CN1561771A - 光化学降解茶叶中有机污染物的装置与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种光化学降解茶叶中有机污染物的装置及方法，装置主要包括反应容器及设置在其上的茶叶入口、茶叶出口、鼓风入口、输氧嘴、喷雾嘴和排气口，反应容器内安装有由光源管组成的紫外线光源群，方法是：将污染了的茶叶从茶叶入口送入反应容器中，点亮紫外线光源群，打开排气口，鼓风机从鼓风口鼓入空气，通过输氧嘴间断性地输入氧气，通过喷雾嘴间断性地喷入水雾。茶叶在反应器10中的光化学反应时间为5－15分钟后，利用引风机将茶叶从茶叶出口引出，等待后序加工。该装置和方法，可消解掉茶叶中残存的有机污染物，且能保持茶叶商品外形及固有的色、香、味。
Description
所属技术领域
本发明属于光化学、环境光化学的应用研究领域，特别是一种光化学降解茶叶中有机污染物的装置与方法
背景技术
70年代前，人们为了提高茶叶产量，防止茶树病虫害，频繁而大规模的施用高毒、长效、难降解的有机氯农药，致使土壤环境、水环境至今仍遭到严重的污染，从70年代起，国家明令禁止使用有机氯农药后，人们开始喷撒有机磷农药，拟除虫菊酯类农药、有机硫农药和其它杀虫剂等，尽管有些农药毒性较低，但最终茶树都要通过植物生理生化作用，将土壤和水中的农药转移到茶叶中去，从而使制成的茶叶中残留农药。当泡茶时，农残便逐渐浸入茶汤，人饮用后，直接进入体内，据媒体报导，国家技术监督局曾进行过全国性的茶叶抽检。结果竟有70％的茶叶中农药残留量超标。这种有毒茶叶广泛销售于国内市场，不仅危害国人身体健康，而且严重影响茶叶的出口创汇，据不完全统计，仅茶叶农残超标一项，就使国家每年茶叶出口额约减少40亿元人民币，如何解决茶叶中的农药残留超标是当前需要解决的重要课题。
发明的内容
为了解决茶叶中的残留农药，保护人类的身体健康，降解茶叶中有机污染物，增加我国茶叶出口创汇额，本发明提出了一种光化学降解茶叶中有机污染物的装置与方法。
本发明的技术原理是，将鲜茶叶放入内设有185-400nmUV组合光谱的铝制光化学反应器中，然后，从光化学反应器底部的孔床吹入空气流，使茶叶在反应器中呈上下起伏的悬浮状态(或伴随旋转)，空气中的氧气，在UV辐射下，可产生光化学的反应，这种反应能降解茶叶中有机污染物。茶叶在反应器中的悬浮态，可保证茶叶均处于UV的辐射下，根据Grotthus-Draper光化学第一定律和Star-Einstein光化学第二定律，只要茶叶透过表皮(0.02-1.1μm)，吸收了大于污染物解离能的UV光量子能(EA＝68.1-190.6Kcal/mol)，就会产生光化学反应，降解茶叶中的有机污染物。
在UV光谱的辐射下，输入氧化气体——氧气，加速新陈代谢，产生如下光化学反应：
上式表明，生物效应协同光化学作用，能大大加快茶叶中有机污染物的降解。
在UV光谱的辐射下，自由基的输入是通过水雾的喷射转化而来的，UV光遇到O2和H2O便产生如下反应：
本发明是将光化学的理论延伸到环境光化学领域，采用独到的光化学方法消除茶叶中有机污染物，包括：有机氯农药[BHC(六氯化苯)、PONB(五氯硝基苯)、HCB(六氯苯)、三氯杀螨醇和DDT等]、有机磷农药(乐果、马拉硫磷、辛硫磷、甲胺磷等)，拟除虫菊酯类农药(溴氰菊酯、联苯菊酯、氯氰菊酯、溴氟菊酯、顺式氯氰菊酯、杀死菊酯、功夫菊酯、二氯苯醚菊酯等)、有机硫农药、其它杀虫剂和杀菌剂、除草剂等。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是，一种光化学降解茶叶中有机污染物的装置，包括反应容器10及设置在其上的茶叶入口16、茶叶出口22和鼓风入口23、输氧嘴2、喷雾嘴29、排气口15，反应容器10内安装有由UV光源管组成的UV光源群3、4和6，光源管的功率为15W-350W，反应容器10内的上部设有风整流器8，底部设有风分流器26和孔床27，紫外线光源群3的UV光源管的功率为300W，UV光源群4和6的UV光源管的功率为40W。UV光源群4、6和3的两端与反应容器10之间分别由UV光源管密封套18和UV光源管密封套7固定连接。排气口15上设有排气调节阀19。反应容器10的上端设有湿度测定探头13和温度测定探头14。反应容器10的上端设有空气压力计11。反应容器10放置在支架1上反应容器10上设有观察窗12和取样口28。茶叶出口22上设有蝶阀9。反应容器10可按上下两部分制作，之间用法兰盘5相连接，上下法兰盘5之间设有密封垫17。风整流器8是由多个方形或圆形洞口组成的，风整流器8能使气流均匀分布，避免茶叶从排气口15排出。风分流器26由多隔板组成，孔床27是由多个圆形小孔组成的板，风分流器26和孔床27使气流均匀分布，可使茶叶均匀上下悬浮旋转。
一种光化学降解茶叶中有机污染物的方法是：将污染物污染了的茶叶从茶叶入口16送入反应器10中，关闭板阀21，然后，点亮功率为15W-350W的UV光源群3、4、6，使反应器10内的工作温度控制在15-45℃范围内，相对湿度为60-70％，打开排气口5，开启鼓风机，通过鼓风口23向反应器10内鼓入压力为0.115-0.35Mpa的空气，空气穿过风分流器26和孔床27，使茶叶在反应器10中呈上下悬浮状态，同时，通过输氧嘴2连续性或间断性地输入氧气，输氧量为1.5-2.0l/min，通过喷雾嘴29连续性的或间断性地喷入水雾，通过观察窗12可观察茶叶的悬浮状态，调节排气调节阀19，改变茶叶的悬浮态，通过取样口28茶样进行检验，空气压力计11显示反应器内部的压力变化，温度、湿度测定探头14、13不断地探测温度和湿度变化，茶叶在反应器10中经过8-15分钟的光化学反应，消除了其中的有机污染物之后，便可旋开蝶阀9，利用引风机将茶叶从茶叶出口22引入茶仓中，等待后序加工。
反应器10内的工作温度为25℃，茶叶在反应器10中光化学反应时间为10分钟时，降解效果较好。
本发明需要电器控制，使用的电气控制系统由电源分配系统、光源系统、数显系统和自动控制系统组成。电源分配属外接220V电源，一路通到光源系统，一路经稳压电源变换至数显系统和自动控制系统。光源系统两路分配，一路经镇流器，启辉器至低压UV光源，它由n＝2-∞个40WUV光源组成，另一路经高频电源至n＝1-50个300WUV光源组成，他们分别由各自的启动开关控制。
数显系统是通过稳压电源将220V交流电源转变为6-10V的直流电源工作的。数据显示包括电流、电压、温度和湿度，温度、湿度显示主要靠反应器内的测定探头，不断地将测定的电信号输送到显示器，显示器又将电信号直接转变成数字信号表现出来，宜于读数。
自动控制系统在直流电的支持下，靠时间继电器作用，间断性地输氧和喷雾。
本发明的有益效果是，本发明装置和操作方法，可消除掉茶叶中残留的有机污染物，之后的鲜茶叶，可制成绿茶、花茶等茶类，且仍能保持商品外形及特有的色、香、味。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是本发明的主视结构示意图。
图2是本发明的俯视结构示意图。
图3是本发明的左视结构示意图。
图4是本发明的风整流器的主视结构示意图。
图5是本发明的风整流器的俯视结构示意图。
图6是本发明的风分流器和孔床的主视结构示意图。
图7是本发明的风分流器和孔床的俯视结构示意图。
图中，1.支架，2.输氧嘴，3.300WUV光源群，4.40WUV光源群，5.连接法兰，6.40WUV光源群，7.300WUV光源管密封套，8.风整流器，9.蝶阀，10.反应容器，11.空气压力计，12.观察窗，13.湿度测定探头，14.温度测定探头，15.排气口，16.茶叶入口，17.密封垫，18.40WUV光源管密封套，19.排气调节阀，20.耳板，21.板阀，22.茶叶出口，23.鼓风入口，24.固定底座，25.固定螺孔，26.风分流器，27.孔床，28.取样口，29.喷雾嘴。
具体实施方式
反应容器10可以制成圆形、方形等形状的容器。为提高反射效率，聚集UV光能，该容器采用金属铝制成。向内伸入温度测定探头14和湿度测定探头13，用于监测光化学反应过程的温、湿度，在反应容器10顶端安装空气压力计11，以便监视空气压力，防止器内压力升高。氧气通过输氧嘴2输入，无污染物的清洁水通过喷雾嘴2喷入反应容器10内，反应容器10内安装有40W低压UV光源群4、6和300W中低压UV光源群3，观察窗12可直观茶叶运动中的降解情况，取样口28是抽检茶叶的专用口，反应器10被螺栓紧固在支架1上。伸入反应容器10内的UV管与下压盖周围间隙的处理，是采用先挤进玻璃密封胶，后利用上压盖的挤压力将O形胶圈压入下压盖槽内的柔形双密封方法，这种方法即可防止气体渗漏，又可避免UV管损伤。装置配有的鼓风机，鼓入的空气流可穿过孔床27，直接喷入反应器10内，配有引风机可将除掉污染物的茶叶引入茶仓中，待后序加工。通过排气口15调节反应器10内的空气压力，以控制茶叶在反应器10内的悬浮状态。风整流器8能使气流均匀分布，避免茶叶从排气口15排出。
降解茶叶中有机污染物的方法是：将污染物污染了的鲜茶叶从茶叶入口16送入反应容器10中，关闭板阀21，点亮UV光源群3、4、6，UV光源群3的UV光源管的功率为300W，UV光源群4和6的UV光源管的功率为40W。打开排气口15利用鼓风机从鼓风口23鼓入压力为0.2Mpa的空气，穿过风分流器26、孔床27，使茶叶在反应器10中呈上下悬浮状态，同时，通过输氧嘴2间断性地输入氧气，输氧量为1.8l/min，通过喷雾嘴29间断性地喷入水雾，通过观察窗12可观察茶叶的悬浮状态，调节排气口15的排气调节阀19，能改变茶叶的悬浮态，通过取样口28，可取茶样进行检验，空气压力计11显示反应器内部的压力变化，温度、湿度测定探头14、13不断地探测温度和湿度变化，反应器10内的工作温度控制在25℃。相对湿度为65％，茶叶在反应器10中的光化学反应时间为10分钟后，便可旋开蝶阀9，利用引风机将茶叶从茶叶出口22引入茶仓中，等待后序加工。使用本发明装置和操作方法，可消除掉茶叶中残留的有机污染物，之后的鲜茶叶，可制成绿茶、花茶等茶类，且仍能保持商品外形及特有的色、香、味。以下所述实施例可详细说明本发明的质量特征：
实施例1
采选四川乐山鲜茶80.0kg送入降解设备中，点亮UV光源群3、4、6，UV光源群3的UV光源管的功率为300W，UV光源群4和6的UV光源管的功率为40W，使反应器10内的工作温度控制在25℃，相对湿度为605％，打开排气口5，开启鼓风机，通过鼓风口23向反应器10内鼓入压力为0.2Mpa的空气，空气穿过风分流器26和孔床27，使茶叶在反应器10中呈上下悬浮状态，同时，通过输氧嘴2间断性地输入氧气，输氧量为1.8l/min，通过喷雾嘴29连续性的或间断性地喷入水雾，经10min的光化学反应后，原茶叶中残留农药总量为28mg/kg改变为残留农药总量为0.02mg/kg。
实施例2
采选安徽祁门鲜茶80.0kg送入降解设备中，按实施例1的工作条件、方法操作，结果为：原茶叶中残留农药总量为23mg/kg，经5min的光化学反应后，残留农药量为0.03mg/kg。
实施例3
选自浙江杭州龙井鲜茶60kg送入降解设备中，按实施例1的工作条件、方法操作，结果为：原茶叶中残留农药总量为12mg/kg，经10min的光化学反应后，残留农药总量为0.03mg/kg。
实施例4
选自福建乌龙鲜茶60kg送入降解设备中，按实施例1的工作条件、方法操作，原茶叶中残留农药总量为11mg/kg，经5min的光化学反应后，残留农药总量为0.02mg/kg。
上述例，农药残留总量析验均依照SNO497-95出口茶叶中多种有机氯农药残留量析验方法、SN/T0348.1-95出口茶叶中代森锌类农药总残留析验方法等进行。
上述实施例，茶叶的感官指标统一采用SB/T10157-93茶叶感官司审评方法查验，茶叶外形及固有的色、香、味等均符合GB9679-88的茶叶卫生标准要求。
Claims (12)
1、一种光化学降解茶叶中有机污染物的装置，其特征在于，包括反应容器(10)及设置在其上的茶叶入口(16)、茶叶出口(22)和鼓风入口(23)、输氧嘴(2)、喷雾嘴(29)、排气口(15)，反应容器(10)内安装有由UV光源管组成的UV光源群(3)、(4)和(6)，UV光源管的功率为15W-350W，反应容器(10)内的上部设有风整流器(8)，底部设有风分流器(26)和孔床(27)。
2、根据权利要求1所述的一种光化学降解茶叶中有机污染物的装置，其特征在于，所述的UV光源群(3)的UV光源管的功率为300W，UV光源群(4)和(6)的UV光源管的功率为40W。
3、根据权利要求1所述的一种光化学降解茶叶中有机污染物的装置，其特征在于，所述的UV光源群(4)、(6)和(3)的两端与反应容器(10)之间分别由UV光源管密封套(18)和UV光源管密封套(7)固定连接。
4、根据权力要求1所述的一种光化学降解茶叶中有机污染物的装置，其特征在于，所述的排气口(15)上设有排气调节阀(19)。
5、根据权利要求1或3所述的一种光化学降解茶叶中有机污染物的装置，其特征在于，所述的反应容器(10)的上端设有湿度测定探头(13)和温度测定探头(14)。
6、根据权利要求5所述的一种光化学降解茶叶中有机污染物的装置，其特征在于，所述的反应容器(10)的上端设有空气压力计(11)。
7、根据权利要求1所述的一种光化学降解茶叶中有机污染物的装置，其特征在于，所述的反应容器(10)放置在支架(1)上。
8、根据权利要求1所述的一种光化学降解茶叶中有机污染物的装置，其特征在于，所述的反应容器(10)上设有观察窗(12)和取样口(28)。
9、根据权利要求1所述的一种光化学降解茶叶中有机污染物的装置，其特征在于，所述的茶叶出口(22)上设有蝶阀(9)。
10、使用权力要求1所述的一种光化学降解茶叶中有机污染物的装置的方法，其特征在于，使用茶叶降解装置的方法是：首先，将污染物污染了的茶叶从茶叶入口(16)送入反应器(10)中，关闭板阀(21)，然后，点亮功率为15W-350W的UV光源管组成的UV光源群(3)、(4)、(6)，使反应器(10)内的工作温度控制在15-45℃范围内，相对湿度为60-70％，打开排气口(15)，开启鼓风机，通过鼓风口(23)向反应器(10)内鼓入压力为0.115-0.35Mpa的空气，空气穿过分流器26和孔床(27)，使茶叶在反应器(10)中呈上下悬浮状态，同时，通过输氧嘴(2)连续性或间断性地输入氧气，输氧量为1.5-2.0l/min，通过喷雾嘴(29)连续性或间断性地喷入水雾，通过观察窗(12)可观察茶叶的悬浮状态，调节排气调节阀(19)，改变茶叶的悬浮态，通过取样口(28)，可取茶样进行检验，空气压力计(11)显示反应器内部的压力变化，温度和湿度测定探头(14)、(13)不断地探测温度和湿度变化，茶叶在反应器(10)中经过8-15分钟的光化学反应，消除了其中的有机污染物后，便可旋开蝶阀9，利用引风机将茶叶从茶叶出口(22)引入茶仓中，等待后序加工。
11、根据权利要求10所述的使用权力要求1所述的一种光化学降解茶叶中有机污染物的装置的方法，其特征在于，所述的反应器(10)内的工作温度为25℃。
12、根据权利要求10所述的使用权力要求1所述的一种光化学降解茶叶中有机污染物的装置的方法，其特征在于，所述的茶叶在反应器(10)中光化学反应时间为10分钟。
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