一种废气臭氧催化氧化-喷淋水臭氧催化的无废水产生处理系统及方法

1.本发明涉及环境工程技术领域，尤其涉及一种废气臭氧催化氧化-喷淋水臭氧催化的无废水产生处理系统及方法。


背景技术：

2.挥发性有机物通常是指在常压下沸点低于260℃或室温时饱和蒸汽压大于71pa的有机化合物。vocs具有较强的毒性和致癌性，排放到大气中会导致二次污染的形成，它们是大气中pm2.5和pml0形成的重要引物，能够对人类的健康产生严重的危害。随着工业的发展，环境污染日益严重，工业废气的处理尤为重要。现有的废气处理工艺存在着投资成本高，易产生二次污染，尤其是利用吸收工艺处理废气，吸收有机废气的废水较难处理。因此，研究高效、经济的vocs废气、废水净化方法，减少voc废气排放有助于改善环境空气质量和保障人类健康。
3.目前，已有专利(cn105056726a)公开一种vocs的臭氧微纳米气泡处理系统，该系统采用的是臭氧和微纳米气泡技术，但是该系统的臭氧利用率太低，造成vocs处理效果偏低，该系统并未对喷淋水进行臭氧催化氧化处理，喷淋水易吸收饱和，无法达到长期循环利用。专利(cn109821408b)一种臭氧-催化氧化协同处理挥发性有机物的装置及方法，该系统采用高温催化与臭氧催化氧化技术结合使废气能达到高效处理，但是臭氧的利用率低，残余臭氧无法处理。专利(cn107441886a)一种有机废气喷淋吸收的水气联合处理系统，该系统采用喷淋水循环使用、喷淋水循环处理的双循环系统，针对低浓度、易溶于水的vocs废气具有较高的处理效果，但针对高浓度、不易溶于水的vocs废气处理效率较低。因此，需要有效拓展vocs废气处理的种类和浓度。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于解决现有技术中的不足，提出一种废气臭氧催化氧化-喷淋水臭氧催化的无废水产生处理系统及方法，臭氧直接催化氧化vocs废气，处理后的废气经过喷淋吸收，达到vocs废气高效去除的效果，吸收有机物的喷淋水又可经臭氧催化氧化达到水处理效果，处理的水可循环利用吸收中间产物及多余臭氧，该方法不产生二次污染，可用于工业废气处理。
5.为了达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
6.第一方面，本发明提供一种废气臭氧催化氧化-喷淋水臭氧催化的无废水产生处理系统，所述系统包括臭氧催化氧化废气单元、喷淋吸收单元和臭氧催化氧化喷淋水单元，臭氧催化氧化废气单元依次串联喷淋吸收单元、臭氧催化氧化喷淋水单元；
7.所述臭氧催化氧化废气单元包括鼓风机、催化塔、臭氧发生器、曝气头；催化塔中设有催化剂a；
8.所述喷淋吸收单元包括喷淋塔，喷淋塔内顶部设有水雾喷头，喷淋水从水雾喷头
中喷出；喷淋水能吸收臭氧催化氧化单元产生的中间产物和多余的臭氧；水雾喷头工作压力0.3-0.4mpa，喷出的喷淋为细雾状，其作用在于能够与中间产物充分接触，更好的吸收中间产物和多余的臭氧；
9.所述臭氧催化氧化喷淋水单元包括水槽、循环泵；水槽中设有催化剂b；
10.鼓风机通过管路与催化塔连接，臭氧发生器通过管路与催化塔的底部连接，并通过管路连接曝气头，曝气头位于水槽内；催化塔顶部的催化塔出气口通过管路与喷淋塔底端的喷淋塔进气口连接；
11.喷淋塔底部的排水口连接管路并延伸至水槽内；水雾喷头通过管路与循环泵连接；循环泵通过管路延伸至水槽中。
12.优选的，所述鼓风机与催化塔连接的管路中设有流量计。
13.优选的，所述催化塔的催化塔出气口处设有采样口一；所述喷淋塔的进水口处设有采样口二。
14.优选的，所述催化剂a和催化剂b是由载体负载金属氧化物构成，所述载体包括粘土、分子筛、陶粒、活性炭大孔材料；催化剂表面负载金属氧化物包括氧化铝、氧化锰、氧化铁、氧化锡、氧化银及其他过渡金属氧化物的一种或多种。优选为多金属型催化剂。
15.优选的，所述喷淋水为碱性溶液或者水溶液。优选水溶液，主要效益在于吸收中间产物和多余的臭氧，控制有毒副产物的产生。
16.优选的，所述臭氧发生器是由空气源所制作的臭氧或是由氧气源所制作的臭氧，其臭氧浓度由臭氧发生器上的流量计来控制。
17.优选的，所述臭氧发生器是由空气源所制作的臭氧，臭氧流量为10l/min，臭氧产量20g/h。
18.优选的，所述催化塔的壳体和喷淋塔的壳体均由玻璃钢材质或者不锈钢材质制成；vocs废气在催化塔或喷淋塔中的反应时间为4-5s。
19.优选的，循环泵延伸至水槽中管路一端设有滤头。
20.第二方面，本发明提供一种废气臭氧催化氧化-喷淋水臭氧催化的无废水产生处理的方法，所述方法如下：鼓风机将vocs废气送入装有催化剂a的催化塔中，臭氧发生器将臭氧从催化塔的底部输入，vocs废气被臭氧及臭氧催化催化剂a产生的强氧化自由基降解成二氧化碳、水及未完全降解中间产物；催化塔从催化塔出气口将处理后的vocs废气从喷淋塔底部的喷淋塔进气口输入，喷淋塔内的喷淋水对中间产物及多余的臭氧进行吸收，吸收了有机物及臭氧的喷淋水从喷淋塔底部的排水口流到水槽内，经过臭氧催化氧化处理后的喷淋水进循环泵循环利用。
21.整个工艺的净化流程为利用前置的臭氧催化氧化单元，臭氧在催化剂a的作用下产生氧自由基，氧自由基氧化vocs废气会产生水分子、二氧化碳和中间产物，臭氧与水分子在催化剂的作用下产生氧化性更强的羟基自由基。vocs废气在臭氧氧化、氧自由基氧化、羟基自由基氧化的共同机理作用下被降解为水、二氧化碳及中间产物，经臭氧催化氧化后产生的中间产物与多余的臭氧再进入后端串联的喷淋吸收单元，中间产物和多余的臭氧可被喷淋水吸收，能够有效控制有毒副产物产生，最终vocs废气能够达标排放。末端的臭氧催化氧化喷淋水单元，臭氧在催化剂的作用下产生氧自由基，氧自由基氧化喷淋水中的有机物，达到水处理的效果，处理的喷淋水，可经循环泵循环到喷淋塔再次吸收臭氧催化氧化vocs
废气产生的中间产物和多余的臭氧，该方法无废水排放，能够避免二次污染。
22.本发明具有以下有益效果：(1)利用一种废气臭氧催化氧化-喷淋水臭氧催化的无废水产生方法，可在常温下进行，有效拓展了vocs废气处理的种类和浓度。有前端臭氧催化氧化单元对污染物进行预处理，产生的简单化合物再由后续的喷淋装置进行吸收，无有毒副产物排出，末端设有臭氧催化氧化喷水单元，对吸收中间产物的喷淋水进行处理，达到喷淋水循环利用的目的。这样不仅可以提高降解效率，控制有毒副产物的产生，还可以循环利用喷淋水，无二次污染，提高性价比。
23.(2)在臭氧催化氧化废气单元中臭氧在催化剂的作用下处理vocs废气，多余的臭氧和中间产物进入喷淋吸收单元中，吸收多余臭氧和中间产物的喷淋水流到水槽中，喷淋水中的臭氧会和水槽中催化剂反应催化氧化喷淋水中的有机物，能够充分利用臭氧催化氧化废气单元多余的臭氧；臭氧催化氧化废气单元能够氧化不同浓度，不易溶于水的vocs废气。
附图说明
24.图1为本发明一种废气臭氧催化氧化-喷淋水臭氧催化的无废水产生处理系统的示意图。
25.图中：1、鼓风机；2、流量计；3、臭氧发生器；4、催化塔；5-1、催化剂a；5-2、催化剂b；6、采样口一；7、催化剂出气口；8、闸阀；9、喷淋塔进气口；10、喷淋塔；11、水雾喷头；12、采样口二；13、循环泵；14、曝气头；15、滤头；16、排水口；17、水槽。
具体实施方式
26.下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
27.一种废气臭氧催化氧化-喷淋水臭氧催化的无废水产生处理系统，所述系统包括臭氧催化氧化废气单元、喷淋吸收单元和臭氧催化氧化喷淋水单元，臭氧催化氧化废气单元依次串联喷淋吸收单元、臭氧催化氧化喷淋水单元；
28.臭氧催化氧化废气单元包括鼓风机1、催化塔4、臭氧发生器3、曝气头14；催化塔4中设有催化剂a 5-1；
29.喷淋吸收单元包括喷淋塔10，喷淋塔10内顶部设有水雾喷头11，喷淋水从水雾喷头中喷出；
30.臭氧催化氧化喷淋水单元包括水槽17、循环泵13；水槽17中设有催化剂b5-2；
31.鼓风机1通过管路与催化塔4连接，鼓风机1与催化塔4连接的管路中设有流量计2，通过流量计2调控废气进入催化塔的流量；臭氧发生器3通过管路与催化塔4的底部连接，并通过管路连接曝气头14，曝气头14位于水槽17内，均匀曝气；催化塔4顶部的催化塔出气口7通过管路与喷淋塔10底端的喷淋塔进气口9连接，催化塔出气口与喷淋塔进气口连接的管路上设有闸阀8；
32.催化塔4的催化塔出气口7处设有采样口一6，喷淋塔10的进水口处设有采样口二12，用于检测废气处理后是否达标；
33.催化塔4的壳体和喷淋塔10的壳体均由玻璃钢材质或者不锈钢材质制成；vocs废气在催化塔4或喷淋塔10中的反应时间为4-5s；
34.喷淋塔10底部的排水口16连接管路并延伸至水槽17内，水槽材料可由塑料或者不锈钢材质制成，其主要作用是储存吸收中间产物及臭氧的喷淋水；水雾喷头11通过管路与循环泵13连接，水雾喷头工作压力为0.3-0.4mpa，喷出的喷淋为细雾状，其作用在于能够与中间产物充分接触，更好的吸收中间产物及多余的臭氧；循环泵13通过管路延伸至水槽17中，循环泵13延伸至水槽17中管路一端设有滤头15。
35.催化剂a 5-1和催化剂b 5-2是由载体负载金属氧化物构成，所述载体包括粘土、分子筛、陶粒、活性炭大孔材料；催化剂表面负载金属氧化物包括氧化铝、氧化锰、氧化铁、氧化锡、氧化银及其他过渡金属氧化物的一种或多种；优选为多金属型催化剂；
36.喷淋水为碱性溶液或者水溶液；本实施例从经济考虑，优选为水溶液，主要效益在于吸收中间产物和多余的臭氧；
37.臭氧发生器3是由空气源所制作的臭氧或是由氧气源所制作的臭氧，其臭氧浓度由臭氧发生器上的流量计来控制，本实施例中从经济安全方面考虑，优选为空气源的臭氧发生器，臭氧流量为10l/min，臭氧产量20g/h。
38.一种废气臭氧催化氧化-喷淋水臭氧催化的无废水产生处理的方法，所述方法如下：鼓风机1将vocs废气送入装有催化剂a 5-1的催化塔4中，臭氧发生器3将臭氧从催化塔4的底部输入，vocs废气被臭氧及臭氧催化催化剂a 5-1产生的强氧化自由基降解成二氧化碳、水及未完全降解中间产物；催化塔4从催化塔出气口将处理后的vocs废气从喷淋塔底部的喷淋塔进气口输入，喷淋塔内的喷淋水对中间产物及多余的臭氧进行吸收，吸收了有机物及臭氧的喷淋水从喷淋塔底部的排水口流到水槽内，经过臭氧催化氧化处理后的喷淋水进循环泵循环利用。
39.实施例1：含有甲醇和乙醇的废气净化
40.一种废气臭氧催化氧化-喷淋水臭氧催化的无废水产生方法如图1所示，包括鼓风机1、流量计2、臭氧发生器3、催化塔4、催化剂a 5-1、催化剂b 5-2、采样口一6、催化塔出气口7、闸阀8、喷淋塔进气口9、喷淋塔10、水雾喷头11、采样口二12、循环泵13、曝气头14、滤头15、排水口16、水槽17。
41.vocs废气经鼓风机1的作用下进入催化塔4，臭氧发生器3产生的臭氧从催化塔4底部进入，臭氧在催化剂a 5-1的作用下产生具有氧化性的超氧自由基、羟基自由基，vocs废气被氧化成无害的二氧化碳和水，从催化塔出气口7排出多余的臭氧及中间产物，经喷淋塔进气口9进入喷淋塔10，经过水雾喷头11喷下的喷淋水进行吸收，从而达到有机废气的高效去除，吸收中间产物及臭氧的喷淋水从喷淋塔10的排水口16排放到水槽17中，经过臭氧催化氧化处理后的喷淋水又可经过循环泵13回流到喷淋塔10再次吸收中间产物及多余臭氧。当含有甲醇乙醇混合废气进口浓度为100mg/m3，进气流量22l/min时，去除率达到99％。当含有甲醇乙醇混合废气进口浓度为200mg/m3，进气流量22l/min时，去除率达到98％。当含有甲醇乙醇混合废气进口浓度为300mg/m3，进气流量22l/min时，去除率达到97％。
42.实施例2：苯甲醇废气净化
43.实验室自制苯甲醇废气，废气浓度在100mg/m3，该方法对废气的去除率达到99％，当废气浓度在200mg/m3，该方法对废气的去除率能达到98％。当废气浓度在300mg/m3，该方法对废气去除率达到97％。
44.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。但是以上所述仅为本发
明的具体实施例，本发明的技术特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在不脱离本发明的技术方案下得出的其他实施方式均应涵盖在本发明的专利范围之中。

技术特征：
1.一种废气臭氧催化氧化-喷淋水臭氧催化的无废水产生处理系统，其特征在于，所述系统包括臭氧催化氧化废气单元、喷淋吸收单元和臭氧催化氧化喷淋水单元，臭氧催化氧化废气单元依次串联喷淋吸收单元、臭氧催化氧化喷淋水单元；所述臭氧催化氧化废气单元包括鼓风机(1)、催化塔(4)、臭氧发生器(3)、曝气头(14)；催化塔(4)中设有催化剂a(5-1)；所述喷淋吸收单元包括喷淋塔(10)，喷淋塔(10)内顶部设有水雾喷头(11)，喷淋水从水雾喷头中喷出；所述臭氧催化氧化喷淋水单元包括水槽(17)、循环泵(13)；水槽(17)中设有催化剂b(5-2)；鼓风机(1)通过管路与催化塔(4)连接，臭氧发生器(3)通过管路与催化塔(4)的底部连接，并通过管路连接曝气头(14)，曝气头(14)位于水槽(17)内；催化塔(4)顶部的催化塔出气口(7)通过管路与喷淋塔(10)底端的喷淋塔进气口(9)连接；喷淋塔(10)底部的排水口(16)连接管路并延伸至水槽(17)内；水雾喷头(11)通过管路与循环泵(13)连接；循环泵(13)通过管路延伸至水槽(17)中。2.根据权利要求1所述的废气臭氧催化氧化-喷淋水臭氧催化的无废水产生处理系统，其特征在于，所述鼓风机(1)与催化塔(4)连接的管路中设有流量计(2)。3.根据权利要求1所述的废气臭氧催化氧化-喷淋水臭氧催化的无废水产生处理系统，其特征在于，所述催化塔(4)的催化塔出气口(7)处设有采样口一(6)；所述喷淋塔(10)的进水口处设有采样口二(12)。4.根据权利要求1所述的废气臭氧催化氧化-喷淋水臭氧催化的无废水产生处理系统，其特征在于，所述催化剂a(5-1)和催化剂b(5-2)是由载体负载金属氧化物构成，所述载体包括粘土、分子筛、陶粒、活性炭大孔材料；催化剂表面负载金属氧化物为氧化铝、氧化锰、氧化铁、氧化锡、氧化银中一种或多种。5.根据权利要求1所述的废气臭氧催化氧化-喷淋水臭氧催化的无废水产生处理系统，其特征在于，所述喷淋水为碱性溶液或者水溶液。6.根据权利要求1所述的废气臭氧催化氧化-喷淋水臭氧催化的无废水产生处理系统，其特征在于，所述臭氧发生器(3)是由空气源所制作的臭氧或是由氧气源所制作的臭氧，其臭氧浓度由臭氧发生器上的流量计来控制。7.根据权利要求1所述的废气臭氧催化氧化-喷淋水臭氧催化的无废水产生处理系统，其特征在于，所述臭氧发生器(3)是由空气源所制作的臭氧，臭氧流量为10l/min，臭氧产量20g/h。8.根据权利要求1所述的废气臭氧催化氧化-喷淋水臭氧催化的无废水产生处理系统，其特征在于，所述催化塔(4)的壳体和喷淋塔(10)的壳体均由玻璃钢材质或者不锈钢材质制成；vocs废气在催化塔(4)或喷淋塔(10)中的反应时间为4-5s。9.根据权利要求1所述的废气臭氧催化氧化-喷淋水臭氧催化的无废水产生处理系统，其特征在于，循环泵(13)延伸至水槽(17)中管路一端设有滤头(15)。10.利用权利要求1-9任一项所述的系统进行废气臭氧催化氧化-喷淋水臭氧催化的无废水产生处理的方法，其特征在于，所述方法如下：鼓风机(1)将vocs废气送入装有催化剂a(5-1)的催化塔(4)中，臭氧发生器(3)将臭氧从催化塔(4)的底部输入，vocs废气被臭氧及
臭氧催化催化剂a(5-1)产生的强氧化自由基降解成二氧化碳、水及未完全降解中间产物；催化塔(4)从催化塔出气口将处理后的vocs废气从喷淋塔底部的喷淋塔进气口输入，喷淋塔内的喷淋水对中间产物及多余的臭氧进行吸收，吸收了有机物及臭氧的喷淋水从喷淋塔底部的排水口流到水槽(17)内，经过臭氧催化氧化处理后的喷淋水进循环泵循环利用。

技术总结
本发明涉及环境工程技术领域，涉及一种废气臭氧催化氧化-喷淋水臭氧催化的无废水产生处理系统及方法；包括鼓风机、臭氧发生器、催化塔、喷淋塔、水雾喷头、循环泵、水槽；鼓风机将VOCs废气送入催化塔中，臭氧发生器将臭氧从催化塔的底部输入，VOCs废气被臭氧及臭氧催化催化剂A产生的强氧化自由基降解成二氧化碳、水及未完全降解中间产物；催化塔出气口将处理后的VOCs废气从喷淋塔底部的喷淋塔进气口输入，喷淋水对中间产物及多余的臭氧进行吸收，喷淋水从喷淋塔底部的排水口流到水槽内，经过臭氧催化氧化处理后的喷淋水进循环泵循环利用；提高降解效率，控制有毒副产物的产生，还可以循环利用喷淋水，无二次污染，提高性价比。提高性价比。提高性价比。


技术研发人员：刘海峰 何成达
受保护的技术使用者：扬州大学
技术研发日：2023.08.18
技术公布日：2023/10/15