CN207805343U - 通过氧化还原反应降解臭氧与有机混合废气的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及有机废气处理设备的技术领域，公开了一种通过氧化还原反应降解臭氧与有机混合废气的装置，包括氧化反应器和还原反应器，所述氧化反应器的出气口与还原反应器的进气口之间通过管道连通，且氧化反应器和还原反应器的内部均包括多层填料、分别位于多层填料上方和下方的喷淋组件和药箱，所述药箱设有加药管口，药箱与对应的喷淋组件之间通过水管连通，且水管上设有循环水泵；所述氧化反应器和还原反应器的外部均设有pH调节器且pH调节器的探头分别浸入至对应的氧化反应器和还原反应器的药箱内部，改善了现有的废气处理装置存在吸附容量低、对VOCs净化效果较差、反应效率较低以及局限性较大的问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及有机废气处理设备的技术领域，具体地，涉及一种通过氧化还原反应降解臭氧与有机混合废气的装置。
背景技术
随着经济的发展，各类工业也发展迅速，产生大量废气(VOCs)，引发了一系列大气污染问题，给人类造成严重的危害。工业中常见的VOCs有苯、甲苯、二甲苯、醋酸乙酯、醋酸丁酯、三氯乙烯、氯仿、四氯化碳等。当人呼吸的空气里VOCs达到一定浓度时，会引起头痛、恶心、呕吐、乏力等症状，严重时甚至引发抽搐、昏迷，伤害肝脏、肾脏、大脑和神经系统，造成记忆力减退等严重后果。各行业VOCs的特点是成分复杂，有的部分VOCs可通过简单的水喷淋、酸液或碱液吸收去除，但是，含有苯环类VOCs如苯、甲苯、二甲苯不溶于水或酸碱，且化学结构稳定，很难通过普通的技术设备处理。当前经济发展与环境保护的矛盾，催生了很多治理VOCs的设备，如常用的有活性碳吸附、燃烧、吸收、等离子、紫外光和生物等设备。
活性碳吸附、燃烧、吸收、等离子、紫外光和生物等设备对VOCs的净化存在一定局限性，如活性炭吸附设备存在以下缺陷：一方面吸附容量低，另一方面容易达到饱和，产生危废，对VOCs净化效果较差。而过滤技术也存在弊端，其金属网上的催化剂有限，且与空气接触面积小，尤其气量大时，反应效率降低，除VOCs的效果不理想。
而等离子或紫外光催化设备，没有足够的反应时间，产生大量更复杂，毒害性、迁移性更广的中间产物与副产物，如臭氧、氮氧化物，导致二次污染。
可见，现有的处理设备都具有一定的适用性，同时也存在各自的局限性，而且不同排放源的废气组成也千差万别，常规的单一技术已经难以使有机废气的排放达到日益严格的环保要求，因此，在新形势下需要考虑不同技术之间的组合，寻求满足环保要求且性价比更高的组合装置和工艺，推动有机废气治理技术的发展。
实用新型内容
为改善上述技术问题，本实用新型提供了一种通过氧化还原反应降解臭氧与有机混合废气的装置以达到采用氧化反应器组合还原反应器降解有机混合废气与臭氧，通过自动控制酸碱度，实现有机废气治理的智能化的目的，改善了现有的废气处理装置存在吸附容量低、对VOCs净化效果较差、反应效率较低以及局限性较大的问题。
为了实现上述技术效果，本实用新型所提供的技术方案是：一种通过氧化还原反应降解臭氧与有机混合废气的装置，包括氧化反应器和还原反应器，所述氧化反应器的出气口与还原反应器的进气口之间通过管道连通，且氧化反应器和还原反应器的内部均包括多层填料、分别位于多层填料上方和下方的喷淋组件和药箱，所述药箱设有加药管口，药箱与对应的喷淋组件之间通过水管连通，且水管上设有循环水泵；所述氧化反应器和还原反应器的外部均设有pH调节器且pH调节器的探头分别浸入至对应的氧化反应器和还原反应器的药箱内部。
进一步地，所述喷淋组件包括喷淋管和均布于喷淋管上的多个螺旋喷嘴，所述喷淋管的管口与所述水管的端部连通，各个螺旋喷嘴的喷口朝向所述多层填料。
进一步地，所述氧化反应器的药箱内部装填有高锰酸钾溶液，还原反应器的药箱内部装填有氢氧化钠溶液和亚硫酸钠溶液的混合液。
进一步地，所述多层填料为均匀排布的多层聚丙烯填料。
进一步地，所述氧化反应器和还原反应器的进气口均位于所述药箱和多层填料之间。
相比于现有技术，本实用新型的有益效果是：
1.本实用新型通过氧化反应器配合还原反应器的组合方式，既降解了有机废气，又吸收了氧化产物与臭氧尾气，特别是氧化反应器和还原反应器都可同时消解臭氧尾气，不仅实现了高效降解有机污染物，还实现了无二次污染物的排放，再通过pH调节器实时监控药箱内部的pH值，及时加药以对pH值进行控制，相对于现有技术能够实现有机废气治理的智能化；
2.采用了循环水泵对喷淋组件提供高压的反应溶液，反应溶液通过螺旋喷嘴喷洒至多层填料上，增大了液气比，增大了喷洒药剂与有机气体之间的接触面积，提升了吸收和降解效率，增加良好的解决了气液混合的问题。
附图说明
图1是本实用新型提供的通过氧化还原反应降解臭氧与有机混合废气的装置的整体结构示意图；
图2是本实用新型提供的通过氧化还原反应降解臭氧与有机混合废气的装置中实验数据表。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本实用新型作进一步详细介绍，以下文字的目的在于说明本实用新型，而非限制本实用新型的保护范围。
如图1、图2所示，本实用新型可按照如下方式实施，提供一种通过氧化还原反应降解臭氧与有机混合废气的装置，包括氧化反应器1和还原反应器2，所述氧化反应器1的出气口与还原反应器2的进气口之间通过管道连通，且氧化反应器1的内部包括第一多层填料3、分别位于第一多层填料3上方和下方的第一喷淋组件5和第一药箱6，所述第一药箱6设有加药管口，第一药箱6与第一喷淋组件5之间通过第一水管连通，且第一水管上设有第一循环水泵7；所述还原反应器2的内部包括第二多层填料4、分别位于第二多层填料4上方和下方的第二喷淋组件8和第二药箱9，所述第二药箱9也设有加药管口，第二药箱9与第二喷淋组件8之间通过第二水管连通，且第二水管上设有第二循环水泵10；所述氧化反应器1和还原反应器2的外部分别设有第一pH调节器11和第二pH调节器12，且第一pH调节器11和第二pH调节器12的探头分别浸入至氧化反应器1和还原反应器2的药箱内部；所述氧化反应器1和还原反应器2的出气口分别位于第一喷淋组件5和第二喷淋组件8的上方；所述第一药箱6和第二药箱9的加药管口连接有自动加药装置，自动加药装置根据第一pH调节器11和第二pH调节器12反馈的pH值信息，对第一药箱6和第二药箱9的内部进行自动加药，以达到实时控制第一药箱6和第二药箱9内部的pH值的效果。作为优选的，所述多层填料为均匀排布的多层聚丙烯填料。
其中，氧化反应器1的功能是通过控制酸的pH，使第一药箱6内部的氧化性药剂达到最大的氧化效果，可以降解包括烯烃、炔烃、二烯烃等不饱和烃类、不饱和烃的衍生物、部分醇羟基、酚羟基(如苯酚)、醛类等有醛基的有机物、具有还原性的无机还原性气体(如硫化氢、二氧化硫)、烷基侧链上有α-H的芳香苯等物质，使有机废气被氧化降解的同时，氧化剂生成的金属氧化物有催化臭氧消解的作用，避免了臭氧的污染。
还原反应器2的功能是通过控制碱的pH，使第二药箱9内部的还原性药剂能够最大限度地吸收氧化反应器1出来的有机酸与消解臭氧尾气。
所述第一喷淋组件5包括第一喷淋管和均布于第一喷淋管上的多个第一螺旋喷嘴，所述第一喷淋管的管口与所述第一水管的端部连通，各个第一螺旋喷嘴的喷口朝向所述第一多层填料3，其作用是：增大了氧化性药剂与有机废气的接触面积，加速了有机废气的降解。
所述第二喷淋组件8包括第二喷淋管和均布于第二喷淋管上的多个第二螺旋喷嘴，所述第二喷淋管的管口与所述第二水管的端部连通，各个第二螺旋喷嘴的喷口朝向所述第二多层填料4，其作用是：增大了还原性药剂与有机尾气的接触面积，增大了有机酸与臭氧尾气的吸收与降解效率，有机酸与臭氧可以完全被清除。
所述氧化反应器1的药箱内部装填有高锰酸钾溶液，还原反应器2的药箱内部装填有氢氧化钠溶液和亚硫酸钠溶液的混合液。
氧化的技术原理如下：
高锰酸钾在酸性条件下作氧化剂的半反应是：MnO4 -+5e-+8H+＝Mn2++4H2O。由能斯特方程可知，酸性越强，氧化性越强。高锰酸钾的还原产物也受酸碱性的影响，碱性条件下生成锰酸根，中性条件下生成二氧化锰，酸性条件下生成二价锰离子。只需要通过调节pH与添加适量高锰酸钾粉末与水即可控制进入氧化反应器1的污染气体；只要电极反应的反应物涉及到H+的，提高酸度都能增强氧化剂的氧化性；如1mol/L的硫酸，就有2＞(H+)＞1mol/dm3，E＞1.5V(pH＝-0.3)，而(H+)＝0.1mol/L(硫酸浓度＜0.05mol/L)，E＝1.41V，pH＝1，还原电位没降多少，但是节约了酸的成本。所以，采用pH＝1的硫酸调控，可保证高锰酸钾的强氧化性。
酸性高锰酸钾与烯烃反应可将烯烃的双键两端的碳各加上一个氧：C＝C→C＝O+O＝C，若有个碳上有一个氢，可以看出得到的氧化产物含有醛，由于醛有较强的还原性，酸性高锰酸钾可继续将其氧化为羧酸：－CHO→－COOH，若有一个碳上有两个氢，可以看出该碳被氧化为甲醛，会进一步被氧化为碳酸，碳酸又分解为二氧化碳和水。因此乙烯会被酸性高锰酸钾氧化为二氧化碳。
不同的烯烃与酸性高锰酸钾反应不同，最简单的CH2＝CH2在酸性高锰酸钾溶液中生成CO2+H2O，而RCH＝CH2在酸性高锰酸钾溶液中则生成RCOOH(羧酸)+CO2+H2O，而R'-C-R"(C上有双键并连接两个官能团)在酸性高锰酸钾溶液中生成R'-CO-R"(C与O为双键连接)。酸性高锰酸钾本身被还原为二价锰离子。二价锰离子是一种良好的臭氧消解剂，可以迅速与臭氧反应生成二氧化锰沉淀与氧气。所以，此反应器具备降解有机废气与臭氧的双重功效。
还原的技术原理如下：
由于有机废气经过氧化反应器1，会生成部分低分子羧酸或酚类物质，由于氧化反应器1对有机废气的氧化作用生成大量有机酸，虽然大多有机酸亲水性，但是不可避免会逸出来，所以还原反应器2采用化学吸收法进行吸收，可以确保有机酸与臭氧尾气的100％吸收。其中，氢氧化钠溶液可以吸收酚类与有机酸类物质，亚硫酸钠可以消解臭氧尾气。根据有机废气的特点与治理需要，两类药剂可以混合使用，没有互斥的作用。
可根据pH的变化，自动加药装置通过第二药箱9的加药管口进行自动添加药剂，可实现人工智能控制。
主要反生反应为：
a、臭氧在水溶液中与OH-发生反应形成HO2-离子而显著加快分解反应为，其反应过程为(适用于弱碱性物质，如0.2mol/L的碳酸钠溶液pH＝11.78)：
O3+OH-→HO2 -+O2；
b、臭氧与氢氧化钠反应：臭氧化钠的稳定性很低，立刻分解为氧气和氢氧化钠；
反应机理：-COOH+OH-→-COO-+H2O或ph-OH+OH-→phO-+H2O；
c、亚硫酸钠溶液消解臭氧尾气：SO3 2-+O3→SO4 2-+O2。
所述氧化反应器1的进气口均位于所述第一药箱6和第一多层填料3之间，所述还原反应器2的进气口均位于所述第二药箱9和第二多层填料4之间，保证有机废气与多层填料之间能够进行有效的大面积接触。
采用本实用新型提供的通过氧化还原反应降解臭氧与有机混合废气的装置，如果甲苯废气浓度100mg/m3(0.1ppm),二甲苯100mg/m3(0.1ppm)经过氧化反应器1，只需要维持酸性高锰酸钾的浓度为0.025mg/L，调控pH＝1，即可刚好与100mg/m3甲苯、二甲苯反应生成水溶性物质。
在还原反应器2中的亚硫酸钠溶液中(pH＝9.7)添加氢氧化钠溶液(13.6)pH变化实验，如图2所示：
由图2可知，40mL亚硫酸钠溶液(0.1mol/L,pH＝9.7，M＝126)添加氢氧化钠(M＝40)溶液(0.1mol/L,pH＝13.6),当氢氧化钠添加到10mL的时候，pH变化缓慢，到20mL的时候，pH达到平衡。
也就是当配制0.1mol/L的亚硫酸钠与氢氧化钠混合溶液，要达到pH＝13时，质量比为m(亚硫酸钠)：m(氢氧化钠)＝6.3:1(亚硫酸钠0.504g，氢氧化钠0.08g，60mL水，物品是固体粉末)。
如果是1L水，那么调pH＝13硫酸钠与氢氧化钠混合溶液的药剂质量：亚硫酸钠8.4g，氢氧化钠1.33g。
如果1方水，那么那么调pH＝13硫酸钠与氢氧化钠混合溶液的药剂质量：亚硫酸钠8.4Kg，氢氧化钠1.33Kg。
任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求所述的保护范围为准。
Claims (5)
1.一种通过氧化还原反应降解臭氧与有机混合废气的装置，其特征在于，包括氧化反应器和还原反应器，所述氧化反应器的出气口与还原反应器的进气口之间通过管道连通，且氧化反应器和还原反应器的内部均包括多层填料、分别位于多层填料上方和下方的喷淋组件和药箱，所述药箱设有加药管口，药箱与对应的喷淋组件之间通过水管连通，且水管上设有循环水泵；所述氧化反应器和还原反应器的外部均设有pH调节器且pH调节器的探头分别浸入至对应的氧化反应器和还原反应器的药箱内部。
2.根据权利要求1所述的通过氧化还原反应降解臭氧与有机混合废气的装置，其特征在于，所述喷淋组件包括喷淋管和均布于喷淋管上的多个螺旋喷嘴，所述喷淋管的管口与所述水管的端部连通，各个螺旋喷嘴的喷口朝向所述多层填料。
3.根据权利要求1所述的通过氧化还原反应降解臭氧与有机混合废气的装置，其特征在于，所述氧化反应器的药箱内部装填有高锰酸钾溶液，还原反应器的药箱内部装填有氢氧化钠溶液和亚硫酸钠溶液的混合液。
4.根据权利要求1所述的通过氧化还原反应降解臭氧与有机混合废气的装置，其特征在于，所述多层填料为均匀排布的多层聚丙烯填料。
5.根据权利要求1所述的通过氧化还原反应降解臭氧与有机混合废气的装置，其特征在于，所述氧化反应器和还原反应器的进气口均位于所述药箱和多层填料之间。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN109824139A (zh) * | 2019-03-14 | 2019-05-31 | 广州大学 | 一种连续增溶臭氧和消除臭氧尾气的装置 |
| CN110523270A (zh) * | 2019-09-04 | 2019-12-03 | 济宁明升新材料有限公司 | 一种双膜微气泡氧化还原尾气处理方法及其装置 |
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