CN107930364A - 一种针对微颗粒和挥发性有机气体的混合物的净化*** - Google Patents

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Abstract

本发明属于废气净化技术领域，具体涉及一种针对微颗粒和挥发性有机气体的混合物的净化***，包括依次管道连通的颗粒物过滤器、湿法氧化反应塔、光催化反应模块、风机和烟气排放装置；光催化反应模块为单个或多个并联设置的光催化反应器；光催化反应器包括无极紫外灯、石英套管和外筒体，无极紫外灯包括内电极、外电极和可变高压电源，外筒体的每个内壁上均匀固定有催化剂载玻片，催化剂载玻片上均匀涂覆有催化剂。本发明的有益效果是：采用三种处理方式协同净化，彻底分解废气；可调节可变高压电源，也可改变低气压混合气体，从而得到不同波长的紫外光，可降解不同的废气，不需使用活性炭吸附，净化效率高，成本低，使用简单。

Description

一种针对微颗粒和挥发性有机气体的混合物的净化***
技术领域
本发明属于废气净化技术领域，具体涉及一种针对微颗粒和挥发性有机气体的混合物的净化***。
背景技术
挥发性有机化合物(VOCs)是大气污染物中最主要污染物之一，很多VOCs自身毒性强，属于恶臭物质，对人体健康产生严重危害。VOCs物质还能与汽车和工厂排放的NOx等发生光化学烟雾形成臭氧和甲醛等，因此VOCs是形成二次有机气溶胶粒子和O3的重要前体物，是大气复合型污染和灰霾形成的关键。VOCs还能影响地球辐射平衡，降低大气能见度，严重危害人体健康和生态环境。
有些行业，如石油行业、化工行业等，其在作业过程中会产生大量的废气，包括微粒(雾化颗粒)和挥发性有机气体(VOCs)。微粒通常采用干法(滤绵、滤板、滤纸等过滤器)和水洗法，而VOCs废气主要采用吸收法、等离子体技术、吸附-燃烧联合处理法等。公开号为203842462U的实用新型专利公开了“一种涂料生产的气体净化装置”，主要采用“液体吸收+过滤”的方法，上述专利的技术方案对颗粒物有较好的去除效果，但对VOCs没有很好的效果。
另外，吸收法广泛用于治理石化行业等有机废气，由于废气中苯系物化学活性低，通常采用物理吸收法，技术的关键和难点在于吸收剂的选择；吸附法净化VOCs通常采用活性炭为吸附剂，净化效率高，但废弃的吸附剂需要再生或者作为危险废弃物特殊处理，带来了额外的处理费用；并且吸附剂的再生也十分麻烦困难。因此，针对上述单一方法的不足，开发一种操作简单、处理费用低、应用广泛的针对微颗粒和挥发性有机气体的混合物废气治理工艺非常有必要。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的缺陷，提供一种采用三种处理方式协同净化，彻底分解废气，净化效率高，可调节可变高压电源，也可改变低气压混合气体，从而得到不同波长的紫外光，可降解不同的废气，能量利用率更高，废气处理效果好的针对微颗粒和挥发性有机气体的混合物的净化***。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种针对微颗粒和挥发性有机气体的混合物的净化***，其包括依次管道连通的颗粒物过滤器、湿法氧化反应塔、光催化反应模块、风机和烟气排放装置；光催化反应模块为单个光催化反应器或多个并联设置的光催化反应器；光催化反应器包括无极紫外灯、石英套管和外筒体，无极紫外灯包括内电极、外电极和可变高压电源，内电极和外电极之间设有气体填充室，气体填充室内充有惰性气体与卤素气体的混合气体或惰性气体与汞蒸汽的混合气体，内电极和外电极一一对应地连接至可变高压电源的正负极；石英套管和外筒体从内向外依次套设于无极紫外灯上，石英套管的两端外部套设有管板，外筒体通过管板固定于石英套管上，一个管板上设有反应气进口，反应气进口管道连通湿法氧化反应塔的塔顶气相出口，湿法氧化反应塔的塔顶气相出口处设有除沫器，湿法氧化反应塔的气相进口位于塔底；另一个管板上设有反应气出口，反应气出口管道连通风机进口；外筒体、两个管板和石英套管之间构成催化反应腔；石英套管的两端内部固定有聚四氟乙烯多孔环，无极紫外灯的两端一一对应地穿设于两个聚四氟乙烯多孔环中；石英套管、两个聚四氟乙烯多孔环和无极紫外灯之间构成氮气室；石英套管的一端为氮气进口，石英套管的另一端为氮气出口，氮气进口和氮气出口分别通过各自的聚四氟乙烯多孔环上的通孔连通氮气室；外筒体为矩形筒体，外筒体的每个内壁上均匀固定有多个催化剂载玻片，催化剂载玻片上均匀涂覆有催化剂。
本发明的净化***工作时，打开风机，含有微粒和挥发性有机气体的废气由颗粒物过滤器进入，湿法氧化反应塔的气体进口位于塔底且位于最下端的。在气体的上升过程中，气体与上部喷淋的氧化剂水溶液进行错流反应，氧化反应生产无害物质，同时产生的废水进入塔底储存。经过湿法氧化反应塔吸收大部分VOCs的气体经过经除沫器除雾后，再由管道进入光催化反应模块进行有机废气的进一步氧化净化，有机废气在光催化反应模块产生的紫外线下直接分解或者被催化剂表面的活性自由基氧化，经过三级净化后的废气经由风机驱动，进入烟气排放装置排出。其中，烟气排放装置优选为烟囱。
本发明采用了过滤、湿法氧化设备的化学吸收氧化和UV光催化三种处理方式协同净化，可避免单一的过滤吸吸附法对微颗粒和VOCs的混合物进行彻底净化，单一的化学氧化无法对有机挥发性气体进行高效吸收，单一的UV光催化对高浓度有机挥发性气体的净化效果低等缺陷，能够将多种单独采用过滤、化学吸收氧化或UV光催化无法处理(或者需要大能耗)的废气彻底地分解，大大降低设备成本的投入，且其净化效率高、占地面积小，安装和操作简单、运行费用低，且可以根据废气流量和性质的波动组合其中的2个处理单元(例如湿法氧化+光催化或过滤+湿法氧化)使用。
另外，在光催化反应模块中的光催化反应器中，在经湿法氧化后的废气从反应气进口进入催化反应腔后，可变高压电源通电，采用介质阻挡放电激励发光，并采用放电电压和输入功率可调的可变高压电源激发双层介质之间的低气压混合气体(稀有气体-汞蒸汽或稀有气体-卤素)放电产生准分子紫外辐射，低气压混合气体被激发产生的准分子紫外光向石英套管外的催化反应腔中的挥发性有机废气进一步彻底地分解，分解形成的无害气体从反应气出口排出，并经由风机驱动，进入烟气排放装置排出，彻底地净化了挥发性有机气体，达到零污染排放。根据主要去除气态污染物分子的最大紫外吸收截面所对应的紫外线波长，本发明可调节可变高压电源，也可改变气体填充室中的低气压混合气体，波长λ可调范围在100～400nm之间，从而得到不同波长的紫外光(真空紫外VUV和UV)，也可改变催化剂的种类，从而有针对性地降解不同组分、不同含量的废气，能量利用率更高，废气处理效果好，使污染物得到有效的净化，使用灵活方便。
其中，氮气室可通过氮气进口和氮气出口不断地进出，可带走无极紫外灯的表面热量，同时避免了空气中O2对紫外光的吸收，提高光的利用率。
此外，催化剂长期使用会产生失效，本发明通过催化剂载玻片作为催化剂的载体，可以定期更换，使用方便。另外，外筒体为矩形筒体，方便催化剂载玻片固定，使用更为便利。
具体地，石英套管外表面均匀涂覆有催化剂，进一步提高了催化效果。此外，当催化剂失效后，也可擦拭，并重新涂抹新的催化剂，使用方便。
优选地，催化剂为纯TiO2、分子筛、活性氧化铝或或掺杂非金属元素的TiO2；进一步地优选，催化剂为掺杂石墨烯的TiO2。
具体地，颗粒物过滤器的废气进口处设有导流器，导流器同心设置有多个固定环，任意相邻两个固定环之间通过多个圆周均布并呈辐射状布置的翅板分隔成多个扇形通道。该结构便于废气均匀分布并导流进入颗粒物过滤器的过滤通道中。
进一步地，从颗粒物过滤器的进口往出口方向上，颗粒物过滤器的过滤通道内依次设置有第一级过滤材料、第二级过滤材料和第三级过滤材料，第一级过滤材料为多块平行设置的过滤板，任意相邻两个过滤板之间均设有间隙，每块过滤板上均布有过滤孔；从颗粒物过滤器的进口往出口方向上，过滤板的过滤孔的孔径递减，过滤板的过滤孔的密度递增；第二级过滤材料为玻璃棉，第三级过滤材料为多张层叠设置的滤纸。本发明的三级过滤材料可安装在可拆卸性的多孔支架上，滤料填充时保证气体通过时阻力尽可能低；另外，颗粒物过滤器的壳体一侧可设置多个便于安装三级过滤材料的安装孔，安装完毕后再用法兰盖密封；多级串联的过滤结构的过滤孔径和过滤缝隙宽度逐级递减，实现了对废气的分级过滤净化，增加了过滤面积，增强了过滤效果，进而提高了微颗粒的去除率。
进一步地，湿法氧化反应塔的pH调节剂进口管道连通至pH调节剂储罐，湿法氧化反应塔的氧化剂进口管道连通至氧化剂储槽，湿法氧化反应塔连通有自来水进口管；湿法氧化反应塔内从下往上依次安装除沫器和多个填料层，各填料层上方均设置有喷洒装置，各喷洒装置的进口均通过管道连通至循环泵，循环泵的进口管道连通至湿法氧化反应塔的塔底，湿法氧化反应塔的塔底连通有废水出口管，湿法氧化反应塔的气相进口位于下端的填料层的下方；氧化剂储槽中的氧化剂为氧化性较强的NaClO。湿法氧化反应塔可设置至少一组喷洒装置及除沫器，湿法氧化反应塔内设置喷头将氧化吸收液均匀喷洒在填料上，废气通过填料时，增大废气与氧化吸收液的接触面积，增加吸收效率。本发明的湿法氧化反应塔为非均相反应塔，塔内通过格栅等支撑件安装填料层，填料层中的填料优选为玻璃珠。废气中的有机气体从下往上通过填料塔时，与顶部喷淋的氧化剂错流接触，在填料表面进行非均相反应，从而实现VOCs的高效降解，降解后的气体通过塔顶部的除沫器去除水分后，进入下一个处理单元。喷淋的氧化剂通过循环泵按一定的流量通过喷洒装置往下喷，多次循环饱和后通过废水出口管排出，并从氧化剂储槽补充新鲜氧化剂过来。所采用的氧化剂为NaClO，处理效果好。必要时可以采用pH调节剂储罐调节湿法氧化反应塔内的酸碱度。
进一步地，pH调节剂储罐为硫酸储罐或氢氧化钠储罐，可以进行酸碱调和。
进一步地，在每一层填料层的上方，湿法氧化反应塔的侧壁上均开设有人孔，方便安装检修；湿法氧化反应塔的塔底向一侧凸起并连通有喷淋液收集箱，喷淋液收集箱的箱顶设有内伸至箱底的搅拌器和pH计，自来水进口管、pH调节剂储罐和氧化剂储槽均连通至喷淋液收集箱的箱顶，循环泵的进口管道连通于喷淋液收集箱的箱底，循环泵和喷洒装置的进口之间的管道中设有流量计。喷淋液收集箱的结构方便从上部安装搅拌器和pH计，安装方便，搅拌后浓度均匀；还可根据流量计流速调节循环泵，使喷洒装置的喷洒效果更好；还可针对pH计测得的pH值，通过pH调节剂储罐调节pH，反应效果更好。自来水进口管、pH调节剂储罐和氧化剂储槽均连通至喷淋液收集箱的箱顶，便于直接在喷淋液收集箱中混合均匀，混合液从箱底通过管道进入循环泵的进口进行循环。
另一个可选地改进方案，光催化反应器全部或部分替换为光催化反应箱，光催化反应箱包括箱体，箱体中平行插设有多根UV灯管，箱体的一端进口连通湿法氧化反应塔的顶部气相出口，箱体的另一端出口连通风机进口；UV灯管为185nm-365nm的UV水银灯。UV灯管采购、安装、使用方便，光催化反应箱结构简单，操作方便。
另一个可选地改进方案，氧化剂储槽中的氧化剂NaClO溶液替换为H2O2或Fe/H2O2溶液，湿法氧化反应塔的塔顶内部设有一排光解紫外灯，光解紫外灯位于除沫器下方，这样就构成了UV/H2O2、UV/Fe/H2O2体系。当氧化剂为H2O2溶液时，位于除沫器下方的光解紫外灯可以光分解氧化剂中的双氧水产生·O和·OH自由基，·O和·OH自由基在塔体内部与待降解废气分子碰撞碰撞并反应，提高目标分子的解离率，从而提高了湿法氧化反应塔中的氧化效率。
具体地，所有光催化反应器和/或光催化反应箱采用多组装置并联，以扩大废气处理量，每组之间留有间隙，多组统一安装在不锈钢外壳内构成一个整体的光催化反应模块。
另外，单独采用本发明中的湿法氧化反应塔，对模拟化工有机废气进行实验研究。流程为：废气发生器或废气储气罐出来的废气经过气体混合器混合，再经过气体缓冲器进一步混合均匀后，在引风机作用下进入湿法氧化反应塔内进行降解，反应后的气体通过在线气体分析仪检测其浓度，降解达标后的气体通过排气管排出。
采用玻璃珠为填料的湿法氧化反应塔降解流动态模拟化工有机废气(含二甲苯废气)，二甲苯初始浓度为300-1000mg/m3，气体流速为10-50m3/h，降解废气的方法和效果如下：
含二甲苯废气从废气发生器出气口流出，经过气体混合器和缓冲器混合后，进入湿法氧化反应塔。通过流量计控制气体流速为10-50m3/h，甲苯初始浓度为300-1000mg/m3，浓度稳定后，从氧化剂储槽里用泵将一定浓度为氧化剂从喷淋液收集箱顶部进入并与其他溶液混合搅拌后，通过循环泵打入塔顶并喷洒，与塔底流入的气体进行逆流接触，在填料表面进行非均相反应。
在线气体分析仪同步检测二甲苯的浓度，从而得到其去除效率。结果表明，采用甲苯初始浓度为500mg/m3，在UV/Fe/H2O2体系中，pH为3.5，气体流速为15m3/h，二甲苯去除率达85.3％，去除率高，反应效果好。
另外，单独采用本发明中的光催化反应器，对模拟化工有机废气进行实验研究。流程为：废气发生器或废气储气罐出来的废气经过气体混合器混合，再经过气体缓冲器进一步混合均匀后，在引风机作用下进入光催化反应器内进行降解，反应后的气体通过在线气体分析仪检测其浓度，降解达标后的气体通过排气管排出。
本方案降解流动态模拟化工有机废气(含二甲苯废气)，二甲苯初始浓度为50-300mg/m3，气体流速为10-50m3/h，降解废气的方法和效果如下：
(1)采用KrBr、XeBr两种准分子灯作为光源，催化剂为TiO2，催化剂采用涂覆的方式。
(2)含二甲苯废气从废气发生器出气口流出，经过气体混合器和缓冲器混合后，进入光催化反应器。通过流量计控制气体流速为10-50m3/h，甲苯初始浓度为50-300mg/m3，浓度稳定后，打开准分子光源，进行光催化降解。
(3)在线气体分析仪同步检测二甲苯的浓度，从而得到其去除效率。结果表明，采用XeBr准分子灯，TiO2作为催化剂，二甲苯初始浓度为110mg/m3，气体流速为15m3/h，二甲苯去除率达72.5％，二甲苯去除率更高，反应效果更好。
为了提高光解效率，也可在气体中通入水蒸气，水分子在紫外光的作用下，分解成·O和·OH自由基，提高光解效果。
另外，单独采用本发明中的光催化反应箱，对模拟化工有机废气进行实验研究。以14W的UV紫外灯为激发光源，通过合理的结构优化，设计成可操作性的小流量成套样机，用于模拟化工有机废气降解。废气流量为20-30m3/h，微颗粒物浓度为100mg/m3,VOCs浓度在81.2mg/m3，微颗粒和有机物均得到有效去除，组合装置颗粒物去除率超过85％，甲苯去除率超过50％，颗粒物和挥发性有机气体综合去除效果更好。
因此，本发明可以根据废气流量和性质的波动组合其中的2个处理单元(例如湿法氧化+光催化或多级过滤+湿法氧化)使用，颗粒物和挥发性有机气体综合去除效果更好。
本发明的一种针对微颗粒和挥发性有机气体的混合物的净化***的有益效果是：
1.本发明采用了过滤、湿法氧化设备的化学吸收氧化和UV光催化三种处理方式协同净化，可避免单一的过滤吸吸附法对微颗粒和VOCs的混合物进行彻底净化，单一的化学氧化无法对有机挥发性气体进行高效吸收，单一的UV光催化对高浓度有机挥发性气体的净化效果低等缺陷，能够将多种单独采用过滤、化学吸收氧化或UV光催化无法处理(或者需要大能耗)的废气彻底地分解，大大降低设备成本的投入，且其净化效率高、占地面积小，安装和操作简单、运行费用低，且可以根据废气流量和性质的波动组合其中的2个处理单元(例如湿法氧化+光催化或过滤+湿法氧化)使用；
2.根据主要去除气态污染物分子的最大紫外吸收截面所对应的紫外线波长，本发明可调节可变高压电源，也可改变气体填充室中的低气压混合气体，波长λ可调范围在100～400nm之间，从而得到不同波长的紫外光(真空紫外VUV和UV)，也可改变催化剂的种类，从而有针对性地降解不同组分、不同含量的废气，能量利用率更高，废气处理效果好，使污染物得到有效的净化，使用灵活方便；不需使用活性炭吸附，净化效率高，成本低，使用简单；
3.氮气室可通过氮气进口和氮气出口不断地进出，可带走无极紫外灯的表面热量，同时避免了空气中O2对紫外光的吸收，提高光的利用率；
4.催化剂长期使用会产生失效，本发明通过催化剂载玻片作为催化剂的载体，可以定期更换，使用方便；
5.外筒体为矩形筒体，方便催化剂载玻片固定，使用更为便利。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明的一种针对微颗粒和挥发性有机气体的混合物的净化***的工艺流程图；
图2是本发明的一种针对微颗粒和挥发性有机气体的混合物的净化***的打开侧盖后的颗粒物过滤器的主视图；
图3是本发明的一种针对微颗粒和挥发性有机气体的混合物的净化***的导流器的右视图；
图4是本发明的一种针对微颗粒和挥发性有机气体的混合物的净化***的湿法氧化反应塔的湿法氧化工艺流程图；
图5是本发明的一种针对微颗粒和挥发性有机气体的混合物的净化***的光催化反应器的全剖示意图；
图6是本发明的一种针对微颗粒和挥发性有机气体的混合物的净化***的光催化反应箱的全剖示意图。
其中:1.颗粒物过滤器，11.导流器，111.固定环，112.翅板，113.扇形通道，12.第一级过滤材料，13.第二级过滤材料，14.第三级过滤材料；2.湿法氧化反应塔，21.除沫器，22.填料层，23.喷洒装置，24.光解紫外灯，25.人孔，26.喷淋液收集箱，27.搅拌器，28.pH计，29.流量计；3.光催化反应模块，31.光催化反应器，311.无极紫外灯，3111.内电极，3112.外电极，3113.可变高压电源，3114.气体填充室，312.石英套管，313.外筒体，314.管板，3141.反应气进口，3142.反应气出口，315.催化反应腔，316.聚四氟乙烯多孔环，317.氮气室，318.催化剂载玻片，32.光催化反应箱，321.箱体，322.UV灯管；4.风机；5.烟气排放装置；6.pH调节剂储罐；7.氧化剂储槽；8.自来水进口管；9.循环泵；10.废水出口管。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1-图6所示的本发明的一种针对微颗粒和挥发性有机气体的混合物的净化***的具体实施例，其包括依次管道连通的颗粒物过滤器1、湿法氧化反应塔2、光催化反应模块3、风机4和烟气排放装置5；光催化反应模块3为单个光催化反应器31或多个并联设置的光催化反应器31；光催化反应器31包括无极紫外灯311、石英套管312和外筒体313，无极紫外灯311包括内电极3111、外电极3112和可变高压电源3113，内电极3111和外电极3112之间设有气体填充室3114，气体填充室3114内充有惰性气体与卤素气体的混合气体或惰性气体与汞蒸汽的混合气体，内电极3111和外电极3112一一对应地连接至可变高压电源3113的正负极；石英套管312和外筒体313从内向外依次套设于无极紫外灯311上，石英套管312的两端外部套设有管板314，外筒体313通过管板314固定于石英套管312上，一个管板314上设有反应气进口3141，反应气进口3141管道连通湿法氧化反应塔2的塔顶气相出口，湿法氧化反应塔2的塔顶气相出口处设有除沫器21，湿法氧化反应塔2的气相进口位于塔底；另一个管板314上设有反应气出口3142，反应气出口3142管道连通风机4进口；外筒体313、两个管板314和石英套管312之间构成催化反应腔315；石英套管312的两端内部固定有聚四氟乙烯多孔环316，无极紫外灯311的两端一一对应地穿设于两个聚四氟乙烯多孔环316中；石英套管312、两个聚四氟乙烯多孔环316和无极紫外灯311之间构成氮气室317；石英套管312的一端为氮气进口，石英套管312的另一端为氮气出口，氮气进口和氮气出口分别通过各自的聚四氟乙烯多孔环316上的通孔连通氮气室317；外筒体313为矩形筒体，外筒体313的每个内壁上均匀固定有多个催化剂载玻片318，催化剂载玻片318上均匀涂覆有催化剂。
本实施例的净化***工作时，打开风机4，含有微粒和挥发性有机气体的废气由颗粒物过滤器1进入，湿法氧化反应塔2的气体进口位于塔底且位于最下端的。在气体的上升过程中，气体与上部喷淋的氧化剂水溶液进行错流反应，氧化反应生产无害物质，同时产生的废水进入塔底储存。经过湿法氧化反应塔2吸收大部分VOCs的气体经过经除沫器21除雾后，再由管道进入光催化反应模块3进行有机废气的进一步氧化净化，有机废气在光催化反应模块3产生的紫外线下直接分解或者被催化剂表面的活性自由基氧化，经过三级净化后的废气经由风机4驱动，进入烟气排放装置5排出。其中，烟气排放装置5优选为烟囱。
本实施例采用了过滤、湿法氧化设备的化学吸收氧化和UV光催化三种处理方式协同净化，可避免单一的过滤吸吸附法对微颗粒和VOCs的混合物进行彻底净化，单一的化学氧化无法对有机挥发性气体进行高效吸收，单一的UV光催化对高浓度有机挥发性气体的净化效果低等缺陷，能够将多种单独采用过滤、化学吸收氧化或UV光催化无法处理(或者需要大能耗)的废气彻底地分解，大大降低设备成本的投入，且其净化效率高、占地面积小，安装和操作简单、运行费用低，且可以根据废气流量和性质的波动组合其中的2个处理单元(例如湿法氧化+光催化或过滤+湿法氧化)使用。
另外，在光催化反应模块3中的光催化反应器31中，在经湿法氧化后的废气从反应气进口3141进入催化反应腔315后，可变高压电源3113通电，采用介质阻挡放电激励发光，并采用放电电压和输入功率可调的可变高压电源3113激发双层介质之间的低气压混合气体(稀有气体-汞蒸汽或稀有气体-卤素)放电产生准分子紫外辐射，低气压混合气体被激发产生的准分子紫外光向石英套管312外的催化反应腔315中的挥发性有机废气进一步彻底地分解，分解形成的无害气体从反应气出口3142排出，并经由风机4驱动，进入烟气排放装置5排出，彻底地净化了挥发性有机气体，达到零污染排放。根据主要去除气态污染物分子的最大紫外吸收截面所对应的紫外线波长，本实施例可调节可变高压电源3113，也可改变气体填充室3114中的低气压混合气体，波长λ可调范围在100～400nm之间，从而得到不同波长的紫外光(真空紫外VUV和UV)，也可改变催化剂的种类，从而有针对性地降解不同组分、不同含量的废气，能量利用率更高，废气处理效果好，使污染物得到有效的净化，使用灵活方便。
其中，氮气室317可通过氮气进口和氮气出口不断地进出，可带走无极紫外灯311的表面热量，同时避免了空气中O2对紫外光的吸收，提高光的利用率。
此外，催化剂长期使用会产生失效，本实施例通过催化剂载玻片318作为催化剂的载体，可以定期更换，使用方便。另外，外筒体313为矩形筒体，方便催化剂载玻片318固定，使用更为便利。
具体地，石英套管312外表面均匀涂覆有催化剂，进一步提高了催化效果。此外，当催化剂失效后，也可擦拭，并重新涂抹新的催化剂，使用方便。
优选地，催化剂为纯TiO2、分子筛、活性氧化铝或或掺杂非金属元素的TiO2；进一步地优选，催化剂为掺杂石墨烯的TiO2。
具体地，颗粒物过滤器1的废气进口处设有导流器11，导流器11同心设置有多个固定环111，任意相邻两个固定环111之间通过多个圆周均布并呈辐射状布置的翅板112分隔成多个扇形通道113。该结构便于废气均匀分布并导流进入颗粒物过滤器1的过滤通道中。
进一步地，从颗粒物过滤器1的进口往出口方向上，颗粒物过滤器1的过滤通道内依次设置有第一级过滤材料12、第二级过滤材料13和第三级过滤材料14，第一级过滤材料12为多块平行设置的过滤板，任意相邻两个过滤板之间均设有间隙，每块过滤板上均布有过滤孔；从颗粒物过滤器1的进口往出口方向上，过滤板的过滤孔的孔径递减，过滤板的过滤孔的密度递增；第二级过滤材料13为玻璃棉，第三级过滤材料14为多张层叠设置的滤纸。本实施例的三级过滤材料可安装在可拆卸性的多孔支架上，滤料填充时保证气体通过时阻力尽可能低；另外如图2所示，颗粒物过滤器1的壳体一侧可设置多个便于安装三级过滤材料的安装孔，安装完毕后再用法兰盖密封；多级串联的过滤结构的过滤孔径和过滤缝隙宽度逐级递减，实现了对废气的分级过滤净化，增加了过滤面积，增强了过滤效果，进而提高了微颗粒的去除率。
进一步地，湿法氧化反应塔2的pH调节剂进口管道连通至pH调节剂储罐6，湿法氧化反应塔2的氧化剂进口管道连通至氧化剂储槽7，湿法氧化反应塔2连通有自来水进口管8；湿法氧化反应塔2内从下往上依次安装除沫器21和多个填料层22，各填料层22上方均设置有喷洒装置23，各喷洒装置23的进口均通过管道连通至循环泵9，循环泵9的进口管道连通至湿法氧化反应塔2的塔底，湿法氧化反应塔2的塔底连通有废水出口管10，湿法氧化反应塔2的气相进口位于下端的填料层22的下方；氧化剂储槽7中的氧化剂为氧化性较强的NaClO。湿法氧化反应塔2可设置至少一组喷洒装置23及除沫器21，湿法氧化反应塔2内设置喷头将氧化吸收液均匀喷洒在填料上，废气通过填料时，增大废气与氧化吸收液的接触面积，增加吸收效率。本实施例的湿法氧化反应塔2为非均相反应塔，塔内通过格栅等支撑件安装填料层22，填料层22中的填料优选为玻璃珠。废气中的有机气体从下往上通过填料塔时，与顶部喷淋的氧化剂错流接触，在填料表面进行非均相反应，从而实现VOCs的高效降解，降解后的气体通过塔顶部的除沫器21去除水分后，进入下一个处理单元。喷淋的氧化剂通过循环泵9按一定的流量通过喷洒装置23往下喷，多次循环饱和后通过废水出口管10排出，并从氧化剂储槽7补充新鲜氧化剂过来。所采用的氧化剂为NaClO，处理效果好。必要时可以采用pH调节剂储罐6调节湿法氧化反应塔2内的酸碱度。
进一步地，pH调节剂储罐6为硫酸储罐或氢氧化钠储罐，可以进行酸碱调和。
进一步地，在每一层填料层22的上方，湿法氧化反应塔2的侧壁上均开设有人孔25，方便安装检修；湿法氧化反应塔2的塔底向一侧凸起并连通有喷淋液收集箱26，喷淋液收集箱26的箱顶设有内伸至箱底的搅拌器27和pH计28，自来水进口管8、pH调节剂储罐6和氧化剂储槽7均连通至喷淋液收集箱26的箱顶，循环泵9的进口管道连通于喷淋液收集箱26的箱底，循环泵9和喷洒装置23的进口之间的管道中设有流量计29。喷淋液收集箱26的结构方便从上部安装搅拌器27和pH计28，安装方便，搅拌后浓度均匀；还可根据流量计29流速调节循环泵9，使喷洒装置23的喷洒效果更好；还可针对pH计28测得的pH值，通过pH调节剂储罐6调节pH，反应效果更好。自来水进口管8、pH调节剂储罐6和氧化剂储槽7均连通至喷淋液收集箱26的箱顶，便于直接在喷淋液收集箱26中混合均匀，混合液从箱底通过管道进入循环泵9的进口进行循环。
另一个可选地改进方案，光催化反应器31全部或部分替换为光催化反应箱32，光催化反应箱32包括箱体321，箱体321中平行插设有多根UV灯管322，箱体321的一端进口连通湿法氧化反应塔2的顶部气相出口，箱体321的另一端出口连通风机4进口；UV灯管322为185nm-365nm的UV水银灯。UV灯管322采购、安装、使用方便，光催化反应箱32结构简单，操作方便。
另一个可选地改进方案，氧化剂储槽7中的氧化剂NaClO溶液替换为H2O2或Fe/H2O2溶液，湿法氧化反应塔2的塔顶内部设有一排光解紫外灯24，光解紫外灯24位于除沫器21下方，这样就构成了UV/H2O2、UV/Fe/H2O2体系。当氧化剂为H2O2溶液时，位于除沫器21下方的光解紫外灯24可以光分解氧化剂中的双氧水产生·O和·OH自由基，·O和·OH自由基在塔体内部与待降解废气分子碰撞碰撞并反应，提高目标分子的解离率，从而提高了湿法氧化反应塔2中的氧化效率。
具体地，所有光催化反应器31和/或光催化反应箱32采用多组装置并联，以扩大废气处理量，每组之间留有间隙，多组统一安装在不锈钢外壳内构成一个整体的光催化反应模块3。
另外，单独采用本发明中的湿法氧化反应塔2，对模拟化工有机废气进行实验研究。流程为：废气发生器或废气储气罐出来的废气经过气体混合器混合，再经过气体缓冲器进一步混合均匀后，在引风机作用下进入湿法氧化反应塔2内进行降解，反应后的气体通过在线气体分析仪检测其浓度，降解达标后的气体通过排气管排出。
采用玻璃珠为填料的湿法氧化反应塔2降解流动态模拟化工有机废气(含二甲苯废气)，二甲苯初始浓度为300-1000mg/m3，气体流速为10-50m3/h，降解废气的方法和效果如下：
含二甲苯废气从废气发生器出气口流出，经过气体混合器和缓冲器混合后，进入湿法氧化反应塔2。通过流量计控制气体流速为10-50m3/h，甲苯初始浓度为300-1000mg/m3，浓度稳定后，从氧化剂储槽7里用泵将一定浓度为氧化剂从喷淋液收集箱26顶部进入并与其他溶液混合搅拌后，通过循环泵9打入塔顶并喷洒，与塔底流入的气体进行逆流接触，在填料表面进行非均相反应。
在线气体分析仪同步检测二甲苯的浓度，从而得到其去除效率。结果表明，采用甲苯初始浓度为500mg/m3，在UV/Fe/H2O2体系中，pH为3.5，气体流速为15m3/h，二甲苯去除率达85.3％，去除率高，反应效果好。
另外，单独采用本发明中的光催化反应器31，对模拟化工有机废气进行实验研究。流程为：废气发生器或废气储气罐出来的废气经过气体混合器混合，再经过气体缓冲器进一步混合均匀后，在引风机作用下进入光催化反应器31内进行降解，反应后的气体通过在线气体分析仪检测其浓度，降解达标后的气体通过排气管排出。
本方案降解流动态模拟化工有机废气(含二甲苯废气)，二甲苯初始浓度为50-300mg/m3，气体流速为10-50m3/h，降解废气的方法和效果如下：
(1)采用KrBr、XeBr两种准分子灯作为光源，催化剂为TiO2，催化剂采用涂覆的方式。
(2)含二甲苯废气从废气发生器出气口流出，经过气体混合器和缓冲器混合后，进入光催化反应器31。通过流量计控制气体流速为10-50m3/h，甲苯初始浓度为50-300mg/m3，浓度稳定后，打开准分子光源，进行光催化降解。
(3)在线气体分析仪同步检测二甲苯的浓度，从而得到其去除效率。结果表明，采用XeBr准分子灯，TiO2作为催化剂，二甲苯初始浓度为110mg/m3，气体流速为15m3/h，二甲苯去除率达72.5％，二甲苯去除率更高，反应效果更好。
为了提高光解效率，也可在气体中通入水蒸气，水分子在紫外光的作用下，分解成·O和·OH自由基，提高光解效果。
另外，单独采用本发明中的光催化反应箱32，对模拟化工有机废气进行实验研究。以14W的UV紫外灯为激发光源，通过合理的结构优化，设计成可操作性的小流量成套样机，用于模拟化工有机废气降解。废气流量为20-30m3/h，微颗粒物浓度为100mg/m3,VOCs浓度在81.2mg/m3，微颗粒和有机物均得到有效去除，组合装置颗粒物去除率超过85％，甲苯去除率超过50％，颗粒物和挥发性有机气体综合去除效果更好。
因此，本实施例可以根据废气流量和性质的波动组合其中的2个处理单元(例如湿法氧化+光催化或多级过滤+湿法氧化)使用，颗粒物和挥发性有机气体综合去除效果更好。
应当理解，以上所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。由本发明的精神所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种针对微颗粒和挥发性有机气体的混合物的净化***，其特征在于：包括依次管道连通的颗粒物过滤器(1)、湿法氧化反应塔(2)、光催化反应模块(3)、风机(4)和烟气排放装置(5)；所述光催化反应模块(3)为单个光催化反应器(31)或多个并联设置的光催化反应器(31)；所述光催化反应器(31)包括无极紫外灯(311)、石英套管(312)和外筒体(313)，所述无极紫外灯(311)包括内电极(3111)、外电极(3112)和可变高压电源(3113)，所述内电极(3111)和外电极(3112)之间设有气体填充室(3114)，所述气体填充室(3114)内充有惰性气体与卤素气体的混合气体或惰性气体与汞蒸汽的混合气体，所述内电极(3111)和外电极(3112)一一对应地连接至可变高压电源(3113)的正负极；所述石英套管(312)和外筒体(313)从内向外依次套设于无极紫外灯(311)上，所述石英套管(312)的两端外部套设有管板(314)，所述外筒体(313)通过管板(314)固定于石英套管(312)上，一个管板(314)上设有反应气进口(3141)，所述反应气进口(3141)管道连通湿法氧化反应塔(2)的塔顶气相出口，所述湿法氧化反应塔(2)的塔顶气相出口处设有除沫器(21)，所述湿法氧化反应塔(2)的气相进口位于塔底；另一个管板(314)上设有反应气出口(3142)，所述反应气出口(3142)管道连通风机(4)进口；所述外筒体(313)、两个管板(314)和石英套管(312)之间构成催化反应腔(315)；所述石英套管(312)的两端内部固定有聚四氟乙烯多孔环(316)，所述无极紫外灯(311)的两端一一对应地穿设于两个聚四氟乙烯多孔环(316)中；所述石英套管(312)、两个聚四氟乙烯多孔环(316)和无极紫外灯(311)之间构成氮气室(317)；所述石英套管(312)的一端为氮气进口，所述石英套管(312)的另一端为氮气出口，所述氮气进口和氮气出口分别通过各自的聚四氟乙烯多孔环(316)上的通孔连通氮气室(317)；所述外筒体(313)为矩形筒体，所述外筒体(313)的每个内壁上均匀固定有多个催化剂载玻片(318)，所述催化剂载玻片(318)上均匀涂覆有催化剂。
2.根据权利要求1所述的一种针对微颗粒和挥发性有机气体的混合物的净化***，其特征在于：所述石英套管(312)外表面均匀涂覆有催化剂。
3.根据权利要求1或2所述的一种针对微颗粒和挥发性有机气体的混合物的净化***，其特征在于：所述催化剂为纯TiO2、分子筛、活性氧化铝或或掺杂非金属元素的TiO2。
4.根据权利要求1所述的一种针对微颗粒和挥发性有机气体的混合物的净化***，其特征在于：所述颗粒物过滤器(1)的废气进口处设有导流器(11)，所述导流器(11)同心设置有多个固定环(111)，任意相邻两个固定环(111)之间通过多个圆周均布并呈辐射状布置的翅板(112)分隔成多个扇形通道(113)。
5.根据权利要求1、2或4所述的一种针对微颗粒和挥发性有机气体的混合物的净化***，其特征在于：从颗粒物过滤器(1)的进口往出口方向上，所述颗粒物过滤器(1)的过滤通道内依次设置有第一级过滤材料(12)、第二级过滤材料(13)和第三级过滤材料(14)，第一级过滤材料(12)为多块平行设置的过滤板，任意相邻两个过滤板之间均设有间隙，每块过滤板上均布有过滤孔；从颗粒物过滤器(1)的进口往出口方向上，所述过滤板的过滤孔的孔径递减，所述过滤板的过滤孔的密度递增；第二级过滤材料(13)为玻璃棉，第三级材料为多张层叠设置的滤纸。
6.根据权利要求1所述的一种针对微颗粒和挥发性有机气体的混合物的净化***，其特征在于：所述湿法氧化反应塔(2)的pH调节剂进口管道连通至pH调节剂储罐(6)，所述湿法氧化反应塔(2)的氧化剂进口管道连通至氧化剂储槽(7)，所述湿法氧化反应塔(2)连通有自来水进口管(8)；所述湿法氧化反应塔(2)内从下往上依次安装除沫器(21)和多个填料层(22)，各填料层(22)上方均设置有喷洒装置(23)，各喷洒装置(23)的进口均通过管道连通至循环泵(9)，所述循环泵(9)的进口管道连通至湿法氧化反应塔(2)的塔底，湿法氧化反应塔(2)的塔底连通有废水出口管(10)，所述湿法氧化反应塔(2)的气相进口位于下端的填料层(22)的下方；所述氧化剂储槽(7)中的氧化剂为NaClO。
7.根据权利要求6所述的一种针对微颗粒和挥发性有机气体的混合物的净化***，其特征在于：所述pH调节剂储罐(6)为硫酸储罐或氢氧化钠储罐。
8.根据权利要求6或7所述的一种针对微颗粒和挥发性有机气体的混合物的净化***，其特征在于：在每一层填料层(22)的上方，所述湿法氧化反应塔(2)的侧壁上均开设有人孔(25)；所述湿法氧化反应塔(2)的塔底向一侧凸起并连通有喷淋液收集箱(26)，所述喷淋液收集箱(26)的箱顶设有内伸至箱底的搅拌器(27)和pH计(28)，所述自来水进口管(8)、pH调节剂储罐(6)和氧化剂储槽(7)均连通至喷淋液收集箱(26)的箱顶，所述循环泵(9)的进口管道连通于喷淋液收集箱(26)的箱底，所述循环泵(9)和喷洒装置(23)的进口之间的管道中设有流量计(29)。
9.根据权利要求1所述的一种针对微颗粒和挥发性有机气体的混合物的净化***，其特征在于：所述光催化反应器(31)全部或部分替换为光催化反应箱(32)，所述光催化反应箱(32)包括箱体(321)，所述箱体(321)中平行插设有多根UV灯管(322)，所述箱体(321)的一端进口连通湿法氧化反应塔(2)的顶部气相出口，所述箱体(321)的另一端出口连通风机(4)进口；所述UV灯管(322)为185nm-365nm的UV水银灯。
10.根据权利要求6所述的一种针对微颗粒和挥发性有机气体的混合物的净化***，其特征在于：所述氧化剂储槽(7)中的氧化剂NaClO溶液替换为H2O2或Fe/H2O2溶液，所述湿法氧化反应塔(2)的塔顶内部设有一排光解紫外灯(24)，所述光解紫外灯(24)位于除沫器(21)下方。
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