升温程序为初始炉温40℃、保持5min；以10℃/min升至250℃，保持4min；再以10℃/min升至260℃，保持10min；色谱时间为41min；
所述气相色谱-质谱仪在进行质谱分析时，电子轰击源为70eV、离子源温度为230℃、电离模式为电子轰击电离、数据采集模式为全扫描模式。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：三种组合吸附管的吸附性能从高到低依次为T-A≈M-A＞H-A，T-A 对芳香烃、卤代烃、含氧VOCs的平均吸附解吸回收率为 83%±10%、96%±12%、84%±6%；M-A对这些物质的平均吸附解吸回收率分别为82%±4%、90%±12%、90%±11%，通过附和吸附的方式大大提交对废气成分分析的准确度，方便进行后续的废气处理操作，有效提高废气处理的效率。
附图说明
图1为本发明的废气收集单元和废气吸附单元结构示意图；
图2为本发明的废气吸附单元正视剖面结构示意图；
图3为实验中组合材料吸附管及其设计参数图；
图4为实验中不同组合吸附材料对卤代烃的吸附解吸回收率图；
图5为实验中不同组合吸附材料对其他物质的吸附解吸回收率图；
图6为实验中不同组合吸附材料对卤代芳香烃的吸附解吸回收率图；
图7为实验中不同组合吸附材料对芳香烃的吸附解吸回收率图。
图中：1、废气收集单元；11、储气罐；12、第一进气口；13、第一出气口；14、一号气泵；15、二号气泵；16、泄压口；2、废气吸附单元；21、吸附筒；22、第二进气口；23、固定环；24、第一隔离网；25、第二隔离网；26、第二出气口。
具体实施方式
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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-图7，本发明提供一种技术方案：
一种VOCs废气处理系统，包括废气收集单元、废气吸附单元、分解解析单元和综合处理单元，所述废气收集单元用于对废气进行收集并提供输送的动能，所述废气吸附单元用于对废气中的有害物质进行吸附，所述分解解析单元用于对吸附的有害物质进行分离和解析得到有害物质的具体组成成分，所述综合处理单元用于根据有害物质的成分进行对应的处理方式；
废气吸附单元2包括吸附筒21，吸附筒21内部等距固定连接多个固定环23，每个固定环23内部均安装有第一隔离网24和第二隔离网25，相邻的两个固定环23内部第一隔离网24和第二隔离网25的相对位置是相反的，吸附筒21材料为石英，第一隔离网24的材料为石英棉，第二隔离网25的材料为钢丝，第一隔离网24的厚度为3mm，吸附筒21顶部设有第二进气口22，吸附筒21底部设有第二出气口26。
进一步的，废气收集单元1包括储气罐11，储气罐11外表面对称设有第一进气口12，储气罐11远离第一进气口12的一侧设有第一出气口13，储气罐11外表面对称固定安装有一号气泵14和二号气泵15，一号气泵14输出端与第一进气口12连接，二号气泵15输入端与第一出气口13连接，二号气泵15输出端与第二进气口22连接，储气罐11顶部等距设有泄压口16。
进一步的，分解解析单元包括解吸管活化仪、双通道大气采样器、热解析仪、配有标准溶液加载平台、气相色谱-质谱仪和石英毛细管柱，综合处理单元包括一级喷淋塔、二级喷淋塔、三级喷淋塔、废气燃烧设备和尾气检测仪。
进一步的，第一进气口12内部固定安装有滤网，第二出气口26内部安装有电磁阀。
进一步的，吸附筒21的筒长、内径和筒厚比例为：89∶4∶1，第二隔离网25的目数为100目，相邻两个第一隔离网24之间填充的吸附材料为：Tenax TA、HMWCNTs和MWCNTs，TenaxTA的目数为60-80、平均孔径为200nm、孔体积为、密度为/>、比表面积为，HMWCNTs的孔径为20-40nm、纯度大于95wt%、羟基含量为1.63wt%、比表面积大于，MWCNTs的孔径为20-30nm、纯度为95wt%、比表面积为210-250/>。
进一步的，一种VOCs废气处理系统的使用方法，具体包括以下步骤：
S1、先对储气罐11进行清洗操作，然后启动一号气泵14将废气接入至储气罐11内部进行储存；
S2、对吸附筒21进行提纯操作，然后启动二号气泵15将储气罐11内储存的废气接入至吸附筒21中，静置5-15min；
S3、将吸附筒21中的气体重新导回储气罐11内，然后取出吸附筒21内部的所有填料；
S4、通过分解解析单元对填料进行分析，得到废气中的主要污染成分；
S5、根据废气中的主要污染成分，通过综合处理单元对储气罐11中的废气进行处理。
进一步的，S1中对储气罐11的清洗操作具体流程如下：
S1.1、向储气罐11中充入高纯氮气，然后抽为真空，重复3次；
S1.2、继续向储气罐11中充入1L高纯氮气，然后向储气罐11内部加入5ul标准溶液；
S1.3、将储气罐11置于60℃下避光热处理两个小时，然后冷却至室温。
进一步的，S2中对吸附筒21的提纯操作具体包括以下步骤：
S2.1、将吸附筒21置于280℃、氮气流速20ml/min的条件下活化120分钟；
S2.2、然后对第二进气口22和第二出气口26进行密封；
S2.3、在4℃的环境下储存。
进一步的，热解析仪在使用时，需要进行预吹扫时间控制为1min、样品管解析温度为280℃、解析时间为10min、不分流进样；冷阱最低温度为-10℃，冷阱最高温度为300℃、解析时间为3min、传输线温度为200℃、吹扫流量为50ml/min、分流流量为10ml/min、分流比为6:1。
进一步的，气相色谱-质谱仪在进行色谱分析时，载气为纯氮气、采用恒流模式、柱流速为2ml/min、色谱柱为J&W 123-1364，DB-624、最大温度为260℃、进样方式为不分流进样、升温程序为初始炉温40℃、保持5min；以10℃/min升至250℃，保持4min；再以10℃/min升至260℃，保持10min；色谱时间为41min；
气相色谱-质谱仪在进行质谱分析时，电子轰击源为70eV、离子源温度为230℃、电离模式为电子轰击电离、数据采集模式为全扫描模式。
下面提出一个实施例，将上述技术方案同比例缩小对本发明的效果进行验证，具体操作步骤如下：
S1、选择需要进行检测的废气样本充入至与储气罐11对应储气袋中，并将与吸附筒21对应的吸附管与储气袋连通；
S2、在吸附管吸附5-10min后，取下吸附管并取出其内部的填料，将填料依次通过热解析仪和气相色谱-质谱仪进行分析，得到对废气的分析结果；
S3、选择不同的填料，重复S1和S2，并在后续进行对比,得到不同组合吸附材料对废气中的有害物质吸附结果，如图4-7所示；
S4、实地选择企业A和企业B厂界空间的空气，并进行取样，然后重复S1-S3对样本进行分析，分析结果如下表：
不同采样管对企业A厂界空气中VOCs的分析测定结果（单位μg/m3）
不同采样管对企业B厂界空气中VOCs的分析测定结果（单位μg/m3）
在分析对比完成后，选择对应的填料加入至本发明提出的VOCs废气处理系统中，对企业的废气进行处理，达到对废气最大化的净化，有效降低了环境的污染和资源的利用率。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种VOCs废气处理系统，包括废气收集单元、废气吸附单元、分解解析单元和综合处理单元，其特征在于，所述废气收集单元用于对废气进行收集并提供输送的动能，所述废气吸附单元用于对废气中的有害物质进行吸附，所述分解解析单元用于对吸附的有害物质进行分离和解析得到有害物质的具体组成成分，所述综合处理单元用于根据有害物质的成分进行对应的处理方式；
所述废气吸附单元（2）包括吸附筒（21），所述吸附筒（21）内部等距固定连接多个固定环（23），每个所述固定环（23）内部均安装有第一隔离网（24）和第二隔离网（25），相邻的两个所述固定环（23）内部第一隔离网（24）和第二隔离网（25）的相对位置是相反的，所述吸附筒（21）材料为石英，所述第一隔离网（24）的材料为石英棉，所述第二隔离网（25）的材料为钢丝，所述第一隔离网（24）的厚度为3mm，所述吸附筒（21）顶部设有第二进气口（22），所述吸附筒（21）底部设有第二出气口（26）。
2.根据权利要求1所述的一种VOCs废气处理系统，其特征在于：所述废气收集单元（1）包括储气罐（11），所述储气罐（11）外表面对称设有第一进气口（12），所述储气罐（11）远离第一进气口（12）的一侧设有第一出气口（13），所述储气罐（11）外表面对称固定安装有一号气泵（14）和二号气泵（15），所述一号气泵（14）输出端与第一进气口（12）连接，所述二号气泵（15）输入端与第一出气口（13）连接，所述二号气泵（15）输出端与第二进气口（22）连接，所述储气罐（11）顶部等距设有泄压口（16）。
3.根据权利要求1所述的一种VOCs废气处理系统，其特征在于：所述分解解析单元包括解吸管活化仪、双通道大气采样器、热解析仪、配有标准溶液加载平台、气相色谱-质谱仪和石英毛细管柱，所述综合处理单元包括一级喷淋塔、二级喷淋塔、三级喷淋塔、废气燃烧设备和尾气检测仪。
4.根据权利要求2所述的一种VOCs废气处理系统，其特征在于：所述第一进气口（12）内部固定安装有滤网，所述第二出气口（26）内部安装有电磁阀。
5.根据权利要求1所述的一种VOCs废气处理系统，其特征在于：所述吸附筒（21）的筒长、内径和筒厚比例为：89∶4∶1，所述第二隔离网（25）的目数为100目，相邻两个第一隔离网（24）之间填充的吸附材料为：Tenax TA、HMWCNTs和MWCNTs，所述Tenax TA的目数为60-80、平均孔径为200nm、孔体积为、密度为/>、比表面积为/>，所述HMWCNTs的孔径为20-40nm、纯度大于95wt%、羟基含量为1.63wt%、比表面积大于/>，所述MWCNTs的孔径为20-30nm、纯度为95wt%、比表面积为210-250/>。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种VOCs废气处理系统的使用方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
S1、先对储气罐（11）进行清洗操作，然后启动一号气泵（14）将废气接入至储气罐（11）内部进行储存；
S2、对吸附筒（21）进行提纯操作，然后启动二号气泵（15）将储气罐（11）内储存的废气接入至吸附筒（21）中，静置5-15min；
S3、将吸附筒（21）中的气体重新导回储气罐（11）内，然后取出吸附筒（21）内部的所有填料；
S4、通过分解解析单元对填料进行分析，得到废气中的主要污染成分；
S5、根据废气中的主要污染成分，通过综合处理单元对储气罐（11）中的废气进行处理。
7.根据权利要求6所述的一种VOCs废气处理系统的使用方法，其特征在于：所述S1中对储气罐（11）的清洗操作具体流程如下：
S1.1、向储气罐（11）中充入高纯氮气，然后抽为真空，重复3次；
S1.2、继续向储气罐（11）中充入1L高纯氮气，然后向储气罐（11）内部加入5ul 标准溶
液；
S1.3、将储气罐（11）置于60℃下避光热处理两个小时，然后冷却至室温。
8.根据权利要求6所述的一种VOCs废气处理系统的使用方法，其特征在于：所述S2中对吸附筒（21）的提纯操作具体包括以下步骤：
S2.1、将吸附筒（21）置于280℃、氮气流速20ml/min的条件下活化120分钟；
S2.2、然后对第二进气口（22）和第二出气口（26）进行密封；
S2.3、在4℃的环境下储存。
9.根据权利要求6所述的一种VOCs废气处理系统的使用方法，其特征在于：所述热解析仪在使用时，需要进行预吹扫时间控制为1min、样品管解析温度为280℃、解析时间为10min、不分流进样；冷阱最低温度为-10℃，冷阱最高温度为300℃、解析时间为3min、传输线温度为200℃、吹扫流量为50ml/min、分流流量为10ml/min、分流比为6:1。
10.根据权利要求6所述的一种VOCs废气处理系统的使用方法，其特征在于：所述气相色谱-质谱仪在进行色谱分析时，载气为纯氮气、采用恒流模式、柱流速为2ml/min、色谱柱为J&W 123-1364，DB-624、最大温度为260℃、进样方式为不分流进样、升温程序为初始炉温40℃、保持5min；以10℃/min升至250℃，保持4min；再以10℃/min升至260℃，保持10min；色谱时间为41min；
所述气相色谱-质谱仪在进行质谱分析时，电子轰击源为70eV、离子源温度为230℃、电离模式为电子轰击电离、数据采集模式为全扫描模式。
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