CN206853433U

CN206853433U - Uv‑臭氧耦合高级氧化装置

Info

Publication number: CN206853433U
Application number: CN201720553527.6U
Authority: CN
Inventors: 关宏讯
Original assignee: BEIJING TIANHAO KERUN ENVIRONMENTAL TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: BEIJING TIANHAO KERUN ENVIRONMENTAL TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2017-05-18
Filing date: 2017-05-18
Publication date: 2018-01-09
Anticipated expiration: 2027-05-18

Abstract

本实用新型公开了一种UV‑臭氧耦合高级氧化装置，该UV‑臭氧耦合高级氧化装置包括：臭氧反应器，臭氧反应器底部设置有废气布气管路及臭氧布气管路；芬顿反应器，臭氧反应器通过顶部的废气管路连通于芬顿反应器底部；循环水箱，循环水箱通过进水管路连通于芬顿反应器顶部，芬顿反应器底部通过回流水管路连通于循环水箱。本实用新型解决了普通生物法、吸附法对高浓度大气量有机废气中芳烃类、杂环类化合物等难降解物质去除效率差的问题，系统自动化程度较高，操作简单，投资较少。

Description

UV-臭氧耦合高级氧化装置

技术领域

本实用新型涉及一种高浓度恶臭气体净化装置，具体地，涉及一种UV- 臭氧耦合高级氧化装置。

背景技术

近年来，随着污水处理行业的迅猛发展，污水处理场的数量也大幅度上升，但是在污水得到净化处理的同时，污水中的有机物分解产生的恶臭气体不仅对金属材料、设备和管道有一定的腐蚀性，还会对职工和周围居民的工作生活造成影响。因此，如何对污水处理场产生的恶臭气体进行有效的治理已经成为污水处理行业面临的严重的问题。

造成恶臭污染的污染物质除硫化氢和氨以外，大都为有机物，这些有机物具有沸点低、挥发性强的特征，又称为挥发性有机化合物(VOCS)。恶臭污染物质按化学组分可分为以下五类：

含氮的化合物，如氨气、胺类、吲哚等；

含硫的化合物，如二氧化硫、硫化氢、硫醇、硫醚等；

含氧的化合物，如酯、醇、酮、酸、酚等；

卤素及其衍生物，如卤代烃等；

烃类，如烷烃、烯烃、炔烃以及芳香烃等。

恶臭气体随污水排放到水体后，不仅导致水体散发出臭味，而且严重危害鱼类等水生生物的生存。部分恶臭物质还与环境中的化合物结合造成严重的二次污染。恶臭气体不仅对生态环境造成严重的影响，而且对人体健康具有极大的危害。

目前治理恶臭气体的主要方法有物理法、化学法、生物法和吸附法。这些方法处理低浓度有机废气时，能够达到较好处理效果。但是处理高浓度有机恶臭气体时，处理效率较低，有时达不到《恶臭污染物排放标准》中排放限值要求。尤其是在石油化工行业，随着废气排放标准的提高，采用常规方法处理高浓度有机废气时，废气污染物更是无法达到《石油化学工业污染物排放标准》(GB31571-2015)中排放限值要求。(尤其是废气排放口“苯”排放浓度不大于4mg/L)因此，采用新型废气处理工艺设备将是未来的发展方向。

物理法不改变废气的化学性质，只是用一种物质将其气味掩蔽和稀释，或将其从气相转移到液相或固相中，常用的治理方法有掩蔽法、稀释法和吸收法；化学法是通过化学反应改变废气的化学结构，使其转变为无刺激性或低刺激性的物质，常用方法有燃烧法、催化氧化法和酸碱液洗涤法。物理、化学方法的缺点在于所用设备多且工艺复杂，二次污染后再生困难，后续处理过程复杂、能耗高等问题。

生物法则是利用微生物的新陈代谢作用，将废气分解氧化为CO₂、H₂O 等无机物达到净化目的，目前常用的生物处理工艺有生物过滤池和生物滴滤池。但是，在实际应用中生物滴滤池也暴露出一些缺点，如对难溶的芳烃类、杂环类化合物去除效率较差；采用的塑料类填料表面积较小，挂膜速度慢；填料孔隙率低，造成生物滴滤池的压降较大；需不断投加营养物质，操作复杂，使其应用受到一定的限制。

吸附法则是利用活性炭的多孔性状，由于活性炭固体表面上存在着未平衡和未饱和的分子引力或化学健力，当活性炭表面与气体接触时，就能吸引气体分子，使其浓聚并保持在固体表面，污染物质从而被吸附。但是实际应用中活性炭吸附也存在一些缺点，如活性炭使用初期的吸附效果很高，但时间一长，活性炭的吸附能力会不同程度地减弱，吸附效果也随之下降。活性炭吸附处理高浓度废气时，无法得到较好的处理效果，且活性炭很快就会吸附饱和，需要定期更换。

实用新型专利200820178507.6，生物催化氧化是利用生物酶的催化作用提高微生物脱臭效率的生物处理工艺。废气通过生物催化氧化床时，污染物由气相溶于水相，吸附在生化床表面；生化床内生长着大量的脱臭菌，污染物成分作为营养物被脱臭菌吸收、分解、氧化，并转化为CO₂、H₂O 和SO₄ ^2-等无机物。此方法处理效果稳定，不会产生二次污染，但是针对难溶的芳烃类、杂环类化合物去除效率较差，因此只适用于低浓度废气处理。

实用新型专利200520042029.2，通过活性炭纤维吸附法去除恶臭污染物。活性炭纤维是继粉末和颗粒或系统之后的第三代活性炭产品，以有机纤维为原料经预处理、炭化、活化而成，活性炭纤维对有机物有很强的选择性吸附功能，当废气通过引风机加压，然后进入活性碳纤维吸附器的活性炭纤维层时，其中的有机废气被吸附、富集并分离出来，经过吸附了一定数量有机废气的活性碳纤维饱和后进行脱附后，可以重复使用。但吸附法只适用于低浓度废气处理，如处理高浓度大气量废气时，设备投资较大。

因此有必要研发一种能够去除率高、操作简单、投资费用低的UV-臭氧耦合高级氧化装置。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种UV-臭氧耦合高级氧化装置，用于处理高浓度有机恶臭气体，实现了去除率高，操作简单、投资费用低的效果。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种UV-臭氧耦合高级氧化装置，该UV-臭氧耦合高级氧化装置包括：

臭氧反应器，所述臭氧反应器底部设置有废气布气管路及臭氧布气管路；

芬顿反应器，所述臭氧反应器通过顶部的废气管路连通于所述芬顿反应器底部；

循环水箱，所述循环水箱通过进水管路连通于所述芬顿反应器顶部，所述芬顿反应器底部通过回流水管路连通于所述循环水箱。

优选地，所述臭氧反应器包括：催化层及紫外线灯层，所述催化层及所述紫外线灯层设置于所述臭氧反应器内，所述催化层位于所述紫外线灯层顶部。

优选地，还包括臭氧发生器，所述臭氧发生器的出气口连通于所述臭氧布气管路。

优选地，所述芬顿反应器包括鲍尔环填料层，所述鲍尔环填料层设置在所述芬顿反应器内，用于填充鲍尔环填料。

优选地，所述循环水箱包括：加药管道及补水管道，所述加药管道的一端连接于所述循环水箱，使用时另一端连接于供药装置，所述补水管道一端连接于所述循环水箱，使用时另一端连接于供水装置。

优选地，所述加药管道包括：硫酸加药管道、硫酸亚铁加药管道及双氧水加药管道，所述硫酸加药管道、所述硫酸亚铁加药管道及所述双氧水加药管道相互并联。

优选地，还包括液位计及PH检测装置，所述液位计通信连接于所述补水管道，所述PH检测装置通信连接于所述加药管道。

优选地，还包括排污管道，所述排污管道设置于所述循环水箱的侧壁上。

优选地，还包括风机，废气通过所述风机进入所述废气布气管路。

优选地，还包括排气管路，所述排气管路设置于所述芬顿反应器顶部，用于排放处理后的废气。

本实用新型的有益效果在于：

(1)通过臭氧反应器及芬顿反应器，能高效去除挥发性有机物(VOC)、苯、甲苯、硫化氢类等主要污染物，以及各种恶臭味，脱臭效率可达90％以上，作为石油化工行业废气治理脱臭效果能够达到《石油化学工业污染物排放标准》(GB31571-2015)中的排放限值要求。

(2)通过臭氧反应器、芬顿反应器及循环水箱的设置，可适应高浓度，大气量，不同恶臭气体物质的脱臭净化处理，可每天24小时连续工作，运行稳定可靠。

(3)设备体积紧凑、集成度高，占地面积小。设备运行工艺简单，自动化程度较高，只需人员日常维护及定期检查，且设备能耗较低。

(4)无需预处理：恶臭气体无需进行特殊的预处理，如加温、加湿等。

本实用新型的系统具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施例中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施例中进行详细陈述，这些附图和具体实施例共同用于解释本实用新型的特定原理。

附图说明

通过结合附图对本实用新型示例性实施例进行更详细的描述，本实用新型的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本实用新型示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了根据本实用新型的一个实施例的UV-臭氧耦合高级氧化装置结构示意图。

附图标记说明：

1、臭氧反应器；2、芬顿反应器；3、循环水箱；4、臭氧发生器；5、风机；101、废气布气管路；102、臭氧布气管路；103、紫外线灯层；104、催化层；105、废气管路；201、鲍尔环填料层；202、排气管路；301、进水管路；302、回流水管路；303、硫酸加药管道；304、硫酸亚铁加药管道； 305、补水管道；306、双氧水加药管道。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本实用新型的优选实施例。虽然附图中显示了本实用新型的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本实用新型而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本实用新型更加透彻和完整，并且能够将本实用新型的范围完整地传达给本领域的技术人员。

根据本实用新型的一种UV-臭氧耦合高级氧化装置，包括：

臭氧反应器，臭氧反应器底部设置有废气布气管路及臭氧布气管路；

芬顿反应器，臭氧反应器通过顶部的废气管路连通于芬顿反应器底部；

循环水箱，循环水箱通过进水管路连通于芬顿反应器顶部，芬顿反应器底部通过回流水管路连通于循环水箱。

具体地，通过臭氧反应器及芬顿反应器，能高效去除挥发性有机物 (VOC)、苯、甲苯、硫化氢类等主要污染物，以及各种恶臭味，脱臭效率可达90％以上，作为石油化工行业废气治理脱臭效果能够达到《石油化学工业污染物排放标准》(GB31571-2015)中的排放限值要求。通过臭氧反应器、芬顿反应器及循环水箱的设置，可适应高浓度，大气量，不同恶臭气体物质的脱臭净化处理，可每天24小时连续工作，运行稳定可靠。设备体积紧凑、集成度高，占地面积小。设备运行工艺简单，自动化程度较高，只需人员日常维护及定期检查，且设备能耗较低。无需预处理：恶臭气体无需进行特殊的预处理，如加温、加湿等。

具体地，出气管路，恶臭气体通过废气布气管路进入臭氧反应器，废气经臭氧反应器及芬顿反应器处理后经过排气管路排出。

作为优选方案，臭氧反应器包括：催化层及紫外线灯层，催化层及紫外线灯层设置于臭氧反应器内，催化层位于紫外线灯层顶部。

更优选地，催化层为铁锰基催化剂层。

具体地，铁锰基催化剂比表面积大，表面粗糙，孔结构丰富、分布合理。同时催化剂表面含有稳定的催化活性因子，能够引发臭氧形成更为活泼的·OH，提高氧化反应的速率，解决了臭氧直接氧化利用率低的问题，通过催化作用改变氧化反应的历程，降低反应的活化能，从而迅速的氧化废气中某些元素和有机化合物。

作为优选方案，还包括臭氧发生器，臭氧发生器的出气口连通于臭氧布气管路。

具体地，紫外线灯层是利用产生波长的紫外线使有机物得以分解；高臭氧UV紫外线光束分解空气中的氧分子产生游离氧，即活性氧，因游离氧所携正负电子不平衡所以需与氧分子结合，进而生成臭氧；UV+O₂→ O-+O＊(活性氧)O+O₂→O₃(臭氧),臭氧与呈游离状态污染物质原子聚合，生成新的、无害或低害物质，如CO₂、H₂O等，同时，臭氧对有机物具有极强的氧化作用，对恶臭气体及其它刺激性异味有立竿见影的清除效果。

臭氧催化是在反应器内装有负载催化剂的活性炭，利用活性炭吸附能力强的特点，把臭氧发生器产生的臭氧和紫外光解后剩余的臭氧和有机物浓缩在一起，增加接触机会，有效延长反应时间；同时在活性炭上负载催化剂，加快臭氧反应速率，提高去除率，并且不用担心活性炭饱和及再生的问题以及残留臭氧对人的危害，臭氧随时都在降解活性炭上的有机物，并且还能够进一步提高对有机物的去除效率；把负载催化剂的活性炭提高到合适的厚度，保证出口不会出现臭氧。

作为优选方案，芬顿反应器包括鲍尔环填料层，鲍尔环填料层设置在芬顿反应器内，用于填充鲍尔环填料。

具体地，鲍尔环填料通量大、阻力小、分离效率高及操作弹性大等优点，且比其他填料压降小50％，增加了废气与循环液的接触停留时间。

具体地，试剂法是在含有Fe²⁺的酸性溶液中投加H₂O₂时，在Fe²⁺的催化剂作下，H₂O₂能产生活拨性很强的的羟基自由基，进而引发和传播连串的自由基链反应，加快对有机物和还原性物质的氧化。Fenton氧化反应发生快，其反应条件温和。设备要求简准，能量损耗低，节约投入和运行成本。Fenton氧化能力极强，反应过程中便可以将绝大分污染物彻底氧化，而反应产物可以自行降解，同时也是一种良好的絮凝剂，在反应中也起了很大的作用。反应运行过程比较稳定，操作简便，不需特别的维护。

具体地，本装置所采用的几种氧化工艺，均涉及到羟自由基的氧化反应。

对于芳香族化合物来说，羟基自由基(可以破坏他们的芳香环，进而形成脂肪族化合物，最终将这类的芳香族化合物氧化成为CO₂从而达到净化去除的目的。

对于酚类有机物，低浓度的试剂可使这类有机物发生偶合反应而生成酚的聚合物，高浓度的试剂可将生成的酸的聚合物进一步转化成为CO₂，从而达到去除的目的。

对于饱和脂肪族羧基化合物(醋酸、乙酵、船酸乙银丙酮)和饱和脂肪族的一元醇(异丙醇、乙醇)，主链均为稳定的化合物，羟基自由基只能将他们氧化成为氨酸。

对于水溶性的高分子(聚丙烯酸钠、聚乙稀醇、聚丙烯酞胺)和水溶性的乙稀化合物(丙烯酸、丙烯氰、丙烯酸甲酯、丙稀醇、醋酸乙酯)，羟基自由基将与C＝C键发生加成反应，从而使C＝C双键断裂，最终将其氧化成为CO₂。

作为优选方案，循环水箱包括：加药管道及补水管道，加药管道的一端连接于循环水箱，使用时另一端连接于供药装置，补水管道一端连接于循环水箱，使用时另一端连接于供水装置。

作为优选方案，加药管道包括：硫酸加药管道、硫酸亚铁加药管道及双氧水加药管道，硫酸加药管道、硫酸亚铁加药管道及双氧水加药管道相互并联。

更优选地，还包括：硫酸投加装置、硫酸亚铁投加装置及双氧水投加装置。

作为优选方案，还包括液位计及PH检测装置，液位计通信连接于补水管道，PH检测装置通信连接于加药管道。

更优选地补水管道上设置有电磁阀，液位计通信连接于电磁阀，液位计能够控制电磁阀的开关。

具体地，液位计设置在循环水箱中，当液位低于设定液位时，补水管路电磁阀自动开启，开始补水，当液位高于设定液位时，补水管路电磁阀关闭，关闭补水。当液位低于循环水泵保护液位时，循环水泵停止。

具体地，PH检测装置设置在循环水箱中，当PH高于4.5时硫酸加药管道、硫酸亚铁加药管道、双氧水加药管道启动，当PH高于3.5时硫酸加药管道、硫酸亚铁加药管道、双氧水加药管道自动关闭，芬顿反应器氧化药剂消耗。

作为优选方案，还包括排污管道，排污管道设置于循环水箱的侧壁上。

作为优选方案，还包括风机，废气通过风机进入废气布气管路。

作为优选方案，还包括排气管路，排气管路设置于芬顿反应器顶部，用于排放处理后的废气。

更优选地，还包括流量计，流量计设置在废气布气管路内，用来检测废气通过量。

实施例：

如图1所示，该UV-臭氧耦合高级氧化装置，包括：

臭氧反应器1，臭氧反应器1底部设置有废气布气管路101及臭氧布气管路102；

芬顿反应器2，臭氧反应器1通过顶部的废气管路105连通于芬顿反应器2底部；

循环水箱3，循环水箱3通过进水管路301连通于芬顿反应器2顶部，芬顿反应器2底部通过回流水管路302连通于循环水箱3。

其中，臭氧反应器1包括：催化层104及紫外线灯层103，催化层104 及紫外线灯层103设置于臭氧反应器1内，催化层104位于紫外线灯层103 顶部。

其中，还包括臭氧发生器4，臭氧发生器4的出气口连通于臭氧布气管路102。

其中，芬顿反应器2包括鲍尔环填料层201，鲍尔环填料层201设置在芬顿反应器2内，用于填充鲍尔环填料。

其中，循环水箱3包括：加药管道及补水管道305，加药管道的一端连接于循环水箱3，使用时另一端连接于供药装置，补水管道305一端连接于循环水箱3，使用时另一端连接于供水装置。

其中，加药管道包括：硫酸加药管道303、硫酸亚铁加药管道304及双氧水加药管道306，硫酸加药管道303、硫酸亚铁加药管道304及双氧水加药管道306相互并联。

其中，还包括液位计(未示出)及PH检测装置(未示出)，液位计通信连接于补水管道306，PH检测装置通信连接于加药管道。

其中，还包括排污管道(未示出)，排污管道设置于循环水箱3的侧壁上。

其中，还包括风机2，废气通过风机2进入废气布气管路101。

其中，还包括排气管路202，排气管202路设置于芬顿反应器2顶部，用于排放处理后的废气。

使用时，废气在风机5的作用下，通过废气布气管路101进入到臭氧反应器1内，自下而上流经紫外线灯层103和铁锰基催化剂层。废气通过臭氧反应器1上部的废气管路105进入到芬顿反应器2内，自下而上经过鲍尔环填料层201，与芬顿循环水逆流接触，最后由达标气体排放管路202 排出装置。

臭氧通过臭氧发生器4的出气口连通于臭氧布气管路102。

芬顿反应器2的循环水采用新鲜水，由补水管道305进入到循环水箱3，在循环水泵的作用下，进入到芬顿反应器2内，自下而上流经填料层，再由反应器底部的回流水管路302回流至循环水箱。

循环水箱3需要定期排污及补水，排污时打开排污管上的阀门，进行排污。

液位计设置在循环水箱3中。当液位低于设定液位时，补水管路305 上电磁阀(未示出)自动开启，开始补水，当液位高于设定液位时，补水管路305上电磁阀关闭，关闭补水。当液位低于循环水泵保护液位时，循环水泵停止。

PH检测装置设置在循环水箱3中，当PH高于4.5时硫酸加药管道 303、硫酸亚铁加药管道304、双氧水加药管道306启动，当PH高于3.5 时硫酸加药管道303、硫酸亚铁加药管道304、双氧水加药管道306自动关闭，芬顿反应器消耗药剂。

采用本实用该UV-臭氧耦合高级氧化装置对高浓度恶臭气体进行试验。

本试验中，废气处理规模为20m³/h，

废气来源：采用化学药剂与空气混合后配制废气。

废气主要成份：苯，采用液体苯与空气混合后制成。甲苯，采用液体甲苯与空气混后制成。VOCs，采用车用汽油与空气混合后制成。

废气采用人工合成气体发生器，调节计量泵的液体(拟采用汽油)的投加量和水浴池的温度，使气体发生器中产生的VOCs的浓度 900～2400mg/h(进入紫外反应器的VOCs浓度约为300-800mg/m³)。

调节计量泵的液体(拟采用纯苯)的投加量和水浴池的温度，使气体发生器中产生的VOCs的浓度90～300mg/h(进入紫外反应器的VOCs浓度约为30-100mg/m³)。

调节计量泵的液体(拟采用纯甲苯)的投加量和水浴池的温度，使气体发生器中产生的VOCs的浓度90～300mg/h(进入紫外反应器的VOCs浓度约为30-100mg/m³)。

臭氧反应器尺寸：500×500×1000mm，紫外灯管层和催化剂高度分别为200mm和300mm，废气与“高臭氧UV紫外线灯管布置层和铁锰基催化剂层”的接触时间为22.5s，断面流速为80m/h；臭氧发生器选择一台10g/h。

芬顿反应器：Φ500×1500mm，鲍尔环填料高度700mm，接触时间为35s，循环水量为0.1～0.4m³/h，故单位体积芬顿反应器循环水喷淋量为 1.415～5.661m2/m³·h。处理效果见表1。

表1高浓度试有机废气验分析数据表

本试验中，VOCs、甲苯的去除率很高，均能够达到85％以上；对苯的去除率能够达到95％以上，芬顿反应器出口浓度能够达到《石油化学工业污染物排放标准》(GB31571-2015)中排放限值要求。

本领域技术人员应理解，上面对本实用新型的实施例的描述的目的仅为了示例性地说明本实用新型的实施例的有益效果，并不意在将本实用新型的实施例限制于所给出的任何示例。

以上已经描述了本实用新型的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims

1.一种UV-臭氧耦合高级氧化装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的UV-臭氧耦合高级氧化装置，其特征在于，所述臭氧反应器包括：催化层及紫外线灯层，所述催化层及所述紫外线灯层设置于所述臭氧反应器内，所述催化层位于所述紫外线灯层顶部。

3.根据权利要求1所述的UV-臭氧耦合高级氧化装置，其特征在于，还包括臭氧发生器，所述臭氧发生器的出气口连通于所述臭氧布气管路。

4.根据权利要求1所述的UV-臭氧耦合高级氧化装置，其特征在于，所述芬顿反应器包括鲍尔环填料层，所述鲍尔环填料层设置在所述芬顿反应器内，用于填充鲍尔环填料。

5.根据权利要求1所述的UV-臭氧耦合高级氧化装置，其特征在于，所述循环水箱包括：加药管道及补水管道，所述加药管道的一端连接于所述循环水箱，使用时另一端连接于供药装置，所述补水管道一端连接于所述循环水箱，使用时另一端连接于供水装置。

6.根据权利要求5所述的UV-臭氧耦合高级氧化装置，其特征在于，所述加药管道包括：硫酸加药管道、硫酸亚铁加药管道及双氧水加药管道，所述硫酸加药管道、所述硫酸亚铁加药管道及所述双氧水加药管道相互并联。

7.根据权利要求5所述的UV-臭氧耦合高级氧化装置，其特征在于，还包括液位计及PH检测装置，所述液位计通信连接于所述补水管道，所述PH检测装置通信连接于所述加药管道。

8.根据权利要求1所述的UV-臭氧耦合高级氧化装置，其特征在于，还包括排污管道，所述排污管道设置于所述循环水箱的侧壁上。

9.根据权利要求1所述的UV-臭氧耦合高级氧化装置，其特征在于，还包括风机，废气通过所述风机进入所述废气布气管路。

10.根据权利要求1所述的UV-臭氧耦合高级氧化装置，其特征在于，还包括排气管路，所述排气管路设置于所述芬顿反应器顶部，用于排放处理后的废气。