專利名稱：一種低濃度大風(fēng)量惡臭氣體的處理裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬廢氣處理技術(shù)領(lǐng)域，是一種把準(zhǔn)分子紫外光技術(shù)和蜂窩活性炭吸附-催化氧化床有機(jī)結(jié)合在一起的新型惡臭氣體處理裝置和方法。
背景技術(shù)：
惡臭作為環(huán)境公害之一已越來越受到關(guān)注，是繼噪聲之后居民投訴最多的環(huán)境問題之一。因此尋求一種切實可行又經(jīng)濟(jì)實惠的方法來控制環(huán)境中的惡臭已十分必要。惡臭是通過空氣介質(zhì)作用于人的嗅覺器官感知而引起不愉快的感覺并有害于人體健康的一類公害氣態(tài)污染物質(zhì)，多為含碳、氫、氧、硫或氮的化合物，如硫化氫、硫醇類、苯乙烯、三甲胺及有機(jī)酸等。惡臭物質(zhì)還具有較大的毒性，且極易與空氣中的水分、塵粒結(jié)合在一起，隨呼吸系統(tǒng)進(jìn)入人體，加劇人體健康危害。其來源分布廣泛，如垃圾處理站(場)、石油化工廠、污水處理廠、飼料和肥料加工廠、畜牧產(chǎn)品農(nóng)場、污水泵站、化纖廠以及公廁、糞便轉(zhuǎn)運(yùn)站等場所。惡臭氣體的控制，尤其是低濃度(小于100ppm)大風(fēng)量惡臭氣體的處理已成為目前一些地區(qū)亟待解決的環(huán)境問題之一。
在已有惡臭氣體處理方法中，光技術(shù)因其簡單方便、凈化效率高、分解速度快，越來越受到重視。光敏半導(dǎo)體催化氧化或納米金屬氧化物光催化是近年來的關(guān)注熱點(diǎn)，但該技術(shù)的降解效率受控于惡臭物質(zhì)與催化劑表面的界面擴(kuò)散速率，因此很難用于大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用，目前多局限于小風(fēng)量試用階段。在直接光分解惡臭物質(zhì)方面，有人采用能發(fā)射254nm或185nm的低壓汞燈用于惡臭氣體治理，由于相當(dāng)多的惡臭物質(zhì)(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紫外光技術(shù)難以推廣使用，大多用于殺菌和消毒；185nm光處理惡臭盡管有效，但低壓汞燈的185nm光效率一般小于7％(通常為5％左右)，且低壓汞燈單機(jī)功率低，一般小于80W，用于處理大風(fēng)量氣體時用燈量龐大；另外，低壓汞燈壽命短(一般小于8000h)，燈管更換頻率高。
研究表明，幾乎所有的惡臭物質(zhì)都能很好的吸收172nm波長的紫外光，172nm光子能量為7.2eV(約合695kJ/mol)，而惡臭物質(zhì)分子的斷裂鍵能一般小于5eV，因此可通過惡臭物質(zhì)分子吸收172nm光子后被分解而消除臭味。172nm光子由氙準(zhǔn)分子發(fā)生器產(chǎn)生，準(zhǔn)分子是在特殊的氣體放電條件下產(chǎn)生，并在通常條件下不能穩(wěn)定存在的激發(fā)態(tài)分子，當(dāng)氙準(zhǔn)分子從激發(fā)態(tài)回到能量較小的狀態(tài)時就會輻射出能量極強(qiáng)的172nm光子。
利用172nm紫外光處理低濃度大風(fēng)量惡臭氣體處理時，主要存在如下問題
1.普通準(zhǔn)分子紫外光源光效率低，172nm光效率一般小于10％，難以大規(guī)模推廣使用；2.普通準(zhǔn)分子紫外光源單機(jī)功率低，一般小于100W，用于處理大氣量惡臭氣體時，裝機(jī)量龐大；3.經(jīng)172nm紫外光處理后的尾氣中含有大量臭氧，未能充分利用，造成二次污染；4.電極與被處理氣體直接接觸，存在腐蝕問題。
本工藝技術(shù)的目的在于提供一種發(fā)射172nm光子的超強(qiáng)準(zhǔn)分子光源結(jié)合蜂窩活性炭吸附-催化氧化床處理低濃度大風(fēng)量惡臭廢氣的治理技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種能大規(guī)模、高效率處理低濃度、大風(fēng)量惡臭氣體的裝置和方法。
本發(fā)明提出的低濃度、大風(fēng)量惡臭氣體的裝置，由過濾網(wǎng)、光解反應(yīng)器、蜂窩活性炭床和風(fēng)機(jī)依次連接組成，如圖1所示。其中，光解反應(yīng)器采用172nm準(zhǔn)分子紫外燈，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。該燈由石英套管1、外電極2、石英燈管3和內(nèi)電極4組成，其中，石英燈管3與石英套管同心，外電極2在石英燈管3與石英套管1之間，內(nèi)電極4在石英燈管3內(nèi)側(cè)，燈的整體為空心圓柱形。172nm光從燈管壁向四周射出，紫外光有效輻射面積大于1m2，例如1-2m2。內(nèi)、外電極可采用不銹鋼材料，石英管套1和外電極2之間通入空氣，避免腐蝕性成份進(jìn)入。與普通準(zhǔn)分子燈相比，系統(tǒng)的172nm光輻射效率高(大于50％，按功率計)，功率大(達(dá)900W以上)，使用壽命長(大于1600小時)。采用圓柱形設(shè)計，便于安排，且有利于光子與氣體的充分接觸。
工作原理為172nm準(zhǔn)分子紫外燈置于反應(yīng)器中間，惡臭氣體從外電極石英套管和反應(yīng)器壁之間空隙進(jìn)入，惡臭氣體流經(jīng)反應(yīng)區(qū)時，在172nm光子轟擊下，惡臭物質(zhì)便分解變成各種活性粒子，這些活性粒子繼而與O2反應(yīng)生成CO2、H2O等無害物質(zhì)，惡臭物質(zhì)分子中的N、S元素最終轉(zhuǎn)化為NO2及SO2、單質(zhì)S等低危害物質(zhì)，由于處理對象為低濃度廢氣，因此產(chǎn)生的NO2及SO2量也相對較少。另外，空氣中的O2和H2O在172nm光子的作用下也可產(chǎn)生氧原子、臭氧、HO·和HO2·等高活性基團(tuán)，這些基團(tuán)均具有較高的反應(yīng)活性，一部分惡臭物質(zhì)也能與這些活性基團(tuán)發(fā)生反應(yīng)，促進(jìn)臭味消除。
本發(fā)明中，蜂窩活性炭床是一種蜂窩活性炭吸附-催化氧化床，它采用蜂窩活性炭作為填充層，蜂窩活性炭組成按重量百分比如下粉末活性炭80-88％，粘土8-12％，金屬氧化物-7％，總量滿足100％。孔口大小為(1-1.8)mm×(1-1.8)mm，孔口有效面積為800-1200mm2。其結(jié)構(gòu)見圖3所示。
該吸附-氧化床采用蜂窩活性炭作為填充層，氣體從蜂窩活性炭孔口縫隙中流過，同粒狀活性炭層相比，氣體阻力大大降低，氣體組分與活性炭接觸更加充分。由于活性炭能有效吸附惡臭組分、O2及臭氧、O原子等活性基團(tuán)，使這些反應(yīng)物在活性炭微孔結(jié)構(gòu)內(nèi)富集，加大了惡臭物質(zhì)與氧氣、臭氧、O原子等活性基團(tuán)之間的接觸，促進(jìn)了惡臭物質(zhì)的降解。由于活性炭床僅起到反應(yīng)界面(或媒介)和催化氧化的作用，不存在吸附飽和問題，無需定期更換，可長期使用。
工作原理172nm紫外光處理后的廢氣中含有氧氣、未分解完全的惡臭物質(zhì)及產(chǎn)生的高活性基團(tuán)O3、氧原子、HO·等，氣體流經(jīng)蜂窩活性炭床層時，通過活性炭良好的吸附性能，將這些物質(zhì)吸附在活性炭的微孔結(jié)構(gòu)中，由于惡臭物質(zhì)與O2、O3等積聚在一起，充分接觸，發(fā)生氧化反應(yīng)將惡臭物質(zhì)分解掉，反應(yīng)產(chǎn)物通過解吸作用從活性炭微孔結(jié)構(gòu)中脫附，回復(fù)活性炭的高效吸附和催化氧化能力，使活性炭循環(huán)使用。
本發(fā)明中，過濾網(wǎng)的網(wǎng)孔一般為90-100目，用于過濾氣體中灰塵等顆粒物質(zhì)。風(fēng)機(jī)4在反應(yīng)裝置后面，使反應(yīng)裝置處于負(fù)壓狀態(tài)，避免惡臭氣體泄漏。
本發(fā)明利用上述處理裝置對惡臭氣體進(jìn)行處理的方法如下惡臭氣體收集后先經(jīng)過濾網(wǎng)除5，去灰塵等顆粒物質(zhì)，然后進(jìn)入光解反應(yīng)器6，控制氣體流速為0.3-0.6m/s，在此利用準(zhǔn)分子紫外光發(fā)生系統(tǒng)產(chǎn)生的172nm光子轟擊惡臭物質(zhì)，并發(fā)生一系列反應(yīng)使惡臭物質(zhì)分解和轉(zhuǎn)化為無害或其它無臭物質(zhì)，O2及少量未反應(yīng)的惡臭物質(zhì)、反應(yīng)過程中產(chǎn)生的O3、O和HO·進(jìn)入蜂窩活性炭床7，控制氣體流速為0.8-1.2m/s，被活性炭吸附并繼續(xù)發(fā)生反應(yīng)；經(jīng)過活性炭的吸附積聚和催化氧化作用，惡臭物質(zhì)被氧化分解，最終達(dá)到消除惡臭目的。風(fēng)機(jī)8放在反應(yīng)裝置后面，可保證反應(yīng)裝置處于負(fù)壓狀態(tài)，避免惡臭氣體泄漏。


圖1為本發(fā)明裝置與流程示意圖。
圖2為172nm準(zhǔn)分子紫外燈結(jié)構(gòu)圖示。其中圖2(a)為俯視圖示，圖2(b)為立體圖示。
圖3為蜂窩活性炭圖示。其中，圖3(a)為俯視圖，圖3(b)為立體圖示。
圖中標(biāo)號1為石英套管，2為外電極，3為石英燈管，4為內(nèi)電極，5為過濾網(wǎng)，6為光解反應(yīng)器，7為蜂窩活性炭床，8為風(fēng)機(jī)。
具體實施例方式
以氣量10000m3/h、濃度100ppm的惡臭氣體為例說明本發(fā)明的裝置和各工藝單元參數(shù)①.過濾網(wǎng)100目②.光解反應(yīng)器采用172nm準(zhǔn)分子紫外燈，燈的結(jié)構(gòu)如前所述，為空心圓柱形。單組直徑400mm×高1000mm，裝機(jī)功率900W，共40組，合計總裝機(jī)36kW。控制氣體流速為0.5m/s。
③.蜂窩活性炭床單組長2000mm×寬2000mm×高1500mm，共2組，合計蜂窩活性炭裝填量8m3?；钚蕴拷M成(按重量計)為粉末活性炭85％，黏土10％，其余為金屬氧化物為錳或鐵的氧化物，控制氣體流速為1m/s。
④.風(fēng)機(jī)配套功率11kW。
合計處理每立方米惡臭氣體功耗為4.7W，處理效果十分理想。
權(quán)利要求
1.一種處理低深度、大風(fēng)量惡臭氣體的裝置，其特征在于由過濾網(wǎng)、光解反應(yīng)器、蜂窩活性炭床和風(fēng)機(jī)依次連接組成，其中，光解反應(yīng)器采用172nm準(zhǔn)分子紫外燈，該燈由石英套管(1)、外電極(2)、石英燈管(3)和內(nèi)電極(4)組成，其中，石英燈管(3)與石英套管同心，外電極(2)在石英燈管(3)與石英套管(1)之間，內(nèi)電極(4)在石英燈管(3)內(nèi)側(cè)，燈的整體為空心圓柱形；蜂窩活性炭床采用蜂窩活性炭作為填充層，蜂窩活性炭組成按重量百分比如下粉末活性炭80-88％，粘土8-12％，金屬氧化物4-7％，總量滿足00％，孔口大小為(1-1.8)mm×(1-1.8)mm，孔口有效面積為800-1200mm2；過濾網(wǎng)的網(wǎng)孔為90-100目，風(fēng)機(jī)(4)在反應(yīng)裝置后面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述外電極(2)和內(nèi)電極(4)采用不銹鋼。
3.一種利用權(quán)利要求1所述裝置處理低深度、大風(fēng)量惡臭氣體的方法，其特征在于具體步驟如下惡臭氣體收集后先經(jīng)過濾網(wǎng)除5，去灰塵等顆粒物質(zhì)，然后進(jìn)入光解反應(yīng)器6，控制氣體流速為0.3-0.6m/s，在此利用準(zhǔn)分子紫外光發(fā)生系統(tǒng)產(chǎn)生的172nm光子轟擊惡臭物質(zhì)，并發(fā)生一系列反應(yīng)使惡臭物質(zhì)分解和轉(zhuǎn)化為無害或其它無臭物質(zhì)，O2及少量未反應(yīng)的惡臭物質(zhì)、反應(yīng)過程中產(chǎn)生的O3、O和HO·進(jìn)入蜂窩活性炭床7，控制氣體流速為0.8-1.2m/s，被活性炭吸附并繼續(xù)發(fā)生反應(yīng)；經(jīng)過活性炭的吸附積聚和催化氧化作用，惡臭物質(zhì)被氧化分解，最終達(dá)到消除惡臭目的。
全文摘要
本發(fā)明屬于惡臭氣體處理技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種把172nm準(zhǔn)分子紫外光技術(shù)和蜂窩活性炭吸附－催化氧化床有機(jī)相結(jié)合處理惡臭氣體裝置和方法。該裝置包括過濾網(wǎng)、光解反應(yīng)器、蜂窩活性炭床和風(fēng)機(jī)依次連接組成。其中光解反應(yīng)器采用172m準(zhǔn)分子紫外燈，為空心圓柱形結(jié)構(gòu)。通過蜂窩活性炭的吸附作用，將光解反應(yīng)產(chǎn)生的臭氧、HO·和HO
文檔編號B01D53/04GK1762501SQ200510030278
公開日2006年4月26日 申請日期2005年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月30日
發(fā)明者張仁熙, 侯惠奇, 房豪杰, 董文博 申請人:復(fù)旦大學(xué)