含有voc氣體的處理系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及含有VOC氣體的處理系統(tǒng)及方法，尤其是涉及一種無需添加任何氧化劑、處理成本低的含有VOC氣體的處理系統(tǒng)及方法。本裝置利用納米級(jí)水泡爆破時(shí)產(chǎn)生的局部高溫高壓環(huán)境，打斷有機(jī)化合物的分子鍵，實(shí)現(xiàn)降解含有氣體中VOC的目的，該系統(tǒng)及方法在降解VOC過程中不需要使用任何的氧化劑，全部的分解過程只需要水參與；且回收后的水可以在循環(huán)水裝置中，經(jīng)過過濾等步驟重新參與含有VOC氣體的處理過程，無任何損耗；由于沒有其他氧化劑的參與，除了對(duì)環(huán)境和人體沒有影響外，也極大的減輕了排放者的處理負(fù)擔(dān)。
【專利說明】含有VOC氣體的處理系統(tǒng)及方法
[0001]【【技術(shù)領(lǐng)域】】
本發(fā)明涉及含有VOC氣體的處理系統(tǒng)及方法，尤其是涉及一種無需添加任何氧化劑、處理成本低的含有VOC氣體的處理系統(tǒng)及方法。
[0002]【【背景技術(shù)】】
VOC物質(zhì)是指在常溫下容易揮發(fā)的有機(jī)物質(zhì)的總稱，常見的有甲醛、甲苯和二甲苯等等。傳統(tǒng)的噴涂行業(yè)在制品噴涂過程中使用大量的硝基漆原輔材料，硝基漆原輔材料含有大量的機(jī)溶劑，尤其是二甲苯、甲苯、苯等高揮發(fā)性溶劑含有的芳香烴既有毒又易燃，且極易揮發(fā)到環(huán)境中，造成向大氣中排放了眾多V0C，污染大氣環(huán)境和危害人體健康。
[0003]有機(jī)化合物不僅對(duì)人體有刺激作用，而且其中不少對(duì)內(nèi)臟有毒害作用，還有的是致突變物與致癌物。有機(jī)化合物中的烯烴和某些芳香烴化合物，在大氣中，在陽光的作用下，還可以和氮氧化物發(fā)生反應(yīng)形成洛杉磯型的光化學(xué)煙霧或工業(yè)型光化學(xué)煙霧，造成二次污染。
[0004]中國專利CNOl 138636公開了一種含有VOC有機(jī)廢氣的處理設(shè)備與處理方法，該專利整合臭氧氧化技術(shù)與傳統(tǒng)濕式洗滌技術(shù)、并利用氧化劑(尤其是雙氧水)來處理VOC廢氣，該種處理方式需要提供大量的雙氧水，處理成本較高，且吸入雙氧水蒸氣或霧對(duì)人體呼吸道有強(qiáng)烈性，眼直接接觸液體可致不可逆損傷甚至失明，操作過程中一旦有失誤會(huì)產(chǎn)生不可估量的影響。且該處理方式有時(shí)候需要對(duì)含有VOC的氣體進(jìn)行重復(fù)處理，處理成本變高，處理效率低下，無形之中增加了企業(yè)的負(fù)擔(dān)。
[0005]【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
本發(fā)明旨在解決上述問題而提供一種含有VOC氣體的處理系統(tǒng)及方法。
[0006]本發(fā)明的目的之一提供一種不需要任何氧化劑的含有VOC氣體的處理系統(tǒng)及方法。
[0007]本發(fā)明的目的之二是提供一種提高處理效率的含有VOC氣體的處理系統(tǒng)及方法。
[0008]本發(fā)明的目的之三是提供一種降低處理成本的含有VOC氣體的處理系統(tǒng)及方法。
[0009]本發(fā)明的目的之四是提供一種可循環(huán)利用水的含有VOC氣體的處理系統(tǒng)及方法。
[0010]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明含有VOC氣體的處理系統(tǒng)包括引風(fēng)柜、反應(yīng)塔、循環(huán)水裝置及納米水泡裝置，所述的納米水泡裝置包括納米水泡增壓泵和納米水泡發(fā)生器，所述的納米水泡發(fā)生器通過納米水泡增壓泵連接循環(huán)水裝置，所述的納米水泡發(fā)生器依次設(shè)置有水流錐形入口、用于加速水流的增壓管、用于緩速水流的錐形擴(kuò)散口、管壁上設(shè)計(jì)有空穴的紊流管和噴射納米級(jí)水泡的納米水泡噴口。
[0011]本發(fā)明含有VOC氣體的處理方法，包括如下步驟:
通過引風(fēng)柜將含有VOC的氣體引入反應(yīng)塔內(nèi)；
納米水泡裝置產(chǎn)生納米級(jí)水泡并與VOC氣體混合；
納米級(jí)水泡與含有VOC的氣體混合后瞬間爆破，形成4000K以上高溫、40MPa以上高壓的局部環(huán)境，該環(huán)境下水分子解裂成-H和-OH自由基，-H和-OH自由基使VOC氣體的有機(jī)化合物分子鍵斷裂、失去活性，固體粒子脫離，實(shí)現(xiàn)分解目的； 爆破后的納米級(jí)水泡重新形成小水滴并負(fù)載固體粒子或失去活性的有機(jī)化合物分子落入到循環(huán)水裝置內(nèi)，被處理后的VOC氣體從反應(yīng)塔頂部排出。
[0012]本發(fā)明的貢獻(xiàn)在于，提供了一種含有VOC氣體的處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)由于納米水泡發(fā)生器的層數(shù)可根據(jù)情形確定，從進(jìn)入引風(fēng)柜到反應(yīng)塔排出只需要一次處理即可使含有VOC的氣體達(dá)到甚至低于排放標(biāo)準(zhǔn)；納米級(jí)水泡爆破從而對(duì)含有VOC的氣體中的有機(jī)化合物分子進(jìn)行分解，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，也不需要使用任何的氧化劑，全部的分解過程只需要水參與；且回收后的水可以在循環(huán)水裝置中，經(jīng)過過濾等步驟重新參與含有VOC氣體的處理過程，基本上沒有任何損耗；由于沒有其他氧化劑的參與，除了對(duì)環(huán)境和人體沒有影響夕卜，也極大的減輕了排放者的處理負(fù)擔(dān)。
[0013]【【專利附圖】

【附圖說明】】
圖1為處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖圖2為納米水泡發(fā)生器的剖面結(jié)構(gòu)示意圖圖3為負(fù)離子增氧裝置的電路示意圖 【【具體實(shí)施方式】】
下列實(shí)施例是對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步解釋和補(bǔ)充，對(duì)本發(fā)明不構(gòu)成任何限制。
[0014]實(shí)施例1
如圖1、圖2所示，本實(shí)施例的含有VOC氣體的處理系統(tǒng)，包括引風(fēng)柜10、反應(yīng)塔20、循環(huán)水裝置30及納米水泡裝置，所述的納米水泡裝置包括納米水泡增壓泵40和納米水泡發(fā)生器50，所述的納米水泡發(fā)生器通過納米水泡增壓泵40連接循環(huán)水裝置30，所述的納米水泡發(fā)生器50依次設(shè)置有水流錐形入口 51、用于加速水流的增壓管52、用于緩速水流的錐形擴(kuò)散口 53、管壁上設(shè)計(jì)有空穴的紊流管54和噴射納米級(jí)水泡的納米水泡噴口 55。納米水泡噴口噴出直徑為50-500納米的水泡。
[0015]進(jìn)行含有VOC的氣體的處理時(shí)，首先通過引風(fēng)柜10將含有VOC的氣體引入到反應(yīng)塔20內(nèi)，由于引風(fēng)柜10的體積大于VOC廢氣的接駁口，使含有VOC氣體的氣流速度在引風(fēng)柜10內(nèi)減慢，在引風(fēng)柜10內(nèi)緩慢上升，這時(shí)，納米水泡增壓泵40從循環(huán)水裝置30內(nèi)吸水并壓入到納米水泡發(fā)生器50內(nèi)，當(dāng)水進(jìn)入到水流錐形入口 51后，受壓并加速穿過增壓管52，隨后進(jìn)入到錐形擴(kuò)散口 53時(shí)，水流突然減速，在紊流管54內(nèi)形成紊流現(xiàn)象，紊流管54設(shè)計(jì)有微小空穴，在空穴的作用下使水流形成直徑為50-500納米的納米級(jí)水泡，納米級(jí)的水泡從納米水泡噴口 55噴出，并與含有VOC的氣體混合。
[0016]由于納米級(jí)水泡具有以下特性，可以使得采用納米級(jí)水泡分解含有VOC的氣體成為得以實(shí)現(xiàn):
首先，納米水泡迅速崩潰產(chǎn)生超聲波對(duì)液體分子擠壓，改變了介質(zhì)原來的密度，使其增大；而在稀疏相位時(shí)，使液體分子稀疏，進(jìn)一步離散，介質(zhì)的密度減小。當(dāng)用足夠大振幅的超聲波作用于液體介質(zhì)時(shí)，在負(fù)壓相(即稀疏相)內(nèi)，液體分子間的平均距離會(huì)超過使液體介質(zhì)保持不變的臨界分子距離，液體介質(zhì)就會(huì)發(fā)生斷裂，形成微泡，微泡進(jìn)一步長(zhǎng)大成為空化氣泡。這些氣泡一方面可以重新溶解于液體介質(zhì)之中，也可能上浮并消失；另一方面，隨著聲場(chǎng)的變化而繼續(xù)長(zhǎng)大，直到負(fù)壓達(dá)到最大值，在緊接著的壓縮過程中，這些空化氣泡被壓縮，其體形縮小，有的甚至影響超聲波降解有機(jī)物的因素。
[0017]納米級(jí)水泡迅速崩潰過程中，瞬間能產(chǎn)生4000 K的高溫、50 MPa高壓，持續(xù)數(shù)微秒后，熱點(diǎn)隨之冷卻，并伴隨有強(qiáng)烈的沖擊波和達(dá)100 m / S速度的微射流。這些條件足以使有機(jī)物在納米級(jí)水泡內(nèi)發(fā)生化學(xué)鍵斷裂、水相燃燒、高溫分解或自由基反應(yīng)，為VOC的降解創(chuàng)造了一個(gè)極端的物理環(huán)境。
[0018]其次，當(dāng)液體處于超聲場(chǎng)中時(shí)，壓力波形成高壓條件，足以打開結(jié)合力較強(qiáng)的化學(xué)鍵，使得水分子H2O分解為-H和-OH自由基或者生成H2O2，產(chǎn)生的氧化性自由基擴(kuò)散到水體中，再通過納米水泡的方式與VOC發(fā)生反應(yīng)。
[0019]再次，納米級(jí)水泡在崩潰的瞬間，產(chǎn)生4000 K的高溫。這種極端環(huán)境對(duì)揮發(fā)進(jìn)入納米級(jí)水泡的有機(jī)氣體，及納米級(jí)水泡氣液界面處的有機(jī)物，有熱解斷鍵作用，使得VOC得到降解。
[0020]該裝置產(chǎn)生的納米級(jí)水泡的直徑為50-500納米，意味著同等質(zhì)量的水可產(chǎn)生更多的納米級(jí)水泡，能更充分的與含有VOC的氣體混合，降解更為徹底。
[0021]實(shí)施例2
如圖1、圖2所示，本實(shí)施例對(duì)實(shí)施例1進(jìn)行了進(jìn)一步的改進(jìn)，要求納米水泡噴口 55噴灑納米級(jí)水泡的范圍覆蓋整個(gè)反應(yīng)塔的橫截面。該種改進(jìn)使得納米級(jí)水泡能充分的與含有VOC的氣體混合，最大程度上的降低氣體中的VOC含量。
[0022]實(shí)施例3
如圖1、圖2所示，本實(shí)施例對(duì)實(shí)施例2進(jìn)行了進(jìn)一步的改進(jìn)，使納米水泡噴口 55的朝向與含有VOC的氣體的氣流方向逆向。該種改進(jìn)使含有VOC的氣體與納米級(jí)水泡對(duì)撞，減緩含有VOC氣體的氣流速度，延長(zhǎng)納米級(jí)水泡與VOC的接觸時(shí)間，使反應(yīng)時(shí)間更充分，提高反應(yīng)效率，同時(shí)對(duì)撞使納米級(jí)水泡與含有VOC氣體之間形成渦流，增加納米級(jí)水泡與VOC結(jié)合的成功率。
[0023]實(shí)施例4
如圖1、圖2所述，本實(shí)施例對(duì)實(shí)施例3進(jìn)行了進(jìn)一步的改進(jìn)，納米水泡發(fā)生器50在反應(yīng)塔20內(nèi)設(shè)置2層，每層設(shè)置I個(gè)。該種改進(jìn)還可根據(jù)最終排出反應(yīng)塔20的氣體中VOC含量的多少來進(jìn)行增減，如果排出的氣體中VOC含量高，則相應(yīng)的增加一層，或者每層增加一個(gè)納米水泡發(fā)生器50 ;如果排出的氣體中VOC含量低，則相應(yīng)的減少一層，直到排出氣體的VOC含量達(dá)標(biāo)，且不會(huì)造成納米水泡發(fā)生器50空轉(zhuǎn)為止。
[0024]實(shí)施例5
如圖1、2所示，本實(shí)施例中在反應(yīng)塔內(nèi)20設(shè)置有水霧發(fā)生器70，所述的水霧發(fā)生器70通過霧化泵60與循環(huán)水裝置30連接，所述的水霧發(fā)生器70朝含有VOC的氣體噴射水滴。本實(shí)施例的水霧發(fā)生器70增加了含有VOC氣體的濕度，如果VOC氣體中含有顆粒較大的固體粒子或分子團(tuán)，則可直接在水霧發(fā)生器70的作用下增加固體粒子或者分子團(tuán)的重量，使其從反應(yīng)塔20中落入到循環(huán)水裝置30內(nèi)。同時(shí)水霧發(fā)生器70朝含有VOC的氣體中噴射水滴，可使大量水分子附在VOC氣團(tuán)分子表面,從而與納米級(jí)水泡更好的混合在一起,大大提高了納米級(jí)水泡在爆破分解過程中的效率。已通過實(shí)驗(yàn)證明，在其它條件相同的情況下，加裝水霧發(fā)生器70比不裝水霧發(fā)生器70，分解含有VOC氣體的效率提高15%以上。
[0025]實(shí)施例6
如圖1、圖2所示，本實(shí)施例的反應(yīng)塔20內(nèi)設(shè)置有產(chǎn)生并噴射電子的負(fù)離子增氧裝置80。負(fù)離子增氧裝置80向反應(yīng)塔20內(nèi)噴射大量含負(fù)離子濃氧,從而生成空氣超氧負(fù)離子(O2和03)，所產(chǎn)生的空氣超氧負(fù)離子很容易打斷烯烴、快烴類有機(jī)物的碳鏈結(jié)合鏈，因此，空氣超氧負(fù)離子與含有VOC的氣體混合后，加速了對(duì)VOC氣體化合物的氧化分解速率。
[0026]實(shí)施例7
如圖3所示，本實(shí)施例對(duì)負(fù)離子增氧裝置80進(jìn)行了改進(jìn)，所述的負(fù)離子增氧裝置還設(shè)置有EMI處理電路、雷擊保護(hù)電路和高低壓隔離電路。負(fù)離子增氧裝置80將輸入電能經(jīng)EMI處理電路及雷擊保護(hù)電路處理后，通過脈沖式電路，過壓限流；高低壓隔離等線路升為交流高壓，然后通過特殊等級(jí)電子材料整流濾波后得到純凈的直流負(fù)高壓，將直流負(fù)高壓連接到碳元素制作的釋放端，利用直流脈沖高壓產(chǎn)生高電暈，高速地放出大量的電子(e_)。
[0027]實(shí)施例8
如圖1所示，本實(shí)施例還在反應(yīng)塔20內(nèi)增加了風(fēng)機(jī)90，風(fēng)機(jī)控制含有VOC氣體的氣流速度在9M/S。如果反應(yīng)塔20內(nèi)的氣流速度過慢，風(fēng)機(jī)90可幫助加快氣流速度，提高處理含有VOC氣體的速率。另外，不能使反應(yīng)塔20內(nèi)的氣流速度過快，如果過快會(huì)導(dǎo)致納米級(jí)氣泡還與VOC反應(yīng)完成就已從反應(yīng)塔20排出，達(dá)不到分解的目的。
[0028]實(shí)施例9
如圖1所示，本實(shí)施中的風(fēng)機(jī)90為軸流風(fēng)機(jī)。軸流風(fēng)機(jī)可使含有VOC的氣體在反應(yīng)塔20形成渦流，延長(zhǎng)納米級(jí)水泡與VOC的接觸時(shí)間，保證含有VOC的氣體被分解，同時(shí)充分混合納米級(jí)水泡與含有VOC的氣體，提高二者之間結(jié)合的效率，最大程度的降低空氣中VOC的含量。
[0029]實(shí)施例10
本實(shí)施例為含有VOC氣體的處理方法，包括如下步驟:
通過引風(fēng)柜10將含有VOC的氣體引入反應(yīng)塔20內(nèi)；
納米水泡裝置產(chǎn)生納米級(jí)水泡并與VOC氣體混合；
納米級(jí)水泡與含有VOC的氣體混合后瞬間爆破，形成4000K以上高溫、40MPa以上高壓的局部環(huán)境，該環(huán)境下水分子解裂成-H和-OH自由基，-H和-OH自由基使VOC氣體的有機(jī)化合物分子鍵斷裂、失去活性，固體粒子脫離，實(shí)現(xiàn)分解目的；
爆破后的納米級(jí)水泡重新形成小水滴并負(fù)載固體粒子或失去活性的有機(jī)化合物分子落入到循環(huán)水裝置30內(nèi)，被處理后的VOC氣體從反應(yīng)塔20頂部排出。
[0030]本實(shí)施例中的循環(huán)水裝置30內(nèi)剩余有數(shù)種物質(zhì)，首先是由小水滴直接負(fù)載掉落下來的固體粒子，該固體粒子在過濾等工藝后從循環(huán)水裝置30中排出；其次是已經(jīng)分解完成的VOC有化合物，分解完成后的VOC有機(jī)化合物已失去活性，對(duì)人體和環(huán)境沒有影響，在過濾等工藝后從循環(huán)水裝置30中排出；最后是未與納米級(jí)水泡來得及反應(yīng)完成的有機(jī)化合物，由于落下來的水滴中仍然含有納米級(jí)水泡，因此這些納米級(jí)水泡在循環(huán)水裝置30中繼續(xù)與該有機(jī)化合物反應(yīng)，直到分解完成，分解完成后經(jīng)過過濾等工藝從循環(huán)水裝置30中排出。
[0031]盡管通過以上實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了揭示，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，在不偏離本發(fā)明構(gòu)思的條件下，對(duì)以上各構(gòu)件所做的變形、替換等均將落入本發(fā)明的權(quán)利要求范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.含有VOC氣體的處理系統(tǒng)，包括引風(fēng)柜、反應(yīng)塔、循環(huán)水裝置及納米水泡裝置，其特征在于:所述的納米水泡裝置包括納米水泡增壓泵和納米水泡發(fā)生器，所述的納米水泡發(fā)生器通過納米水泡增壓泵連接循環(huán)水裝置，所述的納米水泡發(fā)生器依次設(shè)置有水流錐形入口、用于加速水流的增壓管、用于緩速水流的錐形擴(kuò)散口、管壁上設(shè)計(jì)有空穴的紊流管和噴射納米級(jí)水泡的納米水泡噴口，所述的納米水泡噴口噴出直徑為50-500納米的水泡。
2.如權(quán)利要求1所述的處理系統(tǒng)，其特征在于:納米水泡噴口噴灑納米級(jí)水泡的范圍覆蓋整個(gè)反應(yīng)塔的橫截面。
3.如權(quán)利要求2所述的處理系統(tǒng)，其特征在于:所述的納米水泡噴口的朝向與含有VOC的氣體的氣流方向同向或者逆向。
4.如權(quán)利要求3所述的處理系統(tǒng)，其特征在于:納米水泡發(fā)生器可在反應(yīng)塔內(nèi)設(shè)置2層，每層設(shè)置I個(gè)。
5.如權(quán)利要求1-4任一所述的處理系統(tǒng)，其特征在于:所述的納米水泡增壓泵的壓力為 3-8KG/CM2。
6.如權(quán)利要求5所述的處理系統(tǒng)，其特征在于:所述的反應(yīng)塔內(nèi)設(shè)置有水霧發(fā)生器，所述的水霧發(fā)生器通過霧化泵與循環(huán)水裝置連接，所述的水霧發(fā)生器朝含有VOC的氣體噴射水滴。
7.如權(quán)利要求6所述的處理系統(tǒng)，其特征在于:所述的霧化泵的壓力為3-5KG/CM2。
8.如權(quán)利要求6-7任一所述的處理系統(tǒng)，其特征在于:所述的反應(yīng)塔內(nèi)設(shè)置有產(chǎn)生并噴射電子的負(fù)離子增氧裝置，所述的負(fù)離子增氧裝置還設(shè)置有EMI處理電路、雷擊保護(hù)電路和聞低壓隔尚電路。
9.如權(quán)利要求8所述的處理系統(tǒng)，其特征在于:所述的反應(yīng)塔內(nèi)安裝有風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)控制含有VOC氣體的氣流速度在5-12M/S，所述的風(fēng)機(jī)為軸流風(fēng)機(jī)。
10.含有VOC氣體的處理方法，包括如下步驟: 通過引風(fēng)柜將含有VOC的氣體引入反應(yīng)塔內(nèi)； 納米水泡裝置產(chǎn)生納米級(jí)水泡并與VOC氣體混合； 納米級(jí)水泡與含有VOC的氣體混合后瞬間爆破，形成4000K以上高溫、40MPa以上高壓的局部環(huán)境，該環(huán)境下水分子解裂成-H和-OH自由基，-H和-OH自由基使VOC氣體的有機(jī)化合物分子鍵斷裂、失去活性，固體粒子脫離，實(shí)現(xiàn)分解目的； 爆破后的納米級(jí)水泡重新形成小水滴并負(fù)載固體粒子或失去活性的有機(jī)化合物分子落入到循環(huán)水裝置內(nèi)，被處理后的VOC氣體從反應(yīng)塔頂部排出。
11.如權(quán)利要求10所述的處理方法，其特征在于:引風(fēng)柜將含有VOC的氣體引入反應(yīng)塔內(nèi)后，還經(jīng)過水霧發(fā)生器朝含有VOC的氣體噴射水滴的步驟。
12.如權(quán)利要求11所述的處理方法，其特征在于:納米水泡裝置產(chǎn)生納米級(jí)水泡并與含有VOC的氣體混合之前,還經(jīng)過負(fù)離子增氧裝置向含有VOC的氣體噴射含有負(fù)離子的濃氧，加速對(duì)VOC氣體中的碳?xì)浠衔镅趸纸獾牟襟E。
【文檔編號(hào)】B01D53/96GK104258707SQ201410496194
【公開日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年9月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月25日
【發(fā)明者】李祚輝, 胡俊杰 申請(qǐng)人:佛山山象環(huán)保工程服務(wù)有限公司