本發(fā)明涉及一種廢氣處理裝置及處理方法，特別涉及一種超聲波協(xié)同紫外光凈化有機廢氣的裝置及處理方法，可去除甲醛、甲苯、乙苯、二甲苯等多種揮發(fā)性氣態(tài)污染物，適用于處理低濃度工業(yè)VOCs、室內空氣污染等。
(二)
背景技術：
近年來，由紫外光誘導的高級氧化法已經(jīng)普遍應用于環(huán)保領域如污水處理，廢氣治理等。而VOCs的光催化氧化已成為該領域的研究熱點。其原理是通過各種氧化劑或催化劑如H2O2、Fenton試劑、臭氧、TiO2等吸收紫外光后生成HO·引發(fā)的一系列自由基反應而使污染物降解。與國外一些發(fā)達國家相比，我國盡管已有了一定的研究基礎，但其實際應用仍處于初級階段。
光催化法處理有機污染物通常會運用納米半導體作為光催化劑，紫外線燈為光源來處理有機污染物，通過高級氧化過程，在理想條件下將污染物氧化成無害、無味的水和二氧化碳。絕大多數(shù)的光催化反應選擇納米二氧化鈦作為催化劑，光催化劑在光誘導條件下使電子由基態(tài)遷移到激發(fā)態(tài)并且產(chǎn)生了電子空穴，這些電子空穴具有極強的氧化性，可以氧化分解吸附在催化劑微孔表面的有機污染物，同時也能使吸附在微孔表面的水和氧氣轉化成羥基自由基和活性氧原子，這些活性基團與揮發(fā)性有機物接觸氧化，最終達到將VOCs污染物去除的目的。催化反應方程式表示為：TiO2+hv→h++e-。
UV與氧化劑結合的技術在水處理領域已經(jīng)有較多的研究，主要是利用氧化劑本身的強氧化性以及某些氧化劑(如H2O2)在UV照射下產(chǎn)生大量的HO·將大部分有機物分解為小分子物質。但是在氣態(tài)污染物光降解研究中，UV和氧化劑結合的技術研究和應用都相對較少。同時如何提高氧化劑與UV系統(tǒng)降解有機物的效率和氧化劑與廢氣接觸效率是亟待解決的問題。
超聲波是一種用途較廣的技術，其在傳播過程中對液體產(chǎn)生負壓效應，會使液體斷裂而產(chǎn)生空穴，形成空化核，即在液體中生成充滿氣體的氣泡，這種現(xiàn)象被稱為空化現(xiàn)象。氣泡迅速崩潰而產(chǎn)生的瞬時高溫、高壓，會將液體霧化均分布在氣相中。
因此，超聲波通過霧化氧化劑溶液，可以有效提高氧化劑與廢氣接觸效率，從而大幅度提高氧化劑與UV系統(tǒng)降解有機物的效率。
(三)
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種超聲波協(xié)同紫外光凈化有機廢氣裝置及處理廢氣的方法，在紫外光催化降解有機廢氣的基礎上強化了其去除VOCs的效果，裝置簡單，增濕效果好，運行方便。
本發(fā)明采用的技術方案是：
本發(fā)明提供一種超聲波協(xié)同紫外光凈化有機廢氣裝置，所述裝置由超聲波增濕系統(tǒng)和氧化反應系統(tǒng)組成；所述超聲波增濕系統(tǒng)由引風機、超聲波發(fā)生器和增濕罐構成，所述增濕罐側面設有廢氣進口和廢氣出口，頂部設有氧化劑進液口；所述氧化反應系統(tǒng)為箱體，內置紫外燈和催化劑網(wǎng)，所述的催化劑網(wǎng)為涂布有催化劑的鏤空網(wǎng)片，所述的催化劑網(wǎng)阻隔于所述出氣口與紫外燈之間，所述紫外燈通過鎮(zhèn)流器與電源連接，所述的箱體側面設有進氣口和出氣口；所述超聲波發(fā)生器置于增濕罐底部；所述廢氣進口與引風機連通，所述廢氣出口與氧化反應系統(tǒng)的進氣口連通。
進一步，所述增濕罐為箱體或塔體結構。
進一步，所述箱體內設有若干個紫外燈組，每個紫外燈組包括若干個呈矩陣形式排列的紫外燈，且相鄰的紫外燈組之間通過催化劑網(wǎng)間隔。
進一步，所述每個紫外燈組設有10～20根紫外燈。
進一步，所述紫外燈組間距10～20cm，紫外燈組與催化劑網(wǎng)間距10～30cm。
進一步，所述催化劑濾網(wǎng)為光觸媒蜂窩濾網(wǎng)，濾網(wǎng)表面附著TiO2粉末，濾網(wǎng)孔徑為2～5mm。
本發(fā)明還提供一種利用所述超聲波協(xié)同紫外光凈化有機廢氣裝置處理廢氣的方法，所述方法為：將氧化劑溶液從氧化劑進液口加入到增濕罐中，開啟引風機將有機廢氣通入增濕罐，同時開啟超聲波發(fā)生器及紫外燈，凈化后的氣體從氧化反應系統(tǒng)的出氣口排出；所述氧化劑溶液為雙氧水溶液(質量濃度5～30％)。
進一步，所述超聲波發(fā)生器的頻率為0.5～5MHz，所述紫外燈波長為180～300nm。
進一步，所述氧化劑溶液加入體積與每小時有機廢氣流量體積比為1～10：10000，即維持增濕罐中氧化劑溶液與有機廢氣體積比為1～10：10000，有機廢氣流量為1-100m3/h。
進一步，所述有機廢氣含50～500mg/m3二甲苯。
本發(fā)明增濕罐中的氧化劑溶液被超聲霧化后與引風機通入的廢氣接觸，均勻分布在廢氣中；廢氣由引風機進入超聲波增濕系統(tǒng)與超聲波霧化的氧化劑溶液接觸并增濕，然后進入氧化反應系統(tǒng)，在紫外光和催化劑作用下，氧化劑分解為更強氧化性的自由基和臭氧，快速高效降解廢氣中有機物，并通過出氣口排出系統(tǒng)。
本發(fā)明所述增濕罐為箱體或塔體結構，材質為聚丙烯、玻璃鋼或碳鋼內襯橡膠。氧化劑溶液可以重力自流入增濕罐。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果主要體現(xiàn)在：
通過超聲波將氧化劑霧化，大幅度提高了氧化劑與廢氣接觸效率，從而增強了氧化劑與紫外光催化協(xié)同降解效率；克服了傳統(tǒng)噴淋傳質效率低而導致總凈化效率不高的問題(參考文獻1-3，文獻1：周靈浚,卜巖楓,成卓韋,高佳.真空紫外光解乙苯廢氣的工藝特性及轉化機制研究.環(huán)境污染與防治,2014,36(6):13～18.文獻2：陳軼，陳天虎，陳冬，鄒雪華，朱承駐，吳亞東.氫氣還原針鐵礦紫外光協(xié)同催化雙氧水氧化氣體中甲醛.巖石礦物學雜志，2013,32(6)：818～824.文獻3：汪凡.真空紫外線TiO2光催化處理含甲苯廢氣的研究.西安建筑科技大學學位論文,2012。)。
(四)附圖說明
圖1為本發(fā)明氧化劑協(xié)同紫外光凈化有機廢氣裝置的示意圖：1-增濕罐，2-引風機，3-廢氣進口，4-廢氣出口，5-超聲波發(fā)生器，6-氧化劑進液口，7-氧化反應系統(tǒng)，8-鎮(zhèn)流器，9-紫外燈，10-催化劑濾網(wǎng)，11-出氣口，12-進氣口。
(五)具體實施方式
下面結合具體實施例對本發(fā)明進行進一步描述，但本發(fā)明的保護范圍并不僅限于此：
實施例1
本發(fā)明超聲波協(xié)同紫外光凈化有機廢氣裝置，所述裝置由超聲波增濕系統(tǒng)和氧化反應系統(tǒng)組成；所述超聲波增濕系統(tǒng)由引風機2、超聲波發(fā)生器5和增濕罐1構成，所述增濕罐1側面設有廢氣進口3和廢氣出口4，頂部設有氧化劑進液口6；所述氧化反應系統(tǒng)7為箱體，內置紫外燈9和催化劑網(wǎng)10，所述的催化劑網(wǎng)為涂布有催化劑的鏤空網(wǎng)片，所述的催化劑網(wǎng)阻隔于所述出氣口與紫外燈之間，所述紫外燈通過鎮(zhèn)流器與電源連接，所述的箱體側面設有進氣口12和出氣口11；所述超聲波發(fā)生器5置于增濕罐1底部；所述廢氣進口3與引風機2連通，所述廢氣出口4與氧化反應系統(tǒng)的進氣口12連通。所述紫外燈9通過鎮(zhèn)流器8與電源連接。
所述箱體體積為10m3，內設有3個紫外燈組，每個紫外燈組包括16個呈矩陣形式排列的紫外燈，一半紫外燈波長為185nm，另一半紫外燈波長為254nm；且相鄰的紫外燈組之間通過催化劑網(wǎng)間隔，所述催化劑濾網(wǎng)數(shù)量為3張，面積為2m2。紫外燈組間距20cm，紫外燈組與催化劑網(wǎng)間距10cm。
所述催化劑濾網(wǎng)為光觸媒蜂窩濾網(wǎng)，濾網(wǎng)表面附著TiO2粉末，濾網(wǎng)孔徑為2～5mm。
所述增濕罐材質為碳鋼，高為2m，直徑為1.0m；所述超聲波發(fā)生器位于增濕塔的底部，頻率為22kHz、功率為10kW；連接引風機與增濕罐廢氣進口的廢氣管道為聚丙烯材質的DN300風管。
處理廢氣的方法：將質量濃度30％雙氧水溶液1L加入到增濕罐中，開啟引風機將有機廢氣通入增濕罐，流量為10m3/h，同時開啟超聲波發(fā)生器霧化增濕罐中的氧化劑溶液，開啟紫外燈電源，氧化劑在紫外光和催化劑作用下產(chǎn)生更強的氧化劑并降解有機物，凈化后的廢氣從氧化反應系統(tǒng)另一端出氣口排出。
試驗凈化的廢氣對象為含二甲苯的廢氣，二甲苯濃度為50～100mg/m3，試驗結果見表1。在氧化劑協(xié)同紫外光凈化有機廢氣裝置運行過程中，控制二甲苯的進氣濃度在80mg/m3左右，停留時間為60s，監(jiān)測二甲苯進出氣的時間為2h以上，去除效率穩(wěn)定。控制混合氣體的相對濕度范圍為0～90％，分析了相對濕度對光降解效率的影響，結果表明二甲苯的轉化率隨著相對濕度的增加先提高后略有降低，在相對濕度為60～65％時達到最大。
表1 試驗測試數(shù)據(jù)