一种处理高浓度VOCs废气的方法及处理系统与流程

本发明属于污染物处理技术领域，具体涉及一种处理高浓度vocs废气的方法及处理系统。

背景技术：

挥发性有机物(vocs，volatileorganiccompounds)的主要成分为含氟芳香烃、醇、醚和酯类物质，此外，还含有部分的hcl、h2s等无机物，具有浓度大，成分复杂，毒性强的特征。

目前对于vocs的处理主要包括燃烧法、吸附法和催化法，其中燃烧法是将vocs直接通入焚烧炉进行燃烧，将其转化为co2和h2o。该方法运行简单，处理效率高。但设备投资高，且当vocs中存在诸如硫化物、氮氧化物等其它无机污染物时，燃烧后会产生so2、nox等挥发性污染物，导致空气的二次污染。吸附法是将vocs通过活性炭、树脂等吸附材料，将其中的污染物吸附在吸附材料的孔隙中，从而达到净化空气的目的。该方法投资小，运行简单，同时还可以去除无机污染物，但树脂的吸附量和吸附效率有限，因此不适合处理高浓度的vocs。催化法是将vocs通过催化剂，同时配合紫外灯，将污染物降解为co2和h2o，相比燃烧和吸附，其不仅处理效率高，而且能针对浓度高、成分复杂的vocs，包括其中的各种无机污染物，进行高效降解，确保尾气能达到排放标准。然而，该方法设备投资大，且催化剂需要频繁更换，使得其运行成本更高。

针对上述方法存在的缺陷，目前出现了采用fenton法处理vocs的技术，该方法能够有效的氧化废水中的有机物质，但是也只能将完全溶解于水中的物质氧化掉，但是高浓度vocs通常除了含有大部分水溶性的vocs外，还存在小部分的难溶有机成分，单纯经fenton法处理仍然不满足排放要求。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种处理高浓度vocs废气的方法及处理系统，本发明适用于处理高浓度vocs，提高了vocs的处理效果、降低了处理成本。

为了实现上述发明目的，本发明采取以下技术方案：一种处理高浓度vocs废气的方法，包括以下步骤：

a)吸收水溶性vocs：将高浓度vocs废气通入溶解性有机物吸收系统，吸收可溶性vocs气体，收集不溶性vocs气体；

b)fenton氧化：将吸收了可溶性vocs气体后的废水通入fenton污泥循环系统内进行降解；

c)mbr处理：将经fenton污泥循环系统处理过的废水通入mbr膜污水处理系统进行处理；

d)光催化降解：将收集的不溶性vocs气体通过光催化系统进行降解处理；

e)活性炭吸附处理：将经光催化系统处理后的气体通入活性炭吸附系统处理。

优选地，所述高浓度vocs废气vocs的浓度为3000-5000mg/l。

优选地，所述fenton污泥循环系统内ph值控制在2.6-2.9，n(fe²⁺)：n(h2o2)＝2.15-2.6，反应温度为30-35℃，反应时间为30-50min。

优选地，所述光催化系统中设置有板式光催化剂，其主要成分为tio2。

优选地，所述fenton氧化步骤中同步进行电解反应。

优选地，所述电解条件为：电压20-30v，电流1-5a，反应温度30-45℃，反应时间20-40min，ph值控制在0.7-0.8。

更优选地，所述电解条件为：电压24v，电流4a，反应温度40℃，反应时间30min。

优选地，所述电解过程中加入酸使ph值控制在0.7-0.8，所述酸优选为硫酸。

本发明还提供了一种处理高浓度vocs废气的系统，包括依次连接的溶解性有机物吸收系统、fenton污泥循环系统及mbr膜污水处理系统；所述吸收系统还与一光催化系统连接，所述光催化系统连接有活性炭吸附系统。

进一步地，所述溶解性有机物吸收系统为水池或水槽，通过先将高浓度vocs废气通入该溶解性有机物吸收系统中，使得vocs废气中的大部分可溶性有机物溶解于水中，从而可将难处理的高浓度有机废气转化为易处理的有机废水，可降低废水的处理难度。

进一步地，所述水池或水槽上方设置有一密封集气罩，该集气罩用于收集高浓度vocs废气中部分不溶性vocs气体。

进一步地，所述集气罩通过管路与一光催化系统连接。该集气罩通过不停抽气，可将从水池出来的难溶于水的有机成分通过该管路进入到光催化系统中.为了提高催化效率，该系统还增加了板式催化剂，其主要成分为tio2。所述集气罩和所述光催化系统之间的连接管路，所使用的材质均为u-pvc。

进一步地，为了达到排放要求，所述光催化系统通过u-pvc的连接管连接一活性炭吸附系统；经光催化系统处理后的气体经过管道进入到活性炭吸附系统中进行进一步的吸附处理。更进一步地，所述活性炭吸附系统填充有80-100目的活性炭，通过活性炭的吸附作用，去除残留的尾气，确保出去的气体能直接达标排放。

进一步地，所述fenton污泥循环系统为现有常规的系统，其一般包括通过管路依次连接的fenton氧化塔、中和池、脱气池、混凝反应池和终沉池。

进一步地，所述fenton污泥循环系统的底部设置有电解系统。当fenton反应开始进行时，同步开启电解系统，将产生的fe(oh)3通过电流的作用，转化为fe²⁺，因h2o2的加入量远大于反应量，因此，通过电解，可以实现循环的fenton反应，从而大大减少药剂的投加量，以及污泥的产生量。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1)本发明先将高浓度vocs废气大部分溶解于水中，将难处理的高浓度有机废气转化为易处理的有机废水后进行fenton氧化降解和膜分离处理，降低了处理难度，出水达到排放标准；而另外的部分难溶于水的有机成分采用光催化降解结合活性炭吸附处理，使得出气达到排放标准。通过生物氧化、膜生物分离、光催化降解和活性炭吸附步骤协同作用，实现了对高浓度vocs废气的完全处理，大大降低了处理难度和处理成本。

2)本发明所述fenton污泥循环系统的底部设置有电解系统，在fenton氧化反应进行的同时开启电解系统，不仅能够促进有机物降解，同时还可将生成的fe³⁺通过电解的方式还原为fe²⁺，从而减少铁盐的投加量，同时确保后续的污泥产量能明显减少，铁盐的被还原率＞98％。

附图说明

图1为处理系统结构示意图；

图2为高浓度vocs废气处理工艺流程示意图。

图中，溶解有机物吸收系统1；fenton污泥循环系统2；mbr膜污水处理系统3；光催化系统4；活性炭吸附系统5。

具体实施方式

以下通过实施例形式的具体实施方法，对本发明的上述内容作进一步的详细说明。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下实施例。

实施例中，所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法，所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

实施例一、一种处理高浓度vocs废气的系统

如图1所示，本发明理高浓度vocs废气的系统包括通过管路依次连接的溶解性有机物吸收系统、fenton污泥循环系统及mbr膜污水处理系统。

本实施例中，溶解性有机物吸收系统为水池1，水池的出水口通过u-pvc管路与fenton污泥循环系统2连通，fenton污泥循环系统通过u-pvc管路与一常规mbr膜污水处理系统3连通。

所述水池上方设置有一密封集气罩(图中未示出)，该集气罩通过管路与一光催化系统4连接，通过不停抽气，可将从水池出来的产物之一不溶性vocs气体通过管路送入光催化系统中；集气罩和光催化系统之间的连接管路，所使用的材质均为u-pvc。

所述光催化系统连接有活性炭吸附系统5。其中，所述光催化系统为横向的圆柱形反应器，反应器中固定有6-9根大功率的紫外灯，气体从反应器的前端进入，通过紫外光的照射，转化为co2，并从后端排出。为了提高催化效率，该系统设置有板式催化剂，其主要成分为tio2。通过u-pvc连接管，经光催化系统处理后的气体进入活性炭吸附系统中，该系统中填充有80-100目的活性炭，通过活性炭的吸附作用，去除残留的尾气，确保出去的气体能直接达标排放。

所述fenton污泥循环系统为常规的fenton污泥循环系统，其一般包括通过管路依次连接的fenton氧化塔、中和池、脱气池、混凝反应池和终沉池(图中未示出)。其中在氧化塔反应池的底部设置有电解系统，当fenton反应开始进行时，同步开启电解系统，在电解的作用下，将产生的fe(oh)3通过电流的作用，转化为fe²⁺，因h2o2的加入量远大于反应量，因此，通过电解，可以实现循环的fenton反应，从而大大减少药剂的投加量，以及污污泥的产生量。

实施例二、一种处理高浓度vocs废气的方法

本实施例中，高浓度vocs废气的浓度≈4000mg/l，具体的处理工艺流程如图2所示。

步骤1、吸收水溶性vocs：首先将高浓度vocs废气通入溶解性有机物吸收水池，将大部分可溶性有机物溶于水中，吸收完成后，水中的cod浓度≈3000mg/l，收集不溶性vocs气体，该气体中cod浓度≈12000mg/l；

步骤2、fenton氧化：将吸收了可溶性vocs后的废水通入fenton污泥循环系统内进行降解，在该系统中，ph≈2.6-2.9，n(fe²⁺)：n(h2o2)≈2.15，反应温度t≈32℃，反应时间t＝40min；反应完成后废水中的cod值从4000mg/l下降到720mg/l；氧化反应开始时同步开启电解系统进行电解，电压u＝24v，电流i＝4a，反应温度t≈40℃，反应时间t＝30min，而为了确保fe(oh)3能够还原为fe²⁺，加入适量1.5mol/l的硫酸，将其ph调到0.7-0.8；电解完成后，废水中的cod值从720mg/l进一步下降到180mg/l，同时铁盐的被还原率＞98％，基本上可以达到后续循环利用的要求；

步骤3、mbr处理：为了确保出水达标，在电解完成后，采用膜生物反应器处理3h，处理完成后出水cod可达到25-32mg/l，达到了排放标准。

步骤4、光催化降解：将收集的不溶性vocs气体通过光催化系统进行降解处理，该系统使用的紫外灯功率为12w，光照时间40min，同时为了提高催化效率，系统还增加了板式催化剂，其主要成分为tio2。经该方法处理后后，vocs的浓度由1200mg/l下降到30mg/l；

步骤5、活性炭吸附处理：将经光催化系统处理后的气体通入活性炭吸附系统中进一步吸附剩余的vocs，该系统中活性炭颗粒大小约为80目，吸附30min，vocs的浓度进一步的下降到了0.2-0.4mg/l，达到了排放标准。

实施例三、一种处理高浓度vocs废气的方法

实施例三与实施例二的区别在于，所述板式催化剂为v2o5/tio2，其余参数与实施例二相同，经该方法处理后，废水中vocs的浓度由1200mg/l下降到30mg/l。

实施例四、一种处理高浓度vocs废气的方法

实施例四与实施例二的区别在于，所述板式催化剂为v2o5/al2o3，紫外灯功率为25w，照射时间为30min，其余参数与实施例2相同，经该方法处理后，废水中vocs的浓度由1200mg/l下降到20mg/l。

实施例五、一种处理高浓度vocs废气的方法

实施例五与实施例二的区别在于，所述板式催化剂为v2o5-wo3/tio2，紫外灯功率为15w，照射时间为45min，其余参数与实施例2相同，经该方法处理后，废水中vocs的浓度由1200mg/l下降到12mg/l。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所述技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。