微纳米氧气泡协同铁离子处理有机废气的系统及

本发明涉及有机废气治理技术领域，尤其涉及微纳米氧气泡协同铁离子处理有机废气的系统及工艺。

背景技术

VOCs(volatile organic compounds)挥发性有机物，是指常温下饱和蒸汽压大于70Pa、常压下沸点在260℃以下的有机化合物，或在20℃条件下蒸汽压大于或者等于10Pa具有相应挥发性的全部有机化合物。

目前，工业生产、交通运输和日常生活中大量排放的有机污染物(VOCs)等威胁着人类自身健康和赖以生存的环境。传统的空气净化技术如喷淋、吸附、过滤、加药、膜分离和选择性还原技术等，存在净化效率低、净化效果差、运行费用高、反应消耗大、且易造成二次环境污染的问题。为此，寻求一种新的有创新性的有机废气处理系统，以解决目前有机废气难以分解而导致环境污染的问题极为重要。

发明内容

本发明主要是解决现有技术中存在的技术问题，提供一种微纳米氧气泡协同铁离子处理有机废气的系统及工艺。

本发明是采用以下的技术方案实现的：

一种微纳米氧气泡协同铁离子处理有机废气的系统，包括依次连接的进气装置、微纳米氧气泡发生装置、吸附净化器以及排气装置；

微纳米氧气泡发生装置的下部设置有积水槽；

微纳米氧气泡发生装置的上部由第一隔板分隔成上部封闭底部相连通的洗涤单元和微纳米氧气泡发生室；

洗涤单元的顶部设置有喷淋装置，洗涤单元的侧壁与进气装置的废气进口连接；

微纳米氧气泡发生室的顶部设置有微纳米气泡水雾喷头；

微纳米氧气泡发生装置还设置有铁离子供给单元、喷淋液循环过滤单元、臭氧发生器和回旋微纳米氧气泡发生器；铁离子供给单元通过管道与积水槽连接；喷淋液循环过滤单元的输入端通过管道与积水槽连接，喷淋液循环过滤单元的输出端通过管道与回旋微纳米氧气泡发生器的第一输入端连接；回旋微纳米氧气泡发生器的第二输入端通过管道与臭氧发生器的输出端连接；回旋微纳米氧气泡发生器的输出端通过管道与微纳米气泡水雾喷头连接；

吸附净化器与微纳米氧气泡发生装置通过通气管道连接，通气管道前端设置有抽风机装置与微纳米氧气泡发生装置连通；吸附净化器内设置有活性碳过滤装置；排气装置的排风管道与吸附净化器相连通，排气装置设置有排风机装置。

进一步地，所述微纳米氧气泡发生室内部由第二隔板分割成上部封闭底部相连通的左空腔和右空腔，微纳米气泡水雾喷头设置于左空腔的顶部，右空腔设置有用于分离废气和水的若干个上下分布的水气分离板，吸附净化器与微纳米氧气泡发生装置的右空腔通过通气管道连接。

进一步地，所述水气分离板横截面呈横向设置的“∨”形，每个水气分离板呈梳齿状整齐均匀排列，水气分离板的两端分别固定在一对连接板上，每对连接板分别固定在右空腔的侧壁上。

进一步地，所述喷淋液循环过滤单元设置有依次连接的分离泵、固液分离组件和喷淋液储罐，分离泵将来自积水槽内的收集液进行固液分离；固液分离组件将分离泵处理后的收集液进一步过滤净化；喷淋液储罐用于存储固液分离后的收集液，并通过管道与回旋微纳米氧气泡发生器的第一输入端连接。

进一步地，所述洗涤单元还包括过滤装置，所述过滤装置设置在废气进口的下部，并邻近积水槽的上部。

进一步地，所述过滤装置包括上下固定于洗涤单元左右侧壁的固定架，所述固定架内填充有填充料。

进一步地，所述微纳米氧气泡发生装置还包括用于电离微纳米氧气泡的磁片，磁片设置于回旋微纳米氧气泡发生器的内壁。

进一步地，所述系统还设置有风阀，位于吸附净化器与微纳米氧气泡发生装置连接的通气管道内。

一种基于以上所述的微纳米氧气泡协同铁离子处理有机废气的系统的工艺流程如下：

S1.将待处理的有机废气经废气进口输送至微纳米氧气泡发生装置内部的洗涤单元，同时开启供水水箱的压力泵将清水送入到喷淋装置，对有机废气进行喷淋，喷淋后的清水进入积水槽收集；

S3.打开铁离子供给单元的压力泵，将Fenton试剂送入到积水槽中，同时打开喷淋液循环过滤单元、臭氧发生器和回旋微纳米氧气泡发生器，经洗涤单元处理的有机废气经洗涤单元和微纳米氧气泡发生室底部相通的空腔进入微纳米氧气泡发生室进行微纳米气泡氧化反应；

S5.经微纳米气泡氧化反应后的有机废气经通气管道进入吸附净化器，进一步吸附净化；

S7.干净气体由排风装置排出后进入大气。

进一步地，所述工艺流程还包括经微纳米气泡氧化反应后的气水经水气分离板分离后，含有臭氧、废气和VOCs的水落入至积水槽又被重新收集，经喷淋液循环过滤单元配置净化过滤，进入回旋微纳米氧气泡发生器，然后再次进入微纳米气泡水雾喷头进行二次雾化，如此不停的循环运行。

一种微纳米氧气泡协同铁离子处理有机废气的系统的应用，所述应用为利用所述系统净化处理含VOCs的废气。

一种微纳米氧气泡协同铁离子处理有机废气的系统的应用，所述应用为利用所述系统净化处理油漆喷涂废气、印刷产生的废气、或纺织印染产生的废气。

本发明的有益效果是：

（1）本发明首先采用喷淋装置进行第一次喷淋，并在臭氧发生器、回旋微纳米氧气泡发生器、Fenton反应的相互促进作用下进行有机废气的超强氧化降解吸附，最后经过吸附净化器中活性炭装置的进一步吸附净化，使得VOC的去除率可达96％以上，可达排放标准，相对于其他处理方法操作方便，反应消耗小，更为安全，并且处理效果好；

（2）本发明的清水经供水水箱进入喷淋装置进行喷淋，最大限度地去除有机废气中的粉尘，实现对有机废气的预处理，有助于有机废气在微纳米氧气泡发生室内充分反应，并延长了设备清洗频率，降低维护成本。清水对有机废气喷淋后自由降落至下部设置的积水槽收集，为后续微纳米氧气泡发生室内的微纳米氧化反应提供清水水源，并且充分地利用了清水的重力势能转化，提高了设备的有效功率，降低了设备能耗；

（3）本发明利用微纳米气泡、臭氧氧化分解技术协同铁离子催化氧化的方法，一方面微纳米气泡收缩爆破产生羟基自由基，另外利用臭氧遇水产生的双氧水与铁离子发生Fenton反应也产生羟基自由基，并且使自由基持续时间更长，其相互协同作用将显著提高对有机废气处理的效果；

（4）本发明通过喷淋液循环过滤单元、臭氧发生器和回旋微纳米氧气泡发生器等形成的闭环循环的共同作用，臭氧用量大幅度降低，从而有效降低了试剂消耗及处理成本；

（5）本发明适用于含VOCs的有机废气处理，在工业企业产生VOCs排放的场合，如喷漆、涂料、印刷、纺织印染等，该技术完全可应用于这些场合，从节能减排的角度看，其实际应用意义巨大。

附图说明

图1是本发明的一种微纳米氧气泡协同铁离子处理有机废气的系统的结构示意图I。

图2是本发明的一种微纳米氧气泡协同铁离子处理有机废气的系统的结构示意图II。

图3是本发明设置的水气分离板的侧视图的结构示意图。

图4是基于本发明的一种微纳米氧气泡协同铁离子处理有机废气的系统的工作流程图I。

图5是基于本发明的一种微纳米氧气泡协同铁离子处理有机废气的系统的工作流程图II。

图中：

1、进气装置；3、吸附净化器；4、排气装置；5、通气管道；6、抽风机装置；31、活性碳过滤装置；51、风阀；201、积水槽；202、喷淋装置；203、第一隔板；204、微纳米气泡水雾喷头；205、铁离子供给单元；206、回旋微纳米氧气泡发生器；207、臭氧发生器；208、分离泵；209、固液分离组件；210、喷淋液储罐；211、水气分离板；212、过滤装置；213、第二隔板。

具体实施方式

为了使本发明目的、技术方案更加清楚明白，下面结合附图，对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，本发明所述的一种微纳米氧气泡协同铁离子处理有机废气的系统，包括依次连接的进气装置1、微纳米氧气泡发生装置、吸附净化器3以及排气装置4；

微纳米氧气泡发生装置的下部设置有积水槽201，积水槽201中设置有排污口，用于积水槽中液体排污，并对积水槽201进行定期清洗。

微纳米氧气泡发生装置的侧壁与进气装置1的废气进口连接；微纳米氧气泡发生装置设置有洗涤单元、微纳米氧气泡发生室。

洗涤单元设置有喷淋装置202，所述喷淋装置202通过管道与供水水箱（图中未示出）连接；在积水槽201的上部，洗涤单元和微纳米氧气泡发生室由第一隔板203分隔成上部封闭底部相连通的空腔。

有机废气先进入洗涤单元进行喷淋，经洗涤单元和微纳米氧气泡发生室底部相通的空腔进入微纳米氧气泡发生室进行微纳米氧化反应，增加了有机废气在塔体内部的流动路径。清水经供水水箱进入喷淋装置202进行喷淋，最大限度地去除有机废气中的粉尘，实现对有机废气的预处理，有助于有机废气在微纳米氧气泡发生室内充分反应，清水对有机废气喷淋后自由降落至下部设置的积水槽201收集，为后续微纳米氧气泡发生室内的微纳米氧化反应提供清水水源，并且充分地利用了清水的重力势能转化，提高了设备的有效功率，降低了设备能耗。

微纳米氧气泡发生室设置有微纳米气泡水雾喷头204，连接有铁离子供给单元205、喷淋液循环过滤单元、臭氧发生器207和回旋微纳米氧气泡发生器206；铁离子供给单元205通过管道与积水槽201连接；喷淋液循环过滤单元的输入端通过管道与积水槽201连接，喷淋液循环过滤单元的输出端通过管道与回旋微纳米氧气泡发生器206的第一输入端连接，臭氧发生器207的输出端通过管道与回旋微纳米氧气泡发生器206的第二输入端连接；回旋微纳米氧气泡发生器206的输出端通过管道与微纳米气泡水雾喷头204连接。

臭氧发生器207的另一个输出端可通过管道直接通入微纳米氧气泡发生室内，增加微纳米氧气泡发生室内臭氧含量，提高氧化降解效率。

积水槽201设置有Fenton试剂入口,通过压力泵与铁离子供给单元205连接，所述Fenton试剂为具有一定酸度的铁离子溶液，常见的为二价铁离子溶液，如加入了一定量硫酸的硫酸铁等常见的加入了酸性物质的铁的盐溶液；加入酸以及铁的盐溶液的量需根据积水槽201的容量以及加入积水槽201中清水的量进行核算，使铁的盐溶液的浓度保持在一定范围内，且保持积水槽201中溶液的pH值为酸性范围内，优选为pH值小于4的酸性范围内。

有机废气在上升过程中，在微纳米氧气泡发生室内进行微纳米气泡雾滴吸附，即经微纳米气泡水雾喷头204形成富含微纳米气泡的雾滴。有机废气能部分被水溶解吸附，并且在微纳米气泡雾滴吸附过程中，微纳米气泡破裂使雾滴破裂形成具有更大比表面积的细小雾滴。由于臭氧遇水形成双氧水，双氧水本身具有强氧化性，且双氧水可以在二价铁离子的催化作用下发生Fenton反应进一步生成羟基自由基，具有强氧化性，从而大大提高了微纳米氧气泡发生室对有机废气的强氧化和吸附作用。

微纳米气泡水雾喷头204将雾化的微纳米气泡水喷淋到上升的有机废气上，微纳米气泡在水滴中高速运行上浮分离，随着其气水化合物理特性，微泡由微米（μm）大小急剧萎缩为纳米（nm）大小，最终被压破，释放出高能量；同时，臭氧微纳米气泡表面带负电荷，易于吸附水体中带正电荷的有机物以及悬浮物；在气泡被压破的瞬间，产生瞬间的高温高压环境，释放大量能量，并在气液界面产生羟基自由基；此时，臭氧及羟基自由基等与有机废气在高温高压的环境下进行反应，使有机废气被彻底降解为CO₂和H₂O，实现高效快速去除VOCs；系统中添加有酸性铁离子，既可与臭氧在反应中生成的双氧水反应，增加对有机废气的氧化作用，又提供了弱酸性条件，而在弱酸性溶液中能够有效提高微纳米气泡的形成产生率，即微纳米气泡更加密集，增强有机废气的处理效果。

微纳米氧气泡发生室内根据工况需要，自下而上横向布置有若干个微纳米气泡水雾喷头204。

所述喷淋液循环过滤单元设置有分离泵208、固液分离组件209及喷淋液储罐210。分离泵208将来自积水槽201内富含臭氧、废气和VOCs的收集液进行固液分离，以去除喷淋液中的固体颗粒物；固液分离组件209将分离泵208处理后的收集液进一步过滤净化，以进一步除去收集液中的固体颗粒物，具体可采用有膜分离组件或玻璃球填料过滤组件等；经固液分离组件209过滤净化后的收集液被储存在喷淋液储罐210中。

喷淋液循环过滤单元中的喷淋液储罐210和臭氧发生器207分别通过管道连接至回旋微纳米氧气泡发生器206。由喷淋液储罐210提供的净化后的喷淋液与臭氧发生器207产生的臭氧形成的气液两相流，在回旋微纳米氧气泡发生器206中，由于高速剪切的作用，气体被剪切成微纳米大小的气泡，该微纳米气泡与液体形成稳定的微纳米气泡水的新型气液两相流，即新的微纳米气泡水。新的微纳米气泡水在废气净化室内经水雾喷头二次雾化，形成高速、高压喷射流，形成新的富含微纳米气泡的喷淋液，即富含微纳米气泡的雾滴。

如图2~图3所示，所述微纳米氧气泡发生室内部可进一步由第二隔板213分割成上部封闭底部相连通的左空腔和右空腔，微纳米气泡水雾喷头204设置于左空腔，右空腔设置有用于分离废气和水的若干个上下分布的水气分离板211，吸附净化器3与微纳米氧气泡发生装置的右空腔通过通气管道5连接。

水气分离板211可选择斜板式气液分离器、旋流板式气液分离器、离心式气液分离器或丝网气液分离器等。

所述水气分离板211横截面可呈“∨”形，每个水气分离板211呈梳齿状整齐均匀排列，水气分离板211的两端分别固定在一对连接板上，每对连接板分别固定在右空腔的侧壁上。

有机废气经过喷淋及微纳米氧化反应，含有一定量的水，其中的水会对可挥发性有机物气体的后续处理起到一定的影响，而且还对设备具有一定的污染、腐蚀作用。通过设置用于分离废气和水的水气分离板211对有机废气起到阻挡、降速的作用，水气分离板211横截面呈“∨”形，使有机废气的运动路径增加，有机废气在水气分离板中流动，其内的空隙为有机废气的流动通道，产生毛细管作用，便于去除有机废气中的水分。而且由于有机废气一般具有较高的温度，水气分离板211温度相对较低，水气分离板211与水气产生热交换，水分冷却而凝聚成水滴在重力作用下滴落，而有机废气则由下向上流动，使水分与有机废气分离，并降低有机废气的温度。

经微纳米气泡水氧化分解后的气水经水气分离板211分离后，含有臭氧、废气和VOCs的水落入至积水槽201又被重新收集，经喷淋液循环过滤单元配置净化过滤，进入回旋微纳米氧气泡发生器206，然后再次进入微纳米气泡水雾喷头204进行二次雾化，如此不停的循环运行，使微纳米气泡水在整个系统中形成闭环循环，将VOCs彻底氧化分解。可见，该过程大大提高了臭氧的利用效率，从而减少了臭氧的使用量。

吸附净化器3与微纳米氧气泡发生装置通过通气管道5连接，通气管道5前端设置有抽风机装置6与微纳米氧气泡发生装置连通；吸附净化器3内设置有活性碳过滤装置31；排气装置4的排风管道与吸附净化器3相连通，排气装置4设置有排风机装置，被净化干净的气体经排风机装置被排出到大气中。活性碳过滤装置31可用来吸附过滤有机废气的气味，使排出的气体更加干净、干燥。

如图2所示，所述洗涤单元还可包括过滤装置212，所述过滤装置212设置在废气进口与积水槽201之间。

所述过滤装置212包括固定架，所述固定架设置于所述洗涤单元邻近所述积水槽处201，所述固定架内填充有填充料。

所述填充料为多孔结构材料。多孔结构材料可以采用活性炭、氧化铝、硅胶、人工沸石等，其具有较大的比表面积、多孔结构、稳定的化学性质。有机废气流经过滤装置212时，颗粒被多孔结构材料截留，从而避免积水槽201过快积累大量的颗粒，降低喷淋装置202、喷淋液循环过滤单元、回旋微纳米氧气泡发生器206及微纳米气泡水雾喷头204等的堵塞风险。

此外，作为本发明的改进，所述进气装置1可设置有引风机，开启引风机将待处理的有机废气经废气进口送入微纳米氧气泡发生装置内，从而保证有机废气进入微纳米氧气泡发生装置的流动速率和流动方向。

作为本发明的改进，所述微纳米氧气泡发生装置还可包括用于电离微纳米氧气泡的磁片，设置于回旋微纳米氧气泡发生器206的内壁。利用外置电源对磁片进行通电后，磁片产生的磁场能对微纳米氧气泡进行电离。电离后的微纳米氧气泡带有电离产生的离子，使得微纳米氧气泡形成了离子气团。在这些离子的作用下，气泡表面张力逐步增高，使气泡的直径越来越小，有效保证微纳米氧气泡水中有较高的微纳米氧气泡含量，从而提高净化效率和净化效果。

作为本发明的改进，所述系统还可设置有风阀51，位于吸附净化器3与微纳米氧气泡发生装置连接的通气管道5内。风阀51可以在必要时切断废气的流动，方便对设备进行维护、修理。

作为本发明的改进，微纳米氧气泡发生室还设置有若干组紫外灯，固定于微纳米氧气泡发生室内壁上。紫外光可以使Fenton反应体系中的Fe³⁺还原为Fe²⁺，促进了铁离子循环，同时紫外光也会使双氧水以及三价铁的羟基络合物(Fe(OH)²⁺)等直接光解产生•OH，从而提高反应的速度和效率，并减少了后续处理的麻烦。

作为本发明的改进，积水槽201设置有双氧水入口，双氧水入口通过压力泵与双氧水投加装置连接，必要时可通过向积水槽201中添加双氧水，双氧水的加入又可以通过进入回旋微纳米氧气泡发生器206最终进入微纳米气泡水雾喷头204，产生更多的羟基自由基，使其将雾化生成微纳米气泡喷淋到上升的有机废气上，以进一步增强氧化效果。

作为本发明的改进，所述系统还可设置有控制系统，控制系统分别与系统内的各个组成部分相连接，且控制系统还设置有显示装置。显示装置包括指示灯、显示屏和控制按钮。在正常情况下，工作人员只需要操作控制按钮，并通过显示屏对控制系统运行进行参数设置，就可保证整个装置的正常运作，同时指示灯处于正常显示状态。当装置出现故障时，指示灯显示闪烁警报状态，从而提醒工作人员进行检查和维修，提高装置的净化效率和安全性。

基于上述改进，又可在废气进口和废气出口设置有空气检测器，空气检测器与控制系统相连，用于控制检测有机废气的进气浓度和出气浓度，从而实现有机废气处理效果的在线监测。

如图4~图5所示，一种基于以上所述的微纳米氧气泡协同铁离子处理有机废气的系统的工艺流程如下：

S1.将待处理的有机废气经废气进口输送至微纳米氧气泡发生装置内部的洗涤单元，同时开启供水水箱的压力泵将清水送入到喷淋装置202，对有机废气进行喷淋，喷淋后的清水进入积水槽201收集；

S3.打开铁离子供给单元205的压力泵，将Fenton试剂送入到积水槽201中，同时打开喷淋液循环过滤单元、臭氧发生器207和回旋微纳米氧气泡发生器206，经洗涤单元处理的有机废气经洗涤单元和微纳米氧气泡发生室底部相通的空腔进入微纳米氧气泡发生室进行微纳米气泡氧化反应；

S5.经微纳米气泡氧化反应后的有机废气经通气管道5进入吸附净化器3，进一步吸附净化；

S7.干净气体由排风装置排出后进入大气。

一种所述的微纳米氧气泡协同铁离子处理有机废气的系统的工艺流程，所述流程还包括经微纳米气泡氧化反应后的气水经水气分离板211分离后，含有臭氧、废气和VOCs的水落入至积水槽201又被重新收集，经喷淋液循环过滤单元配置净化过滤，进入回旋微纳米氧气泡发生器206，然后再次进入微纳米气泡水雾喷头204进行二次雾化，如此不停的循环运行。

综上可见，该系统及工艺首先采用喷淋装置202进行第一次喷淋，并在臭氧发生器207、回旋微纳米氧气泡发生器206、Fenton反应的相互促进作用下进行有机废气的超强氧化降解吸附，最后经过吸附净化器3中活性炭装置的进一步吸附净化，使得VOC的去除率可达96％以上，可达排放标准，相对于其他处理方法操作方便，反应消耗小，更为安全，并且处理效果好。

本发明所述的一种微纳米氧气泡协同铁离子处理有机废气的系统及工艺，可广泛应用于含VOCs的废气处理。

本发明所述的一种微纳米氧气泡协同铁离子处理有机废气的系统及工艺，可广泛应用于净化处理油漆喷涂废气、印刷产生的废气、或纺织印染产生的废气。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“竖直”、“上”、“下”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”、“连通”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。