申請日2013.10.11
公開(公告)日2014.04.30
IPC分類號B01D53/74; B01D46/30; B01D53/76
摘要
本實用新型提供污水惡臭處理機，包括進(jìn)氣口，增壓器單元，量子激發(fā)器單元，光反應(yīng)器單元，上反應(yīng)腔，下反應(yīng)腔和出氣口;連接污水惡臭處理機的上反應(yīng)腔和下反應(yīng)腔的輸送導(dǎo)管;和空氣過濾器;空氣通過空氣過濾器進(jìn)入上反應(yīng)腔，在增壓器單元的作用下將空氣中氧氣轉(zhuǎn)化為氧化劑，然后通過輸送導(dǎo)管輸送至下反應(yīng)腔;污水惡臭氣體通過進(jìn)氣口進(jìn)入下反應(yīng)腔，和輸送導(dǎo)管輸送的氧化劑充分混合反應(yīng)，混合氣體然后依次經(jīng)過下反應(yīng)腔里的量子激發(fā)器單元和光反應(yīng)器單元，反應(yīng)后尾氣通過出氣口排出。本實用新型的污水惡臭處理機適合于污水惡臭氣體物化特性，運行穩(wěn)定，高效快速，抗腐蝕能力強，可以長時間運行，一次性投入和運行費用相對較低，且處理效果好。
權(quán)利要求書
1.一種污水惡臭處理機，其特征在于：包括進(jìn)氣口，增壓器單元，量子激發(fā)器單元，光反應(yīng)器單元，上反應(yīng)腔，下反應(yīng)腔和出氣口;連接污水惡臭處理機的上反應(yīng)腔和下反應(yīng)腔的輸送導(dǎo)管;和空氣過濾器;空氣通過空氣過濾器進(jìn)入上反應(yīng)腔，在增壓器單元的作用下將空氣中氧氣轉(zhuǎn)化為氧化劑，然后通過輸送導(dǎo)管輸送至下反應(yīng)腔;污水惡臭氣體通過進(jìn)氣口進(jìn)入下反應(yīng)腔，和輸送導(dǎo)管輸送的氧化劑充分混合反應(yīng)，混合氣體然后依次經(jīng)過下反應(yīng)腔里的量子激發(fā)器單元和光反應(yīng)器單元，反應(yīng)后尾氣通過出氣口排出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的污水惡臭處理機，其特征在于：所述空氣過濾器由多層玻璃纖維組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的污水惡臭處理機，其特征在于：所述輸送導(dǎo)管上部設(shè)置單向閥門。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的污水惡臭處理機，其特征在于：還進(jìn)一步包括用于統(tǒng)一安裝惡臭處理機的電器開關(guān)和控制器的控制柜;和檢修門。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的污水惡臭處理機，其特征在于：進(jìn)一步包括設(shè)置在惡臭處理機進(jìn)口、由中間圓盤和四周支持架組成的渦流盤。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的污水惡臭處理機，其特征在于：所述增壓器單元由增壓器和固定框架組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的污水惡臭處理機，其特征在于：所述光反應(yīng)器單元由多種波段的紫外燈管組成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的污水惡臭處理機，其特征在于：所述量子激發(fā)器單元由燈管和電源組成。
說明書
污水惡臭處理機
技術(shù)領(lǐng)域
本實用新型涉及一種惡臭處理機，特別涉及一種處理各類污水處理廠、泵站在處理和輸送廢水過程中所產(chǎn)生的惡臭氣體的污水惡臭處理機。
背景技術(shù)
污水處理過程中產(chǎn)生的惡臭物質(zhì)多種多樣，主要惡臭氣體是硫化氫、氨、硫醇、硫醚、有機胺、揮發(fā)性有機化合物(VOC)等，具有臭氣氣量大、濃度高、成分復(fù)雜、腐蝕性強等特點，行業(yè)內(nèi)現(xiàn)有除臭技術(shù)在實際應(yīng)用時有如下缺陷：掩蔽法在原理上并未真正將臭氣去除，而是欺騙嗅覺的方式，不適合長期應(yīng)用;吸附法容易飽和失效，同時產(chǎn)生二次污染，不能用于此行業(yè)除臭;噴淋法和生物法對于此類臭氣中不溶于水的有機物不能處理，處理此類臭氣不夠徹底;此類臭氣濕度太大，同時燃燒值太低，故燃燒法并不適用此行業(yè)除臭;紫外光解技術(shù)在此行業(yè)應(yīng)用時所需設(shè)備體積太大、燈管數(shù)量太多，同時由于燈管使用壽命短的原因?qū)е乱淮瓮度牒瓦\行成本都很高;等離子法需要臭氣和放電介質(zhì)直接接觸，導(dǎo)致放電介質(zhì)容易被硫化氫和氨腐蝕失效，該類設(shè)備在結(jié)構(gòu)上并不適用于此行業(yè)。
實用新型內(nèi)容
為了解決上述問題，本實用新型提供一種基于共振量子協(xié)同技術(shù)(SQU)的的污水惡臭處理機。
SQU是指共振量子協(xié)同技術(shù)，其核心原理是“基于低功率光誘發(fā)的分子快速反應(yīng)”(Low Dencity Light Induce fast Molecular Reaction)。該技術(shù)由增壓器單元、量子激發(fā)器單元和光反應(yīng)器單元三個基本單元 組成，每個單元本身已經(jīng)具有相當(dāng)?shù)某襞c氧化能力，同時，當(dāng)三個單元以某種方式耦合，且耦合方式符合共振條件時，會發(fā)生協(xié)同作用，使得性能效果得到極大提高，實驗證明一般可得到幾萬倍到幾十萬倍的效果。
增壓器單元
該技術(shù)是基于“三交面放電”電子激發(fā)器，與其它“介質(zhì)阻擋放電(DBD)”不同，本技術(shù)具有效率極高、目標(biāo)物產(chǎn)率大、受溫濕度影響小等特點。通過高能電子激發(fā)器，產(chǎn)生大量活性基團(tuán)，與污染物進(jìn)行復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生高濃度的引發(fā)劑、氧化劑、萃滅劑。在到達(dá)下一工藝之前，可以消除部分污染物。通過擴散過程，達(dá)到均勻相，進(jìn)入下一工藝。由于該技術(shù)的過程非常復(fù)雜，例如，僅SO2、NH3的反應(yīng)方程就有78個之多，故略解釋其基本過程如下：
電場+電子→高能電子
高能電子十空氣→受激原子+離子
高能電子+污染物→受激基團(tuán)+游離基團(tuán)+離子
基團(tuán)+氧(氧原子、臭氧、氧氣、氧離子)→產(chǎn)物
基于臭氧的氧化技術(shù)已經(jīng)是成熟的技術(shù)，但是由于臭氧的分解速率較低，時間常數(shù)較大，一般可以達(dá)到5個小時，所以在氣體處理中，無法進(jìn)行有效地動力學(xué)設(shè)計，要達(dá)到90%的污染物去除效率，需要極大的功率。同時，也需要反應(yīng)器有極大的體積，以保證反應(yīng)時間。
量子激發(fā)器單元
現(xiàn)代科學(xué)研究表明，氣味是由物質(zhì)的兩個特性所決定，一為物質(zhì)的分子量，例如碳環(huán)隨碳數(shù)目的增加，其氣味逐漸減弱，達(dá)到18個碳時，就沒有氣味了。二為特定的分子團(tuán)，稱為發(fā)臭團(tuán)，例如羥基等。某些物質(zhì)例如H2S本身就是發(fā)臭團(tuán)�；诖耍绻軌�?qū)l(fā)臭團(tuán)分解或者斷開與基座的鏈接，則物質(zhì)失去氣味。即我們不需要分解整個分子，只需要分解發(fā)臭團(tuán)。
又根據(jù)物理學(xué)的基本常識，能量差別過大的粒子之間不會進(jìn)行能量傳遞，也就是不吸收，所以針對不同污染物，需要不同的波長。通過調(diào)控光子能量，即可高效的除去污染分子。例如針對CS2需要183nm，SO2需要207nm，NH3需要175nm等。對于發(fā)臭團(tuán)，也有一個最優(yōu)波 段，我們通過調(diào)校紫外光源，使得對發(fā)臭團(tuán)具有選擇性吸收，就可以將發(fā)臭物質(zhì)“激發(fā)”。
處于激發(fā)態(tài)的物質(zhì)，具有極大的化學(xué)活性，現(xiàn)代科學(xué)表明，一方面，激發(fā)態(tài)物質(zhì)的電子軌道處于高n態(tài)，其原子半徑很大，例如，氫原子的最高n值可達(dá)630，其半徑已經(jīng)超過氣體分子的間距，所以碰撞概率提高很大;另外，分子構(gòu)型也會發(fā)生變化，提高碰撞概率。
對于氧化物質(zhì)和被氧化物質(zhì)同時施加激發(fā)，則發(fā)生所謂的“協(xié)同”效應(yīng)。個別情況下，有可能達(dá)到106倍。
該過程在合適的參與物比例下，通過合適功率激發(fā)，即可達(dá)到99%的污染物去除效率。
反應(yīng)步驟：
其基本過程為鏈反應(yīng)，該過程中化學(xué)反應(yīng)仍然極其復(fù)雜。
大致包括三類反應(yīng)，即鏈引發(fā)反應(yīng)、自由基傳遞反應(yīng)和鏈終止反應(yīng)。
例如：
1)、O3+OH-→·HO2+·O2-
·HO2→·O2-+H+
2)、O3+·O2-→·O3-+O2
·O3-+H+→·HO3
·HO3→·HO+O2
·HO+O3→·HO4
·HO4→·HO2+O2
3)、·HO4+·HO4→H2O2+O2
·HO4+·HO3→H2O2+O3+O2
氫氧自由基具有極強的氧化性，其氧化電位高達(dá)2.06V，僅次于氟(2.23V)，所以能氧化大部分難降解物質(zhì)。
光反應(yīng)器單元
該單元對于未反應(yīng)物質(zhì)，進(jìn)行二次激發(fā)，可以將處理效果達(dá)到99.9%。
如果前一單元是高能激發(fā)，則該單元屬于低能激發(fā)，主要是針對不同物質(zhì)的波段選擇，目前技術(shù)下無法用一種元件來實現(xiàn)。
本單元的另一目的，就是尾氣分解。由于臭氧是高能氧化劑，對于近地面大氣是有害物質(zhì)，會引發(fā)多種連鎖反應(yīng)，同時對周圍腐蝕性極強，對人體也是有害的，所以需要將其分解，使得排氣孔附近臭氧含量達(dá)到衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。
動力學(xué)描述
以上分步描述設(shè)備個部分的功能，下面從反應(yīng)動力學(xué)解釋其工作過程。
臭氧及其產(chǎn)物與污染物進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，其反應(yīng)速率定義為v1。當(dāng)使用某種紫外線輻照污染物時，其反應(yīng)速率為v2。如果將兩個工藝加到同一個反應(yīng)器則反應(yīng)速率>(v1+v2)，該現(xiàn)象叫做“協(xié)同效應(yīng)”。協(xié)同效應(yīng)雖然增加了反應(yīng)速率，但增加倍數(shù)有限。當(dāng)我們控制多個紫外線的頻率及其功率，使之滿足某個比例，同時控制臭氧的濃度，則在其他因素參與下，會與某種分子結(jié)構(gòu)例如“發(fā)臭團(tuán)”產(chǎn)生大倍數(shù)的協(xié)同效果。稱滿足這種比例的多種紫外線符合“共振條件”。由于多種紫外線包括了遠(yuǎn)紫外與真空紫外在內(nèi)的十幾個波段，所以統(tǒng)稱為“光量子”。應(yīng)用以上原理開發(fā)的廢氣處理技術(shù)被稱為“共振光量子與臭氧及產(chǎn)物協(xié)同效應(yīng)”技術(shù)，簡稱“共振量子協(xié)同”技術(shù)。
其基本原理在于光化學(xué)技術(shù)中的共振激發(fā)、鏈反應(yīng)、臭氧氧化及高級氧化等。以下分?jǐn)⒅?/P>
首先是臭氧氧化，已有100年的應(yīng)用歷史了，但是最近由于臭氧發(fā)生器技術(shù)的突破性進(jìn)展才得到廣泛應(yīng)用，其原理也已經(jīng)得到闡述。其后續(xù)產(chǎn)物例如羥基的氧化性也得到充分研究，被稱為高級氧化技術(shù)。由于其僅次于氟的氧化電位，所以廣泛應(yīng)用于水的處理和廢氣的處理中。
光量子的作用目前研究的并不充分，對“協(xié)同效應(yīng)”的機理研究也無重大進(jìn)展。除利用185nm波段產(chǎn)生低濃度臭氧外，似乎無其他應(yīng)用，特別是低強度的紫外光，很少單獨用于化學(xué)反應(yīng)，這與紫外激光的情形恰好相反，絕大多數(shù)的研究成果都是“唯像”的。
“共振量子協(xié)同”技術(shù)的機理研究與此類似，但以下幾點是已經(jīng)被證實了的。
1.激發(fā)態(tài)原子的反應(yīng)截面增加。例如，處于里伯德態(tài)的類氫原子，其軌道半徑與n2成正比。同時處于里伯德態(tài)的電子幾乎沒有穿透作用，與自由電子類似，所以其碰撞截面極大，化學(xué)反應(yīng)活性極高。
2.被激發(fā)的分子，其構(gòu)型會發(fā)生變化，增加了反應(yīng)截面。
3.臭氧吸收某種紫外(254nm)后會分解，但其分解速率又與另一種紫外線有關(guān)。實驗發(fā)現(xiàn)有一個最優(yōu)值存在。在此最優(yōu)狀態(tài)下，臭氧具有最大化學(xué)活性和最高動力學(xué)常數(shù)。
4.污染物的某些結(jié)構(gòu)對應(yīng)一個最優(yōu)吸收條件，稱為共振吸收。例如：針對CS2需要183nm，SO2需要207nm，NH3需要175nm等�？刂乒饬孔拥哪芰涂梢允沟梦廴疚锉蛔畲蠹ぐl(fā)。
5.鏈反應(yīng)需要引發(fā)、萃滅、過橋等多種輔助劑型，合理控制輔助劑型顯然可以增加反應(yīng)速率。
6.以上幾種情況下，每一種的增益常數(shù)設(shè)為Ai，則綜合增益為A=∑Ai。
顯然，乘法性質(zhì)的增益，具有很大的數(shù)值。一般簡單的控制就能獲得近千倍的增益，高效的控制會得到幾十萬倍的增益。一般臭氧的半衰期為16小時，10萬倍的增益意味著秒級時間，這就是可以在秒級時間內(nèi)處理污染物的動力學(xué)原理。
從分子碰撞截面的構(gòu)成來看，若定義S為碰撞截面，則：
S=k×r×n1×n2/l
其中：
k：動力學(xué)系數(shù)，對于固定的反應(yīng)，為常數(shù)
r：分子幾何截面，取決于最外層價電子的主量子數(shù)，以及分子的構(gòu)型。
n：反應(yīng)分子密度。
l：自由程，取決于氣體壓力、溫度、密度等條件。
從本工藝的作用來看，第一單元增加了n1的值;第二單元增加了r的值，減少了l的值。由于公式中完全是乘法關(guān)系，所以其碰撞截面是以乘法的指標(biāo)增加，特別是l，近于零時截面無限增大，即無需碰撞，直接接觸。
化學(xué)反應(yīng)速率設(shè)為J，則
J=S×P/t
p：碰撞反應(yīng)概率，取決于價電子的化學(xué)電位和激發(fā)程度。
t：氧化劑的半衰期，例如臭氧分子分解的速率。
第二和第三單元都增加了P的值，減少了t的值，所以可以顯著提高反應(yīng)速率。
反應(yīng)速率的增加，實際上對于反應(yīng)動力學(xué)而言，可以減小系統(tǒng)體積，降低系統(tǒng)阻力，顯然就能降低能耗，提高處理效率。
我們知道，不同的電磁波段對于分子而言，具有不用的作用。例如紅外對于分子具有振動作用，微波段對于分子具有轉(zhuǎn)動作用，高速轉(zhuǎn)動的極性分子其碰撞截面和反應(yīng)速率都會有很大的提高，所以通過激發(fā)器的多波段特征，可以有效的增加反應(yīng)截面和反應(yīng)速率。
工程應(yīng)用的優(yōu)勢
一般化學(xué)反應(yīng)分為氣-氣反應(yīng)、氣-液反應(yīng)、氣-固反應(yīng)。
顯然，反應(yīng)速度當(dāng)屬氣-氣反應(yīng)最快，氣-液反應(yīng)次之，而氣-固反應(yīng)最慢。原因在于氣-氣反應(yīng)是直接取決于碰撞截面，是正比關(guān)系。而氣-液反應(yīng)需要傳質(zhì)，但液體內(nèi)部則是高碰撞的，所以雖然小于氣-氣反應(yīng)，但大于氣-固反應(yīng)。氣-固反應(yīng)具有傳質(zhì)和反應(yīng)局限于固體表面，因此反應(yīng)速度最慢。
基于此，本技術(shù)的所有氧化劑都是氣態(tài)，因此較之吸附法、吸收法、生物法等，其反應(yīng)速度顯然不在一個數(shù)量級。
首先是風(fēng)機功耗，由于無需傳質(zhì)，所以阻力極小。
其次無須添加藥劑，所以運行成本僅為電費。
最后由于反應(yīng)速率極高，因此裝置體積較小，造價較低。
關(guān)于選擇性問題：
實驗表明，共振量子協(xié)同技術(shù)對于“發(fā)臭團(tuán)”似乎具有特殊的親和性，其反應(yīng)速率與臭氧與污染物的反應(yīng)順序似乎并不吻合。理論上，臭氧應(yīng)該按照“鏈烯烴>胺>酚>多環(huán)芳香烴>醇>醛>鏈烷烴”的順序發(fā)生反應(yīng)，但是在共振量子協(xié)同技術(shù)中，化學(xué)反應(yīng)順序是按照“官能團(tuán)”被激發(fā)的難易程度反應(yīng)的。這可能是由于臭氧反應(yīng)首先會采取親電反應(yīng)的方式，所以首先與“官能團(tuán)一例如發(fā)臭團(tuán)”發(fā) 生反應(yīng)，而很少與苯等發(fā)生加成反應(yīng)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)如下事實：共振量子協(xié)同技術(shù)處理氣味分子更加有效，比處理其他廢氣例如苯有更快的速度。
在一種實施方式中，本發(fā)明提供一種污水惡臭處理機，包括進(jìn)氣口，增壓器單元，量子激發(fā)器單元，光反應(yīng)器單元，上反應(yīng)腔，下反應(yīng)腔和出氣口;連接污水惡臭處理機的上反應(yīng)腔和下反應(yīng)腔的輸送導(dǎo)管;和空氣過濾器;空氣通過空氣過濾器進(jìn)入上反應(yīng)腔，在增壓器單元的作用下將空氣中氧氣轉(zhuǎn)化為氧化劑，然后通過輸送導(dǎo)管輸送至下反應(yīng)腔;污水惡臭氣體通過進(jìn)氣口進(jìn)入下反應(yīng)腔，和輸送導(dǎo)管輸送的氧化劑充分混合反應(yīng)，混合氣體然后依次經(jīng)過下反應(yīng)腔里的量子激發(fā)器單元和光反應(yīng)器單元，反應(yīng)后尾氣通過出氣口排出。
在一種實施方式中，空氣過濾器由多層玻璃纖維組成。
在一種實施方式中，在輸送導(dǎo)管上部設(shè)置單向閥門。
在一種實施方式中，污水惡臭處理機還進(jìn)一步包括用于統(tǒng)一安裝惡臭處理機的電器開關(guān)和控制器的控制柜;和檢修門。
在一種實施方式中，污水惡臭處理機進(jìn)一步包括設(shè)置在惡臭處理機進(jìn)口、由中間圓盤和四周支持架組成的渦流盤。
在一種實施方式中，污水惡臭處理機的增壓器單元由增壓器和固定框架組成。
在一種實施方式中，污水惡臭處理機的光反應(yīng)器單元由多種波段的紫外燈管組成。
在一種實施方式中，污水惡臭處理機的量子激發(fā)器單元由燈管和電源組成。
本實用新型的污水惡臭處理機適合于污水惡臭氣體物化特性，運行穩(wěn)定，高效快速，抗腐蝕能力強，可以長時間運行，一次性投入和運行費用相對較低，且處理效果好。
具體地說，1、本實用新型的污水惡臭處理機為氧化技術(shù)，只耗電，設(shè)備可控性強，不受其他外界因素影響，如溫度、臭氣PH值等等等;2、通過超快速的氧化，實現(xiàn)了該行業(yè)大風(fēng)量、高濃度的臭氣處理，設(shè)備體積小，功率低，而其它大多數(shù)技術(shù)不能滿足由于傳質(zhì)和反應(yīng)時間 的限制，需要龐大的設(shè)備體積和高功率配置才能達(dá)到理想效果;3、處理效果好，污水產(chǎn)生的惡臭去除率90%以上。
