专利名称：基于低温等离子体与活性炭作用的废气处理装置与方法
技术领域：
本发明属于环境保护技术领域，尤其是指一种基于低温等离子体催化与活性炭协 同作用的废气处理装置和方法。
背景技术：
有机废气主要来自于工业生产过程和污染防治场所，主要包括喷漆废气、玩具与 制鞋车间废气等工业废气以及垃圾中转站、污水处理厂、水果贮存库等场产生的有机废气。 该有机废水中含有苯系物、甲醛、乙烯等挥发性有机物(VOC)以及恶臭气体成份，对环境质 量和人体健康造成了巨大的危害，其环境污染问题已引起各国政府及环保部门的高度重 视。国内外对于有机废气的处理方法主要有吸附(主要采用活性炭)、吸收、催化燃 烧、生物方法以及等离子体技术等。其中活性炭吸附、催化燃烧、生物方法是常用的处理方 式。对于有机废气的处理，其关键问题是如何实现良好的处理效果与较低的投资和运行费 用之间的统一，以及操作过程的简单易行性。活性炭吸附的投资费用较低，并且处理效果 良好，是最常用的有机废气处理工程技术。但是，由于活性炭吸附饱和后需要再生，而目前 常用的热再生等技术一般无法对活性炭进行原位再生，所以采用活性炭吸附的运行费用较 高，且操作过程复杂。生物处理方法投资与运行费用均较低，但运行操作复杂，占地面积大， 存在二次污染的可能性。催化燃烧方法存在着吸附浓缩一再脱附燃烧的过程，设备体积较 大，贵金属催化剂价格高，一次投资大等问题。近年来，采用低温等离子体技术处理有机废气越来越受到业界的关注，该技术处 理效果较好，运行费用低，操作管理简便，占地少。不过采用低温等离子体技术处理有机废 气的工程投资较高，而且脉冲放电过程中处理后废气中污染物浓度瞬时变化较大，处理效 果的稳定性不足，另外还会产生臭氧，造成二次污染，显然不利于实际应用。
发明内容
本发明针对上述现有技术所存在之不足，主要目的在于提供一种基于低温等离子 体催化与活性炭协同作用的废气处理装置和方法，可有效地解决活性炭再生操作复杂，运 行费用高以及低温等离子体技术处理效果瞬时波动大且有二次污染之问题。为实现上述之目的，本发明采取如下技术方案—种基于低温等离子体与活性炭的废气处理装置，包括依次连接的低温等离子体催化模块、活性炭模块、风机；该低温等离子体催化模块在放电过程激发催化剂的活性，以 降解有机废气污染物，同时对活性炭模块进行原位再生。所述低温等离子体催化模块与活性炭模块紧密相连并且一体式组装于同一腔室中。所述低温等离子体催化模块采用流光放电低温等离子体发生器，该发生器包括高压脉冲电源以及金属制成针状放电正极和板状负极，该板状负极上负载有催化剂。
所述板状负极上的催化剂采用纳米催化材料或者含Pd、Pt、Ag的贵金属催化剂。所述活性炭模块采用颗粒活性炭、粉末活性炭、或活性炭纤维。所述风机与活性炭模块是一体式组装或者通过管道连接。所述低温等离子体催化模块的进气端一体式组装或者通过管道连接有一对废气预处理的除尘模块。所述除尘模块采用布袋除尘器、静电除尘或重力除尘。一种基于低温等离子体催化与活性炭协同作用的废气处理方法，其中，废气在风 机的抽吸作用下，依次经过低温等离子体催化模块、活性炭模块，最后排入大气；该低温等 离子体催化模块在放电过程激发催化剂的活性，以达到降解有机废气污染物，同时对活性 炭模块进行原位再生。进一步所述低温等离子体催化模块采用流光放电低温等离子体发生 器，该发生器包括高压脉冲电源以及金属制成针状放电正极和板状负极，所述催化剂负载 于该板状负极上，在高压脉冲电源开启后，正极进行放电，使负极上的催化剂活性被激发。本发明优点在于将低温等离子体与催化降解、活性炭吸附结合，协同处理有机废 气；利用低温等离子体所产生的高能电子、离子、自由基(如0、0H、H)等高能粒子，首先可 以对有机废气进行直接降解；其次流光放电低温等离子体发生器放电过程所产生的紫外光 和高能粒子可以激发催化剂的活性，降解有机废气污染物；并且低温等离子体催化可以对 活性炭进行原位再生。采用催化剂可以充分利用低温等离子体发生器放电过程所产生的紫 外光和高能粒子，显著提高低温等离子体对废气污染物的降解能力；利用活性炭的吸附能 力，一方面对低温等离子体处理后的残余废气进行深度净化，保证处理效果，另一方面消除 低温等离子体所产生的臭氧及高能粒子对大气质量的影响。三者有机结合，协同作用处理 有机废气，可以取得高处理效率、无需活性炭异位再生、一次投资和运行费用低、操作简便、 无二次污染等效果。本发明可以广泛用于处理工业生产车间、垃圾中转站、污水处理厂、水 果贮存库等场所产生的有机废气。
图1为本发明的低温等离子体催化与活性炭协同处理废气装置的结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图与具体实施方式
对本发明作进一步描述。实施例1 如图1所示，一种基于低温等离子体与活性炭的废气处理装置，包括依次连接的 尘模块1、低温等离子体催化模块2、活性炭模块3、风机4，其中(1)该除尘模块1是采用简易布袋除尘器，当然也可以采用静电除尘或重力除 尘；该低温等离子体催化模块2采用流光放电等离子体发生器，其配有高压脉冲电源21、 放电正极以及负极，该放电正极和负极由钢板制成，该正极、负极分别采用针和板结构，负 极板上负载含Pd的贵金属(也可以是Pt或Ag等)催化剂，该高压脉冲电源21的脉冲 频率为f = 33kHz，脉冲峰值电压U = 15kY ；活性炭模块3采用颗粒活性炭填充床(直径 0. 07-0. 12mm)。除尘模块1、低温等离子体催化模块2和活性炭模块3三者紧密相连并一体 式组装。
(2)采用模拟含甲苯的喷漆废气，进口质量浓度为160mg/m3，气体流量控制在 300-1000m3/h。(3)打开低温等离体子体和风机电源开关后，废气在风机4的抽吸作用下，依次经 过除尘模块1、低温等离子体催化模块2、活性炭模块3，最后经风机4排入大气中。气体在 反应器中的停留时间约为2s，在流光放电低温等离子体发生器放电过程所产生的紫外光和 高能粒子可以激发负极上所含Pd的贵金属之催化剂的活性，以降解有机废气污染物；同时 低温等离子体催化可以对活性炭进行原位再生。(4)经检测，在风机4出口处取样分析残余甲苯浓度，测得8h内残余甲苯浓度基本 低于10mg/m3，去除率在90%以上。实施例2 (1)本实施例与实施例1不同之处在于不采用除尘模块以及负极上所负载的催化 剂不同；具体如下在低温等离子体催化模块采用流光放电等离子体，放电正极和负极由 钢板制成，分别采用针和板结构，负极板上负载含纳米二氧化钛催化剂(也可以采用其它 纳米催化材料)，其中，低温等离子体催化模块中高压脉冲电源的脉冲频率为f = 50kHz，脉 冲峰值电压U = 20kV ；活性炭模块采用活性炭纤维填充床(ν = 0. 3m/s,活性炭装填厚度 0. 2m)。低温等离子体催化模块和活性炭模块紧密相连并一体式组装。(2)采用模拟甲醛挥发废气，进口质量浓度为120mg/m3，气体流量控制在 300-500m3/h。(3)打开低温等离体子体和风机电源开关后，废气在风机的抽吸作用下，依次经过 除尘模块、低温等离子体催化模块、活性炭模块，最后经风机排入大气中。气体在反应器中 的停留时间约为Is。(4)在风机出口处取样分析残余甲醛浓度，测得8h内残余甲醛浓度基本低于5mg/ m3，去除率在95%以上。从上述两实施例可以得知，本发明采用低温等离子体催化和活性炭协同处理废 气，其中采用风机抽吸废气，废气依次经过低温等离子体催化模块、活性炭模块，最后排入 大气。废气经过除尘、低温等离子体催化降解、活性炭吸附等过程，充分净化，达标排放。通 过低温等离子体催化与活性炭的协同作用处理废气，不仅可以保证低温等离子体催化模块 放电间隙未降解废气成份的充分净化，而且可以充分利用低温等离子体催化降低活性炭吸 附负荷，延长活性炭的使用周期，甚至可以实现活性炭的原位再生。采用低温等离子体催化 和活性炭联合处理废气，可以减少等离子模块数量，同时减少活性炭的装填量，这样就相对 减少了一次投资和运行成本，得到更好的效果。该发明废气净化效果良好且稳定，一次投资 低，运行费用低。以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故 凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属 于本发明技术方案的范围内。
权利要求
一种基于低温等离子体与活性炭的废气处理装置，其特征在于包括依次连接的低温等离子体催化模块、活性炭模块、风机；该低温等离子体催化模块在放电过程激发催化剂的活性，以降解有机废气污染物，同时对活性炭模块进行原位再生。
2.根据权利要求1所述基于低温等离子体与活性炭的废气处理装置，其特征在于所 述低温等离子体催化模块与活性炭模块紧密相连并且一体式组装于同一腔室中。
3.根据权利要求1或2所述基于低温等离子体与活性炭的废气处理装置，其特征在于 所述低温等离子体催化模块采用流光放电低温等离子体发生器，该发生器包括高压脉冲电 源以及金属制成针状放电正极和板状负极，该板状负极上负载有催化剂。
4.根据权利要求3所述基于低温等离子体与活性炭的废气处理装置，其特征在于所 述板状负极上的催化剂采用纳米催化材料或者含Pd、Pt或Ag的贵金属催化剂。
5.根据权利要求1所述基于低温等离子体与活性炭的废气处理装置，其特征在于所 述活性炭模块采用颗粒活性炭、粉末活性炭、或活性炭纤维。
6.根据权利要求1所述基于低温等离子体与活性炭的废气处理装置，其特征在于所 述风机与活性炭模块是一体式组装或者通过管道连接。
7.根据权利要求1所述基于低温等离子体与活性炭的废气处理装置，其特征在于所 述低温等离子体催化模块的进气端一体式组装或者通过管道连接有一对废气预处理的除 尘模块。
8.根据权利要求6所述基于低温等离子体与活性炭的废气处理装置，其特征在于所 述除尘模块采用布袋除尘器、静电除尘或重力除尘。
9.一种基于低温等离子体催化与活性炭协同作用的废气处理方法，其特征在于废气 在风机的抽吸作用下，依次经过低温等离子体催化模块、活性炭模块，最后排入大气；其中 该低温等离子体催化模块在放电过程激发催化剂的活性，以达到降解有机废气污染物，同 时对活性炭模块进行原位再生。
10.根据权利要求9所述基于低温等离子体催化与活性炭协同作用的废气处理方法， 其特征在于所述低温等离子体催化模块采用流光放电低温等离子体发生器，该发生器包 括高压脉冲电源以及金属制成针状放电正极和板状负极，所述催化剂负载于该板状负极 上，在高压脉冲电源开启后，正极进行放电，使负极上的催化剂活性被激发。
全文摘要
本发明提供一种基于低温等离子体催化与活性炭协同作用的废气处理装置和方法，该装置主要由低温等离子体催化模块、活性炭模块、风机组成，其处理方法是采用风机抽吸废气，废气依次经过低温等离子体催化模块、活性炭模块，最后排入大气。废气经过除尘、低温等离子体催化降解、活性炭吸附等过程，充分净化，达标排放；本发明不仅可以保证低温等离子体催化模块放电间隙未降解废气成份的充分净化，而且可以充分利用低温等离子体催化降低活性炭吸附负荷，延长活性炭的使用周期，甚至可以实现活性炭的原位再生。并且还可以减少等离子模块数量，减少活性炭的装填量，这样就相对减少了一次投资和运行成本，废气净化效果良好且稳定，一次投资低，运行费用低。
文档编号B01D53/72GK101797476SQ20101012493
公开日2010年8月11日 申请日期2010年3月12日 优先权日2010年3月12日
发明者吕斯濠, 孙新成, 范洪波, 黎效崇 申请人:东莞市环顺环保器材有限公司;东莞理工学院