專利名稱：一種光化學降解有機物氣體的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于利用光化學技術降解有機物氣體的技術領域，特別涉及一種利用紫外線和臭氧處理有機物氣體的方法和裝置。
背景技術：
化工、涂料、印刷、制鞋等工業(yè)生產中產生的揮發(fā)性有機物已引起人們越來越多的關注，特別是苯、甲苯、二甲苯的有害蒸氣都是易揮發(fā)的有機溶劑，是一類嚴重影響人類健康的環(huán)境污染物，蒸發(fā)的氣體主要經呼吸道進入人體，人們吸入被“三苯”污染的空氣后，將引起急、慢性中毒，表現(xiàn)為咽喉炎、白細胞減少、再生障礙性貧血等，對造血系統(tǒng)、神經系統(tǒng)、心腦血管以及胚胎都有極大的損害，其毒性大小依次為苯＞甲苯＞二甲苯，而三苯混合氣體的毒性更大。三苯”是城市主要的空氣污染物之一，其中，甲苯的濃度在城市空氣中相對較高。一些發(fā)達國家已經立法，嚴格控制這些氣態(tài)污染物的排放，要求采取一定的治理措施。
目前國內“三苯”等廢氣主要采用的治理方法包括溶劑吸收法、固定床吸附法、催化燃燒法、吸附/脫附—催化燃燒法和光化學方法等。
溶劑吸收法是利用“結構相似相溶”原理，用0號柴油等常溫下不易揮發(fā)的有機溶劑作為吸收溶劑，在廢氣通過吸收塔時將其吸收，效率可達93％以上，吸收后的廢氣可達標排放。本方法簡便易行，成本不高，但存在吸收了大量污染物質的溶劑柴油的后處理較困難的缺點，沒有從根本上解決問題。
固定床吸附法是利用對有機物分子具有強吸附能力的活性炭、硅藻土、有機膨潤土等固體物質作為吸附材料，以一定的方式排列、固定，形成吸附床，當廢氣在一定的流速和溫度下從其中通過時，即被吸附。本方法的問題也在于吸附了污染物的活性炭較難處理，而且可能造成二次污染。此外由于有機物和活性炭的易燃易爆性，還存在安全隱患問題。
催化燃燒法利用含有催化劑的蜂窩陶瓷等載體以固定吸附床的形式構成催化燃燒室，先將燃燒室預熱到300℃，然后將廢氣通入，即可達到催化燃燒去除有機廢氣的效果。如果廢氣中“三苯”濃度在2000ppm以上，其燃燒產生的熱量即足以維持燃燒室的溫度，不必另外消耗能量。但實際上大多數(shù)工業(yè)廢氣中的“三苯”濃度都在1000ppm以下，用催化燃燒法存在需要消耗能源來維持燃燒室的溫度、成本較高、催化劑易中毒等缺點。
吸附/脫附—催化燃燒法將固定床吸附法與催化燃燒法相結合。其基本結構單元大體分為吸附/脫附室和催化燃燒室兩個部分。根據(jù)最新文獻資料表明，目前吸附效果最好的當屬活性炭纖維，它具有比表面積大(可達2000m2/g)、吸附容量高(是顆?；钚蕴康膸妆丁珟资?、吸附速度快(比顆?；钚蕴靠?～3個數(shù)量級)、使用方便等優(yōu)點，是取代傳統(tǒng)的活性炭顆粒的新材料，以開始被應用于各種有機廢氣的治理。當?shù)蜐舛鹊膹U氣通過時，先被固定床中的活性炭纖維吸附，達到一定的吸附量時，通入120℃的熱風使污染物脫附(可逆反應)，這時廢氣經過吸附濃縮，濃度大大提高，進入催化燃燒室后氧化燃燒所產生的熱量足以維持燃燒室的溫度；同時還可利用排出的熱空氣循環(huán)進行脫附，大大節(jié)約了能源。在整個系統(tǒng)中有兩個以上的結構單元，以一定的時間間隔輪流工作，可以連續(xù)、高效地處理廢氣。缺點是較大的設備投資和較高的運行費用，成本偏高；設備構造復雜；易自燃，安全性差。
光化學氧化技術是國際上近三十年來發(fā)展起來的先進技術，以其具有常溫、常壓下高效率、廣譜性、長壽命、大流量、無二次污染等傳統(tǒng)技術無法比擬的優(yōu)點，因而具有非常大的潛在應用價值，已成為廢氣、廢水治理技術中一個十分活躍的研究方向。在近十幾年更是取得了飛速的發(fā)展，目前在西方國家逐步得到實際的應用，并逐漸在許多環(huán)保領域取代氯氣(漂白粉)和單純的臭氧氧化等傳統(tǒng)的環(huán)境污染物降解技術。發(fā)達國家已將光化學氧化技術實際應用于城市工業(yè)廢水有機污染物降解處理，在廢氣的治理方面也進行了大量的研究，取得了積極的成果。
利用光化學的基本原理，研究、開發(fā)處理各種污染物的新方法與新技術一直是污染控制化學研究的熱點，國內外學者在這一領域作了大量的基礎性工作，取得了許多的成果，逐步形成了污染控制的光化學方法。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的之一在于提供光化學降解有機物氣體的方法，特別是利用臭氧和紫外光照射想結合的方法來氧化有機物。在此方法中有機物氣體在處理過程中先經過過濾濾除氣體中顆粒等物質，使廢氣得以初步凈化，然后進入紫外-臭氧反應區(qū)，在紫外線照射區(qū)域中存在臭氧氣體，廢氣在紫外-臭氧反應區(qū)接受紫外照射并與臭氧反應，再通過一個水吸收裝置從而使尾氣得以徹底凈化后經出氣氣流調節(jié)后由排氣口排出。該方法集紫外作用、臭氧作用及紫外-臭氧協(xié)同作用于一體，可以實現(xiàn)對有機物氣體的高效、完全、無害化降解，為污染氣體提供一條經濟高效、無污染的處理途徑。
本發(fā)明的另一目的在于提供一個適于有機物氣體處理的光化學降解裝置。
本發(fā)明的光化學降解有機物氣體的裝置包含過濾區(qū)、紫外-臭氧作用區(qū)和水吸收區(qū)三個部分，所述過濾區(qū)直接與紫外-臭氧反應區(qū)相通。過濾區(qū)內填充用于過濾氣體的海綿或其他過濾材料；過濾區(qū)材料可以是單層也可以是多層填充，而紫外-臭氧反應區(qū)內存在臭氧氣體和紫外線，所述紫外線由裝設在紫外-臭氧反應區(qū)內的紫外線燈管產生，所述的臭氧既可以經由紫外燈管照射產生，也可以由外加的臭氧發(fā)生器產生后充入也可以在紫外-臭氧反應區(qū)增設一個臭氧發(fā)生裝置，或使反應區(qū)內存在空氣然后經由紫外線照射自然產生臭氧。所述紫外-臭氧反應區(qū)內無填充物或其他有礙光線照射的物質；所述的紫外燈管的發(fā)射波長為100nm~400nm的紫外燈管；采用本發(fā)明的利用紫外線和臭氧處理三苯類氣體的方法及其一體式裝置具有如下優(yōu)點1.本發(fā)明利用紫外光與臭氧(UV/O3)的協(xié)同作用氧化能力非常強，有機物氣體去除率達95％以上，實現(xiàn)對污染氣體的完全降解；2.可以設置水吸收裝置對尾氣中的有機物用水進行凈化，達到無害排放；3.本發(fā)明的光化學降解有機物氣體的方法及裝置實現(xiàn)了過濾過程與紫外、臭氧反應過程集成化的設計，系統(tǒng)結構緊湊，構造簡潔，易于制造、操作與維護；4.降低設備投資和維護及運行成本；5.反應條件溫和(常溫、常壓)，節(jié)能效果顯著，并且設備可以長時間穩(wěn)定運行，安全性高；6.光化學降解有機物氣體的方法及裝置既可以單獨利用紫外或臭氧對污染氣體的凈化作用，也可以利用紫外-臭氧的協(xié)同作用，設備使用的靈活性強；7.本發(fā)明中的廢氣經過過濾區(qū)過濾處理后，直接進入紫外-臭氧反應區(qū)，不再需要管路連接，結構簡單；制造安裝方便，降低成本；8.本發(fā)明技術方案中尾氣經過吸收裝置進一步凈化可消除尾氣中的水溶性物質，提高凈化效果；9.本發(fā)明技術方案的處理設備全封閉式設計，有效避免了紫外、臭氧可能對工作人員等的危害，無二次污染。
10.本方法中的吸收用的廢水送污水處理廠統(tǒng)一處理，降低企業(yè)治污成本。


下面結合附圖及實施例對本發(fā)明的一體式紫外臭氧污染氣體處理裝置及其操作方法作進一步的說明。
附圖1為本發(fā)明的光化學降解有機物氣體的方法的工藝流程示意圖附圖2為本發(fā)明的光化學降解有機物氣體裝置的一個實施例示意圖；圖2中，1為進氣調節(jié)區(qū)，2為過濾區(qū)，3為紫外-臭氧反應區(qū)，4為出氣調節(jié)區(qū)，5為隔板，6為腔體凹凸，7為氣泵，8為廢氣入口，9為尾氣出口，10為紫外燈管，11為過濾材料，12為進氣調節(jié)隔柵。13為水吸收裝置
具體實施例方式如圖2所示的光化學降解有機物氣體裝置的主體是一個圓柱形或棱柱形容器，由隔板將容器分成過濾區(qū)和紫外-臭氧反應區(qū)3，尾氣經溶劑型吸收裝置13凈化后調節(jié)后經尾氣出口9排出，吸收尾氣后的廢水送污水處理廠統(tǒng)一處理。
容器分為進氣調節(jié)區(qū)1、過濾區(qū)2、紫外-臭氧反應區(qū)3、溶劑型吸收裝置13、出氣調節(jié)區(qū)4五個功能區(qū)，所述的紫外燈10固定于紫外-臭氧反應區(qū)2。
過濾區(qū)2前部設有進氣調節(jié)隔柵12將進氣調節(jié)區(qū)1與過濾區(qū)2隔開，所述的進氣調節(jié)隔柵12與容器內壁焊接固定相連；過濾區(qū)2外壁與紫外-臭氧反應區(qū)3外壁為一整體內部由隔板5相隔，所述隔板5隔板5為穿孔板供氣流通過；紫外-臭氧反應器3內壁設有凹凸6用于使氣體產生混合均勻；在本發(fā)明的有機物氣體處理裝置運行過程中，待處理廢氣經氣泵7由廢氣入口8進入進氣調節(jié)區(qū)1經進氣調節(jié)隔柵12調節(jié)速度和流量后進入過濾區(qū)2，經過濾區(qū)2內的過濾材料11過濾后，廢氣得以初步凈化。廢氣從過濾區(qū)2出來后直接進入紫外-臭氧反應區(qū)3，在運行時紫外-臭氧反應區(qū)3內存在臭氧氣體。
存在紫外線輻射和臭氧氣體，初步凈化后的廢氣在紫外輻射的作用下，或在臭氧氧化的作用下，或在紫外-臭氧二者的協(xié)同作用下得以徹底凈化。凈化后氣體通過溶劑型吸收裝置13和氣體調節(jié)區(qū)4后由尾氣出口9排出。
實驗的進氣中苯、甲苯、二甲苯濃度分別為500ppmv、400ppmv、200ppmv左右，氣體流量為5×104m3/h，試驗裝置連續(xù)運行，穩(wěn)定運行期間，經測定三苯的去除率均在95％以上。與同類研究相比，其處理效果較好。
本實施例中所述的紫外燈10為平行的紫外燈組，也可以是交叉排列的燈組；所述的紫外燈10的波長介于100~400nm。所述的紫外燈10是主發(fā)射波長為100nm～400nm的相同波長的紫外燈組。
所述的紫外燈10是主發(fā)射波長為100nm～400nm的不同發(fā)射波長的紫外燈的組合。
所述的臭氧既可以經由上述紫外燈10照射產生，也可以由外加的臭氧發(fā)生器產生。
所述過濾材料11可以是單層或多層的，材料可以是海綿或其他具有過濾效果的材料，例如無紡布、纖維棉。
本實施例中的溶劑型吸收裝置13設在紫外-臭氧反應區(qū)3和出氣調節(jié)區(qū)4之間，它也可以設置在出氣調節(jié)區(qū)4之后，本實施例中使用的溶劑是水，還可以是酒精、丙酮等其他溶劑。
本發(fā)明的利用光化學降解有機物氣體的方法及裝置，既可應用于制鞋企業(yè)所排放“三苯”等污染氣體的處理，也可用于處理其他工業(yè)污染氣體或揮發(fā)性有機物質。
權利要求
1.一種光化學降解有機物氣體的方法，其特征是廢氣經過濾除掉顆粒等物質后，直接進入紫外-臭氧反應區(qū)，在紫外線照射區(qū)域中存在臭氧氣體，廢氣在紫外-臭氧反應區(qū)接受紫外照射并與臭氧反應，利用臭氧和紫外光照射分解氧化有機物廢氣，再利用溶劑型吸收裝置對尾氣進一步凈化從而實現(xiàn)將不易處理的有機物氣體轉化成易處理的物質和無害的氣體，達到降解有機物廢氣使其達標排放的效果。
2.實現(xiàn)權利要求1所述方法的光化學降解有機物氣體的裝置，包含一個作為容器的腔體，其特征在于所述腔體分為進氣調節(jié)區(qū)(1)、過濾區(qū)(2)、紫外-臭氧反應區(qū)(3)、溶劑型吸收裝置(13)和出氣調節(jié)區(qū)(4)過濾區(qū)內填裝單層或多層過濾材料，紫外-臭氧反應區(qū)設置至少1支紫外燈管(10)，并且在運行時設備的紫外-臭氧反應區(qū)域存在臭氧氣體。
3.如權利要求2所述的光化學降解有機物氣體的裝置，其特征在于溶劑型吸收裝置(13)設在紫外-臭氧反應區(qū)(3)和出氣調節(jié)區(qū)(4)之間。
4.如權利要求2所述的光化學降解有機物氣體的裝置，其特征在于溶劑型吸收裝置(13)設在出氣調節(jié)區(qū)(4)之后。
5.如權利要求2所述的光化學降解有機物氣體的裝置，其特征在于所述腔體是個圓柱形容器。
6.如權利要求2所述的光化學降解有機物氣體的裝置，其特征在于所述腔體是個棱柱形容器。
7.如權利要求2所述的光化學降解有機物氣體的裝置，其特征在于所述的臭氧氣體可以由紫外線照射產生也可以由臭氧發(fā)生器產生后充入。
8.如權利要求2所述的光化學降解有機物氣體的裝置，其特征在于所述過濾區(qū)(2)和紫外-臭氧反應區(qū)(3)的外壁是一個整體，其內部通過隔板(5)相隔，所述隔板(5)為穿孔板。
9.如權利要求8所述的光化學降解有機物氣體的裝置，其特征在于所述隔板(5)上的孔的孔徑為2～5mm。
10.如權利要求8所述的反應器，其特征在于所述隔板(5)上的孔的孔徑為6～10mm。
11.如權利要求2所述的光化學降解有機物氣體的裝置，其特征在于所述的紫外燈(10)為平行的紫外燈組。
12.如權利要求2所述的光化學降解有機物氣體的裝置，其特征在于所述的紫外燈(10)為交叉排列的紫外燈組。
13.如權利要求2所述的光化學降解有機物氣體的裝置，其特征在于所述的紫外燈(10)是主發(fā)射波長為100nm～400nm的相同波長的紫外燈組。
14.如權利要求2所述的光化學降解有機物氣體的裝置，其特征在于所述的紫外燈(10)是主發(fā)射波長為100nm～400nm的不同發(fā)射波長的紫外燈的組合。
15.如權利要求2所述的光化學降解有機物氣體的裝置，其特征在于所述的臭氧可以經由紫外燈(10)照射產生。
16.如權利要求2所述的光化學降解有機物氣體的裝置，其特征在于所述的臭氧由外加的臭氧發(fā)生器產生后充入。
17.如權利要求2所述的光化學降解有機物氣體的裝置，其特征在于所述的過濾材料是海綿。
18.如權利要求2所述的光化學降解有機物氣體的裝置，其特征在于所述的過濾材料是無紡布。
19.如權利要求2所述的光化學降解有機物氣體的裝置，其特征在于所述的過濾材料是纖維棉。
20.如權利要求2所述的光化學降解有機物氣體的裝置，其特征在于所述溶劑吸收裝置使用的溶劑是水。
21.如權利要求2所述的光化學降解有機物氣體的裝置，其特征在于所述溶劑吸收裝置使用的溶劑是酒精。
22.如權利要求2所述的光化學降解有機物氣體的裝置，其特征在于所述溶劑吸收裝置使用的溶劑是丙酮。
全文摘要
本發(fā)明提供一種利用光化學降解有機物氣體的方法和裝置，單獨利用臭氧、紫外線或臭氧加紫外線氧化有機物氣體。在此方法中待處理氣體先經過濾濾除氣體中顆粒等物質，使廢氣得以初步凈化后進入紫外－臭氧反應區(qū)，在紫外線照射區(qū)域中存在臭氧氣體，廢氣在紫外－臭氧反應區(qū)接受紫外照射并與臭氧反應，再經溶劑型吸收裝置從而得以徹底凈化后經出氣氣流調節(jié)后由排氣口排出。該方法集紫外作用、臭氧作用及紫外－臭氧協(xié)同作用于一體，可以實現(xiàn)對“三苯”等有機物廢氣的高效、完全、無害化降解，為污染氣體提供一條經濟高效、無污染的處理途徑。可應用于制鞋企業(yè)所排放“三苯”等污染氣體的處理，也可用于處理其它工廠企業(yè)排放的污染氣體。
文檔編號B01D53/74GK1951544SQ20051009503
公開日2007年4月25日 申請日期2005年10月21日 優(yōu)先權日2005年10月21日
發(fā)明者陳健, 朱國營 申請人:福建新大陸環(huán)保科技有限公司