VOCs（揮發性有機廢氣（qì））處理技術（shù）

高能離子輝光催化（huà）氧化裝置包括：一級高能離子輝光裝置和（hé）二（èr）級輝光催化氧（yǎng）化裝置，兩套裝置殼（ké）體均采（cǎi）用不鏽（xiù）鋼材質製作（zuò），耐腐蝕性能好、強度高，使用壽命長。
在高能離子（zǐ）輝光催化氧化設備內，輝光放電裝置產生高能離子（zǐ）體，對有機揮發物氣體進行轟擊斷鏈；輝光光束與空氣（qì）反應產生臭氧、並激發設備壁上及光觸媒載體上敏化光觸媒生成高濃度的對有機物（wù）氧化無選擇性的強氧化物質羥基，對惡臭、有機（jī）揮發性氣體進行協同分解（jiě）氧化反應，使（shǐ）惡臭（chòu）及有機揮發物氣體轉化為無臭味的小分子化合物或者完全礦化，生（shēng）成水和CO2，達標後經排風管排入（rù）大氣，整個分解氧化過程在1秒內（nèi）完成。

臭（chòu）氧的產生

利用高能離子輝（huī）光光（guāng）束使空氣中產生大量的自由電（diàn）子，這些電子大部分能被氧氣所獲（huò）得，形成負氧離（lí）子（O3－），負（fù）氧離子不穩定，很容易失去一個電子而變成活性氧（臭氧），臭氧是重要的氧化劑，既可以氧化分（fèn）解有機物和（hé）無機物，對（duì）主（zhǔ）要臭氣硫化氫、氨氣、甲硫醇和烴類（lèi）化合物等，都可以與臭氧發生反應，在臭氧的作用下，這些惡臭及有機揮發物氣體由大分（fèn）子物質（zhì）被分解為小分子物質，生（shēng）成水二氧化碳（tàn）直至礦化。

羥基自由基

1.羥基自由基簡介 羥基自由基•OH比其他常見（jiàn）氧化劑具有更高標準電極電位，氧化能力強（qiáng），性質非常活潑。羥基自由基•OH一旦形成，會誘發一係列（liè）的自（zì）由基鏈反應，幾乎無選擇地直接攻（gōng）擊水體、氣體中的各種汙染物，直至降解為CO2、H2O和其他礦化物。因（yīn）此，可（kě）以說高級氧化工藝是以產生羥基自由基•OH為標誌的。我（wǒ）們的（de）綜合處理工藝程就是提高•OH生成率和利（lì）用率的過程（chéng）。
2.羥基自由基•OH的特點
1）氧化能力強，羥基自由基（•OH）的標準電（diàn）極電勢（shì）（3.06V），是一種氧化能力很強的氧化劑且（qiě）無選擇性；
2）反應速率常數大，羥（qiǎng）基自由基（•OH ）非常活潑，與大（dà）多數有機物（wù）反應（yīng）的速率常數（shù）在106-1010mol-1•L•S-1；
3）無選擇性，與反應物濃度無關（guān）；
4）壽命短，羥基自由基（•OH）壽命較短，在不同的環境介質中，其存在時間有一定差別，一般小於10-4s；
5）處理效率高（gāo），不產生二次汙染。同時，羥基自由（yóu）基（•OH）還具有殺滅細菌、防腐保鮮的功（gōng）效。
（3）輝光（guāng）光束（shù）場對•OH (羥（qiǎng）基自由基)的產生的正效應（yīng）：
1) 輝光光束增強催化劑表麵的光吸收。由於催（cuī）化劑（jì）的極化作用，在表麵產（chǎn）生更多的懸空鍵和不（bú）飽和鍵，從而在能隙中形成更多的附加能級(缺陷能級)，非輻射（shè）性的多聲子過程使輝光致電子空穴對的生成更容易，從而提高催化劑的光激發電子躍遷幾率。
2)輝光光束場的作用帶來催化劑更多的缺陷，由於陷阱效應，缺陷將成為電子或空穴的捕獲中心，從而降（jiàng）低（dī）電（diàn）子（zǐ）與（yǔ）空穴的複合率。
3) 輝光光束場促進水（shuǐ）的脫附。光束場中水分子間的氫鍵結（jié）合被打斷，抑製了水在催化劑表麵的吸附，使更多的（de）表麵活性（xìng）中心能參與反應，提高催化劑的活性（xìng）。
4）促進表麵羥基生成遊離基。輝光光束使表麵羥基的振動能級處於激發態的數目增多，使（shǐ）表麵羥基活化，有利於羥基遊離基的（de）生成（chéng），而羥基自由基有很強（qiáng）的氧化性能，是輝光催化氧化反應的主要氧化劑，羥基（jī）遊離基數目的增多，將有利於輝光催化活性的提高。
輝（huī）光光束與納米級TiO2的作用產生（shēng）•OH，溶於水中的臭（chòu）氧也可產生•OH。

•OH(羥基自由基)是非常具活性（xìng）的氧化劑之一，氧化能力明顯高於普通氧化劑，與（yǔ）惡臭氣體反應，礦化程度更高。幾種氧化劑的氧化電位比較見下表：

3.高級氧化技術又稱深度氧化技術，是Glaze等於1987年提出的（de），泛指反（fǎn）應過（guò）程有大量羥基自由基參與的高級氧化技術。其基礎在於運用氧化劑、輻射，有時還與氧化劑結（jié）合，在反應中產生的活性較（jiào）強（qiáng）的自由基（jī）（一（yī）般（bān）為羥基自由基•OH），再（zài）通過自由（yóu）基與有機物之間的（de）加合、取代、電子（zǐ）轉移等（děng）使汙染（rǎn）物全部或接近全（quán）部礦質（zhì）化,因此在廢水、廢氣處理中的應（yīng）用具有顯著的效果。
高級氧化技術其本質是利用羥基自由基氧（yǎng）化降解水相、氣相中（zhōng）的各種汙染物的化學反應。反應機理：羥基自由基（jī）•OH作為反（fǎn）應的中間產物，引發（fā）誘（yòu）導產生鏈反應，•OH主要通過電子轉移、親電加成、脫氧反應等途徑無選擇地直（zhí）接與各種有機化合物作用而將其降解為CO2、H2O和其他（tā）無害（hài）物質。羥基取代反應，羥基自由基進攻芳環（huán）上的氫，發生羥（qiǎng）基（jī）置換反應，反應速率常數約為6*109mol•S-1。由於羥基的作用，很容易生成芳環的二羥基取代物，使芳環發生鄰（lín）位或間位開裂。脫（tuō）氫反應，羥基自由基能直接拉出烷 烴上的氫，生成水和有機自由基R，其反應（yīng）速率常數約為2*109mol•s-1。生成的有機自（zì）由基R可以相互反應，也可以與水中的溶解氧反應。R-H+OH→R•+H2O，R•+O2→ROO，形成的過氧自由基（ROO•）作（zuò）為一種強（qiáng）氧化劑，可脫去有（yǒu）機物上（shàng）的（de）氫原子：ROO+R-H→ROOH+R•，生成的R•自由基可以（yǐ）在分子上加上一個氧分子，導致自氧（yǎng）化的鏈反應能不斷（duàn）繼續下去，直至有機物徹（chè）底（dǐ）氧化。電子轉移反應，羥（qiǎng）基自由基的產（chǎn）生以及與有機分子的反應都是由一係列複雜的鏈反應完（wán）成的。許多反（fǎn）應（yīng）產物（wù），如（rú）CO32-、HCO3-、HPO42-等與•OH發生反應。OH+CO32-→OH-+CO3-，OH+HCO3-→OH-+HCO3，OH+HPO42-→OH-+HPO4，由於反（fǎn）應產物不再誘發氧化劑產生羥基自由基（jī），對羥基自由基起了掩蔽作用，鏈反應中止。且•OH氧（yǎng）化是（shì）一種物（wù）理化（huà）學過程，反應條件溫和（hé），比較容易控製，設備（bèi）相對比較簡單等（děng）優點，是一種有（yǒu）效降解廢水中有（yǒu）機汙染物的方法。
（1）各種高級（jí）氧化技術（AOPS）的共同點是反應過（guò）程中產（chǎn）生活性較高（gāo）的羥基自由基（•OH），•OH 具有以下特點（diǎn）：
1）氧化能力強，羥基自由基（•OH）的標（biāo）準電極電勢（2.8V）僅次（cì）於（yú）F2（2.87V），是一種氧化能（néng）力很強（qiáng）的氧化劑；
2）反應速率常數大，羥基自由基（jī）（•OH ）非常活潑，與大多（duō）數有機物反應的速率常數在106-1010mol-1•L•S-1；
3）選擇性小（xiǎo），與反（fǎn）應物濃度無關；
4）壽命短，羥基自（zì）由基（•OH）壽命很短，在不同的環境介質中，其存在時間有一定差別，一般小（xiǎo）於（yú）10-4s；
5）處理效率高，不產生二次汙染。同時，羥基自由基（•OH）還具（jù）有殺滅細菌、防腐保鮮的功效。
（2）AOPs（高級氧化）法的關鍵是（shì）產生高度活（huó）性的羥基自由基（•OH），我們采用加氧化劑、催化劑及（jí）借助（zhù）紫外光激發敏化光觸媒等多（duō）種途徑產生。按（àn）產生羥基自由基（•OH） 的方式可分為均相、多相和有無輻射照射等多種。
1）O3/UV法：是將臭氧與紫外輻（fú）射（shè）相結合的一種高級氧化技術。在紫外光的（de）照射下，臭氧分（fèn）解產生活潑的羥基自由基（jī）•OH。其反應機（jī）理如下：

生成的羥基自由基（•OH）是比臭氧更強的氧化劑。
2）O3/ H2O2 法（fǎ）：
是將臭氧與過氧化氫（qīng）組合的高級氧化技術，反（fǎn）應機理如下：

O3/ H2O2法不需要UV使（shǐ）分子活化（huà），在濁度較高的溶液中（zhōng）仍能良好運行，適用於渾濁的溶液體係。
3）H2O2/UV法（fǎ）：將紫外光（UV）及其（qí）他氧化劑（jì）或催化劑引入到H2O2體係中，可以提高H2O2的處理效果，其反應機理一般認為是：1分子的H2O2在紫（zǐ）外光（guāng）（波長小於300mm）的照射下，產生2分子的羥基自由（yóu）基，反應有：

（3）消毒殺菌：
利用高能離子輝光光束裂解惡臭氣體中細菌的分子鍵，破壞細菌的核酸（DNA），再通過（guò）•OH、O3進行氧化反應，從而達到脫（tuō）臭及（jí）殺滅細菌的目的。
本工藝綜合原理如下（xià）：通過二級噴淋使甲醇、甲醛、DMF、丙酮部分（fèn）溶於水中，使（shǐ）氣體（tǐ）中有（yǒu）機物含量降（jiàng）低-高級氧化+輝光+高能離子體+敏（mǐn）化光（guāng）觸媒=生成高濃度當量的羥基自由（yóu）基，閃速（sù）無選擇性處理有機揮發物（wù），並形成低分子無臭（chòu）無害化合物、水及二氧化碳=達標排放。
示意圖如下：有機揮發物（wù），形成低分子無臭無害化合物（wù）及水二氧化碳=達標排放。

與其他脫臭處理方法特征與經（jīng）濟性比較：

吸附（fù）濃縮-催化燃燒技術（shù）是將吸附和（hé）催化（huà）燃燒相結合的一種集成技術，將大風量、低濃度（dù）的有機廢氣經過吸附（fù）/脫附過程轉換（huàn）成小風量、高濃（nóng）度的有機廢氣，然後經（jīng）過催化燃燒設備淨化處理。

經預處理（lǐ）去除塵（chén）雜質後的廢氣，通過合理布風（fēng），使（shǐ）其（qí）均勻地通過固定吸附器內的活性炭，在一定停留時間內，廢氣中的有機物通過物理吸附聚集在活性炭表麵積，使廢氣得到（dào）淨化；淨化裝置（zhì）設置兩台或多台吸附（fù）床，即廢氣從其他幾台經過，確保（bǎo）一（yī）台處於脫附再生或（huò）備用，保（bǎo）證吸附過程連續性，不影（yǐng）響實際生產。
當活（huó）性炭吸附器（qì）出口VOCs濃度達到設定（dìng）上限值時定義為該吸附器被（bèi）穿透，此時通過相（xiàng）關閥門切換使該吸附（fù）器停止吸（xī）附操作並（bìng）進行脫附再生。過程如下：相關風機、閥門開啟，催化燃燒設備（bèi）的（de）電加熱啟動（dòng）用於預熱催化層，同時產生一定量的熱空氣。熱空氣（qì）在相關的風機、閥門、溫控儀表的控製（zhì）下進入吸附（fù）器的活性炭層，把吸附在活性炭孔隙（xì）中的有機物吹脫下來，形成小風量、高濃度（dù）的有機廢（fèi）氣，引入催化反應室淨化處理，將有機成分轉化為無毒、無害的CO2和H2O，並釋放出大量的熱能。產生的熱（rè）量可維持（chí）催化反應所需的溫度（dù），部分熱量回收用於活性炭再生，從而（ér）大大降低了電能消耗。
本項目二甲苯等屬於非極性有機物，采用非極性吸附劑可以對其實現有效地吸附。在眾多的吸附劑當中（zhōng），活性炭吸（xī）附效能較好、應用較（jiào）廣（guǎng），可以吸附大多數有（yǒu）機物。先活性炭濃縮吸附，然後再熱（rè）空氣脫附催（cuī）化燃燒的方式進行處理，一方麵可（kě）達到較為理想的（de）處理效果，另一（yī）方麵可延長活性炭的使用周期。

表（biǎo） 活性炭上易於再生和難以再生的物質

催化燃（rán）燒是一種（zhǒng）無火焰燃燒，沒有明火，氧化速度很快，反應完全。催（cuī）化反應如下（xià）：

催化劑能（néng）把（bǎ）反應烷烴分子吸附在自己的表麵上，並能使氧化反（fǎn）應的活化能降低，這就在一定範圍（wéi）內增加（jiā）了（le）有機溶劑蒸汽（qì）分子和氧分子的有效碰撞機（jī）會，加快（kuài）了氧化反應速度。優（yōu）良催化劑的應用（yòng）在（zài）整個催化燃燒中至關重要，本公司采用的第（dì）三代r-Al2O3蜂窩狀（zhuàng）貴金屬催化劑。具有空速大（dà）、阻力小、啟燃溫（wēn）度低，一般（bān）在250℃~320℃就能啟燃。淨（jìng）化率穩定在97%以上。

蜂（fēng）窩狀活性炭
表蜂窩狀活（huó）性炭產品主要性能參數

該裝置是將濃縮的有機廢（fèi）氣引入主要設備（bèi）。有機廢氣（qì）經內裝加熱裝置從活性炭層中將有機物分離後，通過催化劑的作用分解成水和二（èr）氧化碳，同時（shí）釋放能量，由（yóu）熱交換裝置置換能量，用於維護設備自燃的能源（yuán）。
當催化（huà）床溫度達到250～300℃時，催化燃燒床開始（shǐ）反應，利用廢氣燃燒產生的（de）熱空氣（qì）循環（huán）使用，此時電加熱停止，不需要外加熱，單床脫附，脫附時間為2~3小時（shí），設（shè）定時間活性炭吸附箱定時自動切換脫附，內部裝填（tián）的陶瓷蜂窩體貴金屬催化劑使用壽命為（wéi）9000小時。整個脫（tuō）附係統（tǒng）采用多點溫度控製，保證脫附（fù）效果的（de）穩定。
催化劑采用堇青（qīng）石蜂（fēng）窩陶瓷體作為（wéi）第一載體，γ-Al2O3為第二載體（tǐ），以貴金屬Pd、Pt等為主要活性組分，貴金屬鉑和鈀,具有高活性、高淨化效率、耐高溫及長使用壽命。

表 淨化效率≥97%的起燃溫度和相應濃度表

催化劑采用堇青石蜂窩陶瓷體作為第一載體，γ-Al2O3為第二載體，以貴金屬Pd、Pt等為主要活性組分，是一種新型高效的有機廢氣淨化催化劑。

圖 蜂窩狀貴金屬催化劑