CN108355469B - 一种两段式等离子体耦合深度净化餐饮废气的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种两段式等离子体耦合深度净化餐饮废气的方法，该方法先通过高压静电等离子体反应器对餐饮废气中的液滴进行荷电分离，同时使挥发性有机化合物长碳链断裂成短碳链小分子化合物，再利用微波等离子体反应器吸附餐饮废气中的短碳链挥发性有机化合物，并使其分解成二氧化碳和水，可以有效去除餐饮废气中的污染物，使得处理后的气体可以直接排放大气，该方法操作简单，运行能耗低，对餐饮废气的去除率高。

Description

一种两段式等离子体耦合深度净化餐饮废气的方法
技术领域
本发明属于烟气净化领域，具体涉及一种两段式等离子体耦合深度净化餐饮废气的方法。
背景技术
近年来，随着我国城市化进程的快速推动，餐饮行业呈现井喷式发展，导致了餐饮废气污染的日趋严重。在高温的条件先，食用油产生大量热氧化分解产物，当发烟点达到170℃时，出现初期分解的蓝烟雾，随着温度的继续升高，分解速度加快，当温度达到250℃时，油面出现大量油烟，并伴有刺鼻气味。餐饮废气污染物主要包括食用油和菜品所含有机物及其热氧化和热裂解产生的挥发组分、燃料燃烧产生的污染组分。
相关研究表明，餐饮油烟对PM2.5的贡献可达13％，已经被视作和工业废气、机动车尾气一起的城市大气污染的“三大杀手”。除此之外，餐饮油烟中含有大量的NOX/多环芳烃等“三致”物质，常规的处理技术很难进行达标处理。目前已有的餐饮烟气处理技术，如湿法喷淋处理技术、过滤处理技术、光解处理技术、静电处理技术等，均存在污染物综合处理效果差、不能完全达标排放，运行能耗高等缺点。
因此，亟需一种高效低耗、去除效率高且操作简单方便的餐饮废气净化方法。
发明内容
为了克服上述问题，本发明人进行了锐意研究，结果发现：先通过高压静电等离子体反应器对餐饮废气中的液滴进行荷电分离，同时使挥发性有机化合物长碳链断裂成短碳链小分子化合物，再利用微波等离子体反应器吸附餐饮废气中的短碳链挥发性有机化合物，并使其分解成二氧化碳和水，可以有效去除餐饮废气中的污染物，使得处理后的气体可以直接排放大气，从而完成了本发明。
具体来说，本发明的目的在于提供以下方面：
(1)、一种净化餐饮废气的方法，其中，该方法包括以下步骤：
步骤(1)，对餐饮废气进行初步分离和初步分解，除去部分废气；
步骤(2)，对经步骤(1)处理后的剩余餐饮废气进行二次处理，得到净化气体。
(2)、根据上述(1)所述的净化餐饮废气的方法，其中，步骤(1)中，所述初步分离和初步分解在高压静电等离子体反应器中进行。
(3)、根据上述(2)所述的净化餐饮废气的方法，其中，所述初步分离为利用高压放电对餐饮废气中不同粒径的废气液滴进行荷电分离，和/或
所述初步分解为将餐饮废气中挥发性有机化合物的长碳链断裂成短碳链的化合物。
(4)、根据上述(2)所述的净化餐饮废气的方法，其中，所述高压静电等离子体反应器通过均匀设置在内部的电极管对餐饮废气进行分离和初步分解，所述电极管的数量由餐饮废气量决定，
优选地，所述电极管并联设置，所述电极管的设置方向与气流的方向一致。
(5)、根据上述(1)所述的净化餐饮废气的方法，其中，步骤(2)中，所述剩余餐饮废气的二次处理在微波等离子体反应器中进行，所述二次处理包括对剩余餐饮废气进行吸附和二次分解。
(6)、根据上述(5)所述的净化餐饮废气的方法，其中，所述吸附是通过设置在微波等离子体反应器中的吸附柱实现的，和/或
所述二次分解是通过微波等离子体将吸附柱吸附的剩余餐饮废气进行分解。
(7)、根据上述(6)所述的净化餐饮废气的方法，其中，所述吸附柱具有多个，其设置方向与气流方向一致。
(8)、根据上述(7)所述的净化餐饮废气的方法，其中，所述吸附柱具有规整结构，优选为规整活性炭吸附柱。
(9)、一种净化餐饮废气的***，优选用于实施上述(1) 至(8)之一所述的净化餐饮废气方法的***，其中，所述***包括连通的高压静电等离子体反应器4和微波等离子体反应器 6。
(10)、根据上述(9)所述的***，其中，所述高压静电等离子体反应器4包括高压静电箱体44，在高压静电箱体44内均匀设置有电极管42，所述电极管42并联设置，和/或
所述微波等离子体反应器6包括微波箱体63，在所述微波箱体63内均匀设置有多个吸附柱62，用于吸附剩余餐饮废气。
本发明所具有的有益效果包括：
(1)本发明提供的净化餐饮废气的方法，通过两段式等离子体耦合深度净化，兼具分离油烟废气液滴和净化气相挥发性有机化合物的作用，装置简单，操作方便，流程短，运行能耗低；
(2)本发明提供的净化餐饮废气的方法，利用高压静电的作用分离大粒径废气液滴，同时将气相污染物的长碳链断裂成短碳链，去除效率高；
(3)本发明提供的净化餐饮废气的方法，利用活性炭的吸附和微波的降解作用，能够高效去除挥发性气态污染物，使得处理后的气体达到标准，能够直接排放至大气。
附图说明
图1为本发明所述净化餐饮废气***的正面结构示意图；
图2为本发明所述净化餐饮废气***的立体结构示意图；
图3为本发明所述高压静电等离子体反应器的立体结构示意图；
图4a为本发明所述微波等离子体反应器的立体结构示意图；
图4b为本发明所述微波等离子体反应器的左视示意图。
附图标记
1-风速风量计；
2-探头；
3-进气口；
4-高压静电等离子体反应器；
41-电极；
42-电极管；
43-空隙；
44-高压静电箱体；
5-第一收缩气口；
6-微波等离子体反应器；
61-微波磁控管头；
62-吸附柱；
63-微波箱体；
64-箱体门；
7-第二收缩气口；
8-调节阀；
9-扩张气口；
10-排烟风机；
11-排气口；
12-控制柜。
具体实施方式
下面通过优选实施方式和实施例对本发明进一步详细说明。通过这些说明，本发明的特点和优点将变得更为清楚明确。
在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。
在本发明中，餐饮废气具有气态、液态、固态三种形式，气态污染物(VOCs)与空气形成混合气体；大颗粒的液态、固态污染物分布在空气中形成可自然沉降悬浊物；小颗粒的液态、固态污染物分布在空气中形成相对稳定的气溶胶，从厨房未经处理直接排出的餐饮废气同时含有上述3中形态的污染物。
根据本发明的第一方面，提供了一种净化餐饮废气的方法，该方法包括以下步骤：
步骤(1)，对餐饮废气进行初步分离和初步分解。
根据本发明一种优选的实施方式，所述餐饮废气的初步分离和初步分解在高压静电等离子体反应器中进行。
其中，高压静电等离子体反应器是高压静电与等离子体的合成。等离子体是由离子、电子、自由基和激发态原子或分子等物种组成，属固态、液态、气态之外第四种状态，由于在一定的空间范围内气体中的正、负电荷相等，故之形成等离子体。
在进一步优选的实施方式中，所述初步分离为利用高压放电对餐饮废气中不同粒径的废气液滴进行荷电分离。
在本发明中，所述餐饮废气包括废气液滴和挥发性有机化合物。
在更进一步优选的实施方式中，所述初步分解为将餐饮废气中挥发性有机化合物的长碳链断裂成短碳链的化合物。
其中，所述短碳链的化合物进入下一级净化设备。
本发明人发现，在高压放电过程中产生的高活性强氧化物种可以将挥发性有机化合物的长碳链断裂成短碳链的化合物，实现污染物的初步分解。
根据本发明一种优选的实施方式中，所述高压静电等离子体反应器的入口风速为5～25m/s，压力降为100～300Pa。
优选地，所述高压静电等离子体反应器的电压为10～15kV。
在本发明中，高压静电等离子体反应器的能量消耗和风机选择的依据是压力降，所述压力降指的是两个同压力面的压力值之差，反映了压力在一段管路的损失变化情况。选择合适的入口风速及压力降能够有效提高分离效率。
在进一步优选的实施方式中，所述高压静电等离子体反应器通过均匀设置在内部的电极管对餐饮废气进行分离和初步分解，所述电极管的数量由餐饮废气量决定。
其中，所述电极管的数量不限，根据通入的餐饮废气量具体设置，可以为单个或多个并联组成。
在更进一步优选的实施方式中，所述电极管并联设置，在所述电机管内部设置有电极，
所述电极和电极管之间具有空隙，使得餐饮废气通过。
优选地，所述电极管的设置方向与气流的方向一致。
步骤(2)，对经步骤(1)处理后的剩余餐饮废气进行二次处理，得到净化气体。
根据本发明一种优选的实施方式，所述剩余餐饮废气的二次处理在微波等离子体反应器中进行。
其中，所述剩余餐饮废气的主要成分为短碳链的化合物，其经高压静电等离子体反应器排出，进入微波等离子体反应器。
在进一步优选的实施方式中，所述二次处理包括对剩余餐饮废气进行吸附和二次分解。
其中，本发明人经过研究发现，微波等离子体反应器具有较高的电离和分解程度，由于其没有内部电极，在反应器内没有工作气体以外的任何物质，无污染源。
在更进一步优选的实施方式中，所述吸附是通过设置在微波等离子体反应器中的吸附柱实现的。
根据本发明一种优选的实施方式，所述二次分解是通过微波等离子体将吸附柱吸附的剩余油烟废气进行分解。
其中，所述二次分解是利用微波等离子体的致热效应和诱导产生强氧化活性物种的作用，将吸附柱吸附的剩余餐饮废气的短碳链化合物分解成二氧化碳和水。
在进一步优选的实施方式中，所述微波等离子体反应器包括微波磁控管头和微波箱体，在所述微波箱体内设置有吸附柱，用于吸附剩余餐饮废气。
其中，所述微波磁控管头的作用是将微波电源供给微波磁控管头的低频电能在微波头中由磁控管转化成高频微波能。其数量不限，可以具有单个或多个，由实际分解过程中的剩余餐饮废气量决定。
在更一步优选的实施方式中，所述吸附柱具有多个，其设置方向与气流方向一致。
优选地，所述吸附柱具有规整结构，优选为规整活性炭吸附柱。
本发明人发现，将吸附柱设置为规整结构，能够通过简单的串联或并联实现吸附柱的放大，提升吸附作用。
在本发明中，利用上述方法对餐饮废气进行两段式等离子体耦合的深度净化，能够使餐饮废气在经过两级处理后，气态污染物的降解率达到85％以上，最终排气可以达到排放标准直接排放大气。
根据本发明的第二方面，提供了一种上述净化餐饮废气方法所利用的净化餐饮废气***，如图1～4所示，所述***包括连通的高压静电等离子体反应器4和微波等离子体反应器6。
在本发明中，以餐饮废气气流通入的方向为左侧，排出的方向为右侧。
根据本发明一种优选的实施方式，如图3所示，所述高压静电等离子体反应器4包括高压静电44，在高压静电箱体44内均匀设置有电极管42，所述电极管42并联设置。
其中，所述电极管42的数量不限，其根据通入的餐饮废气量具体设置，可以为单个或多个并联组成。
在进一步优选的实施方式中，所述电极管42的设置方向与气流的方向一致。
在更进一步优选的实施方式中，在所述电极管42的内部设置有电极41，
所述电极41与电极管42之间具有空隙43，使得餐饮废气通过。
根据本发明一种优选的实施方式，如图1和2所示，所述微波等离子体反应器6通过第一收缩气口5与高压静电等离子体反应器4相连，所述剩余餐饮废气由高压静电等离子体反应器4排出，经过第一收缩气口5进入微波等离子体反应器6。
在进一步优选的实施方式中，如图4a所示，所述微波等离子体反应器6包括微波磁控管头61和连接在其一侧的微波箱体 63，所述微波磁控管头61用于为反应器提供微波能，所述微波箱体63为废气净化提供反应场所。
优选地，所述微波箱体63的一侧还设置有箱体门64。
其中，微波磁控管头61的作用是将微波电源供给微波磁控管头的低频电能在微波头中由磁控管转化成高频微波能。
在更进一步优选的实施方式中，所述微波磁控管头61的数量不限，其可以具有单个或多个，由实际分解过程中的剩余餐饮废气量决定。
根据本发明一种优选的实施方式，在所述微波箱体63内均匀设置有多个吸附柱62，用于吸附剩余餐饮废气。
在进一步优选的实施方式中，如图4b所示，所述吸附柱62 的设置方向与气流方向一致。
在更进一步优选的实施方式中，所述吸附柱62具有规整结构，优选为具有规整结构的活性炭吸附柱。
本发明人发现，将吸附柱设置为规整结构，能够通过简单的串联或并联实现吸附柱的放大，提升吸附作用。
根据本发明一种优选的实施方式，如图1和2所示，所述餐饮废气由进气口3进入高压静电等离子体反应器4，在进气口3 的外侧连接有风速风量计1和探头2，用于控制进口风速。
在进一步优选的实施方式中，所述餐饮废气经过高压静电等离子体反应器4中的空隙43，分离除去粒径较大的液滴，同时将长碳链的挥发性有机化合物断裂成短碳链化合物；
所述短碳链化合物经第一收缩气口5进入微波等离子体反应器6，被吸附柱62吸附，然后在微波的作用下将吸附柱62吸附的污染物分解。
在更进一步优选的实施方式，所述经过微波等离子体反应器6处理后的气体，经过依次连接在微波等离子体反应器6一侧的第二收缩气口7、调节阀8和扩张气口9，最终由排气口11排出。
其中，所述排气过程由排烟风机10控制，排气口11的下端还设置有控制柜12。
在本发明中，利用上述净化餐饮废气的***进化处理后的餐饮废气，能够达到排放标准，直接排放至大气。
实施例
以下通过具体实例进一步描述本发明，不过这些实例仅仅是范例性的，并不对本发明的保护范围构成任何限制。
实施例1
(1)将VOC浓度为40mg/m3的餐饮废气由进气口3通入高压静电等离子体反应器4，其中，所述高压静电等离子体反应器中并联设置48根电极管42，设置方向与气流方向一致，入口风速为8m/s，电压为12KV，废气在高压静电等离子体反应器的作用下，其中的油气液滴和水汽液滴汇聚成更大粒径的废气液滴，进而被除去。
同时，长碳链的挥发性有机化合物被断裂成短碳链的化合物，通过该高压静电等离子体反应器后的压降为200Pa；
(2)通过上述高压静电等离子体反应器分离后的短碳链的化合物进入微波等离子体反应器6，其中，所述微波等离子体反应器中于气流方向设置3个规整的活性炭吸附柱62，在微波的诱导下，吸附的短碳链化合物被产生的强氧化活性物种催化降解，最终气体从排气口11排出。
实施例2
本实施例中所用方法与实施例1所用方法相似，区别仅在于 (1)中，所述高压静电等离子体反应器4的入口风速为15m/s，电压为15KV，所述餐饮废气在通过该高压静电等离子体反应器后的压降为300Pa。
对比例
对比例1
本对比例所用方法与实施例1所用方法相似，区别仅在于， (1)中，所述电极管的设置方向与气流方向垂直。
对比例2
本对比例所用方法与实施例1所用方法相似，区别仅在于， (2)中，所述活性炭的设置方向与气流方向垂直。
实验例
实验例1
统计分析实施例1、2和对比例1、2中，餐饮废气经高压静电等离子体反应器处理(简称一级处理)后的去除率和进一步经微波等离子体反应器处理(简称二级处理)后的去除率，结果如表1所示，其中，
去除率＝(处理前浓度-处理后浓度)/处理前浓度×100％。
表1实施例1、2和对比例1、2中餐饮废气的去除率
Figure BDA0001520138700000121
由上述可知，实施例1、2和对比例1、2对餐饮废气的一级处理去除率均较低，在经过两级处理后，去除率显著提高，其中，实施例1、2和对比例2中对餐饮废气进行两级处理后去除率均达到85％以上，可以直接排放至大气。
而对比例1中，对餐饮废气经两级处理后去除率为60.5％，其显著低于实施例1、2和对比例2，说明将电极管方向设置为与气流方向一致，能够较充分地对餐饮废气中的液滴进行荷电分离和使有机化合物长碳链断裂成短碳链小分子化合物。
以上结合具体实施方式和范例性实例对本发明进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本发明的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本发明的范围内。

Claims (5)

1.一种净化餐饮废气的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤（1），对餐饮废气进行初步分离和初步分解，除去部分废气；
所述初步分离和初步分解在高压静电等离子体反应器中进行，
所述高压静电等离子体反应器通过均匀设置在内部的电极管对餐饮废气进行分离和初步分解，所述电极管的数量由餐饮废气量决定，
所述电极管并联设置，所述电极管的设置方向与气流的方向一致；
所述高压静电等离子体反应器的入口风速为5~25m/s，压力降为100~300Pa；
步骤（2），对经步骤（1）处理后的剩余餐饮废气进行二次处理，得到净化气体；
所述剩余餐饮废气的二次处理在微波等离子体反应器中进行，所述二次处理包括对剩余餐饮废气进行吸附和二次分解，
所述吸附是通过设置在微波等离子体反应器中的吸附柱实现的，所述二次分解是通过微波等离子体将吸附柱吸附的剩余餐饮废气进行分解，
所述吸附柱具有多个，其设置方向与气流方向一致。
2.根据权利要求1所述的净化餐饮废气的方法，其特征在于，所述初步分离为利用高压放电对餐饮废气中不同粒径的废气液滴进行荷电分离，和/或
所述初步分解为将餐饮废气中挥发性有机化合物的长碳链断裂成短碳链的化合物。
3.根据权利要求1所述的净化餐饮废气的方法，其特征在于，所述吸附柱具有规整结构，为规整活性炭吸附柱。
4.一种用于实施权利要求1至3之一所述的净化餐饮废气方法的***，其特征在于，所述***包括连通的高压静电等离子体反应器（4）和微波等离子体反应器（6）。
5.根据权利要求4所述的***，其特征在于，所述高压静电等离子体反应器（4）包括高压静电箱体（44），在高压静电箱体（44）内均匀设置有电极管（42），所述电极管（42）并联设置，和/或
所述微波等离子体反应器（6）包括微波箱体（63），在所述微波箱体（63）内均匀设置有多个吸附柱（62），用于吸附剩余餐饮废气。
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