大型地埋式污水处理厂活性氧-UV光解吸附一体化除臭装置及除臭方法

大型地埋式污水处理厂活性氧-uv光解吸附一体化除臭装置及除臭方法
技术领域
1.本发明涉及恶臭气体去除领域，具体为大型地埋式污水处理厂活性氧-uv光解吸附一体化除臭装置及除臭方法。


背景技术：

2.目前，随着国民经济的发展，污水处理厂的设计理念已经转变为“安全、耐久、节约、和谐”，而其总体设计也更加强调了“以人为本”的原则。其中，关于污水处理厂产生的臭气对环境和人类生活的影响的要求也越来严格，具体表现在《城镇污水处理厂污染物排放标准》(gb18918-2002)中进一步提高了废气的排放标准。
3.地埋式污水场由于处于地下全封闭空间，地埋式污水处理厂可以对产生的臭气进行全面的处理，因此对环境和居民生活不产生影响。但地埋式污水场除臭设施非常重要。除臭设施除臭效果不佳，会导致其箱体内和顶部环境均有较大异味，失去了地埋式污水处理厂改善周边环境的作用，且臭气成分一般比较复杂，通常是不同种类、不同浓度污染物的组合。这些污染物具有易挥发、嗅阈值低等特点，不仅严重污染环境，危害人体健康，而且对污水处理厂的金属材料、设备和管道具有强烈腐蚀性，存在安全隐患。因此地埋式污水处理厂加强除臭和通风处理事至关重要的。
4.现有的地埋式污水处理厂臭气的去除，主要有直接焚烧法、酸碱洗净法、物理吸附法和土壤(生物)脱臭法等，都存在一定的不足。因此，实现臭气的绿色、高效去除具有重要意义。活性氧-uv光解吸附技术具有很大的优势，投资费用和运行管理费用都较低，检修率低，占地面积非常小，效率高。
5.本发明旨在借助具有高密度的高能活性氧氧化分解臭气分子以及uv光催化与活性氧耦合的协同效应，提高臭气去除的效果，实现污水处理厂中臭气的绿色、高效与低能耗去除。其中，uv光催化剂通过四氯化钛水解、高温煅烧、光还原得到ba/baso4/n—tio2复合光催化材料，然后通过3d打印技术负载于隔网上。3d打印又称增材制造.相比传统“减材制造”方式的加工技术，3d打印运用一种“自下而上”的一体化制造方式实现个性定制化的三维复杂客体。3d打印技术是通过分层打印，通过3d软件模型设计，对任意三维结构模型进行直接的生产制造。克服了传统三维制备方法结构控制性能差的缺点，也减少了加工过程。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种大型地埋式污水处理厂活性氧-uv光解吸附一体化除臭装置及除臭方法，为地埋式污水处理厂密闭空间内人机环境和民生体验的改善提供一种可行途径。
7.本发明具体通过以下技术方案实现。
8.一种大型地埋式污水处理厂活性氧-uv光解吸附一体化除臭装置，首先，在本装置前端管道风机作用下，密闭水处理构筑物中产生的臭气通过构筑物上方管道输送进入本装
置，装置中每隔30cm安装氧离子发生器，氧离子发生器释放具有高密度的高能活性氧，一方面通过其与h2s、nh3等臭气分子在接触碰撞时发生的开环等反应，直接氧化分解臭气分子为单质原子或无害分子；另一方面可与空气中的o2反应生成二次活性氧，与vocs等有机分子发生一系列链式反应，将臭气分子氧化为co2和h2o以及其他小分子。其次，装置中等距离安装高能uv紫外灯，在每两个紫外灯中间设置隔网，隔网上附着的ba/baso4/n—tio2复合光催化剂在装置内壁高能uv紫外灯光照的作用下激发空穴和电子的产生，靠光生电子—空穴的强氧化能力来氧化降解有机的臭气分子，与大分子难降解气体分子发生取代、加成、电子转移和断键等反应，使其他污染物被氧化为低毒或无毒的小分子物质，甚至矿化为co2和h2o。然后，在每个高能uv紫外灯附近安装简易的臭气检测装置，根据装置内臭气的浓度控制紫外灯的开或者关，臭气浓度较高时，可开启全部的高能uv紫外灯；臭气浓度适中时，可每间隔一盏开启高能uv紫外灯；臭气浓度较低时，可每间隔两盏开启高能uv紫外灯，以更节能高效的方式达到去除臭气的目的。
9.上述制备方法中采用光还原法制备ba/baso4/n-tio2复合材料。10g的氮掺杂纳米二氧化钛(n-tio2)首先被分散到500ml的去离子水。然后在搅拌下加入10ml不同浓度的氢氧化钡溶液(钡元素与二氧化钛的质量比分别为1％、3％、5％、10％)，接着在紫外光的照射下，磁力搅拌3小时，在以硫酸氧钛为钛源制备的氮掺杂纳米二氧化钛(n-tio2)内部残留了很多的so
42-，加入氢氧化钡时会在二氧化钛表面和内部生成baso4沉淀，在紫外光照射下，没有与so
42-反应的氢氧化钡和部分baso4将还原成钡单质，形成ba/baso4/n-tio2复合材料。
10.上述氮掺杂纳米二氧化钛(n-tio2)通过硫酸氧钛(tioso4)水解，高温煅烧的方法制备。在通风橱内，用滴管将9ml硫酸氧钛在沸水浴下逐滴添加到100ml蒸馏水中，充分搅拌，然后向溶液中逐滴添加氨水至ph为6～7，此时溶液变为含有白色沉淀的悬浊液，无需过滤直接在100℃下干燥12小时，然后用马弗炉在升温速度为5℃/min，焙烧温度为350℃，保温3h后，以5℃/min速度降温至200℃后，自然冷却至室温，凝胶中的硫酸铵会在干燥和煅烧的过程中，逐步的结晶、分解，即制备出氮掺杂纳米二氧化钛粉末。
11.本发明利用直书写3d打印技术(diw)，该技术原理通过计算机根据数据结构设计来控制喷嘴三维运动，，将高粘态浆料经喷嘴连续挤出。diw是迄今打印范围最广的成型方式，相比其它3d打印技术，diw打印技术对材料苛刻要求较少,一定流变性能的粘土、食物、活细胞、浓缩高分子材料、可消散有机物以及环氧树脂等都可以作为diw打印的墨水，利用打印喷头既可以挤出线型材料，又可以挤出微滴材料，以实现传统工艺无法制备的复杂3d形状的构筑物。
12.在本发明中，将已经制备的5g的ba/baso4/n-tio2复合材料加入100ml水中，加入乙二醇单丁醚作为表面活性剂制得ba/baso4/n-tio2分散液，超声60min，防止ba/baso4/n-tio2团聚并得到均匀的分散液。超声后搅拌并缓慢加入8g海藻酸钠调节粘度，制得粘稠的打印前驱体浆料。将浆料加入打印机针筒内，导入通过三维软件设计好的三维数字模型(如图4)进行打印。打印后的样品在冷冻干燥机中冷冻60min后干燥12h，将冷冻干燥后的样品放入10g/100ml的氯化钙溶液中进行交联，制备出稳定的三维立体结构，直接套于网格上。
13.同传统处理技术相比，活性氧光催化设备所提供的技术方案的优点在于：
14.(1)体积小、质量轻。体积约是同等处理效率的传统设备(如吸附法或生物法处理装置)的1/5～1/8。质量约是同等处理效率的传统设备的1/10，特别适于布置紧凑、场地狭
小等条件特殊的改造项目。
15.(2)能耗低。由于整个系统中阻力很小，所配备的风机功率很低，能耗约是同等处理效率的传统设备能耗的1/15～1/20。
16.(3)寿命长。整机寿命为20年以上,其中活性氧发射管使用寿命》3
×
104h。
17.(4)活性氧离子作为良好的电子受体参与光催化反应，大大强化了纳米光催化去除污染物的效率。
18.(5)活性炭可以对臭气进行光催化前的吸附捕捉，蜂窝状活性炭的氧离子发生器连通管释放出的氧离子可以对吸附的臭气进行第一步氧化去除。随着通风管内的气体流动，也可以提升下一步光催化的效率。
19.(6)uv光催化与活性氧耦合的协同效应，增强活性氧的生成浓度与反应活性，进一步降解含有环结构、不饱和烃类的臭气分子，提高臭气去除的效果，实现大型地埋式污水处理厂中臭气的绿色、高效与低能耗去除。
附图说明
20.图1是本发明实施例的大型地埋式污水处理厂活性氧-uv光解吸附一体化除臭装置安装示意图。
21.图2为活性氧原理示意图。
22.图3为活性氧-uv光解吸附一体化除臭装置示意图。
23.图4为隔网上附着光催化材料示意图。
24.图中：1-uv紫外灯，2-隔网，3-氧离子发生器，4-蜂窝状活性炭，5-臭气检测装置，6-连接管，7-3d打印复合氮掺杂二氧化钛三维结构，8-网格上的其中一条栏。
具体实施方式
25.活性氧技术利用高压静电的特殊脉冲放电方式(活性氧发射管每秒钟发射上千亿个高能离子)，产生大量高密度的活性氧分子、活性负离子、光电子及羟基自由基等强氧化性的活性物质，可将化学污染物和细菌、病毒等氧化分解成co2、h2o等无机小分子；同时空气中的氧分子被激发产生二次活性氧，与有机分子发生一系列链式反应，并利用自身反应生成的能量维系氧化反应，进一步氧化有机物质。
26.实施例1
27.首先，在本装置前端管道风机作用下，密闭水处理构筑物中产生的臭气通过构筑物上方管道输送进入本装置，臭气首先进入蜂窝状活性炭4内，活性炭的巨大比表面积可以使部分臭气被吸附。
28.实施例2
29.四台氧离子发生器3通过连接管6连入活性炭4中，通过高压静电的特殊脉冲放电方式(活性氧发射管每秒钟发射上千亿个高能离子)，产生大量高密度的活性氧分子、活性负离子、光电子及羟基自由基等强氧化性的活性物质，从而达到去除被吸附的臭气的目的。
30.实施例3
31.首先，在本装置前端管道风机作用下，密闭水处理构筑物中产生的臭气通过构筑物上方管道输送进入本装置，高能uv紫外灯1照射到隔网2上附着的复合光催化剂，激发空
tio2)首先被分散到500ml的去离子水。然后在搅拌下加入10ml不同浓度的氢氧化钡溶液(钡元素与二氧化钛的质量比分别为1％、3％、5％、10％)，接着在紫外光的照射下，磁力搅拌3小时，在以硫酸氧钛为钛源制备的氮掺杂纳米二氧化钛(n-tio2)内部残留了很多的so
42-，加入氢氧化钡时会在二氧化钛表面和内部生成baso4沉淀，在紫外光照射下，没有与so
42-反应的氢氧化钡和部分baso4将还原成钡单质，形成ba/baso4/n-tio2复合材料。
44.实施例8
45.将已经制备的5g的ba/baso4/n-tio2复合材料加入100ml水中，加入乙二醇单丁醚作为表面活性剂制得ba/baso4/n-tio2分散液，超声60min，防止ba/baso4/n-tio2团聚并得到均匀的分散液。超声后搅拌并缓慢加入8g海藻酸钠调节粘度，制得粘稠的打印前驱体浆料。将浆料加入打印机针筒内，导入通过三维软件设计好的三维数字模型(如图4)进行打印。打印后的样品在冷冻干燥机中冷冻60min后干燥12h，将冷冻干燥后的样品放入10g/100ml的氯化钙溶液中进行交联，制备出稳定的三维立体结构，直接套于网格上。
46.本发明公开了一种大型地埋式污水处理厂活性氧-uv光解吸附一体化除臭装置及除臭方法，包括高能uv紫外灯、隔网、氧离子发生器，所述隔网上附着有ba/baso4/n—tio2复合光催化剂，通过硫酸氧钛水解，高温煅烧的方法制备得到氮掺杂纳米二氧化钛(n-tio2)，再通过光还原法制备得到ba/baso4/n-tio2复合材料。该除臭装置具有体积小、质量轻、能耗低、寿命长等优点，uv光催化与活性氧耦合的协同效应，实现大型地埋式污水处理厂中臭气的绿色、高效与低能耗去除。
47.本发明中，光催化材料不限于ba/baso4/n-tio2复合物，大型地埋式污水处理厂活性氧-uv光解吸附一体化除臭装置的网格上也可以附着其它光催化剂，除臭方法相对应。
48.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。