TW201834735A - 應用奈米微氣泡的廢氣處理方法及其廢氣處理系統 - Google Patents

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Abstract

本發明係揭露一種應用奈米微氣泡的廢氣處理方法及其廢氣處理系統。該方法包含下列步驟：輸入一廢氣至一容置空間；使用一預定水體於該容置空間中產生包含奈米微氣泡的預定水體，以使包含奈米微氣泡的該預定水體與該廢氣進行分解與氧化處理，其中預定水體選自奈米離子水、鹼性水或電解水之一；驅使混合包含奈米微氣泡的預定水體後的廢氣至一旋流單元，以使混合包含奈米微氣泡的預定水體後的廢氣在旋流單元中旋流；以及排出處理後的廢氣。本發明藉由以包含奈米微氣泡的預定水體與廢氣進行混合，從而預定水體的奈米微氣泡與廢氣可充分地進行空化效應和超臨界水氧化，從而去除廢氣的，例如二氧化硫、一氧化氮等氮氧化合物、揮發性有機化合物（VOC）、重金屬等有害物質。

Description

應用奈米微氣泡的廢氣處理方法及其廢氣處理系統
本發明是有關於一種廢氣處理的技術領域，特別是有關於一種於預定水體中產生奈米微氣泡後，以對包含二氧化硫、一氧化氮等氮氧化物、揮發性有機化合物（VOC）或重金屬等的廢氣進行處理，以去除廢氣中的污染物的應用奈米微氣泡的廢氣處理方法及其廢氣處理系統。
空氣為人類生存所必須，然而，近年來日漸加劇的空氣污染，卻使得人類連呼吸都有危害健康的疑慮。空氣污染一般是由工業製程、交通運輸、燃料燃燒等活動的累積下造成，其中，工業製程所產生的廢氣為空氣污染的大宗，工業製造的過程產生廢氣係屬難以避免，而若將產生之廢氣進一步以廢氣處理裝置淨化，以去除內含的有毒物質，則可以減少其對空氣污染的影響。
有鑑於此，有必要提供一種應用奈米微氣泡的廢氣處理方法及其廢氣處理系統，以有效地解決廢氣污染的問題。
有鑑於上述習知之問題，本發明的目的在於提供一種應用奈米微氣泡的廢氣處理方法及其廢氣處理系統，用以解決習知技術中所面臨之問題。
基於上述目的，本發明係提供一種應用奈米微氣泡的廢氣處理方法，其包含下列步驟：輸入一廢氣至一容置空間；使用一預定水體於該容置空間中產生包含奈米微氣泡的預定水體，以使包含奈米微氣泡的預定水體與該廢氣進行分解與氧化處理，其中預定水體選自奈米離子水、鹼性水或電解水之一；驅使混合包含奈米微氣泡的預定水體後的廢氣至一旋流單元，以使混合包含奈米微氣泡的預定水體後的廢氣在旋流單元中旋流；以及排出處理後的廢氣。
較佳地，更包含下列步驟：由容置空間的底部輸入廢氣；以及於容置空間的頂部產生包含奈米微氣泡的預定水體。
較佳地，更包含下列步驟：於容置空間的底部噴灑霧狀的預定水體，以與廢氣作用；以及使與廢氣作用後的預定水體排放至一循環水系統。
較佳地，更包含下列步驟：於容置空間的底部產生負離子。
基於上述目的，本發明係另提供一種應用奈米微氣泡廢氣處理系統，其包含一入風口、一奈米微氣泡產生裝置以及一氣流旋動裝置。入風口配置以供應廢氣至一容置空間。奈米微氣泡產生裝置設置於容置空間；奈米微氣泡產生裝置配置以供應預定水體，並使於預定水體產生奈米微氣泡，進而包含奈米微氣泡的預定水體與廢氣進行分解及氧化處理。氣流旋動裝置包含一驅動單元及一旋流單元；旋流單元連接容置空間，驅動單元介於旋流單元與容置空間之間，以接收混合包含奈米微氣泡的預定水體後的廢氣。其中，該預定水體為奈米離子水、鹼性水或電解水之一；其中，預定水體奈米微氣泡與廢氣進行空化效應和超臨界水氧化，從而去除廢氣的有害物質。
較佳地，奈米微氣泡產生裝置包含一奈米微氣泡產生器；奈米微氣泡產生器設置於鄰近容置空間頂部，以產生包含奈米微氣泡的預定水體。
較佳地，奈米微氣泡產生器連接一循環水系統，以獲得該預定水體。
較佳地，奈米微氣泡產生裝置更包含一霧化器，其設置於鄰近容置空間底部，以使預定水體為成水霧狀噴灑。
較佳地，霧化器連接一循環水系統。
較佳地，奈米離子水應用奈米微氣泡廢氣處理系統更包含一負離子發生器，其係設置於鄰近容置空間底部，以產生負離子。
承上所述，本發明之應用奈米微氣泡的廢氣處理方法及其廢氣處理系統，利用例如，奈米離子水、鹼性水或電解水等預定水體中產生出奈米微氣泡，並將其引入到廢氣處理系統內。預定水體的奈米微氣泡與廢氣充分混合後，利用預定水體的微細水分子的清潔及滲透能力及奈米微氣泡的空化效應引發的物理化學協同過程下，可將廢氣中的灰塵、重金屬及有機污染物質，如包含二氧化硫、一氧化氮等氮氧化物、揮發性有機化合物（VOC）等，予以包覆清潔，有效溶解於水體以利預定水體的奈米微氣泡進行分解及氧化處理。本發明之應用奈米微氣泡的廢氣處理方法及其廢氣處理系統中通過使用預定水體的奈米微氣泡，不僅在水體中甚至在分散之過程持續不斷的進行氧化分解潔淨空氣之作用，使其達到有效去除空氣中有害物質之功效，符合安裝當地對廢氣排放的處理標準。
為利瞭解本發明之特徵、內容與優點及其所能達成之功效，茲將本發明配合圖式，並以實施例之表達形式詳細說明如下，而其中所使用之圖式，其主旨僅為示意及輔助說明書之用，未必為本發明實施後之真實比例與精準配置，故不應就所附之圖式的比例與配置關係解讀、侷限本發明於實際實施上的權利範圍。
本發明之優點、特徵以及達到之技術方法將參照例示性實施例及所附圖式進行更詳細地描述而更容易理解，且本發明或可以不同形式來實現，故不應被理解僅限於此處所陳述的實施例，相反地，對所屬技術領域具有通常知識者而言，所提供的實施例將使本揭露更加透徹與全面且完整地傳達本發明的範疇，且本發明將僅為所附加的申請專利範圍所定義。
在本發明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的指稱或限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”、“設置”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對於所屬技術領域的通常知識者而言，可以具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。
請參閱第1圖，其係為本發明之應用奈米微氣泡的廢氣處理方法的步驟圖。如圖所示，本發明的應用奈米微氣泡的廢氣處理方法，其包含下列步驟：（S11）輸入一廢氣至一容置空間；（S12）使用一預定水體於該容置空間中產生包含奈米微氣泡的預定水體，以使包含奈米微氣泡的預定水體與該廢氣進行分解與氧化處理，其中預定水體選自奈米離子水、鹼性水或電解水之一；（S13）驅使混合包含奈米微氣泡的預定水體後的廢氣至一旋流單元，以使混合包含奈米微氣泡的預定水體後的廢氣在旋流單元中旋流；以及（S14）排出處理後的廢氣。
關於本發明的應用奈米微氣泡的廢氣處理方法，將於後續的應用奈米微氣泡廢氣處理系統作詳細說明。
請參閱第2、3圖，其係為本發明之應用奈米微氣泡廢氣處理系統之第一實施例的方塊示意圖及系統示意圖。如圖所示，本發明之應用奈米微氣泡廢氣處理系統100包含了一入風口10、一奈米微氣泡產生裝置20以及一氣流旋動裝置30。
其中，入風口10連接會產生廢氣之設備或輸送廢氣的管路，從而入風口10配置以供應廢氣至一容置空間40。而容置空間40例如可為一筒體，而入風口10可連接至一廢氣引風櫃11，接著再由容置空間40的底部進入容置空間40中。奈米微氣泡產生裝置20設置於容置空間40；奈米微氣泡產生裝置20配置以供應，例如選自奈米離子水、鹼性水或電解水之一的預定水體，當然地，亦可以奈米離子水、鹼性水或電解水之一種或多種的混合而加以實施，並將於預定水體產生奈米微氣泡，進而包含奈米微氣泡的預定水體與廢氣可在容置空間40內進行混合。
其中，於本實施例中，將以奈米離子水作為示範態樣並進行說明，但並不以此作為局限，其仍適用於鹼性水或電解水。
進一步來說，奈米離子水是一種透過電解法生成的清潔用水，較佳地，奈米離子水的pH值係介於8~14之間，而藉由17 O-核磁共振測量所得奈米離子水之半幅寬係介於約45 Hz至約70 Hz之間。奈米離子水的分子經過電解法處理後，奈米離子水中分子的組成群體會重新組合成更微細的群體。其中，奈米離子水不含重金屬，表面活性劑及有害化學物質，其對人體及環境無害，並具有良好的清潔效果。另，奈米離子水之分子帶有負電荷，而且具有微細的水分子，能夠比一般液態水有效快速地捕捉，包圍和滲透在物體表面，或空氣中的二氧化硫、一氧化氮等氮氧化物、揮發性有機化合物（VOC）或重金屬等廢氣污垢介面和表面（鹼性水、電解水亦有此特性）。且，奈米離子水能快速地把污垢乳化分解，其含有高密度氫氧根離子，具有能夠瞬間消滅細菌或病菌（如：軍團菌、大腸桿菌）的能力。
其中，奈米微氣泡產生裝置20包含一奈米微氣泡產生器21；奈米微氣泡產生器21設置於鄰近容置空間40的頂部，以將如奈米離子水的預定水體，於其中產生奈米微氣泡。此外，較佳地，奈米微氣泡產生裝置20更可包含一霧化器22。霧化器22設置於鄰近容置空間40的底部，以使預定水體為成水霧狀噴灑。
因此，一方面，由容置空間40的底部輸入的廢氣會於容置空間40中上升，而奈米微氣泡產生裝置20所產生包含奈米微氣泡的預定水體會與廢氣混合。此時，如奈米離子水的預定水體藉由其特性，而能夠以離子有效快速地捕捉、包圍和滲透在廢氣中的二氧化硫、一氧化氮等氮氧化物、揮發性有機化合物（VOC）或重金屬等廢氣污垢介面和表面，而奈米微氣泡潰滅時，可瞬間產生5000K的高溫和1800atm 大氣壓力，進而在水中釋放出大量的氫氧基、自由基，從而與捕捉到的有機氣體發生機械剪切、熱解斷鍵、自由基氧化、超臨界水氧化的物理化學反應、達到分解和去除廢氣中污染物質的作用。
另一方面，由於霧化器22於容置空間40的底部噴灑水霧狀的預定水體。此時，預定水體與於廢氣中的有機廢氣和VOC等其他氣體進行捕捉和接觸，廢氣中污染物質可溶於預定水體中，並被引入如循環水系統50中。藉由上述的方式，可以有效地達到分解和去除廢氣中污染物質的作用。
續言之，透過奈米微氣泡產生器21，氣泡產生時直徑在10µm 到數百nm 之間大小的強氣化性氣泡；而這種氣泡具有常規氣泡所不具備的物理與化學特性。進一步來說，包含奈米微氣泡的預定水體的特性在於，其自身比表面積大，上升速度慢，自身增壓溶解，表面帶電負電荷，產生大量自由基等特性，從而呈現出能暫態釋放巨大能量、具有強氧化性等作用能將污染物部分轉化成二氧化碳及水、另一部分被礦化形成顆粒狀沉入水中，其特性不會燃燒、不溶解、不含毒性。
因此，本發明的應用奈米微氣泡廢氣處理系統100，其利用預定水體中的奈米微氣泡的空化效應，而讓包含奈米微氣泡的預定水體捕捉與包圍有機廢氣進行機械剪切、熱解、自由基氧化及超臨界水氧化等的物理化學原理下，從而可將有機廢氣持續分解及氣氧化。
另一方面，氣流旋動裝置30包含一驅動單元31及一旋流單元32。其中，旋流單元32可為具有旋流段的筒體，其連接在容置空間40之上，以接收混合包含奈米微氣泡的預定水體後的廢氣。而驅動單元31可為軸流風機，以驅使混合包含奈米微氣泡的預定水體後的廢氣進入旋流單元32內。其中，包含奈米微氣泡的預定水體與廢氣進行空化效應和超臨界水氧化，從而去除廢氣的有害物質。
更進一步來說，將有機廢氣經管道從入風口10引入廢氣引風櫃11以進入容置空間40內；接著，過霧化器22，以增氧（包含或連接增氧裝置）的方式，並藉由在高壓水泵的作用下，通過霧化噴頭形成大量水霧，從而對從入風口10進入的有機廢氣和VOC（揮發性有機化合物）等其他氣體進行捕捉和接觸，其中霧化器22的氧化性能，補充處理有機廢氣所需要的氧原子；然後有機廢氣和VOC等其他氣體和包含奈米微氣泡的預定水體進行混合。
上述中，奈米微氣泡產生裝置20，藉由揚程可達120米的多級式高壓水泵為動力，通過奈米微氣泡產生器21產生奈米級的微氣泡於預定水體中。奈米離子水微氣泡由於空化效應，在10-9 秒時間內潰滅，瞬間產生5000K的高溫和1800atm 大氣壓力，進而在水中釋放出大量的氫氧基、自由基，與捕捉到的有機氣體發生機械剪切、熱解、自由基氧化、超臨界水氧化的物理化學反應、達到分解和去除廢氣中污染物質的作用。
接著，利用驅動單元31和旋流單元32，使得容置空間40內移動到旋流單元32的廢氣，其氣相和液相充分混合而形成氣旋，藉此增加有機廢氣與包含奈米微氣泡的預定水體的接觸，增加反應時間，進而提高有機廢氣處理效率。
最後，隨著包含奈米微氣泡的預定水體與有機廢氣持續的空化效應和超臨界水氧化，從而將有機廢氣氧化為水、二氧化碳和氮氣和重金屬氧化物等其他無害小分子。而廢氣經過處理後變為一般空氣會於旋流單元32的上方排放。
當然地，奈米微氣泡產生器21及霧化器22皆連接於預定水體的循環水系統50，從而藉由高壓或低壓的幫浦60而獲得預定水體。此外，循環水系統50亦可排放污染物被礦化形成顆粒狀沉入水中的部分。另外，旋流單元32的上方的排氣口處可設有一檢測口70，以檢測廢氣處理的效率。
請參閱第4、5圖，其係為本發明之應用奈米微氣泡廢氣處理系統之第二實施例的方塊示意圖及系統示意圖。如圖所示，本發明之應用奈米微氣泡廢氣處理系統100同樣地包含了一入風口10、一奈米微氣泡產生裝置20以及一氣流旋動裝置30，其大致上與前述之實施例類似，且相同元件之將以相同之符號表示，而其類似處於此便不再加以贅述。
本實施例與前述之實施例主要不同之處在於，奈米離子水應用奈米微氣泡廢氣處理系統100更可包含一負離子發生器，較佳地其可與前述之實施例的霧化器22整合成為負離子霧化器22’，藉由負離子霧化器22’的配置，以及低壓的幫浦60的助力下，從而負離子霧化器22’噴出的水霧狀的如奈米離子水的預定水體可為具有負氧離子的特性。藉此，能更有效地對從入風口10進入的有機廢氣和VOC等其他氣體進行捕捉和接觸。
此外，容置空間40及奈米微氣泡產生器21亦可視實際的需求，而配置為多組，以更完善、更全面性地對廢氣進行處理。
值得一提的是，在輸入廢氣至容置空間40之前，更可包含旋風集塵系統。旋風除塵器是利用含塵氣流作旋轉運動產生的離心力，將塵粒從氣體中分離並捕集下來的裝置。旋風除塵器與其他除塵器相比，具有結構簡單、無運動部件、造價便宜、除塵效率較高、維護管理方便以及適用面寬的特點，主要用於捕集5~10µm以上的非黏性、非纖維性的乾燥塵粒。另，在輸入廢氣至容置空間40之前亦可包含水洗冷却系統。水洗冷卻系統由塔體、塔板、冷凝器組成，是進行粗分離的設備。水洗冷卻系統用於先將含有粉塵的混合氣體分離，各組分不會發生反應，且產物應容易液化，粉塵等雜質不易液化或凝固。當混合氣從洗滌塔中部通入洗滌塔，配合預定水體之循環清洗使雜質有效溶存於水中，產生預清洗及冷卻作用。
也就是說，舉例來說，廠區鍋爐的廢氣會輸送至廠區的脫硫塔中，接著再輸送至旋風除塵系統，然後再輸送至水洗冷却系統，最後輸送至本發明的應用奈米微氣泡廢氣處理系統進行處理以排放。
本發明係於一廠區內設置多個取樣口，其中取樣口1為輸送至脫硫塔之前取樣，取樣口2為脫硫塔與旋風除塵系統之間取樣，取樣口3為旋風除塵系統與水洗冷却系統之間取樣，取樣口4為水洗冷却系統與應用奈米微氣泡廢氣處理系統之間取樣，取樣口5為經過應用奈米微氣泡廢氣處理系統之後的排放取樣，而其取樣的數據如下表所示：
其中，氧氧化物的參考標準及分析方法為HJ 693-2014《固定污染源廢氣 氮氧化物的測定 定電位電解法》；二氧化硫的參考標準及分析方法為HJ/T 57-2000《固定污染源排氣中二氧化硫的測定 定電位電解法》；顆粒物（即煙塵）的參考標準及分析方法為GB 5468-1991《鍋爐煙塵測試方法》；汞及其化合物的參考標準及分析方法為原子螢光光度法《空氣和廢氣監測分析方法》2003年（第四版）5.3.7.2；煙氣黑度的參考標準及分析方法為HJ/T 398-2007《固體污染源排放 煙氣黑度的測定 林格曼煙氣黑度圖法》。
由上表可知，本發明經由實驗證實，其在氮氧化物的部分應可達到85～95％的去除率，在二氧化硫的部分應可達到83～93％的去除率，在懸浮粒子PM2.5 的部分應可達到64～74％的去除率，汞及其化合物的部分應可達到88～95％的去除率。
綜上所述，本發明之應用奈米微氣泡的廢氣處理方法及其廢氣處理系統，其配合特殊選用的預定水體，以應用於奈米微氣泡降解VOC氣體處理的方式，集合預定水體的特性和奈米微氣泡的優點，將預定水體生成包含有奈米微氣泡的預定水體，應用效果能比以一般水生成的奈米水微氣泡更顯著。而，將之結合應用在廢氣處理系統內，能更有效地去除廢氣中的二氧化硫、一氧化氮等氮氧化合物、塵埃、懸浮粒子PM2.5 、有害物質、重金屬、病菌和VOC（揮發性有機化合物）。
以上所述之實施例僅係為說明本發明之技術思想及特點，其目的在使熟習此項技藝之人士能夠瞭解本發明之內容並據以實施，當不能以之限定本發明之專利範圍，即大凡依本發明所揭示之精神所作之均等變化或修飾，仍應涵蓋在本發明之專利範圍內。
100‧‧‧應用奈米微氣泡廢氣處理系統
10‧‧‧入風口
11‧‧‧廢氣引風櫃
20‧‧‧奈米微氣泡產生裝置
21‧‧‧奈米微氣泡產生器
22‧‧‧霧化器
22’‧‧‧負離子霧化器
30‧‧‧氣流旋動裝置
31‧‧‧驅動單元
32‧‧‧旋流單元
40‧‧‧容置空間
50‧‧‧循環水系統
60‧‧‧幫浦
70‧‧‧檢測口
S11～S14‧‧‧步驟
第1圖係為應用奈米微氣泡的廢氣處理方法的步驟圖。
第2圖係為本發明之應用奈米微氣泡廢氣處理系統之第一實施例的方塊示意圖。
第3圖係為本發明之應用奈米微氣泡廢氣處理系統之第一實施例的系統示意圖。
第4圖係為本發明之應用奈米微氣泡廢氣處理系統之第二實施例的方塊示意圖。
第5圖係為本發明之應用奈米微氣泡廢氣處理系統之第二實施例的系統示意圖。

Claims (10)

  1. 一種應用奈米微氣泡的廢氣處理方法，其包含下列步驟： 輸入一廢氣至一容置空間； 使用一預定水體於該容置空間中產生包含奈米微氣泡的該預定水體，以使包含奈米微氣泡的該預定水體與該廢氣進行分解與氧化處理，其中該預定水體選自奈米離子水、鹼性水或電解水之一； 驅使混合包含奈米微氣泡的該預定水體的該廢氣至一旋流單元，以使混合包含奈米微氣泡的該預定水體後的該廢氣在該旋流單元中旋流；以及 排出處理後的廢氣。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的應用奈米微氣泡的廢氣處理方法，其包含下列步驟： 由該容置空間的底部輸入該廢氣；以及 於該容置空間的頂部產生包含奈米微氣泡的該預定水體。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的應用奈米微氣泡的廢氣處理方法，其包含下列步驟： 於該容置空間的底部噴灑霧狀的該預定水體，以與該廢氣作用；以及 使與該廢氣作用後的該預定水體排放至一循環水系統。
  4. 如申請專利範圍第2項所述的應用奈米微氣泡的廢氣處理方法，其包含下列步驟： 於該容置空間的底部產生負離子。
  5. 一種應用奈米微氣泡廢氣處理系統，其包含： 一入風口，係配置以供應一廢氣至一容置空間； 一奈米微氣泡產生裝置，係設置於該容置空間，該奈米微氣泡產生裝置係配置以供應一預定水體，並使該預定水體中產生奈米微氣泡，包含奈米微氣泡的該預定水體係與該廢氣進行分解及氧化處理；以及 一氣流旋動裝置，係包含一驅動單元及一旋流單元，該旋流單元係連接該容置空間，該驅動單元係介於該旋流單元與該容置空間之間，以接收混合包含奈米微氣泡的該預定水體後的該廢氣； 其中，該預定水體為奈米離子水、鹼性水或電解水之一； 其中，包含奈米微氣泡的該預定水體與該廢氣進行空化效應和超臨界水氧化，從而去除該廢氣的有害物質。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之應用奈米微氣泡廢氣處理系統，其中該奈米微氣泡產生裝置包含一奈米微氣泡產生器，該奈米微氣泡產生器係設置於鄰近該容置空間頂部，以在該預定水體中產生奈米微氣泡。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之應用奈米微氣泡廢氣處理系統，其中該奈米微氣泡產生器係連接一循環水系統，以獲得該預定水體。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之應用奈米微氣泡廢氣處理系統，其中該奈米微氣泡產生裝置更包含一霧化器，其係設置於鄰近該容置空間底部，以使該預定水體成水霧狀噴灑。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之應用奈米微氣泡廢氣處理系統，其中該霧化器係連接一循環水系統。
  10. 如申請專利範圍第5項所述之應用奈米微氣泡廢氣處理系統，更包含一負離子發生器，其係設置於鄰近該容置空間底部，以產生負離子。
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