本發(fā)明屬于廢氣凈化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及臭氧催化氧化大風(fēng)量低濃度惡臭氣體的裝置。

背景技術(shù)：

惡臭氣體污染已成為當(dāng)前公眾環(huán)境污染投訴的熱點(diǎn)與重點(diǎn)。惡臭氣體種類繁多，其中僅憑人類嗅覺能感覺到的有4000多種，由于很多惡臭物質(zhì)的嗅覺閾值低，如含硫有機(jī)物，有機(jī)胺類等物質(zhì)，即使惡臭物質(zhì)的濃度不高，也極易引起人們嗅覺器官不愉，從而損害生活質(zhì)量。輕者使人感到不適、出現(xiàn)頭痛、頭暈、惡心、嘔吐和精神不集中等癥狀，重則對人體的呼吸系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)與神經(jīng)精神系統(tǒng)造成不同程度的毒害，甚至某些芳香族化合物，如苯、甲苯、苯乙烯等還能使人體產(chǎn)生畸變、癌變。因此，有關(guān)惡臭氣體污染的控制一直備受關(guān)注，尤其是大風(fēng)量低濃度的惡臭氣體的凈化處理，日益成為大氣污染控制領(lǐng)域最主要的任務(wù)之一。

目前用于大風(fēng)量低濃度惡臭氣體的凈化方法中，臭氧氧化法因具有凈化效果好、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，備受關(guān)注。但使用臭氧氧化法的過程中，存在臭氧自身易分解等原因?qū)е缕淅寐什桓?，停留時(shí)間長，臭氧與惡臭物質(zhì)反應(yīng)慢等缺點(diǎn)，因此，臭氧與光技術(shù)、催化劑、生物法等工藝單元結(jié)合，成為當(dāng)前臭氧凈化惡臭的流行做法。

在臭氧與光技術(shù)協(xié)同方面，臭氧在紫外光分解下產(chǎn)生氧原子，氧原子除了與惡臭物質(zhì)反應(yīng)，還會(huì)自身復(fù)合生成氧氣，從而導(dǎo)致臭氧利用率極低，加之受限于紫外燈的發(fā)光效率、紫外光利用率較低等因素，使得臭氧與光技術(shù)協(xié)同應(yīng)用受到限制。

臭氧與催化劑結(jié)合，對提高臭氧利用率方面效果顯著，但由于臭氧易自分解，臭氧利用率仍不盡滿意，加之催化劑易失活、堵塞等情況時(shí)有發(fā)生，臭氧催化氧化工藝僅在個(gè)別領(lǐng)域得到應(yīng)用。

臭氧與生物法等工藝單元結(jié)合使用方面，因臭氧利用率未得到根本提高，且新增加的工藝提高了對場地、設(shè)備投資、運(yùn)轉(zhuǎn)管理等方面的要求，因而限制了其推廣和使用。

本發(fā)明針對臭氧氧化工藝中，臭氧利用率不高的問題，提供了一種提高臭氧利用率并將之用于惡臭氣體凈化的方法和裝置，拓寬了臭氧氧化在氣體凈化領(lǐng)域的應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種臭氧利用率高，適應(yīng)性強(qiáng)，運(yùn)轉(zhuǎn)管理方便和投資費(fèi)用較低的濃度高、穩(wěn)定性好的大風(fēng)量低濃度惡臭氣體凈化的裝置。

本發(fā)明提供的大風(fēng)量低濃度惡臭氣體凈化的裝置，包括臭氧水制備單元和臭氧水使用單元兩大部分；其中，所述臭氧水制備單元由臭氧發(fā)生器、冷水制備機(jī)、冷水儲(chǔ)罐、氣液混合泵及高濃度臭氧水緩沖罐組成，用于制備濃度高、穩(wěn)定性好的臭氧水；其中，氣液混合泵分別與臭氧發(fā)生器和冷水儲(chǔ)罐聯(lián)通，將臭氧發(fā)生器的臭氧和冷水制備機(jī)制備的冷水泵入臭氧水緩沖罐。

所述臭氧發(fā)生器采用空氣源或氧氣源的氣體放電形式產(chǎn)生，使用前需對氣源進(jìn)行干燥處理。

所述冷水制備機(jī)和冷水儲(chǔ)罐為一體化設(shè)備單元，制備的冷水溫度在0~10℃，相比常溫水，使用冷水作為臭氧溶解水，可提高臭氧在水中的溶解度五倍以上，同時(shí)也大大提高臭氧水的有效壽命。冷水使用前需在水中投加臭氧穩(wěn)定劑，該穩(wěn)定劑為硅酸鹽類，投加量按重量比0.5‰~5%，所用硅酸鹽類穩(wěn)定劑可有效吸附水總的亞鐵離子和其他對臭氧有催化分解作用的金屬離子，如銅離子、錳離子等，采用穩(wěn)定劑后，可有效降低臭氧水無效分解。

所述氣液混合泵和臭氧水緩沖罐為一體化設(shè)備，氣液混合泵自動(dòng)將臭氧發(fā)生器產(chǎn)生的臭氧吸入泵內(nèi)，與添加了穩(wěn)定劑的冷水充分混合，形成高濃度的臭氧水，出口壓力在0.15~5 MPa之間，臭氧水流量根據(jù)惡臭氣體處理風(fēng)量確定，一般控制液氣比為（0.1-2）：1（L/m3）。

所述臭氧水使用單元包括反應(yīng)塔體、高壓高濃度臭氧水釋放器、觸媒單元、臭氧二次利用區(qū)、收集槽、淋洗液循環(huán)系統(tǒng)、除液器及附屬管件。其中，臭氧水釋放器、觸媒單元、臭氧二次利用區(qū)設(shè)置于反應(yīng)塔體內(nèi)，觸媒單元至少有2層；

其中，反應(yīng)塔體為不銹鋼或其他耐臭氧腐蝕材質(zhì)，圓形或方形筒式結(jié)構(gòu)。反應(yīng)塔體的頂部設(shè)有凈化氣體出口。

高壓高濃度臭氧水釋放器與臭氧水緩沖罐通過管道相連，采用穿孔管或噴嘴形式，釋放臭氧水。臭氧水釋放器置于上下兩層觸媒單元層之間，臭氧水釋放出來后淋洗在下觸媒單元層，部分臭氧水被氣流載帶到上層觸媒單元層，進(jìn)一步充分反應(yīng)。

觸媒單元由空心網(wǎng)狀塑料球、觸媒填料組成，觸媒填料置于空心網(wǎng)狀塑料球內(nèi)，避免直接堆積觸媒填料，引起過流阻力大，氣流易短路的問題；根據(jù)需要，觸媒單元層可設(shè)置兩層或多層。所述空心網(wǎng)狀塑料球不僅作為觸媒填料的支撐件，也用于氣流均布和臭氧水在觸媒填料表面的均勻分布，材質(zhì)為耐臭氧惰性材料，口徑大小20-100mm，網(wǎng)孔大小2-10目；所述觸媒填料為球形、棒狀或其他不規(guī)則狀，主要包括具有催化功能的金屬氧化物、具有吸附功能的載體，金屬氧化物負(fù)載量0.5-10%（重量比）；金屬氧化物可采用鈦、銅、鋅、鐵、鎳、錳等的氧化物；載體可采用具有吸附功能的三氧化二鋁、活性炭、竹炭、疏水沸石等，通過吸附作用，可提高臭氧與惡臭物質(zhì)的接觸幾率，提高反應(yīng)效率。

臭氧二次利用區(qū)在上層觸媒單元的上部，為雙層喇叭口結(jié)構(gòu)，下喇叭口半開，上喇叭口封閉，上、下喇叭口間隔一定空隙，便于氣體流通，并使氣體通過空隙的過流速度為0.5-3 m/s。

收集槽與反應(yīng)塔體相連，用于收集從下層觸媒單元淋洗下來的臭氧水，經(jīng)過下層觸媒單元的充分反應(yīng)，水中臭氧含量大幅降低，進(jìn)入收集槽中后，水中少量臭氧繼續(xù)與溶解在水中惡臭物質(zhì)反應(yīng)，進(jìn)一步強(qiáng)化了除臭效果。

淋洗液循環(huán)系統(tǒng)包括噴嘴、循環(huán)水泵、循環(huán)水槽附屬管件，其中，循環(huán)水槽下部通過管道與收集槽聯(lián)通，循環(huán)水槽上部通過管道與反應(yīng)塔體中的臭氧二次利用區(qū)聯(lián)通，噴嘴設(shè)置于臭氧二次利用區(qū)的上方，循環(huán)水泵分別與循環(huán)水槽和噴嘴聯(lián)通；淋洗液循環(huán)系統(tǒng)用于對微量殘余臭氧進(jìn)行淋洗捕集，可保證尾氣中臭氧含量小于0.1 mg/m3，小于環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB 3095-2012）中規(guī)定限值，同時(shí)兼有對廢氣中逃逸的可溶性物質(zhì)進(jìn)行淋洗祛除。淋洗液采用清水或去離子水，并在淋洗液中添加某些助溶劑，增加臭氧的淋洗效果，如投加對苯二酚等，投加量在0.1‰-5%（重量比）。

除液器設(shè)置于反應(yīng)塔體上部，其作用是消除氣流通過塔體時(shí)的帶液問題?？刹捎媒z網(wǎng)過濾或折流波紋板形式。

其工作流程見圖1所示。

外界空氣或氧氣經(jīng)干燥處理后由臭氧發(fā)生器制備臭氧，該臭氧在氣液混合泵中與來自冷水儲(chǔ)罐的冷水充分混合，該冷水由冷水制備機(jī)制備，控制為水溫0-10℃，冷水中投加臭氧穩(wěn)定劑硅酸鹽類，投加量按重量比0.5‰~5%。形成的高壓高濃度臭氧水收集在臭氧水緩沖罐內(nèi)，罐內(nèi)壓力達(dá)到0.15~5 MPa后，由臭氧水釋放器淋洗在反應(yīng)塔內(nèi)的觸媒填料上，臭氧水流量按液氣比（0.1-2）：1（L/m3）控制。在反應(yīng)塔內(nèi)臭氧和惡臭物質(zhì)反應(yīng)后再進(jìn)入臭氧二次利用區(qū)，并通過淋洗液循環(huán)系統(tǒng)對微量殘余臭氧進(jìn)行淋洗捕集，保證尾氣中臭氧含量小于0.1 mg/m3，低于環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB 3095-2012）中規(guī)定限值，并對廢氣中逃逸的可溶性物質(zhì)進(jìn)行淋洗祛除。淋洗液采用清水或去離子水，并添加對苯二酚等助溶劑，助溶劑投加量在0.1‰-5%（重量比）。最后凈化后的氣體經(jīng)反應(yīng)塔體上部的除液器消除帶液問題后排出。

本發(fā)明的關(guān)鍵點(diǎn)在于：

1、所述制備臭氧水的冷水溫度在0~10℃，冷水使用前需在水中投加臭氧穩(wěn)定劑，該穩(wěn)定劑為硅酸鹽類，投加量按重量比0.5‰~5%；

2、所述氣液混合泵自動(dòng)將臭氧吸入泵內(nèi)，與添加了穩(wěn)定劑的冷水充分混合，形成高濃度的臭氧水，出口壓力在0.15~5 MPa之間，臭氧水流量根據(jù)惡臭氣體處理風(fēng)量確定，按液氣比（0.1-2）：1（L/m3）考慮；

3、臭氧水釋放器置于上下兩層觸媒單元層之間，臭氧水釋放出來后淋洗在下觸媒單元層，部分臭氧水被氣流載帶到上層觸媒單元層，進(jìn)一步充分反應(yīng)；

4、觸媒填料置于空心網(wǎng)狀塑料球內(nèi)，避免直接堆積觸媒填料，引起過流阻力大，氣流易短路的問題。空心網(wǎng)狀塑料球材質(zhì)為耐臭氧惰性材料，口徑大小20-100mm，網(wǎng)孔大小2-10目；所述觸媒填料為球形、棒狀或其他不規(guī)則狀，主要包括具有催化功能的金屬氧化物、具有吸附功能的載體，金屬氧化物負(fù)載量0.5-10%（重量比）；金屬氧化物可采用鈦、銅、鋅、鐵、鎳、錳等的氧化物；載體可采用具有吸附功能的三氧化二鋁、活性炭、竹炭、疏水沸石等；

5、觸媒單元層設(shè)置兩層或多層，在下觸媒單元層設(shè)置收集槽，并與反應(yīng)塔體相連，用于收集從下觸媒單元層淋洗下來的臭氧水，進(jìn)入收集槽中后，水中少量臭氧繼續(xù)與溶解在水中惡臭物質(zhì)反應(yīng)，進(jìn)一步強(qiáng)化了除臭效果；

6、臭氧二次利用區(qū)在上觸媒單元層上部，為雙層喇叭口結(jié)構(gòu)，下喇叭口半開，上喇叭口封閉，上下喇叭口間隔一定空隙，便于氣體流通，并使氣體通過空隙的過流速度為0.5-3 m/s；

7、臭氧二次利用淋洗液采用清水或去離子水，并在淋洗液中添加某些助溶劑，如對苯二酚等，投加量在0.1‰-5%（重量比）。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)

與現(xiàn)行的同類工藝技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)：

（1）采用低溫加壓方式，形成高濃度臭氧水，比電解法或光解法制備臭氧水，可提高5倍以上，并有效降低臭氧的自分解；

（2）采用在臭氧水中投加穩(wěn)定劑的方式，可有效避免臭氧在某些金屬離子催化下的分解；

（3）形成的加壓臭氧水，可直接進(jìn)行利用，無需另行用泵提升；

（4）設(shè)置具有催化和吸附功能的雙層或多層觸媒單元，不僅提高臭氧利用率，也增加了惡臭物質(zhì)與臭氧的反應(yīng)幾率；

（5）將觸媒填料置于空心網(wǎng)狀塑料球中，可避免直接堆積觸媒填料，降低氣流阻力和避免氣流短路問題，同時(shí)降低觸媒填料的損耗，也有利于氣流均布和臭氧水在觸媒填料表面的均勻分布；

（6）設(shè)置臭氧二次利用區(qū)，對殘余的臭氧進(jìn)行二次充分利用，提高能效，還使尾氣中的臭氧濃度小于環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB 3095-2012）中規(guī)定限值。

附圖說明

圖1為 臭氧水制備單元及利用系統(tǒng)圖。

圖中標(biāo)號(hào)：1-塔體；2-高壓臭氧水釋放器；3-上觸媒單元層；4-下觸媒單元層；5-收集槽；6-臭氧二次利用區(qū)；7-下喇叭口；8-上喇叭口；9-噴嘴；10-循環(huán)水泵；11-循環(huán)水槽；12-除液器。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1：

一污水處理站的調(diào)節(jié)池、生化池、沉淀池、污泥濃縮池及污泥脫水間均排放惡臭氣體，經(jīng)密閉收集后總氣體流量20000 m3/h，該惡臭氣體中惡臭成份包含硫化氫、有機(jī)胺類、硫醚等，濃度范圍在10~100 mg/m3之間。采用本發(fā)明技術(shù)工藝，在處理前臭氣濃度大于25000時(shí)，處理后臭氣濃度小于300（15米排氣筒），遠(yuǎn)小于《國家惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 14554-93）之規(guī)定值，惡臭消除率大于98.8%。該實(shí)施例采用氧氣源作為產(chǎn)生臭氧的原料氣，臭氧發(fā)生器采用介質(zhì)阻擋氣體放電形式，臭氧產(chǎn)生量2 kg/h；采用螺桿式冷水機(jī)，制冷量30 kW，冷凍水流量5 m3/h；氣液混合泵采用渦流泵，流量6m3/h，功率4 kW，揚(yáng)程40米；塔體直徑3.0米，采用雙層觸媒單元層，上下觸媒單元層高度均為0.8米，空心網(wǎng)狀塑料球材質(zhì)PP（聚丙烯），直徑50 mm，觸媒為球粒狀大小5-8 mm，由活性氧化鋁和二氧化錳、二氧化鈦復(fù)配而成，三者重量比活性氧化鋁:二氧化錳:二氧化鈦為100:10:2。臭氧二次利用淋洗液采用清水，并在清水中投加5‰濃度的對苯二酚，循環(huán)泵流量12.5 m3/h，功率2.2 kW，揚(yáng)程15米。

實(shí)施例2：

一垃圾壓縮站，在垃圾分揀和壓縮環(huán)節(jié)產(chǎn)生惡臭氣體，對垃圾壓縮站操作間進(jìn)行換氣收集后總惡臭氣體流量15000 m3/h，該惡臭氣體中惡臭成份包含硫化氫、有機(jī)胺類、硫醇類、硫醚等，濃度范圍在5~80 mg/m3之間。采用本發(fā)明技術(shù)工藝，在處理前臭氣濃度大于18000時(shí)，處理后臭氣濃度小于150（15米排氣筒），遠(yuǎn)小于《國家惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 14554-93）之規(guī)定值，惡臭消除率大于99%。該實(shí)施例采用空氣源作為產(chǎn)生臭氧的原料氣，臭氧發(fā)生器采用介質(zhì)阻擋氣體放電形式，臭氧產(chǎn)生量1 kg/h；采用風(fēng)冷式冷水機(jī)，制冷量22 kW，冷凍水流量3.6 m3/h，其中添加硅酸鈉，添加量5‰；氣液混合泵采用渦流泵，流量4m3/h，功率2.2 kW，揚(yáng)程30米；塔體直徑2.5米，采用雙層觸媒單元層，上下觸媒單元層高度均為0.7米，空心網(wǎng)狀塑料球材質(zhì)PP（聚丙烯），直徑40 mm，觸媒為球粒狀大小5-8 mm，由活性氧化鋁和二氧化錳、氧化銅復(fù)配而成，三者重量比例活性氧化鋁:二氧化錳:氧化銅為100:10:5。臭氧二次利用淋洗液采用清水，循環(huán)泵流量10 m3/h，功率1.5 kW，揚(yáng)程16米。