CN203803377U - 一种有毒有害气体的处理装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种有毒有害气体的处理装置，属于大气污染控制领域；该装置主要包括特殊组成和结构的滤床、反应器、储液罐、电源和混气装置；本实用新型装置结构合理简便、容易操作，处理效率高。将该装置用于有毒有害气体的净化处理工艺，实现在辅助低电压作用下在一个反应器中液相吸收、电催化、强化微电解、电吸附等作用协同进行，使有毒有害气体在反应器中高效净化并降解转化为化学稳定的物质，避免二次污染的产生。本实用新型所用方法不仅能高效处理净化有毒有害气体而且还存在能耗低、可控性好、处理成本低等优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种有毒有害气体的处理装置，属于大气污染控制领域。
背景技术
有毒有害废气和恶臭气体产生于化学工业、制药、半导体等行业的生产过程。大量挥发性有机物排放是引起大气光化学污染的原因之一，且在一定条件下会产生二次污染，对一些地区的人体健康与生态环境造成了很大的影响。且有机废气的任意排放严重浪费了资源，影响气体的再利用。随着我国经济持续发展，能源消耗逐年增加，有机废气的排放量日益扩大，因此，寻求高效、经济的治理技术是控制其排放的主要任务之一。
目前处理废气的主要手段有催化燃烧法和吸附法。催化燃烧对运行条件要求较高，一般要求在200℃以上运行，投资和运行费用高，尤其对化学结构较稳定的物质来说，需要更高的温度才能分解，处理过程中无法有效控制气体驱动、对装置气密性要求高，并且经燃烧后会产生氮氧化物NOx，PH3、H2S等有毒有害气体以及CH4和CO2等大量温室气体，危害周边环境。吸附法主要分为物理吸附法和化学吸附法。物理吸附法是利用吸附剂比表面积以及自身表面自由能对吸附质进行吸附，其吸附能力大小主要取决于自身物理特性，导致难以广泛运用。化学吸附需消耗大量吸附剂，且存在吸附剂再生困难、投资大等缺点。
近年来，以生成羟基自由基（·OH）为标志的高级氧化技术引起了世界各国环境科学界的重视。羟基自由基（·OH）因其有极高的氧化电位（2.8V），其氧化能力极强，与大多数有机污染物都可以发生快速的链式反应，无选择性地把有害物质氧化成CO2、H2O或矿物盐，无二次污染；其氧化有机物的速率快，量子化效率高，矿化能力强，被视为一种很有应用前景的水处理技术而受到环境工作者的重视。
电化学技术是利用外加电场作用，在特定的电化学反应器内，通过一系列设计的化学反应、电化学过程或物理过程，从而氧化降解有机物的一种高级氧化技术。具有独特的优点：（1）不需或只需加入少量化学药剂，可以大幅度降低处理成本；（2）处理过程清洁，不会造成二次污染；（3）设备相对简单，电解过程需控制的参数只有电流和电压，易于实现自动控制；（4）除羟基自由基氧化外，阳极氧化，电吸附等作用提高处理效率；（5）占地面积小，处理时间短，可与其他方法结合使用。
目前，电解法作为一种较为成熟的水处理技术，因不产生或很少产生二次污染、能量效率高、电解设备及其操作简单、费用不高等特点，而被称为“环境友好”技术，已在电镀废水、印染废水、制药废水、制革废水等处理中得以应用。微电解技术也是目前处理高浓度有机废水的一种理想工艺，是利用金属腐蚀原理，形成原电池对废水进行处理的良好工艺。但由于铁屑在酸性介质中易板结且铁量消耗较大而受到制约。目前国内外有不少研究者进行利用电解法处理有机废水的研究，但对应用于废气处理的研究罕见报道。本实用新型着重介绍一种用电助过滤床处理有毒气体的装置和方法，旨在为有毒有害气体的净化吸收提供一种新的有效处理方法。
发明内容
针对目前废气处理中存在的问题以及对现有电化学处理废水技术的拓展，本实用新型的目的在于提供一种有毒有害气体的处理装置，该包括混气装置1、反应器2、阳极滤床3、阴极滤床4、电源6、气体分散装置7、储液罐8，反应器2的下部设有气体分散装置7，气体分散装置7的上面设有两个以上的阳极滤床3和两个以上的阴极滤床4，阳极滤床3串联后与电源6的正极连接，阴极滤床4串联后与电源6的负极连接，混气装置1和反应器2的进气口Ⅰ14连接，进气口Ⅰ14设于反应器2的下部和气体分散装置7连通，出气口Ⅰ15设于反应器2的上部，反应器2的下端和储液罐8连通，储液罐8通过泵9和反应器2顶端的喷淋器5连通。
混气装置1和反应器2之间设有阀门Ⅰ10，反应器2和储液罐8之间设有阀门Ⅱ11，储液罐8和泵9之间设有阀门Ⅳ13，在反应器2的出气口Ⅰ15处设有阀门Ⅲ12。本实用新型所述混气装置1的前端设有1个进气口Ⅱ16，横壁上有1~5个进气口Ⅲ17，后端有1个出气口Ⅱ18。
本实用新型所述阳极滤床床层3和阴极滤床床层4安装于反应器内，两个相邻滤床之间的距离为5~200mm。
本实用新型所述阳极滤床4为3~8层聚四氟乙烯网状结构，层与层之间的距离为5~100mm，网孔的孔径为0.1~5mm，目数为5~140，各层可拆卸，网层间填料为具有导电能力的颗粒状的不锈钢、钛、BDD、氧化锡、氧化铅的一种或多种的混合，填料颗粒粒径为3~10mm。
本实用新型所述阴极滤床5为3~8层聚四氟乙烯网状结构，层与层之间的距离为5~100mm，网孔的孔径为0.1~5mm，目数为5~140，各层可拆卸，网层间填料为具有导电能力的颗粒状的铂、活性炭、氧化铱、氧化钌中的一种或多种的混合，填料颗粒粒径为3~10mm。
本实用新型所述的有毒有害气体的处理装置用于处理有毒有害气体的方法：在外加电压0.1~220V条件下，滤床发挥了强化电解质溶液吸收或液相催化吸收、电解、电吸附及强化微电解等多重功能，将有毒有害气体与吸收液充分反应，气体停留时间0.1~10min将废气有效净化，吸收液则通过泵打入滤床顶端循环利用。
本实用新型所述反应液为酸性电解液或液相催化吸收液，酸性电解液为常规的吸收液：盐酸水溶液或盐酸与盐溶液或稀硫酸与盐的混合水溶液，所述盐为以下任意两种或两种以上的任意比例混合：氯化钠、氯化钾、硫酸钠、硫酸钾、硫酸亚铁；
所述液相催化吸收液采用含过渡金属离子或含过渡金属与贵金属金属离子的吸收液，其中液相催化剂以专利CN 101045195 A里面的方法制备得到。
本实用新型所述有毒有害废气为100~10000ppm的有毒有害废气，含有一氧化氮、磷化氢、硫化氢、氰化氢、砷化氢气体中一种或多种的废气。
本实用新型所述装置的使用方法为：将有毒有害废气从进气口Ⅱ16通入，空气或者氧气从进气口Ⅱ17通入，在混气装置1中混合后经过混气装置1的出气口Ⅱ18从反应器2的进气口14通入到反应器2中，经过分散装置7分散后分别通过若干层的阴极滤床4和阳极滤床3，与此同时反应液加入储液罐8，打开阀门11和阀门13，吸收反应液通过泵9进入反应器2中，打开反应器顶端的喷淋泵5使反应液在反应器内进行喷淋，以此形成循环，其中反应器内的反应液液面不宜低于最高的床层；气体经过净化，打开阀门12由出气口15排出。
本实用新型的技术特点有：
（1）本实用新型所述方法能将电化学作用、液相催化作用、电吸附作用、微电解作用有机地结合在一起净化处理有毒有害气体，明显的提高了处理效率。
（2）本实用新型所述反应器可为圆柱形或矩形，反应器可用于工业废气治理，也可制成微型反应器用于防毒面具。
（3）本实用新型所述方法能有效解决床层填料易板结、钝化的情况，有效地提高了填料的使用寿命，降低气体的处理成本。
（4）本实用新型所述方法可根据处理对象的实际情况调整床层厚度、层数以及顺序，可灵活的应对不同浓度的有毒有害气体。
（5）本实用新型所述装置可采用低电压，能耗较低，结构简单易操作。
附图说明
图1是本实用新型装置的结构示意图；
图2是混气装置的结构示意图；
图中：1-混气装置，2-反应器，3-阳极滤床，4-阴极滤床，5-喷淋器，6-电源，7-气体分散装置，8-储液罐，9-泵，10-阀门Ⅰ，11-阀门Ⅱ，12-阀门Ⅲ，13-阀门Ⅳ，14-进气口Ⅰ，15-出气口Ⅰ，16-进气口Ⅱ，17-进气口Ⅱ，18-出气口Ⅱ。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明，但本实用新型保护范围不局限于所述内容。
实施例1：
磷化氢（PH3）常温时是一种无色有恶臭味的气体，有剧毒，又称磷烷或膦，并在2003年列入中国人民共和国卫生部印发的《高毒物品名录》中。PH3气体主要产生于黄磷生产、镁粉制备、乙炔生产、次磷酸钠生产、半导体工业、粮食仓库熏蒸杀虫以及污泥沉积等过程中，它的产生会造成环境的污染并危害人体健康，并影响着磷化工尾气的资源化利用及含PH3混合气的深加工。
目前，国内净化PH3技术方法有很多，可分为湿法和干法两类。其中湿法主要是利用PH3的还原性在吸收塔内用氧化剂处理PH3的液相催化氧化还原法，它主要包括浓硫酸法、高锰酸钾法、次氯酸钠法、过氧化氢法、磷酸法和漂白精法；干法就是利用PH3的还原性和可燃性，用固体氧化剂或吸附剂来脱除PH3或直接燃烧。湿法中存在氧化剂耗量大、可操作性差等问题，而干法工艺较复杂，难以适应较多PH3处理场合。
本实施例采用的有毒有害气体的处理装置如图1所示，该包括混气装置1、反应器2、阳极滤床3、阴极滤床4、电源6、气体分散装置7、储液罐8，反应器2的下部设有气体分散装置7，气体分散装置7的上面设有两个以上的阳极滤床3和两个以上的阴极滤床4，阳极滤床3串联后与电源6的正极连接，阴极滤床4串联后与电源6的负极连接，混气装置1和反应器2的进气口Ⅰ14连接，进气口Ⅰ14设于反应器2的下部和气体分散装置7连通，出气口Ⅰ15设于反应器2的上部，反应器2的下端和储液罐8连通，储液罐8通过泵9和反应器2顶端的喷淋器5连通。
混气装置1和反应器2之间设有阀门Ⅰ10，反应器2和储液罐8之间设有阀门Ⅱ11，储液罐8和泵9之间设有阀门Ⅳ13，在反应器2的出气口Ⅰ15处设有阀门Ⅲ12。本实用新型所述混气装置1的前端设有1个进气口Ⅱ16，横壁上有1~5个进气口Ⅲ17，后端有1个出气口Ⅱ18。
本实施例所述阳极滤床床层3和阴极滤床床层4安装于反应器内，两个相邻滤床之间的距离为200mm。
本实施例所述阳极滤床4为3层聚四氟乙烯网状结构，层与层之间的距离为5mm，网孔的孔径为5mm，目数为5，各层可拆卸，网层间填料为具有导电能力的颗粒状的不锈钢，填料颗粒粒径为3mm。
本实施例所述阴极滤床5为3层聚四氟乙烯网状结构，层与层之间的距离为5mm，网孔的孔径为0.1mm，目数为5，各层可拆卸，网层间填料为具有导电能力的颗粒状的活性炭，填料颗粒粒径为3mm。
本实施例所述的有毒有害气体的处理装置用于处理有毒有害气体的方法：在外加电压0.1V条件下，滤床发挥了强化电解质溶液吸收或液相催化吸收、电解、电吸附及强化微电解等多重功能， 将1200ppmPH3通入反应器，在外加电压0.1V，电流密度为0.01A/cm2条件下，调节初始pH2.88，在反应器中加入Na2SO4和Fe 2 SO4以6:1的比例作为电解液，再将待处理气体通入反应器，阴极滤床层同时通入流量为100m3/min空气，气体停留时间10min将废气有效净化，吸收液则通过泵打入滤床顶端循环利用。
所述的待处理气体通过气体分布器导入反应器，首先通过阴极滤床，阴极滤床对PH3具有一定的吸附作用；并且在曝气条件下，发生如下反应：O2+2H++2e→H2O2。阳极滤床由于微电解与电化学氧化作用，溶出Fe2+，与阴极滤床层生成的H2O2发生如下反应：Fe2++H2O2→Fe3++OH-+·OH，Fe3++H2O2→Fe2++·HO2+H+，生成的·OH和·HO2皆具有强氧化性，能够氧化还原性气体PH3。依次通过阴极滤床、阳极滤床后，最终将待处理气体净化吸收，净化后的气体从净化气体出口排出，出口处PH3浓度可达30ppm，净化效率为97.5%。
实施例2：
氰化氢（HCN）为无色透明液体，极易挥发，有苦杏仁味，与水互溶，同时可溶于乙醇、乙醚、甘油、苯、氯仿等。在许多工业废气中含有较多氰化氢，如焦炉煤气（含HCN 0.5-1.5g/m3），电石炉气（含HCN 3-4g/m3）、黄磷尾气5（含HCN 0.1-0.2g/m3），以及丙烯腈、丙烯酸树脂、农药杀虫剂的制造等从事生产或使用氰化氢的场合排放废气中都含有氰化氢。
目前，脱除工业废气中的氰化氢主要有水洗法、碱洗法、催化法和电渗析法。水洗法的结果是将废气中氰化氢转移到水中，含氰废水污染很大，必须进行处理，含氧废水很复杂，往往处理不彻底，排放便造成二次污染；碱洗法生成的硫氢化钠和氰化钠同样都是剧毒品，对企业增加了不少管理麻烦；催化法存在催化剂中毒，难再生及成本高等特点。
本实施例采用的有毒有害气体的处理装置如图1所示，该包括混气装置1、反应器2、阳极滤床3、阴极滤床4、电源6、气体分散装置7、储液罐8，反应器2的下部设有气体分散装置7，气体分散装置7的上面设有两个以上的阳极滤床3和两个以上的阴极滤床4，阳极滤床3串联后与电源6的正极连接，阴极滤床4串联后与电源6的负极连接，混气装置1和反应器2的进气口Ⅰ14连接，进气口Ⅰ14设于反应器2的下部和气体分散装置7连通，出气口Ⅰ15设于反应器2的上部，反应器2的下端和储液罐8连通，储液罐8通过泵9和反应器2顶端的喷淋器5连通。
混气装置1和反应器2之间设有阀门Ⅰ10，反应器2和储液罐8之间设有阀门Ⅱ11，储液罐8和泵9之间设有阀门Ⅳ13，在反应器2的出气口Ⅰ15处设有阀门Ⅲ12。
本实施例所述混气装置1的前端设有1个进气口Ⅱ16，横壁上有1个进气口Ⅲ17，后端有1个出气口Ⅱ18。
本实施例所述阳极滤床床层3和阴极滤床床层4安装于反应器内，两个相邻滤床之间的距离为5mm。
本实施例所述阳极滤床3为8层聚四氟乙烯网状结构，层与层之间的距离为100mm，网孔的孔径为0.1mm，目数为140，各层可拆卸，网层间填料为具有导电能力的颗粒状的不锈钢、钛、BDD、氧化锡、混合得到，填料颗粒粒径为10mm。
本实施例所述阴极滤床4为8层聚四氟乙烯网状结构，层与层之间的距离为100mm，网孔的孔径为0.1mm，目数为140，各层可拆卸，网层间填料为具有导电能力的颗粒状的铂、活性炭、氧化铱、氧化钌混合得到，填料颗粒粒径为10mm。
本实施例所述的有毒有害气体的处理装置用于处理有毒有害气体的方法：在外加电压220V条件下，将50ppmHCN通入反应器，在外加电压0.6V，电流密度为0.005A/cm2条件下，调节初始pH 为5。 在反应器中加入Fe2SO4和ZnSO4以1:2的比例作为吸收液，再将待处理气体通过待处理气体进口导入气体分布器，阴极滤床层同时通入流量为60L/min空气。气体停留时间0.1min将废气有效净化，吸收液则通过泵打入滤床顶端循环利用。
所述的待处理气体通过气体分布器导入反应器，首先通过阴极滤床，阴极滤床中活性炭对气体具有一定的吸附作用，并且在曝气条件下，发生如下反应：O2+2H++2e→H2O2；与反应液中的Fe2+发生芬顿反应，发生如下反应：Fe2++H2O2→Fe3++OH-+·OH，Fe3++H2O2→Fe2++·HO2+H+，生成的·OH和·HO2皆具有强氧化性，阳极滤床在电催化作用下也产生大量的·OH， HCN主要通过具有氧化性的羟基自由基将其氧化为N2、CO2和H2O。HCN依次通过阴极滤床和阳极滤床后，最终将待处理气体中的有害污染物净化吸收，净化后的气体从净化气体出口排出。出口处HCN浓度可达1ppm。
实施例3：
砷化氢（化学式：AsH3）又称砷化三氢、砷烷、胂，是最简单的砷化合物，无色、剧毒、可燃气体。在有色金属冶金含砷物料处理过程中含砷溶液的净化、电解都产生毒性远大于砒霜的砷化氢气体。
国外对砷化氢尾气的处理早期广泛采用的是化学吸收法。它主要是利用氧化性物质，如高锰酸钾、次氯酸钠、硝酸银、氯化汞和三氯化磷等的水溶液与砷化氢发生氧化还原反应使其转化为无毒或低毒物质的过程。由于设备的腐蚀严重以及吸收液的二次污染问题使其应用受到了限制，于是直接燃烧法和催化氧化法相继出现，考虑到能量利用的合理性，特别是前者在低浓度下所需助燃剂( 甲烷、丙烷) 的量较大而燃烧能量又难于回收，后者必须提供足够的热能以达到催化剂(铂、钯等)的起活温度。
80年代人们又把注意力转移到化学吸附方面，目前所开发出的固体吸附剂主要有金属氧化物(氧化铜、氧化铅、氧化钡)、金属卤化物(三氯化铁、氯化亚铅)以及金属有机化合物(三烷基铝)等。
本实施例采用的有毒有害气体的处理装置，如图1所示，该包括混气装置1、反应器2、阳极滤床3、阴极滤床4、电源6、气体分散装置7、储液罐8，反应器2的下部设有气体分散装置7，气体分散装置7的上面设有两个以上的阳极滤床3和两个以上的阴极滤床4，阳极滤床3串联后与电源6的正极连接，阴极滤床4串联后与电源6的负极连接，混气装置1和反应器2的进气口Ⅰ14连接，进气口Ⅰ14设于反应器2的下部和气体分散装置7连通，出气口Ⅰ15设于反应器2的上部，反应器2的下端和储液罐8连通，储液罐8通过泵9和反应器2顶端的喷淋器5连通。
混气装置1和反应器2之间设有阀门Ⅰ10，反应器2和储液罐8之间设有阀门Ⅱ11，储液罐8和泵9之间设有阀门Ⅳ13，在反应器2的出气口Ⅰ15处设有阀门Ⅲ12。本实用新型所述混气装置1的前端设有1个进气口Ⅱ16，横壁上有1~5个进气口Ⅲ17，后端有1个出气口Ⅱ18。
本实施例所述阳极滤床床层3和阴极滤床床层4安装于反应器内，两个相邻滤床之间的距离为100mm。
本实施例所述阳极滤床3为5层聚四氟乙烯网状结构，层与层之间的距离为50mm，网孔的孔径为3mm，目数为100，各层可拆卸，网层间填料为具有导电能力的颗粒状的不锈钢、钛、BDD、氧化锡、氧化铅的一种或多种的混合，填料颗粒粒径为6mm。
本实施例所述阴极滤床4为5层聚四氟乙烯网状结构，层与层之间的距离为50mm，网孔的孔径为3mm，目数为60，各层可拆卸，网层间填料为具有导电能力的颗粒状的铂、活性炭混合得到，填料颗粒粒径为5mm。
本实施例所述的有毒有害气体的处理装置用于处理有毒有害气体的方法：在外加电压100V条件下，将200ppmAsH3通入反应器，电流密度为0.05A/cm2条件下，调节初始pH 为6。 在反应器中加入Fe2（SO4）3和CuSO4以3:1的比例作为吸收液，再将待处理气体通过待处理气体进口导入气体分布器，阴极滤床层同时通入流量为120mL/min空气。气体停留时间5min将废气有效净化，吸收液则通过泵打入滤床顶端循环利用。
所述的待处理气体通过气体分布器导入反应器，首先通过阴极滤床，阴极滤床中PbO2和活性炭对气体具有一定的吸附作用，并且在曝气条件下，发生如下反应：O2+2H++2e→H2O2；与反应液中的Fe2+发生芬顿反应，发生如下反应：Fe2++H2O2→Fe3++OH-+·OH，Fe3++H2O2→Fe2++·HO2+H+，生成的·OH和·HO2皆具有强氧化性，阳极滤床在电催化作用下也产生大量的·OH，AsH3主要通过具有氧化性的羟基自由基将其氧化为固态的砷化物。AsH3依次通过阴极滤床和阳极滤床后，最终将待处理气体中的有害污染物净化吸收，净化后的气体从净化气体出口排出。出口处AsH3浓度可达10ppm，净化效率95%以上。
Claims (6)
1.一种有毒有害气体的处理装置，其特征在于：包括混气装置（1）、反应器（2）、阳极滤床（3）、阴极滤床（4）、电源（6）、气体分散装置（7）、储液罐（8），反应器（2）的下部设有气体分散装置（7），气体分散装置（7）的上面设有两个以上的阳极滤床（3）和两个以上的阴极滤床（4），阳极滤床（3）串联后与电源（6）的正极连接，阴极滤床（4）串联后与电源（6）的负极连接，混气装置（1）和反应器（2）的进气口Ⅰ（14）连接，进气口Ⅰ（14）设于反应器（2）的下部和气体分散装置（7）连通，出气口Ⅰ（15）设于反应器（2）的上部，反应器（2）的下端和储液罐（8）连通，储液罐（8）通过泵（9）和反应器（2）顶端的喷淋器（5）连通。
2.根据权利要求1所述有毒有害气体的处理装置，其特征在于：混气装置（1）和反应器（2）之间设有阀门Ⅰ（10），反应器（2）和储液罐（8）之间设有阀门Ⅱ（11），储液罐（8）和泵（9）之间设有阀门Ⅳ（13），在反应器（2）的出气口Ⅰ（15）处设有阀门Ⅲ（12）。
3.根据权利要求1所述有毒有害气体的处理装置，其特征在于：混气装置（1）的前端设有1个进气口Ⅱ（16），横壁上有1~5个进气口Ⅲ（17），后端有1个出气口Ⅱ（18）。
4.根据权利要求1所述有毒有害气体的处理装置，其特征在于：阳极滤床（3）和阴极滤床（4）随机排列后置于反应器内，两个相邻滤床之间的距离为5~200mm。
5.根据权利要求1所述有毒有害气体的处理装置，其特征在于：所述阳极滤床（4）为3~8层聚四氟乙烯网状结构，层与层之间的距离为5~100mm，网孔的孔径为0.1~5mm，目数为5~140，各层可拆卸，填料颗粒粒径为3~10mm。
6.根据权利要求1所述有毒有害气体的处理装置，其特征在于：所述阴极滤床（5）3~8层聚四氟乙烯网状结构，层与层之间的距离为5~100mm，网孔的孔径为0.1~5mm，目数为5~140，各层可拆卸，填料颗粒粒径为3~10mm。
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