CN1762501A

CN1762501A - 一种低浓度大风量恶臭气体的处理装置和方法

Info

Publication number: CN1762501A
Application number: CN 200510030278
Authority: CN
Inventors: 张仁熙; 侯惠奇; 房豪杰; 董文博
Original assignee: Fudan University
Current assignee: Fudan University
Priority date: 2005-09-30
Filing date: 2005-09-30
Publication date: 2006-04-26
Anticipated expiration: 2025-09-30
Also published as: CN1319600C

Abstract

本发明属于恶臭气体处理技术领域，具体是一种把172nm准分子紫外光技术和蜂窝活性炭吸附－催化氧化床有机相结合处理恶臭气体装置和方法。该装置包括过滤网、光解反应器、蜂窝活性炭床和风机依次连接组成。其中光解反应器采用172m准分子紫外灯，为空心圆柱形结构。通过蜂窝活性炭的吸附作用，将光解反应产生的臭氧、HO·和HO₂·等高活性基团，未分解完的恶臭物质及气体中的氧气吸附积聚在活性炭微孔结构内，利用活性炭床的媒介和催化氧化作用，将恶臭物质氧化分解。本发明可高效率、大规模地处理低深度、大风量恶臭气体。

Description

一种低浓度大风量恶臭气体的处理装置和方法

技术领域

本发明属废气处理技术领域，是一种把准分子紫外光技术和蜂窝活性炭吸附-催化氧化床有机结合在一起的新型恶臭气体处理装置和方法。

背景技术

恶臭作为环境公害之一已越来越受到关注，是继噪声之后居民投诉最多的环境问题之一。因此寻求一种切实可行又经济实惠的方法来控制环境中的恶臭已十分必要。恶臭是通过空气介质作用于人的嗅觉器官感知而引起不愉快的感觉并有害于人体健康的一类公害气态污染物质，多为含碳、氢、氧、硫或氮的化合物，如硫化氢、硫醇类、苯乙烯、三甲胺及有机酸等。恶臭物质还具有较大的毒性，且极易与空气中的水分、尘粒结合在一起，随呼吸系统进入人体，加剧人体健康危害。其来源分布广泛，如垃圾处理站(场)、石油化工厂、污水处理厂、饲料和肥料加工厂、畜牧产品农场、污水泵站、化纤厂以及公厕、粪便转运站等场所。恶臭气体的控制，尤其是低浓度(小于100ppm)大风量恶臭气体的处理已成为目前一些地区亟待解决的环境问题之一。

在已有恶臭气体处理方法中，光技术因其简单方便、净化效率高、分解速度快，越来越受到重视。光敏半导体催化氧化或纳米金属氧化物光催化是近年来的关注热点，但该技术的降解效率受控于恶臭物质与催化剂表面的界面扩散速率，因此很难用于大规模工业化应用，目前多局限于小风量试用阶段。在直接光分解恶臭物质方面，有人采用能发射254nm或185nm的低压汞灯用于恶臭气体治理，由于相当多的恶臭物质(如CS₂、H₂S等)不吸收或微量吸收254nm光子，且254nm光子能量不高，因此254nm紫外光技术难以推广使用，大多用于杀菌和消毒；185nm光处理恶臭尽管有效，但低压汞灯的185nm光效率一般小于7％(通常为5％左右)，且低压汞灯单机功率低，一般小于80W，用于处理大风量气体时用灯量庞大；另外，低压汞灯寿命短(一般小于8000h)，灯管更换频率高。

研究表明，几乎所有的恶臭物质都能很好的吸收172nm波长的紫外光，172nm光子能量为7.2eV(约合695kJ/mol)，而恶臭物质分子的断裂键能一般小于5eV，因此可通过恶臭物质分子吸收172nm光子后被分解而消除臭味。172nm光子由氙准分子发生器产生，准分子是在特殊的气体放电条件下产生，并在通常条件下不能稳定存在的激发态分子，当氙准分子从激发态回到能量较小的状态时就会辐射出能量极强的172nm光子。

利用172nm紫外光处理低浓度大风量恶臭气体处理时，主要存在如下问题：

1.普通准分子紫外光源光效率低，172nm光效率一般小于10％，难以大规模推广使用；

2.普通准分子紫外光源单机功率低，一般小于100W，用于处理大气量恶臭气体时，装机量庞大；

3.经172nm紫外光处理后的尾气中含有大量臭氧，未能充分利用，造成二次污染；

4.电极与被处理气体直接接触，存在腐蚀问题。

本工艺技术的目的在于提供一种发射172nm光子的超强准分子光源结合蜂窝活性炭吸附-催化氧化床处理低浓度大风量恶臭废气的治理技术。

发明内容

本发明的目的在于提出一种能大规模、高效率处理低浓度、大风量恶臭气体的装置和方法。

本发明提出的低浓度、大风量恶臭气体的装置，由过滤网、光解反应器、蜂窝活性炭床和风机依次连接组成，如图1所示。其中，光解反应器采用172nm准分子紫外灯，其结构如图2所示。该灯由石英套管1、外电极2、石英灯管3和内电极4组成，其中，石英灯管3与石英套管同心，外电极2在石英灯管3与石英套管1之间，内电极4在石英灯管3内侧，灯的整体为空心圆柱形。172nm光从灯管壁向四周射出，紫外光有效辐射面积大于1m²，例如1-2m²。内、外电极可采用不锈钢材料，石英管套1和外电极2之间通入空气，避免腐蚀性成份进入。与普通准分子灯相比，系统的172nm光辐射效率高(大于50％，按功率计)，功率大(达900W以上)，使用寿命长(大于1600小时)。采用圆柱形设计，便于安排，且有利于光子与气体的充分接触。

工作原理为：172nm准分子紫外灯置于反应器中间，恶臭气体从外电极石英套管和反应器壁之间空隙进入，恶臭气体流经反应区时，在172nm光子轰击下，恶臭物质便分解变成各种活性粒子，这些活性粒子继而与O₂反应生成CO₂、H₂O等无害物质，恶臭物质分子中的N、S元素最终转化为NO₂及SO₂、单质S等低危害物质，由于处理对象为低浓度废气，因此产生的NO₂及SO₂量也相对较少。另外，空气中的O₂和H₂O在172nm光子的作用下也可产生氧原子、臭氧、HO·和HO₂·等高活性基团，这些基团均具有较高的反应活性，一部分恶臭物质也能与这些活性基团发生反应，促进臭味消除。

本发明中，蜂窝活性炭床是一种蜂窝活性炭吸附-催化氧化床，它采用蜂窝活性炭作为填充层，蜂窝活性炭组成按重量百分比如下：粉末活性炭80-88％，粘土8-12％，金属氧化物-7％，总量满足100％。孔口大小为(1-1.8)mm×(1-1.8)mm，孔口有效面积为800-1200mm²。其结构见图3所示。

该吸附-氧化床采用蜂窝活性炭作为填充层，气体从蜂窝活性炭孔口缝隙中流过，同粒状活性炭层相比，气体阻力大大降低，气体组分与活性炭接触更加充分。由于活性炭能有效吸附恶臭组分、O₂及臭氧、O原子等活性基团，使这些反应物在活性炭微孔结构内富集，加大了恶臭物质与氧气、臭氧、O原子等活性基团之间的接触，促进了恶臭物质的降解。由于活性炭床仅起到反应界面(或媒介)和催化氧化的作用，不存在吸附饱和问题，无需定期更换，可长期使用。

工作原理：172nm紫外光处理后的废气中含有氧气、未分解完全的恶臭物质及产生的高活性基团O₃、氧原子、HO·等，气体流经蜂窝活性炭床层时，通过活性炭良好的吸附性能，将这些物质吸附在活性炭的微孔结构中，由于恶臭物质与O₂、O₃等积聚在一起，充分接触，发生氧化反应将恶臭物质分解掉，反应产物通过解吸作用从活性炭微孔结构中脱附，回复活性炭的高效吸附和催化氧化能力，使活性炭循环使用。

本发明中，过滤网的网孔一般为90-100目，用于过滤气体中灰尘等颗粒物质。风机4在反应装置后面，使反应装置处于负压状态，避免恶臭气体泄漏。

本发明利用上述处理装置对恶臭气体进行处理的方法如下：

恶臭气体收集后先经过滤网除5，去灰尘等颗粒物质，然后进入光解反应器6，控制气体流速为0.3-0.6m/s，在此利用准分子紫外光发生系统产生的172nm光子轰击恶臭物质，并发生一系列反应使恶臭物质分解和转化为无害或其它无臭物质，O₂及少量未反应的恶臭物质、反应过程中产生的O₃、O和HO·进入蜂窝活性炭床7，控制气体流速为0.8-1.2m/s，被活性炭吸附并继续发生反应；经过活性炭的吸附积聚和催化氧化作用，恶臭物质被氧化分解，最终达到消除恶臭目的。风机8放在反应装置后面，可保证反应装置处于负压状态，避免恶臭气体泄漏。

附图说明

图1为本发明装置与流程示意图。

图2为172nm准分子紫外灯结构图示。其中图2(a)为俯视图示，图2(b)为立体图示。

图3为蜂窝活性炭图示。其中，图3(a)为俯视图，图3(b)为立体图示。

图中标号：1为石英套管，2为外电极，3为石英灯管，4为内电极，5为过滤网，6为光解反应器，7为蜂窝活性炭床，8为风机。

具体实施方式

以气量10000m³/h、浓度100ppm的恶臭气体为例说明本发明的装置和各工艺单元参数：

①.过滤网：100目

②.光解反应器：采用172nm准分子紫外灯，灯的结构如前所述，为空心圆柱形。单组直径400mm×高1000mm，装机功率900W，共40组，合计总装机36kW。控制气体流速为0.5m/s。

③.蜂窝活性炭床：单组长2000mm×宽2000mm×高1500mm，共2组，合计蜂窝活性炭装填量8m³。活性炭组成(按重量计)为：粉末活性炭85％，黏土10％，其余为金属氧化物为锰或铁的氧化物，控制气体流速为1m/s。

④.风机：配套功率11kW。

合计处理每立方米恶臭气体功耗为4.7W，处理效果十分理想。

Claims

1、一种处理低深度、大风量恶臭气体的装置，其特征在于由过滤网、光解反应器、蜂窝活性炭床和风机依次连接组成，其中，光解反应器采用172nm准分子紫外灯，该灯由石英套管(1)、外电极(2)、石英灯管(3)和内电极(4)组成，其中，石英灯管(3)与石英套管同心，外电极(2)在石英灯管(3)与石英套管(1)之间，内电极(4)在石英灯管(3)内侧，灯的整体为空心圆柱形；蜂窝活性炭床采用蜂窝活性炭作为填充层，蜂窝活性炭组成按重量百分比如下：粉末活性炭80-88％，粘土8-12％，金属氧化物4-7％，总量满足00％，孔口大小为(1-1.8)mm×(1-1.8)mm，孔口有效面积为800-1200mm²；过滤网的网孔为90-100目，风机(4)在反应装置后面。

2、根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述外电极(2)和内电极(4)采用不锈钢。

3、一种利用权利要求1所述装置处理低深度、大风量恶臭气体的方法，其特征在于具体步骤如下：恶臭气体收集后先经过滤网除5，去灰尘等颗粒物质，然后进入光解反应器6，控制气体流速为0.3-0.6m/s，在此利用准分子紫外光发生系统产生的172nm光子轰击恶臭物质，并发生一系列反应使恶臭物质分解和转化为无害或其它无臭物质，O₂及少量未反应的恶臭物质、反应过程中产生的O₃、O和HO·进入蜂窝活性炭床7，控制气体流速为0.8-1.2m/s，被活性炭吸附并继续发生反应；经过活性炭的吸附积聚和催化氧化作用，恶臭物质被氧化分解，最终达到消除恶臭目的。