一种真空紫外联合过硫酸盐降解有机废气的系统的制作方法

本发明属于有机废气治理技术领域，特别涉及一种真空紫外联合过硫酸盐降解有机废气的系统。

背景技术：

有机废气是我国继so2、nox和颗粒物后的第四大气污染物。工业排放出来的有机废气能够参与大气反应，是形成二次气溶胶、臭氧的重要前提以及酸雨、雾霾形成的重要中间体。我国拥有较多数量的工业企业，有机废气排放量巨大，涉及到有机废气排放的企业主要有化工、印刷、家具制造、汽车喷涂等行业。在末端治理手段上，主要的治理技术分为回收和销毁技术两类。对于浓度较高的有机废气通常采用回收利用，而对于浓度较低的有机废气，由于回收难度大，经济价值低等因素，常常采用销毁法处理低浓度的有机废气。

处理低浓度工业废气的主流技术主要有高级氧化法、等离子体法、燃烧法、吸收法、吸附法等等。高级氧化法由于其安全、操作条件温和、经济等因素脱颖而出。紫外光降解作为高级氧化法的一种，常常被用来治理低浓度的有机废气。单一的紫外光降解存在着光量子效率低、降解不彻底等问题，为了提高降解效率，常常在紫外光反应区加入光催化剂以提高降解效率。而光催化剂在实际应用中易中毒，因此在工业应用中并未被普及。过硫酸盐氧化法作为高级氧化法的一种，常常利用其产生的so4^-·来处理受污染的土壤以及工业有机废水。由于有机废气大多数不溶于水，因此有机废气治理中少见有采用过硫酸盐氧化法。

同时，真空紫外光降解反应器内由于气流的影响，常常出现流体分布不均匀的现象。这就造成反应器内通常会有气体过度吸收紫外剂量，又有一定的体积的紫外剂量没有照射到气体上，故改善光反应器的结构也是提高效率节约能源的重要方式。

清华大学席劲瑛教授（席劲瑛，生物过滤塔处理挥发性有机物气体的研究[d]，清华大学，2005.）发现真空紫外光降解联合生物法降解有机废气时，部分不易溶于水的有机废气经紫外光降解后变得易溶于水。因此本发明采用真空紫外光降解在前，过硫酸盐溶液在后的工艺流程，较好的将真空紫外法联合过硫酸盐法用于有机废气治理领域。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种真空紫外联合过硫酸盐降解有机废气的系统。本发明的系统能有效提高紫外光利用效率，提高低浓度有机废气降解效率。

本发明的技术方案具体介绍如下。

一种真空紫外联合过硫酸盐降解有机废气的系统，其包括送风管道、真空紫外光反应器、过硫酸盐溶液反应槽和出气管道；有机废气经送风管道依次进入真空紫外光反应器和过硫酸盐溶液反应槽后经过出气管道排出；其中：真空紫外光反应器中设置若干个真空紫外灯竖抽屉，相邻真空紫外灯竖抽屉内交错设置若干根真空紫外灯，过硫酸盐溶液反应槽中盛有过硫酸盐溶液，并装有若干254nm紫外灯。

优选的，送风管道和真空紫外光反应器之间设有变径；真空紫外反应器与变径的连接处安装有气体扩散器。

优选的，气体扩散器后安装有均流器。

优选的，送风管道上设有检测孔。

优选的，真空紫外光反应器上设有门，门的尺寸和位置和若干真空紫外灯竖抽屉的尺寸和位置相匹配。

优选的，真空紫外灯竖抽屉的个数为3~5个，相邻真空紫外灯竖抽屉内交错设置2~5根真空紫外灯。

优选的，真空紫外灯为185nm紫外灯。

优选的，真空紫外光反应器的顶部设置观测孔。

优选的，254nm紫外灯通过紫外灯安装板固定在过硫酸盐溶液反应槽中，紫外灯安装板上设有若干通气孔。

优选的，送风管道伸入过硫酸盐溶液反应槽的底部。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明系统中，在真空紫外光反应器后连接用254nm紫外灯活化的过硫酸盐溶液反应槽，能增加有机废气在过硫酸盐溶液中的溶解度，使有机废气更易溶于过硫酸盐溶液中，进而充分与过硫酸盐产生的so4^-·接触反应，提高降解效率。

过硫酸盐产生的so4^-·的氧化电位高达3.1ev，高于·oh的氧化电位（2.7ev），从而使反应体系的氧化能力升高。

本发明中真空紫外光反应器中的真空紫外灯排列组合方式的不同使紫外剂量合理利用最大化。

本发明的有机废气处理系统能产生so4^-·、·oh、·o，丰富了反应体系的自由基种类，增强了氧化体系的氧化电位。

本发明活化过硫酸盐时增大了气液接触面积，增加了紫外光活化过硫酸盐产生so4^-·提高了效率。

附图说明

图1是本发明系统的结构示意图。

图2是真空紫外光反应器内部正视图。

图3是真空紫外光反应器内部侧视图。

图4是均流器的结构示意图。

图5是过硫酸盐溶液反应槽的俯视图。

图中标号：1-送风管道；2-变径；3-气体扩散器；4-真空紫外光反应器；5-门；6-检测孔；7-过硫酸盐溶液反应槽；8-脚架；9-真空紫外灯；10-真空紫外灯抽屉；11-把手；12-均流器；13-观测孔；14-均流孔；15-254nm紫外灯安装板；16-254nm紫外灯；17-通气孔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案进行详细介绍。

实施例1

一种真空紫外联合过硫酸盐降解有机废气的系统按照图1与图3方式进行连接。

如图1~图5所示，本发明系统包括送风管道1、变径2、气体扩散器3、真空紫外光反应器4、真空紫外灯抽屉10、均流器12、过硫酸盐溶液反应槽7、254nm紫外灯16和出气通道。

送风管道1的直径根据特定的风量选择，送风管道1的材质根据不同的工况选择；

送风管道1上安装有废气浓度的检测孔6，方便对废气浓度进行检测，从而得知降解效率。

送风管道1与真空紫外光反应器4之间设有变径2，使进风速度下降，从而改变流体的运动状态。

真空紫外反应器4与变径2的连接处安装有气体扩散器3，气体扩散器3根据气体流速进行设定，其通过在进口处直径由小变大，减缓了流体速度，改变流体运动状态，减小涡流发生的可能性。

在气体扩散器3后安装有均流器12，较佳的使流体分布更加均匀，均流器12上设有均流孔14的阵列。

真空紫外光反应器4中安装若干真空紫外灯抽屉10，抽屉内为真空紫外灯9，用来产生一定量的·oh，直接降解有机废气，优选采用185nm真空紫外灯，方便真空紫外灯的更换。安装方式为每排交替安装，使紫外光剂量合理应用最大化。

真空紫外灯抽屉10外安装有门5。

过硫酸盐溶液反应槽7连接在真空紫外光反应器4的后端。过硫酸盐溶液反应槽7中盛放过硫酸盐溶液，过硫酸盐溶液用来产生so4^-·，过硫酸盐溶液浓度是根据有机废气浓度以及风量进行选择，过硫酸盐活化方式采用紫外灯活化法，可以有效减少化学药剂的使用；活化过硫酸盐溶液在254nm处对紫外光吸光度较大，故采用254nm紫外灯16对过硫酸盐进行活化。

254nm紫外灯16，其采用防水材质，用来活化过硫酸盐产生一定数量的so4^-·，254nm紫外灯16的功率根据过硫酸盐溶液确定。

254nm紫外灯安装板15，用来支撑254nm紫外灯16，254nm紫外灯安装板15上设有若干通气孔17.

脚架8，用来承载真空紫外光反应器4的箱体。

本发明利用一种真空紫外联合过硫酸盐降解有机废气的系统降解低浓度有机废气是按照以下方式进行的：

首先有机废气经送风管道1通入到装有真空紫外灯的真空紫外光反应器4中，经过真空紫外光照射后通入到254nm紫外灯16活化后的过硫酸盐溶液反应槽7中，经so4^-·氧化后排出洁净气体。该过程中，先利用真空紫外光降解使得有机废气更易溶于水，然后进行过硫酸盐溶液高级氧化，有利于提高有机废气降解效率。

系统开启时应先通风，用以冷却紫外灯表面温度。

有机废气通入系统之前应先将真空紫外灯9提前打开15-30分钟，使真空紫外线输出较稳定。

有机废气进入系统前应提前打开254nm紫外灯16，使过硫酸盐溶液产生足够多的so4^-·。

出于经济性以及效率等问题考虑，高浓度的有机废气一般采用蓄热式燃烧，因为高浓度的有机废气达到一定浓度可以变为燃料，同时热量可循环利用。低浓度有机废气需要先进行收集浓缩后燃烧处理，但回收成本较高。而光降解在低浓度因其经济安全博得人们的青睐。同时，我国现阶段行业中，低浓度有机废气占比较高。又出于经济，以及光量子利用率等等考虑，在不高于200ppm时采用光催化法具有实际参考意义。故本系统通入的有机废气为低浓度有机废气，一般情况下不超过200ppm。

连接真空紫外光反应器4与过硫酸盐溶液反应槽7的送风管道应插入到过硫酸盐溶液中，有机废气由真空紫外光反应区通入到过硫酸盐溶液中的方式为废气直接通入到过硫酸盐溶液底部，减少搅拌工序，以此来增加过硫酸盐溶液的混合度，增加活化效率与降解有机废气的效率。

在本发明的一个实例中，采用有机废气甲苯为废气源进行通气。空紫外灯9的总功率为50w，254nm紫外灯16为64w。当甲苯5ppm、10ppm、20ppm，停留时间为10s，相对湿度为50%时降解效率最高约达到95%，但5ppm相对10ppm与20ppm较快到达95%。同时发现随着初始浓度的升高或者停留时间减小到一定程度时，高级氧化体系降解有机废气效率有下降趋势。

在本发明的一个实例中，采用甲苯作为废气源进行通气。真空紫外灯9的总功率为50w，254nm紫外灯16为64w。当停留时间为5s，相对湿度为50%时，考察甲苯初始浓度为5ppm、10ppm、20ppm时降解效率。经实验发现甲苯降解效率最高仍可达到95%。

在本发明的一个实例中，采用甲苯作为废气源进行通气。空紫外灯9的总功率为50w，254nm紫外灯16为64w。当停留时间为10s，相对湿度为0%时，考察甲苯初始浓度为5ppm、10ppm、20ppm时降解效率，经实验发现甲苯降解效率最高仍可达到90%。

本发明首先通过能发射185nm的真空紫外灯照射有机废气，利用光量子参与有机废气的光化学反应或者利用真空紫外与水分子反应形成氧化电位约为2.7ev的·oh来降解部分有机废气。随后将废气通入到经紫外活化的过硫酸盐溶液中，活化后的过硫酸盐溶液中会产生大量的so4^-·，其氧化电位最高可达到3.1ev，进而将有机废气进行净化。相关研究表明，真空紫外光降解有机废气，光量子能量高于有机物的键能时，会导致有机物破键，由大分子物质形成小分子物质，由水溶性低转变为易溶于水的物质。而so4^-·的氧化电位和·oh相比较，具有更高的氧化电位，约为3.1ev。且该方式也提供了一种能产生·oh、so4^-·、·o的氧化体系。因此，本发明具有废气治理领域的创新性。

综上所述，本发明提供的一种真空紫外联合过硫酸盐高级氧化组合工艺降解有机废气，采用真空紫外灯光反应器与过硫酸盐溶液串联的方式降解低浓度有机废气，相比较单纯的真空紫外光降解有机废气更加稳定的适合不同的工况。同时该方式也很好的将过硫酸盐溶液从土壤及工业废水领域应用到有机废气治理领域。在活化硫酸盐方法上减少了活化硫酸盐溶液二次使用试剂及试剂过量问题。

尽管本发明已经给出了具体实施办法及案例，但上述实施例是示例性的，本发明的范围不局限于此。本发明所在的技术领域的技术人员可以根据本发明的内容范围内对上述案例进行变型。