CN104258707A - 含有voc气体的处理***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及含有VOC气体的处理***及方法，尤其是涉及一种无需添加任何氧化剂、处理成本低的含有VOC气体的处理***及方法。本装置利用纳米级水泡***时产生的局部高温高压环境，打断有机化合物的分子键，实现降解含有气体中VOC的目的，该***及方法在降解VOC过程中不需要使用任何的氧化剂，全部的分解过程只需要水参与；且回收后的水可以在循环水装置中，经过过滤等步骤重新参与含有VOC气体的处理过程，无任何损耗；由于没有其他氧化剂的参与，除了对环境和人体没有影响外，也极大的减轻了排放者的处理负担。

Description

含有VOC气体的处理***及方法

【技术领域】

   本发明涉及含有VOC气体的处理***及方法，尤其是涉及一种无需添加任何氧化剂、处理成本低的含有VOC气体的处理***及方法。

 

【背景技术】

   VOC物质是指在常温下容易挥发的有机物质的总称，常见的有甲醛、甲苯和二甲苯等等。传统的喷涂行业在制品喷涂过程中使用大量的硝基漆原辅材料，硝基漆原辅材料含有大量的机溶剂，尤其是二甲苯、甲苯、苯等高挥发性溶剂含有的芳香烃既有毒又易燃，且极易挥发到环境中，造成向大气中排放了众多VOC，污染大气环境和危害人体健康。

有机化合物不仅对人体有刺激作用，而且其中不少对内脏有毒害作用，还有的是致突变物与致癌物。有机化合物中的烯烃和某些芳香烃化合物，在大气中，在阳光的作用下，还可以和氮氧化物发生反应形成洛杉矶型的光化学烟雾或工业型光化学烟雾，造成二次污染。

中国专利CN01138636公开了一种含有VOC有机废气的处理设备与处理方法，该专利整合臭氧氧化技术与传统湿式洗涤技术、并利用氧化剂（尤其是双氧水）来处理VOC废气，该种处理方式需要提供大量的双氧水，处理成本较高，且吸入双氧水蒸气或雾对人体呼吸道有强烈性，眼直接接触液体可致不可逆损伤甚至失明，操作过程中一旦有失误会产生不可估量的影响。且该处理方式有时候需要对含有VOC的气体进行重复处理，处理成本变高，处理效率低下，无形之中增加了企业的负担。

 

【发明内容】

本发明旨在解决上述问题而提供一种含有VOC气体的处理***及方法。

本发明的目的之一提供一种不需要任何氧化剂的含有VOC气体的处理***及方法。

本发明的目的之二是提供一种提高处理效率的含有VOC气体的处理***及方法。

本发明的目的之三是提供一种降低处理成本的含有VOC气体的处理***及方法。

本发明的目的之四是提供一种可循环利用水的含有VOC气体的处理***及方法。

为实现上述目的，本发明含有VOC气体的处理***包括引风柜、反应塔、循环水装置及纳米水泡装置，所述的纳米水泡装置包括纳米水泡增压泵和纳米水泡发生器，所述的纳米水泡发生器通过纳米水泡增压泵连接循环水装置，所述的纳米水泡发生器依次设置有水流锥形入口、用于加速水流的增压管、用于缓速水流的锥形扩散口、管壁上设计有空穴的紊流管和喷射纳米级水泡的纳米水泡喷口。

    本发明含有VOC气体的处理方法，包括如下步骤：

通过引风柜将含有VOC的气体引入反应塔内；

纳米水泡装置产生纳米级水泡并与VOC气体混合；

纳米级水泡与含有VOC的气体混合后瞬间***，形成4000K以上高温、40MPa以上高压的局部环境，该环境下水分子解裂成-H和-OH自由基，-H和-OH自由基使VOC气体的有机化合物分子键断裂、失去活性，固体粒子脱离，实现分解目的；

***后的纳米级水泡重新形成小水滴并负载固体粒子或失去活性的有机化合物分子落入到循环水装置内，被处理后的VOC气体从反应塔顶部排出。

本发明的贡献在于，提供了一种含有VOC气体的处理***，该***由于纳米水泡发生器的层数可根据情形确定，从进入引风柜到反应塔排出只需要一次处理即可使含有VOC的气体达到甚至低于排放标准；纳米级水泡***从而对含有VOC的气体中的有机化合物分子进行分解，不会对环境造成污染，也不需要使用任何的氧化剂，全部的分解过程只需要水参与；且回收后的水可以在循环水装置中，经过过滤等步骤重新参与含有VOC气体的处理过程，基本上没有任何损耗；由于没有其他氧化剂的参与，除了对环境和人体没有影响外，也极大的减轻了排放者的处理负担。

 

【附图说明】

图1为处理***的结构示意图

图2为纳米水泡发生器的剖面结构示意图

图3为负离子增氧装置的电路示意图

【具体实施方式】

下列实施例是对本发明的进一步解释和补充，对本发明不构成任何限制。

实施例1

如图1、图2所示，本实施例的含有VOC气体的处理***，包括引风柜10、反应塔20、循环水装置30及纳米水泡装置，所述的纳米水泡装置包括纳米水泡增压泵40和纳米水泡发生器50，所述的纳米水泡发生器通过纳米水泡增压泵40连接循环水装置30，所述的纳米水泡发生器50依次设置有水流锥形入口51、用于加速水流的增压管52、用于缓速水流的锥形扩散口53、管壁上设计有空穴的紊流管54和喷射纳米级水泡的纳米水泡喷口55。纳米水泡喷口喷出直径为50-500纳米的水泡。

进行含有VOC的气体的处理时，首先通过引风柜10将含有VOC的气体引入到反应塔20内，由于引风柜10的体积大于VOC废气的接驳口，使含有VOC气体的气流速度在引风柜10内减慢，在引风柜10内缓慢上升，这时，纳米水泡增压泵40从循环水装置30内吸水并压入到纳米水泡发生器50内，当水进入到水流锥形入口51后，受压并加速穿过增压管52，随后进入到锥形扩散口53时，水流突然减速，在紊流管54内形成紊流现象，紊流管54设计有微小空穴，在空穴的作用下使水流形成直径为50-500纳米的纳米级水泡，纳米级的水泡从纳米水泡喷口55喷出，并与含有VOC的气体混合。

由于纳米级水泡具有以下特性，可以使得采用纳米级水泡分解含有VOC的气体成为得以实现：

首先，纳米水泡迅速崩溃产生超声波对液体分子挤压，改变了介质原来的密度，使其增大；而在稀疏相位时，使液体分子稀疏，进一步离散，介质的密度减小。当用足够大振幅的超声波作用于液体介质时，在负压相（ 即稀疏相）内，液体分子间的平均距离会超过使液体介质保持不变的临界分子距离，液体介质就会发生断裂，形成微泡，微泡进一步长大成为空化气泡。这些气泡一方面可以重新溶解于液体介质之中，也可能上浮并消失；另一方面，随着声场的变化而继续长大，直到负压达到最大值，在紧接着的压缩过程中，这些空化气泡被压缩，其体形缩小，有的甚至影响超声波降解有机物的因素。

纳米级水泡迅速崩溃过程中，瞬间能产生4000 K的高温、50 MPa 高压，持续数微秒后，热点随之冷却，并伴随有强烈的冲击波和达 100 m / s 速度的微射流。这些条件足以使有机物在纳米级水泡内发生化学键断裂、水相燃烧、高温分解或自由基反应，为VOC的降解创造了一个极端的物理环境。

其次，当液体处于超声场中时，压力波形成高压条件，足以打开结合力较强的化学键，使得水分子H₂O分解为-H和-OH自由基或者生成H₂O₂，产生的氧化性自由基扩散到水体中，再通过纳米水泡的方式与VOC发生反应。

再次，纳米级水泡在崩溃的瞬间，产生4000 K 的高温。这种极端环境对挥发进入纳米级水泡的有机气体，及纳米级水泡气液界面处的有机物，有热解断键作用，使得VOC得到降解。

该装置产生的纳米级水泡的直径为50-500纳米，意味着同等质量的水可产生更多的纳米级水泡，能更充分的与含有VOC的气体混合，降解更为彻底。

实施例2

如图1、图2所示，本实施例对实施例1进行了进一步的改进，要求纳米水泡喷口55喷洒纳米级水泡的范围覆盖整个反应塔的横截面。该种改进使得纳米级水泡能充分的与含有VOC的气体混合，最大程度上的降低气体中的VOC含量。

实施例3

如图1、图2所示，本实施例对实施例2进行了进一步的改进，使纳米水泡喷口55的朝向与含有VOC的气体的气流方向逆向。该种改进使含有VOC的气体与纳米级水泡对撞，减缓含有VOC气体的气流速度，延长纳米级水泡与VOC的接触时间，使反应时间更充分，提高反应效率，同时对撞使纳米级水泡与含有VOC气体之间形成涡流，增加纳米级水泡与VOC结合的成功率。

实施例4

如图1、图2所述，本实施例对实施例3进行了进一步的改进，纳米水泡发生器50在反应塔20内设置2层，每层设置1个。该种改进还可根据最终排出反应塔20的气体中VOC含量的多少来进行增减，如果排出的气体中VOC含量高，则相应的增加一层，或者每层增加一个纳米水泡发生器50；如果排出的气体中VOC含量低，则相应的减少一层，直到排出气体的VOC含量达标，且不会造成纳米水泡发生器50空转为止。

实施例5

如图1、2所示，本实施例中在反应塔内20设置有水雾发生器70，所述的水雾发生器70通过雾化泵60与循环水装置30连接，所述的水雾发生器70朝含有VOC的气体喷射水滴。本实施例的水雾发生器70增加了含有VOC气体的湿度，如果VOC气体中含有颗粒较大的固体粒子或分子团，则可直接在水雾发生器70的作用下增加固体粒子或者分子团的重量，使其从反应塔20中落入到循环水装置30内。同时水雾发生器70朝含有VOC的气体中喷射水滴，可使大量水分子附在VOC气团分子表面，从而与纳米级水泡更好的混合在一起，大大提高了纳米级水泡在***分解过程中的效率。已通过实验证明，在其它条件相同的情况下，加装水雾发生器70比不装水雾发生器70，分解含有VOC气体的效率提高15%以上。

实施例6

如图1、图2所示，本实施例的反应塔20内设置有产生并喷射电子的负离子增氧装置80。负离子增氧装置80向反应塔20内喷射大量含负离子浓氧，从而生成空气超氧负离子（O₂和O₃）， 所产生的空气超氧负离子很容易打断烯烃、快烃类有机物的碳链结合链，因此，空气超氧负离子与含有VOC的气体混合后，加速了对VOC气体化合物的氧化分解速率。 

实施例7

如图3所示，本实施例对负离子增氧装置80进行了改进，所述的负离子增氧装置还设置有EMI处理电路、雷击保护电路和高低压隔离电路。负离子增氧装置80将输入电能经EMI处理电路及雷击保护电路处理后，通过脉冲式电路，过压限流；高低压隔离等线路升为交流高压，然后通过特殊等级电子材料整流滤波后得到纯净的直流负高压，将直流负高压连接到碳元素制作的释放端，利用直流脉冲高压产生高电晕，高速地放出大量的电子(e-)。

实施例8

如图1所示，本实施例还在反应塔20内增加了风机90，风机控制含有VOC气体的气流速度在9M/S。如果反应塔20内的气流速度过慢，风机90可帮助加快气流速度，提高处理含有VOC气体的速率。另外，不能使反应塔20内的气流速度过快，如果过快会导致纳米级气泡还与VOC反应完成就已从反应塔20排出，达不到分解的目的。

实施例9

如图1所示，本实施中的风机90为轴流风机。轴流风机可使含有VOC的气体在反应塔20形成涡流，延长纳米级水泡与VOC的接触时间，保证含有VOC的气体被分解，同时充分混合纳米级水泡与含有VOC的气体，提高二者之间结合的效率，最大程度的降低空气中VOC的含量。

实施例10 

本实施例为含有VOC气体的处理方法，包括如下步骤：

通过引风柜10将含有VOC的气体引入反应塔20内；

纳米水泡装置产生纳米级水泡并与VOC气体混合；

纳米级水泡与含有VOC的气体混合后瞬间***，形成4000K以上高温、40MPa以上高压的局部环境，该环境下水分子解裂成-H和-OH自由基，-H和-OH自由基使VOC气体的有机化合物分子键断裂、失去活性，固体粒子脱离，实现分解目的；

***后的纳米级水泡重新形成小水滴并负载固体粒子或失去活性的有机化合物分子落入到循环水装置30内，被处理后的VOC气体从反应塔20顶部排出。

本实施例中的循环水装置30内剩余有数种物质，首先是由小水滴直接负载掉落下来的固体粒子，该固体粒子在过滤等工艺后从循环水装置30中排出；其次是已经分解完成的VOC有化合物，分解完成后的VOC有机化合物已失去活性，对人体和环境没有影响，在过滤等工艺后从循环水装置30中排出；最后是未与纳米级水泡来得及反应完成的有机化合物，由于落下来的水滴中仍然含有纳米级水泡，因此这些纳米级水泡在循环水装置30中继续与该有机化合物反应，直到分解完成，分解完成后经过过滤等工艺从循环水装置30中排出。

尽管通过以上实施例对本发明进行了揭示，但本发明的保护范围并不局限于此，在不偏离本发明构思的条件下，对以上各构件所做的变形、替换等均将落入本发明的权利要求范围内。

Claims (12)

1.含有VOC气体的处理***，包括引风柜、反应塔、循环水装置及纳米水泡装置，其特征在于：所述的纳米水泡装置包括纳米水泡增压泵和纳米水泡发生器，所述的纳米水泡发生器通过纳米水泡增压泵连接循环水装置，所述的纳米水泡发生器依次设置有水流锥形入口、用于加速水流的增压管、用于缓速水流的锥形扩散口、管壁上设计有空穴的紊流管和喷射纳米级水泡的纳米水泡喷口，所述的纳米水泡喷口喷出直径为50-500纳米的水泡。

2.如权利要求1所述的处理***，其特征在于：纳米水泡喷口喷洒纳米级水泡的范围覆盖整个反应塔的横截面。

3.如权利要求2所述的处理***，其特征在于：所述的纳米水泡喷口的朝向与含有VOC的气体的气流方向同向或者逆向。

4.如权利要求3所述的处理***，其特征在于：纳米水泡发生器可在反应塔内设置2层，每层设置1个。

5.如权利要求1-4任一所述的处理***，其特征在于：所述的纳米水泡增压泵的压力为3-8KG/CM²。

6.如权利要求5所述的处理***，其特征在于：所述的反应塔内设置有水雾发生器，所述的水雾发生器通过雾化泵与循环水装置连接，所述的水雾发生器朝含有VOC的气体喷射水滴。

7.如权利要求6所述的处理***，其特征在于：所述的雾化泵的压力为3-5KG/CM²。

8.如权利要求6-7任一所述的处理***，其特征在于：所述的反应塔内设置有产生并喷射电子的负离子增氧装置，所述的负离子增氧装置还设置有EMI处理电路、雷击保护电路和高低压隔离电路。

9.如权利要求8所述的处理***，其特征在于：所述的反应塔内安装有风机，风机控制含有VOC气体的气流速度在5-12M/S，所述的风机为轴流风机。

10.含有VOC气体的处理方法，包括如下步骤：

通过引风柜将含有VOC的气体引入反应塔内；

纳米水泡装置产生纳米级水泡并与VOC气体混合；

纳米级水泡与含有VOC的气体混合后瞬间***，形成4000K以上高温、40MPa以上高压的局部环境，该环境下水分子解裂成-H和-OH自由基，-H和-OH自由基使VOC气体的有机化合物分子键断裂、失去活性，固体粒子脱离，实现分解目的；

***后的纳米级水泡重新形成小水滴并负载固体粒子或失去活性的有机化合物分子落入到循环水装置内，被处理后的VOC气体从反应塔顶部排出。

11.如权利要求10所述的处理方法，其特征在于：引风柜将含有VOC的气体引入反应塔内后，还经过水雾发生器朝含有VOC的气体喷射水滴的步骤。

12.如权利要求11所述的处理方法，其特征在于：纳米水泡装置产生纳米级水泡并与含有VOC的气体混合之前，还经过负离子增氧装置向含有VOC的气体喷射含有负离子的浓氧，加速对VOC气体中的碳氢化合物氧化分解的步骤。