光催化和溼法聯合處理揮發性有機物的設備的製作方法
2023-06-06 14:29:41 2
本實用新型屬於揮發性有機物處理技術領域，具體涉及一種光催化和溼法聯合處理揮發性有機物的設備。
背景技術：
揮發性有機物(volatile organic compounds,VOCs)是大氣汙染物中重要的組成部分，是形成PM2.5的重要前體物質。大多數的VOCs有毒、有氣味，一些VOCs還有致癌性，對人體健康產生極大的危害；VOCs在陽光作用下還可以與大氣中的氮氧化合物發生光化學反應，生成毒性更大的光化學煙霧。近年來，VOCs已成為我國主要大氣汙染物之一，有關VOCs的危害事故逐年增多，因而，VOCs的淨化處理技術已成為環境催化領域的一個研究熱點。「大氣十條」明確規定對其進行控制，相關檢測、排放標準也在陸續制定中。
通常，VOCs處理方法可分為兩大類：一類是所謂非破壞性技術，即回收法，一般通過改變一定工藝過程中溫度、壓力等物理條件使VOCs富集分離，此類方法包括活性炭吸附法、溶液吸收法、冷凝法及膜分離等常見技術；另一類是所謂破壞性技術，即通過化學或生物的技術使VOCs轉化為二氧化碳、水以及氯化氫等無毒或毒性小的無機物，此類方法包括直接燃燒、催化燃燒、生物降解、等離子體氧化、光催化氧化法等常見技術。
上述VOCs處理方法分別存在以下問題：
(1)吸附法和吸收法僅將汙染物轉移，不能對其有效降解，易形成二次汙染。(2)燃燒法消耗能源大，成本高；(3)生物法降解效率低。(4)光催化氧化技術是利用特定波長的光(一般為387.5nm以下的紫外光)照射光催化劑(如TiO2)，激發出「電子-空穴」對，這種「電子-空穴」對與H2O、O2發生化學反應，可產生具有強氧化能力的羥基自由基(·OH)，將吸附在催化劑表面上的有機物氧化為CO2和H2O等無毒無害物質。在光催化氧化過程中，VOCs的降解通過兩種方式進行：(1)VOCs直接吸收185nm紫外光進行光解；(2)水和O2在紫外光照射下，產生的·OH和O原子與VOCs反應。雖然光催化氧化技術在常溫常壓下就能將VOCs降解為CO2、H2O等無機物，具有去除效率高，安全可控，成本低，設備簡單，易於管理等優點。但是，在光催化氧化過程中產生了大量的副產物O3，仍然對大氣具有一定的汙染。
可見，開發一種對VOCs處理效率高且對大氣汙染少的VOCs處理設備，是目前迫切需要解決的事情。
技術實現要素：
針對現有技術存在的缺陷，本實用新型提供一種光催化和溼法聯合處理揮發性有機物的設備，可有效解決上述問題。
本實用新型採用的技術方案如下：
本實用新型提供一種光催化和溼法聯合處理揮發性有機物的設備，包括設備殼體(17)，所述設備殼體(17)的側面中上部開設有廢氣入口(1)；所述設備殼體(17)的腔體頂壁懸掛有中心紫外燈支架(4)，所述中心紫外燈支架(4)的底部懸掛有中心紫外燈管(5)；所述中心紫外燈支架(4)的外部套設有擋水棚(3)，所述擋水棚(3)具有傾斜向下的擋水板(3.1)；在所述設備殼體(17)的腔體頂壁還懸掛有至少一個噴頭(2)，所述噴頭(2)的噴水方向朝向所述擋水板(3.1)
在所述中心紫外燈管(5)的外部套設有內筒(14)，所述內筒(14)為上下開口結構，所述內筒(14)的底部距離所述設備殼體(17)的底壁具有一定的間隔，所述內筒(14)的頂部通過環形紫外燈支架(7)固定於所述設備殼體(17)的內腔，並且，所述環形紫外燈支架(7)的環形頂面位於所述擋水板(3.1)的排水端的下方；所述內筒(14)到所述設備殼體(17)之間形成有夾層空腔(15)，所述夾層空腔(15)的頂部通過所述環形紫外燈支架密封；在所述夾層空腔(15)中懸吊有若干個側面紫外燈管(8)；在所述設備殼體(17)的側壁開設有與所述夾層空腔(15)連通的廢氣出口(6)；
其中，所述內筒(14)的內壁、所述夾層空腔(15)的側壁均塗敷固定式光催化劑。
優選的，所述廢氣入口(1)和所述廢氣出口(6)均為沿側面切向開口方向設置。
優選的，所述中心紫外燈管(5)為雙波長紫外燈。
優選的，所述雙波長紫外燈為185nm和254nm的雙波長紫外燈。
優選的，所述側面紫外燈管(8)為254nm波長的紫外燈管。
優選的，所述環形紫外燈支架(7)的環形頂面設置有向內筒中心方向傾斜的引流板(16)，所述引流板(16)用於將從擋水板(3.1)排出的液體引流到內筒(14)的內壁。
優選的，還包括水泵(12)；所述水泵(12)設置於所述設備殼體(17)的外部，在所述設備殼體(17)的側壁且位於廢氣吸收液液面以下位置開設有第1排液口；所述第1排液口連接到所述水泵(12)的進液口；所述水泵(12)的排液口通過管道連接到所述噴頭(2)。
優選的，所述設備殼體(17)的底壁還開設有進液口和出液口(10)。
本實用新型提供的光催化和溼法聯合處理揮發性有機物的設備具有以下優點：
(1)將VOCs處理方法中光催化氧化法和溼法吸收法有機結合，形成一體化設備，減少佔地面積；
(2)與傳統溼法吸收VOCs產生大量廢水相比，本技術廢水產量低，並且具有自身淨化的作用；
(3)設備運行中產生的O3得到充分利用，最終排放的廢氣中O3濃度低。
附圖說明
圖1為本實用新型提供的光催化和溼法聯合處理揮發性有機物的設備的結構示意圖；
圖2為本實用新型提供的光催化和溼法聯合處理揮發性有機物的設備的上部分的構示意圖；
圖3為本實用新型提供的光催化和溼法聯合處理揮發性有機物的設備的下部分的構示意圖。
具體實施方式
為了使本實用新型所解決的技術問題、技術方案及有益效果更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本實用新型，並不用於限定本實用新型。
本實用新型提供一種光催化和溼法聯合處理揮發性有機物的設備，具體地說是利用光催化氧化技術處理生物、醫藥、石油化工等行業所產生的揮發性有機物的新工藝和一體化設備，本實用新型為一種光催化和溼法聯合處理工藝，在充分發揮光催化和溼法優勢的同時，還能夠顯著提高對VOCs廢氣的淨化能力，有效降解VOCs廢氣，還減少光催化氧化副產物O3排放，並降解吸收溶液中的有機物，從而有效減少二次汙染。
本實用新型的技術原理在於：生物、醫藥、石油化工等行業所產生的揮發性有機物通過廢氣入口進入設備中，經過噴淋裝置的吸收後，通過紫外光催化裝置對催化劑TiO2照射激發產生「電子-空穴」對，隨後空穴與吸附在TiO2表面上的水分子發生作用，生成·OH等高活性基團，這些基團將VOCs分解為CO2和H2O，最終確保排放氣體濃度符合排放標準。
催化和溼法聯合處理揮發性有機物的設備主要由噴淋裝置和紫外光催化裝置組成，噴淋裝置包括噴頭和水泵；紫外光催化裝置包括紫外燈管和固定式光催化劑；光催化和溼法聯合處理揮發性有機物的設備整體為封閉的圓筒外型，上部分為吸收區，下部分為光催化氧化區。
結合圖1-圖3，設備具體包括設備殼體17，設備殼體17的側面中上部開設有廢氣入口1，廢氣入口1沿側面切向開口方向設置；設備殼體17的腔體頂壁懸掛有中心紫外燈支架4，中心紫外燈支架4的底部懸掛有中心紫外燈管5；中心紫外燈支架4的外部套設有擋水棚3，擋水棚3具有傾斜向下的擋水板3.1；在設備殼體17的腔體頂壁還懸掛有至少一個噴頭2，噴頭2的噴水方向朝向擋水板3.1
在中心紫外燈管5的外部套設有內筒14，內筒14為上下開口結構，內筒14的底部距離設備殼體17的底壁具有一定的間隔，內筒14的頂部通過環形紫外燈支架7固定於設備殼體17的內腔，並且，環形紫外燈支架7的環形頂面位於擋水板3.1的排水端的下方，在環形紫外燈支架7的環形頂面設置有向內筒中心方向傾斜的引流板16，引流板16用於將從擋水板3.1排出的液體引流到內筒14的內壁。內筒14到設備殼體17之間形成有夾層空腔15，夾層空腔15的頂部通過環形紫外燈支架密封；在夾層空腔15中懸吊有若干個側面紫外燈管8；在設備殼體17的側壁開設有與夾層空腔15連通的廢氣出口6；
其中，內筒14的內壁、夾層空腔15的側壁均塗敷固定式光催化劑。固定式光催化劑優選採用TiO2光催化薄膜。
還包括水泵12；水泵12設置於設備殼體17的外部，在設備殼體17的側壁且位於廢氣吸收液液面以下位置開設有第1排液口；第1排液口連接到水泵12的進液口；水泵12的排液口通過管道連接到噴頭2。其中，廢氣吸收液為水、酸性溶液或鹼性溶液。設備殼體17的底壁還開設有進液口和出液口10。
對於本實用新型提供的中心紫外燈管5，優選採用雙波長紫外燈，更優選採用185nm和254nm的雙波長紫外燈。側面紫外燈管8優選採用254nm波長的紫外燈管。紫外光催化裝置的紫外燈管置於石英管中，石英管的紫外線透射率為85％～90％。
本實用新型還提供一種光催化和溼法聯合處理揮發性有機物的方法，包括以下步驟：
步驟1，從廢氣入口1通入需要被處理的廢氣，通過噴頭2向廢氣噴淋吸收液，吸收液與廢氣充分接觸，一方面，吸收液吸收廢氣中的部分可溶汙染物，降低廢氣中揮發性有機物的濃度；另一方面，增加廢氣的溼度，使廢氣變為溼廢氣；
對於吸收液，從進水口9添加吸收液11，由水泵12將吸收液11抽至設備頂部，經過噴頭2形成小水滴，與從廢氣入口1通入的廢氣充分接觸，吸收部分VOCs。
步驟2，溼廢氣向下流動，接觸到中心紫外燈管5，中心紫外燈管5對溼廢氣進行初次分解，產生O3；
當中心紫外燈管5採用185nm和254nm的雙波長紫外燈時，步驟2中，對溼廢氣進行初次分解具體為：
波長為185nm的紫外燈發出的紫外線可直接分解部分揮發性有機物，也可將氣體O2轉化成O3，波長為254nm的紫外燈發出的紫外線將產生的部分O3分解。
步驟3，經初次分解後的溼廢氣在內筒14內螺旋向下運動；
另外，吸收廢氣中的部分可溶汙染物的吸收液落在傾斜向下的擋水板3.1上，經擋水板3.1引流到引流板16，經引流板16的引流，流到內筒14的內壁，並沿內筒14的內壁向下流動；
因此，內筒14內螺旋向下運動的溼廢氣與內筒14內壁的吸收液接觸，吸收液吸收溼廢氣中的部分O3；
另外，內筒14內壁塗敷固定式光催化劑，在中心紫外燈管5的照射下，通過光催化氧化反應降解吸收液中的揮發性有機物，並且由於吸收液吸收了O3，進一步提高降解效率；
被淨化的吸收液落入設備底部，可循環使用，也可經出水口排除。
步驟4，溼廢氣流動至底部後，自下而上進入內筒與設備殼體17之間形成的夾層空腔15，並在夾層空腔15中螺旋上升，由於在夾層空腔15中設置有側面紫外燈管8，在夾層空腔15的側壁塗敷固定式光催化劑，因此，側面紫外燈管8照射固定式光催化劑產生電子-空穴對，經過一系列的反應，降解與之接觸的溼廢氣中的揮發性有機物，並且，側面紫外燈管8還進一步降解溼廢氣中O3；最終，經過淨化的廢氣從廢氣出口6排出。
為防止設備內光催化劑氧化反應，該裝置全部由不鏽鋼板材製作。
本實用新型提供的光催化和溼法聯合處理揮發性有機物的設備及方法具有以下優點：
(1)將VOCs處理方法中光催化氧化法和溼法吸收法有機結合，形成一體化設備，減少佔地面積；
(2)與傳統溼法吸收VOCs產生大量廢水相比，本技術廢水產量低，並且具有自身淨化的作用；
(3)設備運行中產生的O3得到充分利用，最終排放的廢氣中O3濃度低。
以上所述僅是本實用新型的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視本實用新型的保護範圍。