基于动态拦截和微纳米气泡技术的卧式废气处理系统的制作方法

本发明涉及废气处理领域技术，尤其涉及一种基于动态拦截和微纳米气泡技术的废气处理系统。

背景技术：

根据who定义，挥发性有机化合物(vocs)是指在常温下，沸点50℃-260℃的各种有机化合物。vocs按其化学结构，可以进一步分为:烷类、芳烃类、酯类、醛类和其他等。目前已鉴定出的有300多种。最常见的有苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯、三氯乙烯、三氯甲烷、三氯乙烷、二异氰酸酯(tdi)、二异氰甲苯酯等。vocs是pm2.5形成之前最最重要的前体物，让细粒子污染渐趋严重，因此，对于vocs的治理已经成为各地大气污染治理的一大重点。vocs除了产生臭氧污染外，还形成二次有机气溶胶(25-35％)，vocs已经成为我国城市光化学烟雾的决定性前体物。随着近两年法律法规及标准的完善，据业内人士预计，vocs政策正遇到拐点期，预计2017年及“十三五”期间将陆续出台vocs排污费政策与相关行业标准。一石激起千层浪，vocs(挥发性有机物)逐渐进入环保行业和公众视野，并已经成功升级为大气污染治理行业关注的新焦点。因此，降低颗粒物污染，去除光化学烟雾，提高城市空气质量，vocs的控制势在必行。

如图1所示，在低温加工工业领域，vocs排放涉及的行业众多，如有机化工、石化行业、包装印刷、表面涂层等，vocs污染物种类繁多、组成复杂，其种类有烃类、酮类、酯类、醇类、酚类、醛类、胺类、氰类等，由于vocs成分复杂，不同类型的化合物性质各异，大多数行业的vocs又以混合物的形式排放，因此采用单一的治理技术往往难以达到治理效果，在经济上也不划算，通常情况下需要采用多种治理技术的组合，才能达到很好的治理效果。

随着近两年法律法规及标准的完善，油漆喷涂废气(挥发性有机物)逐渐进入环保行业和公众视野，油漆喷涂废气是pm2.5形成之前的最最重要的前体物--的万千变化，让细粒子污染渐趋严重，对于油漆喷涂废气的治理已经成为各地大气污染治理的一大重点。油漆喷涂废气除了产生臭氧污染外，还形成二次有机气溶胶(25-35％)，油漆喷涂废气已经成为我国城市光化学烟雾的决定性前体物。降低颗粒物污染污染，去除光化学烟雾，提高城市空气质量，油漆喷涂废气的控制势在必行。

低温等工业上，油漆喷涂废气排放涉及的行业众多，污染物种类繁多，组成复杂，其种类有烃类、酮类、酯类、醇类、酚类、醛类、胺类、氰类等。所以治理技术体系复杂，涉及10多种技术及组合技术。油漆喷涂废气成分复杂，不同类型的化合物性质各异，大多数行业的油漆喷涂废气又以混合物的形式排放，因此采用单一的治理技术往往难以达到治理效果，在经济上也不划算，通常情况下需要采用多种治理技术的组合，才能达到很好的治理效果。

对于这些废气，目前应用范围最广的vocs治理技术主要包括吸附回收技术、吸附浓缩技术、生物法、催化燃烧法、吸附浓缩-催化燃烧、低温动态拦截+吸收技术、低温动态拦截+催化技术和高温焚烧技术等。在实际处理中，对于高浓度的、有回收价值的废气，首先要回收，再采用其他的技术来进行治理；对于中等浓度范围的废气，有回收价值的要进行回收，没有回收价值的要燃烧掉；但是，低浓度的，产业分布较分散的大部分的废气排放，一直困扰相关技术人员。

专利cn205073862u采用循环液净化回用装置处理和净化微纳米气泡净化塔及微生物净化塔产生的含较多vocs污染物的循环液，自动供给并重复利用，极大地优化了单体微纳米气泡净化塔和微生物净化塔处理系统产生废液二次污染的限制条件，使得微纳米气泡净化塔和微生物净化塔结合处理vocs废气能广泛使用，但是微生物发酵本身会产生异味，微纳米气泡放在前端处理，净化了气体，而含水和vocs的微纳米气泡水进入微生物处理模块，在微生物模块聚集，最终还是经微生物模块释放出来，再复合微生物模块自身产生的气味共同排放出去，由该专利的结构图可以看出，微生物模块后并没有进一步的吸附、过滤等设施，因此，并不能很好的达到专利描述的效果。如果微生物模块过滤效果特别好，专利描述的设备并不适应于大流量的处理，空气阻力过大，能耗过大；如果微生物模块过滤效果不是很好，专利描述的效果很难达到。在我们的调研和实际使用过程中也发现其仍然存在voc排放不达标的问题。

专利cn105056726a公开一种voc的臭氧微纳米气泡处理系统，包括废气处理装置、喷淋液循环过滤装置、微纳米气泡发生装置以及臭氧发生装置，其使用的臭氧发生装置在该系统的运行中限制了该专利的推广应用；另外，在其工艺流程中加入了ph值为6.0-6.4的弱酸性n-甲酰吗啉水溶液，根据化工基本知识：n-甲酰吗啉是良好的芳烃类溶剂，这也就是说，该专利针对芳烃效果好，正如该专利的具体实际应用案例以芳烃为例一样，但却不能广泛应用于其他如烷类、脂类和醛类等。同时，由于有添加剂的加入，会使成本和运行控制带来一定风险。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明针对现有技术存在之缺失，其主要目的是提供一种操作简单、安全、高效率、低成本的废气达标排放的基于动态拦截和微纳米气泡技术的卧式废气处理系统。

经我们实验发现，废气在空气中存在时，大量被微细颗粒吸附，当微颗粒被除掉时，大部分废气也同时被除掉。基于以上实际现象，当我们对大风量、低浓度废气、含微细颗粒的气体净化时，首先将微细颗粒用动态拦截技术清除掉，相对大量的废气就被清除掉了，这样被初步净化过的气体再经进一步处理就可以达到达标排放，并且微细颗粒物量急剧减少。同时，从微细颗粒处理角度而言，较大颗粒的质量巨大但数量相对较少，超细颗粒的质量较小但是数量巨大。如果将巨大数量的污染物提前清理，后道处理工序的处理压力自然减小。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于动态拦截和微纳米气泡技术的卧式废气处理系统，包括动态拦截处理装置、废气净化装置、微纳米气泡发生装置,

动态拦截装置具有第一废气进口和废气出口，其内部配置有至少一级动态拦截单元；

废气净化装置具有第二废气进口和净气出口，其内部配置有废气净化室、位于废气净化室底部的收集池、位于废气净化室顶部的气水分离单元，以及布置在净气出口处的风机，废气净化室内配置有至少一根微纳米气泡水雾喷头；第二废气进口与动态拦截装置的废气出口连通，净气出口位于气水分离单元的顶部；

微纳米气泡发生装置包括微纳米气泡泵、喷淋液循环过滤单元及臭氧发生器，喷淋液循环过滤单元的输入端通过管道与废气净化装置的收集池连接，喷淋液循环过滤单元的输出端通过管道与微纳米气泡泵的第一输入端连接，臭氧发生器的输出端通过管道与微纳米气泡泵的第二输入端连接，微纳米气泡泵的输出端通过管道与废气净化室内的微纳米气泡水雾喷头连接。

废气从第一废气进口进入动态拦截装置，经动态拦截单元处理后从废气出口排出并由第二废气进口进入废气净化装置，经废气净化室内微纳米气泡水雾喷头喷洒的微纳米气泡进行氧化和吸附，然后再由气水分离单元进行水、气分离处理后通过风机作用从净气出口排出。

作为一种优选方案，动态拦截单元采用的是双锥台涡流动态拦截技术。

作为一种优选方案，动态拦截单元竖向布置在动态拦截装置内，废气的进气方向垂直于动态拦截单元，即废气自第一废气进口垂直进入动态拦截单元。

作为一种优选方案，废气净化室侧壁至少布置一个吸风口，所述吸风口通过管道与微纳米气泡泵的第三输入端连接，以将废气净化室内的微纳米气泡混合物(气态为主)抽取至微纳米气泡泵。

作为一种优选方案，所述风机为轴流风机，在废气净化装置内产生负压，并以正压的形式将被处理干净的气体抽排出。

作为一种优选方案，喷淋液循环过滤单元配置有固液分离单元及喷淋液储罐，固液分离单元将来自收集池内富含臭氧、废气的收集液进行固液分离；喷淋液储罐用于存储经固液分离后的收集液，并通过管道与微纳米气泡泵的第一输入端连接。

作为一种优选方案，固液分离单元包括分离泵和/或固液分离组件。

作为一种优选方案，该系统还包括回收装置，动态拦截装置具有排污口，排污口通过管道与回收装置连通。

作为一种优选方案，气水分离单元具有排污口。可根据工况需求通过管道与回收装置连通。

本发明还公开了上述系统的应用，主要应用于含vocs的废气的净化处理，油漆喷涂废气、印刷产生的废气、或纺织印染产生的废气的净化处理。

作为一种优选方案，所述废气为油漆喷涂废气、印刷产生的废气、或纺织印染产生的废气。

本发明所公开的基于动态拦截和微纳米气泡技术的卧式废气处理系统与现有技术相比，具有以下有益效果：

1)该系统采用卧式结构，将动态拦截分离装置和废气净化装置独立设计，能很好地应用于固体颗粒含量较高的工况，且非常方便于对现有的废气净化装置进行再改造。该卧式系统对废气进行动态拦截分离、微纳米气泡雾滴吸附、微纳米气泡超强氧化等多次降解处理，使得废气中的有害物质去除率达到97％以上。

2)该卧式系统通过动态拦截的预处理，大量微细颗粒物被拦截处理掉，使得后道处理的工序减少，处理压力也极大降低。以后道处理设备的清洁度为例，经动态拦截预处理后的后道处理设备污染急剧降低，本来半年就需要清理的部件，可以3年以上甚至5年以上再清理，大大减少了设备的维护成本。

3)该系统首先采用拦截技术对废气进行拦截处理，而后在微纳米气泡氧化废气净化装置内进行二次废气超强氧化降解并吸附分离。通过动态拦截技术，以及废气净化装置和微纳米气泡发生装置形成的闭环循环的共同作用，臭氧用量大幅度降低，也大大降低了处理成本,且操作方便，处理方法也更为安全，同时也解决了传统动态拦截效率和效能不达标的问题。

4)优选双锥台涡流动态拦截技术对废气进行拦截处理，该动态拦截技术能实现大流量废气处理，使得vocs聚集效应大大提高，拦截排除能力强，能耗低，拦截效率非常高。

5)经过臭氧微纳米气泡喷淋液处理的废气气体中含有大量水雾，水雾中吸附了部分未降解的vocs等有害物质以及废气反应后的中间体，通过气水分离单元去除掉排放气体中的水雾，从而更充分地去除剩余的废气成份。

6)在工业企业产生废气排放的场合一定有大量的微颗粒产生，该系统能对含vocs的废气进行有效净化处理，特别适用于大风量、低浓度vocs含量工业尾气的处理。同时，也能较好的应对如喷漆、涂料、印刷、纺织印染等场合产生的废气，在例如油漆喷涂的废气处理中，还可通过含高浓度废液的回收池对油漆进行回收再利用。从节能减排的角度看，其实际应用意义巨大。

附图说明

图1为挥发性有机物涉及的行业分布

图2为实施例1中动态拦截微纳米气泡vocs卧式处理系统的结构示意图

图3为实施例2中动态拦截微纳米气泡vocs卧式处理系统的结构示意图

附图标注：

动态拦截装置：废气进口11、废气出口12、动态拦截单元13、排污口14；

废气净化装置：废气进口21、净气出口22、废气净化室23、气水分离单元24、轴流风机25、收集池26、微纳米气泡水雾喷头27、排污口28；

微纳米气泡发生装置：微纳米气泡泵31、喷淋液循环过滤单元32、臭氧发生器33、分离泵34、固液分离组件35、喷淋液储罐36；

回收装置：回收池41。

具体实施方式

下面将结合附图及具体的实施例对本发明进一步解释说明。

实施例1：如图2所示，一种动态拦截微纳米气泡的vocs废气卧式处理系统包括动态拦截处理装置、废气净化装置、微纳米气泡发生装置及回收装置。其中，

动态拦截装置，即具有废气进口11、废气出口12和动态拦截单元13的动态拦截室，在动态拦截单元13的作用下，废气及所含的vocs被第一次拦截分离，废气中所含的大量vocs伴随微细颗粒物被拦截分离出来。

动态拦截单元13可根据工况需要设置一级或多级，其竖向布置在动态拦截装置内，废气经废气进口11垂直进入动态拦截单元13。作为优选方案，实施例中动态拦截单元13采用双锥台涡流动态拦截技术对废气进行拦截处理，该动态拦截具有空气阻力小，便于实现大流量处理，废气贯流切向碰撞急剧提高，废气聚集效应高，拦截排除能力强，能耗低，拦截效率高等优点，通过该动态拦截能将废气中所含的废气及伴随微颗粒物很好的分离出来，拦截效率非常高。

此外，动态拦截装置还设有一排污口14，可通过管道与回收装置连通，以实现高浓度废液的回收再利用。

废气净化装置包括具有废气进口21、净气出口22、废气净化室23、气水分离单元24、轴流风机25、以及布置在废气净化室23下方的收集池26。废气净化装置的废气进口21与动态拦截装置的废气出口12相连通。

废气净化室23内顶部布置有一微纳米气泡水雾喷头27，微纳米气泡水雾喷头27通过管道与微纳米气泡发生装置连通，将由微纳米气泡发生装置泵入的微纳米气泡水雾化成喷洒液。当然，微纳米气泡水雾喷头27的根数并不限于一根，其根数及布置方式可根据所处工况的情况进行调整。

轴流风机25布置在废气净化室23上方的净气出口22处，通过轴流风机25在废气净化室23内产生负压，并以正压的形式将被处理干净的气体抽排出去。

气水分离单元24布置在废气净化室23与轴流风机25之间，用于分离并去除气水中的水份。被除去的水份富含臭氧、废气和vocs，并落入至收集池26；被净化干净的气体被经轴流风机25排出到大气中。气水分离单元24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。气水分离单元24底部还设置有一排污口28，可通过管道与回收装置连通，以将气水分离单元24底部的污物回收利用。

微纳米气泡发生装置包括微纳米气泡泵31、喷淋液循环过滤单元32及臭氧发生器33。

喷淋液循环过滤单元32配置有分离泵34、固液分离组件35及喷淋液储罐36。分离泵34将来自收集池内富含臭氧、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35将分离泵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，例如，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35过滤净化后的收集液被储存在喷淋液储罐36中。值得说明的是，区别于背景技术中对比文件的技术方案，本发明中的喷淋液储罐36用于承载经过滤净化后的收集液，并不加入ph值为6.0-6.4的弱酸性n-甲酰吗啉水溶液等，因此，该废气处理系统的应用范围也相对更广泛，处理效果更好。

喷淋液循环过滤单元32中的喷淋液储罐36和臭氧发生器33分别通过管道连接至微纳米气泡泵31。由喷淋液储罐36提供的净化后的喷淋液与臭氧发生器33产生的臭氧形成的气液两相流，在微纳米气泡泵31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23内经水雾喷头二次雾化，形成高速、高压喷射流，即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。

经微纳米气泡水氧化分解后的气水经气水分离单元24分离后，含有臭氧、废气和vocs的水又被重新收集，经微纳米气泡发生装置，再次进入微纳米气泡水雾喷头27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。

回收装置，即回收池41，通过回收管道与动态拦截室下部的排污口14及气水分离单元24的排污口28连通，将富含臭氧、废气和vocs的雾滴被收集后泵入回收池41以收集富含臭氧、废气和vocs及微颗粒物的水。

在此，需要对实施例1中所用到的相关名词进行解释说明，具体如下：

气水主要是指废气净化室内整个物况中的物质，包括水、臭氧、雾滴、废气、vocs、含vocs的颗粒物、含vocs的雾滴、含vocs的水等复杂复合物。

雾滴主要是指吸附和未吸附vocs的细小水滴和水雾。

喷淋液主要是指经微纳米气泡发生装置处理过的复合水经微纳米气泡水雾喷头喷射出的水滴。

收集液主要是由水气分离装置分离下来的富含臭氧、废气和vocs的雾滴被收集形成。

雾气主要是指在废气净化室的空间内，导入的经动态拦截处理装置一次分离后依然含vocs的废气和富含臭氧的微纳米气泡水雾化后在废气净化室的空间内形成的混合雾气。

该系统的具体工作流程如下：

废气经废气进口11垂直进入动态拦截单元13，在动态拦截单元13内废气流动通过的特定区域制造涡流以降低气体流动轴向流速，在气体流动切向方向提供超高速剪切拦截，实现物理剪切拦截效应，将富含vocs的微颗粒物拦截下来并分离。在动态拦截作用下，废气及所含的vocs被拦截分离，被动态拦截后的废气经废气出口12和废气进口21进入废气净化室23，此时的废气本身不含臭氧，但含有臭氧前驱物vocs，被动态拦截得到的高浓度废液被集中回收至回收池41。

微纳米气泡泵31产生并将微纳米气泡水泵入微纳米气泡水雾喷头27，以在废气净化室23内形成富含微纳米气泡的喷淋液。在废气净化室23内进行微纳米气泡雾滴吸附，即经微纳米气泡水雾喷头27形成富含微纳米气泡的雾滴，在废气净化室23内对包括臭氧、氧化废气和vocs各种复合物进行吸附，并形成含臭氧、氧化废气和vocs的气水。由于vocs能部分被水溶解吸附，而碱性水能提高对vocs溶解吸附，当含臭氧的微纳米气泡水出现后，可以实现对vocs的超强氧化降解。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并形成具有更大比表面积的细小雾滴，臭氧、氧化废气和vocs被水吸附锁定在雾滴中。可见，由于臭氧与水形成的双氧水具有的强氧化性以及经微纳米气泡一次、两次甚至多次破裂形成的细小化雾滴急剧增大的比表面，大大提高了对vocs的强氧化和吸附作用。

气水自废气净化室23内上升的过程中，经气水分离单元24除去了气水中的水份，此时，被净化后的干净气体经轴流风机25作用由净气出口22排出到大气中，被气水分离单元24分离后形成的富含臭氧、氧化废气和vocs的水滴经废气净化室后落入收集池26，又被重新导入至臭氧微纳米气泡发生装置，再次对水体中的vocs的强氧化降解。

以上过程往复循环实现对vocs超强的吸附降解，在此过程中，新的臭氧通过臭氧发生装置不断持续补充到系统中以维持水系统的强氧化性。

在此过程中，废气净化室23内产生的雾滴部分被收集到收集池26，然后经喷淋液循环过滤单元32被过滤后回用进入微纳米气泡泵31，被过滤掉的固体颗粒物被收集后集中处理，被过滤剩余的高浓度废液可收集至回收池41以进行后续处理。根据工况需要，气水分离单元24沉淀的高浓度废液也可经排污口并通过管道连接至回收池41。

综上可见，该系统首先采用动态拦截对vocs进行第一次拦截分离处理，而后在废气净化室内通过微纳米气泡进行第二次vocs超强氧化降解并吸附分离。这相对其他处理方法臭氧用量大大降低，更为安全，操作方便，并且处理成本很低。

实施例2：如图3所示，作为实施例1的改进方案，唯一不同的地方是，废气净化室23的侧壁至少布置有吸风口28，该吸风口28通过管道与微纳米气泡泵31的第三输入端连接，以将废气净化室内的微纳米气泡混合物(混合雾气)抽取至微纳米气泡泵31，以形成一个内循环，进一步提高了臭氧利用率。而吸风口28的个数及排布方式可根据具体工况需求进行设计，能使废气净化室23内的微纳米气泡混合物(混合雾气)有效抽取至微纳米气泡泵31，此处不再赘述。在微纳米气泡发生装置中，将富含臭氧、废气和vocs的收集液、被从废气净化室抽取的混合雾气及臭氧发生器产生的臭氧进行混合以形成新的微纳米气泡水。该优选方案进一步提高了臭氧的利用率，减少了臭氧的使用量，也提高了整体运行效率。

综上可见，图2和图3所公开的实施例均为卧式设计，其将动态拦截处理装置和废气净化装置分开，独立设计。先通过动态拦截处理对vocs进行第一次拦截处理，而后再在废气净化装置的废气净化室内通过臭氧微纳米气泡水的超强氧化对经动态拦截处理后的废气进行二次vocs超强氧化降解并吸附分离化，此外，通过回收装置直接收集动态拦截处理装置和废气净化装置中气水分离单元的排污口排出的高浓度污物，以进一步回收利用。这种卧式设计能较好地处理固体杂质含量较高的废气或含有较大粒径颗粒物的废气，避免因固体杂质含量较高或颗粒物粒径较大而导致的喷淋液循环过滤单元配置中固液分离组件容易堵塞，运行压力过大等问题。此外，这种卧式设计也非常适用对于现有废气净化室的再改造，尤其适用于现场工况高度不够的情况。

下面，采用实施例1所示结构进行实验，实验结果如下表所示，其中，入口浓度指的是在动态拦截室的废气进口处所测得废气中含有vocs的浓度，出口浓度指的是在废气净化室的净气出口处所测得净气中含有vocs的浓度。

可见，经本系统作用后，vocs的去除率可达97％以上甚至更高。综上上述实施例，本发明不仅适用于大风量，低浓度vocs含量工业尾气的处理如可适用于废气量大于2万m3/h的场合，其微型化后同样也可以应用于相对小风量的工况场合。

本发明还可应用于油漆喷涂废气处理，其废气处理原理同上描述，即先通过动态拦截处理对富含vocs的油漆喷涂废气中的颗粒物进行第一次拦截处理，而后再在废气净化装置的废气净化室内通过臭氧微纳米气泡水的超强氧化对经动态拦截处理后的废气进行二次vocs超强氧化降解并吸附分离化，具体过程不再赘述。在此过程中，经动态拦截室分离或气水分离单元深沉下的物质，经后续简易处理后即可实现喷涂油漆的再利用。可见，这种卧式设计能非常好地处理油漆喷涂这类废气。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。