本實用新型屬于揮發(fā)性有機物處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種光催化和濕法聯(lián)合處理揮發(fā)性有機物的設(shè)備。

背景技術(shù)：

揮發(fā)性有機物(volatile organic compounds,VOCs)是大氣污染物中重要的組成部分，是形成PM_2.5的重要前體物質(zhì)。大多數(shù)的VOCs有毒、有氣味，一些VOCs還有致癌性，對人體健康產(chǎn)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(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，生成毒性更大的光化學(xué)煙霧。近年來，VOCs已成為我國主要大氣污染物之一，有關(guān)VOCs的危害事故逐年增多，因而，VOCs的凈化處理技術(shù)已成為環(huán)境催化領(lǐng)域的一個研究熱點。“大氣十條”明確規(guī)定對其進行控制，相關(guān)檢測、排放標(biāo)準(zhǔn)也在陸續(xù)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(shù)，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(shù)；另一類是所謂破壞性技術(shù)，即通過化學(xué)或生物的技術(shù)使VOCs轉(zhuǎn)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(shù)。

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污染物轉(zhuǎn)移，不能對其有效降解，易形成二次污染。(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(shù)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(fā)出“電子-空穴”對，這種“電子-空穴”對與H₂O、O₂發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，可產(chǎn)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(zhì)。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(chǎn)生的^·OH和O原子與VOCs反應(yīng)。雖然光催化氧化技術(shù)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(shè)備簡單，易于管理等優(yōu)點。但是，在光催化氧化過程中產(chǎn)生了大量的副產(chǎn)物O₃，仍然對大氣具有一定的污染。

可見，開發(fā)一種對VOCs處理效率高且對大氣污染少的VOCs處理設(shè)備，是目前迫切需要解決的事情。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本實用新型提供一種光催化和濕法聯(lián)合處理揮發(fā)性有機物的設(shè)備，可有效解決上述問題。

本實用新型采用的技術(shù)方案如下：

本實用新型提供一種光催化和濕法聯(lián)合處理揮發(fā)性有機物的設(shè)備，包括設(shè)備殼體(17)，所述設(shè)備殼體(17)的側(cè)面中上部開設(shè)有廢氣入口(1)；所述設(shè)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(shè)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(shè)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(shè)有內(nèi)筒(14)，所述內(nèi)筒(14)為上下開口結(jié)構(gòu)，所述內(nèi)筒(14)的底部距離所述設(shè)備殼體(17)的底壁具有一定的間隔，所述內(nèi)筒(14)的頂部通過環(huán)形紫外燈支架(7)固定于所述設(shè)備殼體(17)的內(nèi)腔，并且，所述環(huán)形紫外燈支架(7)的環(huán)形頂面位于所述擋水板(3.1)的排水端的下方；所述內(nèi)筒(14)到所述設(shè)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(huán)形紫外燈支架密封；在所述夾層空腔(15)中懸吊有若干個側(cè)面紫外燈管(8)；在所述設(shè)備殼體(17)的側(cè)壁開設(shè)有與所述夾層空腔(15)連通的廢氣出口(6)；

其中，所述內(nèi)筒(14)的內(nèi)壁、所述夾層空腔(15)的側(cè)壁均涂敷固定式光催化劑。

優(yōu)選的，所述廢氣入口(1)和所述廢氣出口(6)均為沿側(cè)面切向開口方向設(shè)置。

優(yōu)選的，所述中心紫外燈管(5)為雙波長紫外燈。

優(yōu)選的，所述雙波長紫外燈為185nm和254nm的雙波長紫外燈。

優(yōu)選的，所述側(cè)面紫外燈管(8)為254nm波長的紫外燈管。

優(yōu)選的，所述環(huán)形紫外燈支架(7)的環(huán)形頂面設(shè)置有向內(nèi)筒中心方向傾斜的引流板(16)，所述引流板(16)用于將從擋水板(3.1)排出的液體引流到內(nèi)筒(14)的內(nèi)壁。

優(yōu)選的，還包括水泵(12)；所述水泵(12)設(shè)置于所述設(shè)備殼體(17)的外部，在所述設(shè)備殼體(17)的側(cè)壁且位于廢氣吸收液液面以下位置開設(shè)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(yōu)選的，所述設(shè)備殼體(17)的底壁還開設(shè)有進液口和出液口(10)。

本實用新型提供的光催化和濕法聯(lián)合處理揮發(fā)性有機物的設(shè)備具有以下優(yōu)點：

(1)將VOCs處理方法中光催化氧化法和濕法吸收法有機結(jié)合，形成一體化設(shè)備，減少占地面積；

(2)與傳統(tǒng)濕法吸收VOCs產(chǎn)生大量廢水相比，本技術(shù)廢水產(chǎn)量低，并且具有自身凈化的作用；

(3)設(shè)備運行中產(chǎn)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濕法聯(lián)合處理揮發(fā)性有機物的設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實用新型提供的光催化和濕法聯(lián)合處理揮發(fā)性有機物的設(shè)備的上部分的構(gòu)示意圖；

圖3為本實用新型提供的光催化和濕法聯(lián)合處理揮發(fā)性有機物的設(shè)備的下部分的構(gòu)示意圖。

具體實施方式

為了使本實用新型所解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。

本實用新型提供一種光催化和濕法聯(lián)合處理揮發(fā)性有機物的設(shè)備，具體地說是利用光催化氧化技術(shù)處理生物、醫(yī)藥、石油化工等行業(yè)所產(chǎn)生的揮發(fā)性有機物的新工藝和一體化設(shè)備，本實用新型為一種光催化和濕法聯(lián)合處理工藝，在充分發(fā)揮光催化和濕法優(yōu)勢的同時，還能夠顯著提高對VOCs廢氣的凈化能力，有效降解VOCs廢氣，還減少光催化氧化副產(chǎn)物O₃排放，并降解吸收溶液中的有機物，從而有效減少二次污染。

本實用新型的技術(shù)原理在于：生物、醫(yī)藥、石油化工等行業(yè)所產(chǎn)生的揮發(fā)性有機物通過廢氣入口進入設(shè)備中，經(jīng)過噴淋裝置的吸收后，通過紫外光催化裝置對催化劑TiO₂照射激發(fā)產(chǎn)生“電子-空穴”對，隨后空穴與吸附在TiO₂表面上的水分子發(fā)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(biāo)準(zhǔn)。

催化和濕法聯(lián)合處理揮發(fā)性有機物的設(shè)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；光催化和濕法聯(lián)合處理揮發(fā)性有機物的設(shè)備整體為封閉的圓筒外型，上部分為吸收區(qū)，下部分為光催化氧化區(qū)。

結(jié)合圖1-圖3，設(shè)備具體包括設(shè)備殼體17，設(shè)備殼體17的側(cè)面中上部開設(shè)有廢氣入口1，廢氣入口1沿側(cè)面切向開口方向設(shè)置；設(shè)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(shè)有擋水棚3，擋水棚3具有傾斜向下的擋水板3.1；在設(shè)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(shè)有內(nèi)筒14，內(nèi)筒14為上下開口結(jié)構(gòu)，內(nèi)筒14的底部距離設(shè)備殼體17的底壁具有一定的間隔，內(nèi)筒14的頂部通過環(huán)形紫外燈支架7固定于設(shè)備殼體17的內(nèi)腔，并且，環(huán)形紫外燈支架7的環(huán)形頂面位于擋水板3.1的排水端的下方，在環(huán)形紫外燈支架7的環(huán)形頂面設(shè)置有向內(nèi)筒中心方向傾斜的引流板16，引流板16用于將從擋水板3.1排出的液體引流到內(nèi)筒14的內(nèi)壁。內(nèi)筒14到設(shè)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(huán)形紫外燈支架密封；在夾層空腔15中懸吊有若干個側(cè)面紫外燈管8；在設(shè)備殼體17的側(cè)壁開設(shè)有與夾層空腔15連通的廢氣出口6；

其中，內(nèi)筒14的內(nèi)壁、夾層空腔15的側(cè)壁均涂敷固定式光催化劑。固定式光催化劑優(yōu)選采用TiO₂光催化薄膜。

還包括水泵12；水泵12設(shè)置于設(shè)備殼體17的外部，在設(shè)備殼體17的側(cè)壁且位于廢氣吸收液液面以下位置開設(shè)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、酸性溶液或堿性溶液。設(shè)備殼體17的底壁還開設(shè)有進液口和出液口10。

對于本實用新型提供的中心紫外燈管5，優(yōu)選采用雙波長紫外燈，更優(yōu)選采用185nm和254nm的雙波長紫外燈。側(cè)面紫外燈管8優(yōu)選采用254nm波長的紫外燈管。紫外光催化裝置的紫外燈管置于石英管中，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濕法聯(lián)合處理揮發(fā)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污染物，降低廢氣中揮發(fā)性有機物的濃度；另一方面，增加廢氣的濕度，使廢氣變?yōu)闈駨U氣；

對于吸收液，從進水口9添加吸收液11，由水泵12將吸收液11抽至設(shè)備頂部，經(jīng)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，濕廢氣向下流動，接觸到中心紫外燈管5，中心紫外燈管5對濕廢氣進行初次分解，產(chǎn)生O₃；

當(dāng)中心紫外燈管5采用185nm和254nm的雙波長紫外燈時，步驟2中，對濕廢氣進行初次分解具體為：

波長為185nm的紫外燈發(fā)出的紫外線可直接分解部分揮發(fā)性有機物，也可將氣體O₂轉(zhuǎn)化成O₃，波長為254nm的紫外燈發(fā)出的紫外線將產(chǎn)生的部分O₃分解。

步驟3，經(jīng)初次分解后的濕廢氣在內(nèi)筒14內(nèi)螺旋向下運動；

另外，吸收廢氣中的部分可溶污染物的吸收液落在傾斜向下的擋水板3.1上，經(jīng)擋水板3.1引流到引流板16，經(jīng)引流板16的引流，流到內(nèi)筒14的內(nèi)壁，并沿內(nèi)筒14的內(nèi)壁向下流動；

因此，內(nèi)筒14內(nèi)螺旋向下運動的濕廢氣與內(nèi)筒14內(nèi)壁的吸收液接觸，吸收液吸收濕廢氣中的部分O₃；

另外，內(nèi)筒14內(nèi)壁涂敷固定式光催化劑，在中心紫外燈管5的照射下，通過光催化氧化反應(yīng)降解吸收液中的揮發(fā)性有機物，并且由于吸收液吸收了O₃，進一步提高降解效率；

被凈化的吸收液落入設(shè)備底部，可循環(huán)使用，也可經(jīng)出水口排除。

步驟4，濕廢氣流動至底部后，自下而上進入內(nèi)筒與設(shè)備殼體17之間形成的夾層空腔15，并在夾層空腔15中螺旋上升，由于在夾層空腔15中設(shè)置有側(cè)面紫外燈管8，在夾層空腔15的側(cè)壁涂敷固定式光催化劑，因此，側(cè)面紫外燈管8照射固定式光催化劑產(chǎn)生電子-空穴對，經(jīng)過一系列的反應(yīng)，降解與之接觸的濕廢氣中的揮發(fā)性有機物，并且，側(cè)面紫外燈管8還進一步降解濕廢氣中O₃；最終，經(jīng)過凈化的廢氣從廢氣出口6排出。

為防止設(shè)備內(nèi)光催化劑氧化反應(yīng)，該裝置全部由不銹鋼板材制作。

本實用新型提供的光催化和濕法聯(lián)合處理揮發(fā)性有機物的設(shè)備及方法具有以下優(yōu)點：

(1)將VOCs處理方法中光催化氧化法和濕法吸收法有機結(jié)合，形成一體化設(shè)備，減少占地面積；

(2)與傳統(tǒng)濕法吸收VOCs產(chǎn)生大量廢水相比，本技術(shù)廢水產(chǎn)量低，并且具有自身凈化的作用；

(3)設(shè)備運行中產(chǎn)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(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)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(yīng)視本實用新型的保護范圍。