一種大風量低濃度惡臭氣體淨化的裝置的製作方法
2024-04-03 10:56:05
本實用新型屬於廢氣淨化技術領域，具體涉及臭氧催化氧化大風量低濃度惡臭氣體的裝置。
背景技術：
惡臭氣體汙染已成為當前公眾環境汙染投訴的熱點與重點。惡臭氣體種類繁多，其中僅憑人類嗅覺能感覺到的有4000多種，由於很多惡臭物質的嗅覺閾值低，如含硫有機物，有機胺類等物質，即使惡臭物質的濃度不高，也極易引起人們嗅覺器官不愉，從而損害生活質量。輕者使人感到不適、出現頭痛、頭暈、噁心、嘔吐和精神不集中等症狀，重則對人體的呼吸系統、循環系統、消化系統、呼吸系統、內分泌系統與神經精神系統造成不同程度的毒害，甚至某些芳香族化合物，如苯、甲苯、苯乙烯等還能使人體產生畸變、癌變。因此，有關惡臭氣體汙染的控制一直備受關注，尤其是大風量低濃度的惡臭氣體的淨化處理，日益成為大氣汙染控制領域最主要的任務之一。
目前用於大風量低濃度惡臭氣體的淨化方法中，臭氧氧化法因具有淨化效果好、使用方便等優點，備受關注。但使用臭氧氧化法的過程中，存在臭氧自身易分解等原因導致其利用率不高，停留時間長，臭氧與惡臭物質反應慢等缺點，因此，臭氧與光技術、催化劑、生物法等工藝單元結合，成為當前臭氧淨化惡臭的流行做法。
在臭氧與光技術協同方面，臭氧在紫外光分解下產生氧原子，氧原子除了與惡臭物質反應，還會自身複合生成氧氣，從而導致臭氧利用率極低，加之受限於紫外燈的發光效率、紫外光利用率較低等因素，使得臭氧與光技術協同應用受到限制。
臭氧與催化劑結合，對提高臭氧利用率方面效果顯著，但由於臭氧易自分解，臭氧利用率仍不盡滿意，加之催化劑易失活、堵塞等情況時有發生，臭氧催化氧化工藝僅在個別領域得到應用。
臭氧與生物法等工藝單元結合使用方面，因臭氧利用率未得到根本提高，且新增加的工藝提高了對場地、設備投資、運轉管理等方面的要求，因而限制了其推廣和使用。
本實用新型針對臭氧氧化工藝中，臭氧利用率不高的問題，提供了一種提高臭氧利用率並將之用於惡臭氣體淨化的方法和裝置，拓寬了臭氧氧化在氣體淨化領域的應用。
技術實現要素：
本實用新型的目的在於提供一種臭氧利用率高，適應性強，運轉管理方便和投資費用較低的濃度高、穩定性好的大風量低濃度惡臭氣體淨化的裝置。
本實用新型提供的大風量低濃度惡臭氣體淨化的裝置，包括臭氧水製備單元和臭氧水使用單元兩大部分；其中，所述臭氧水製備單元由臭氧發生器、冷水製備機、冷水儲罐、氣液混合泵及高濃度臭氧水緩衝罐組成，用於製備濃度高、穩定性好的臭氧水；其中，氣液混合泵分別與臭氧發生器和冷水儲罐聯通，將臭氧發生器的臭氧和冷水製備機製備的冷水泵入臭氧水緩衝罐。
所述臭氧發生器採用空氣源或氧氣源的氣體放電形式產生，使用前需對氣源進行乾燥處理。
所述冷水製備機和冷水儲罐為一體化設備單元，製備的冷水溫度在0~10℃，相比常溫水，使用冷水作為臭氧溶解水，可提高臭氧在水中的溶解度五倍以上，同時也大大提高臭氧水的有效壽命。冷水使用前需在水中投加臭氧穩定劑，該穩定劑為矽酸鹽類，投加量按重量比0.5‰~5%，所用矽酸鹽類穩定劑可有效吸附水總的亞鐵離子和其他對臭氧有催化分解作用的金屬離子，如銅離子、錳離子等，採用穩定劑後，可有效降低臭氧水無效分解。
所述氣液混合泵和臭氧水緩衝罐為一體化設備，氣液混合泵自動將臭氧發生器產生的臭氧吸入泵內，與添加了穩定劑的冷水充分混合，形成高濃度的臭氧水，出口壓力在0.15~5 MPa之間，臭氧水流量根據惡臭氣體處理風量確定，一般控制液氣比為（0.1-2）：1（L/m³）。
所述臭氧水使用單元包括反應塔體、高壓高濃度臭氧水釋放器、觸媒單元、臭氧二次利用區、收集槽、淋洗液循環系統、除液器及附屬管件。其中，臭氧水釋放器、觸媒單元、臭氧二次利用區設置於反應塔體內，觸媒單元至少有2層；
其中，反應塔體為不鏽鋼或其他耐臭氧腐蝕材質，圓形或方形筒式結構。反應塔體的頂部設有淨化氣體出口。
高壓高濃度臭氧水釋放器與臭氧水緩衝罐通過管道相連，採用穿孔管或噴嘴形式，釋放臭氧水。臭氧水釋放器置於上下兩層觸媒單元層之間，臭氧水釋放出來後淋洗在下觸媒單元層，部分臭氧水被氣流載帶到上層觸媒單元層，進一步充分反應。
觸媒單元由空心網狀塑料球、觸媒填料組成，觸媒填料置於空心網狀塑料球內，避免直接堆積觸媒填料，引起過流阻力大，氣流易短路的問題；根據需要，觸媒單元層可設置兩層或多層。所述空心網狀塑料球不僅作為觸媒填料的支撐件，也用於氣流均布和臭氧水在觸媒填料表面的均勻分布，材質為耐臭氧惰性材料，口徑大小20-100mm，網孔大小2-10目；所述觸媒填料為球形、棒狀或其他不規則狀，主要包括具有催化功能的金屬氧化物、具有吸附功能的載體，金屬氧化物負載量0.5-10%（重量比）；金屬氧化物可採用鈦、銅、鋅、鐵、鎳、錳等的氧化物；載體可採用具有吸附功能的三氧化二鋁、活性炭、竹炭、疏水沸石等，通過吸附作用，可提高臭氧與惡臭物質的接觸機率，提高反應效率。
臭氧二次利用區在上層觸媒單元的上部，為雙層喇叭口結構，下喇叭口半開，上喇叭口封閉，上、下喇叭口間隔一定空隙，便於氣體流通，並使氣體通過空隙的過流速度為0.5-3 m/s。
收集槽與反應塔體相連，用於收集從下層觸媒單元淋洗下來的臭氧水，經過下層觸媒單元的充分反應，水中臭氧含量大幅降低，進入收集槽中後，水中少量臭氧繼續與溶解在水中惡臭物質反應，進一步強化了除臭效果。
淋洗液循環系統包括噴嘴、循環水泵、循環水槽附屬管件，其中，循環水槽下部通過管道與收集槽聯通，循環水槽上部通過管道與反應塔體中的臭氧二次利用區聯通，噴嘴設置於臭氧二次利用區的上方，循環水泵分別與循環水槽和噴嘴聯通；淋洗液循環系統用於對微量殘餘臭氧進行淋洗捕集，可保證尾氣中臭氧含量小於0.1 mg/m³，小於環境空氣品質標準（GB 3095-2012）中規定限值，同時兼有對廢氣中逃逸的可溶性物質進行淋洗祛除。淋洗液採用清水或去離子水，並在淋洗液中添加某些助溶劑，增加臭氧的淋洗效果，如投加對苯二酚等，投加量在0.1‰-5%（重量比）。
除液器設置於反應塔體上部，其作用是消除氣流通過塔體時的帶液問題。可採用絲網過濾或折流波紋板形式。
其工作流程見圖1所示。
外界空氣或氧氣經乾燥處理後由臭氧發生器製備臭氧，該臭氧在氣液混合泵中與來自冷水儲罐的冷水充分混合，該冷水由冷水製備機製備，控制為水溫0-10℃，冷水中投加臭氧穩定劑矽酸鹽類，投加量按重量比0.5‰~5%。形成的高壓高濃度臭氧水收集在臭氧水緩衝罐內，罐內壓力達到0.15~5 MPa後，由臭氧水釋放器淋洗在反應塔內的觸媒填料上，臭氧水流量按液氣比（0.1-2）：1（L/m³）控制。在反應塔內臭氧和惡臭物質反應後再進入臭氧二次利用區，並通過淋洗液循環系統對微量殘餘臭氧進行淋洗捕集，保證尾氣中臭氧含量小於0.1 mg/m³，低於環境空氣品質標準（GB 3095-2012）中規定限值，並對廢氣中逃逸的可溶性物質進行淋洗祛除。淋洗液採用清水或去離子水，並添加對苯二酚等助溶劑，助溶劑投加量在0.1‰-5%（重量比）。最後淨化後的氣體經反應塔體上部的除液器消除帶液問題後排出。
本實用新型的關鍵點在於：
1、所述製備臭氧水的冷水溫度在0~10℃，冷水使用前需在水中投加臭氧穩定劑，該穩定劑為矽酸鹽類，投加量按重量比0.5‰~5%；
2、所述氣液混合泵自動將臭氧吸入泵內，與添加了穩定劑的冷水充分混合，形成高濃度的臭氧水，出口壓力在0.15~5 MPa之間，臭氧水流量根據惡臭氣體處理風量確定，按液氣比（0.1-2）：1（L/m³）考慮；
3、臭氧水釋放器置於上下兩層觸媒單元層之間，臭氧水釋放出來後淋洗在下觸媒單元層，部分臭氧水被氣流載帶到上層觸媒單元層，進一步充分反應；
4、觸媒填料置於空心網狀塑料球內，避免直接堆積觸媒填料，引起過流阻力大，氣流易短路的問題。空心網狀塑料球材質為耐臭氧惰性材料，口徑大小20-100mm，網孔大小2-10目；所述觸媒填料為球形、棒狀或其他不規則狀，主要包括具有催化功能的金屬氧化物、具有吸附功能的載體，金屬氧化物負載量0.5-10%（重量比）；金屬氧化物可採用鈦、銅、鋅、鐵、鎳、錳等的氧化物；載體可採用具有吸附功能的三氧化二鋁、活性炭、竹炭、疏水沸石等；
5、觸媒單元層設置兩層或多層，在下觸媒單元層設置收集槽，並與反應塔體相連，用於收集從下觸媒單元層淋洗下來的臭氧水，進入收集槽中後，水中少量臭氧繼續與溶解在水中惡臭物質反應，進一步強化了除臭效果；
6、臭氧二次利用區在上觸媒單元層上部，為雙層喇叭口結構，下喇叭口半開，上喇叭口封閉，上下喇叭口間隔一定空隙，便於氣體流通，並使氣體通過空隙的過流速度為0.5-3 m/s；
7、臭氧二次利用淋洗液採用清水或去離子水，並在淋洗液中添加某些助溶劑，如對苯二酚等，投加量在0.1‰-5%（重量比）。
本實用新型的優點
與現行的同類工藝技術相比，本實用新型具有以下特點和優點：
（1）採用低溫加壓方式，形成高濃度臭氧水，比電解法或光解法製備臭氧水，可提高5倍以上，並有效降低臭氧的自分解；
（2）採用在臭氧水中投加穩定劑的方式，可有效避免臭氧在某些金屬離子催化下的分解；
（3）形成的加壓臭氧水，可直接進行利用，無需另行用泵提升；
（4）設置具有催化和吸附功能的雙層或多層觸媒單元，不僅提高臭氧利用率，也增加了惡臭物質與臭氧的反應機率；
（5）將觸媒填料置於空心網狀塑料球中，可避免直接堆積觸媒填料，降低氣流阻力和避免氣流短路問題，同時降低觸媒填料的損耗，也有利於氣流均布和臭氧水在觸媒填料表面的均勻分布；
（6）設置臭氧二次利用區，對殘餘的臭氧進行二次充分利用，提高能效，還使尾氣中的臭氧濃度小於環境空氣品質標準（GB 3095-2012）中規定限值。
附圖說明
圖1為 臭氧水製備單元及利用系統圖。
圖中標號：1-塔體；2-高壓臭氧水釋放器；3-上觸媒單元層；4-下觸媒單元層；5-收集槽；6-臭氧二次利用區；7-下喇叭口；8-上喇叭口；9-噴嘴；10-循環水泵；11-循環水槽；12-除液器。
具體實施方式
實施例1：
一汙水處理站的調節池、生化池、沉澱池、汙泥濃縮池及汙泥脫水間均排放惡臭氣體，經密閉收集後總氣體流量20000 m³/h，該惡臭氣體中惡臭成份包含硫化氫、有機胺類、硫醚等，濃度範圍在10~100 mg/m³之間。採用本實用新型技術工藝，在處理前臭氣濃度大於25000時，處理後臭氣濃度小於300（15米排氣筒），遠小於《國家惡臭汙染物排放標準》（GB 14554-93）之規定值，惡臭消除率大於98.8%。該實施例採用氧氣源作為產生臭氧的原料氣，臭氧發生器採用介質阻擋氣體放電形式，臭氧產生量2 kg/h；採用螺杆式冷水機，製冷量30 kW，冷凍水流量5 m³/h；氣液混合泵採用渦流泵，流量6m³/h，功率4 kW，揚程40米；塔體直徑3.0米，採用雙層觸媒單元層，上下觸媒單元層高度均為0.8米，空心網狀塑料球材質PP（聚丙烯），直徑50 mm，觸媒為球粒狀大小5-8 mm，由活性氧化鋁和二氧化錳、二氧化鈦復配而成，三者重量比活性氧化鋁:二氧化錳:二氧化鈦為100:10:2。臭氧二次利用淋洗液採用清水，並在清水中投加5‰濃度的對苯二酚，循環泵流量12.5 m³/h，功率2.2 kW，揚程15米。
實施例2：
一垃圾壓縮站，在垃圾分揀和壓縮環節產生惡臭氣體，對垃圾壓縮站操作間進行換氣收集後總惡臭氣體流量15000 m³/h，該惡臭氣體中惡臭成份包含硫化氫、有機胺類、硫醇類、硫醚等，濃度範圍在5~80 mg/m³之間。採用本實用新型技術工藝，在處理前臭氣濃度大於18000時，處理後臭氣濃度小於150（15米排氣筒），遠小於《國家惡臭汙染物排放標準》（GB 14554-93）之規定值，惡臭消除率大於99%。該實施例採用空氣源作為產生臭氧的原料氣，臭氧發生器採用介質阻擋氣體放電形式，臭氧產生量1 kg/h；採用風冷式冷水機，製冷量22 kW，冷凍水流量3.6 m³/h，其中添加矽酸鈉，添加量5‰；氣液混合泵採用渦流泵，流量4m³/h，功率2.2 kW，揚程30米；塔體直徑2.5米，採用雙層觸媒單元層，上下觸媒單元層高度均為0.7米，空心網狀塑料球材質PP（聚丙烯），直徑40 mm，觸媒為球粒狀大小5-8 mm，由活性氧化鋁和二氧化錳、氧化銅復配而成，三者重量比例活性氧化鋁:二氧化錳:氧化銅為100:10:5。臭氧二次利用淋洗液採用清水，循環泵流量10 m³/h，功率1.5 kW，揚程16米。