光/热双驱动催化耦合生物净化VOCs的方法及其装置制造方法及图纸

光/热双驱动催化耦合生物净化VOCs的方法及其装置，所述的方法如下：将VOCs废气引入主路系统或者旁路系统，其中主路系统与低温等离子体驱动光/热催化单元连通，旁路系统与生物填料反应器连通，然后将VOCs废气引入生物净化单元彻底矿化；所述装置，包括湿度调节装置、光/热双驱动催化单元和生物净化单元，湿度调节装置的进气口与待净化的废气源管路连通，湿度调节装置的出气口与三通气体换向阀的进气口管路连通，三通气体换向阀的第一出气口通过主路系统与光/热双驱动催化单元进气口管路连通，三通气体换向阀的第二出气口、光/热双驱动催化单元的出气口与生物净化单元的进气口管路连通。本发明专利技术的有益效果是：去除效率高、净化效果好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术所述的一种光/热双驱动催化耦合生物净化VOCs的方法及其装置，属于环境污染净化领域。
技术介绍
挥发性有机物(VolatileOrganicCompounds，VOCs)是臭氧和二次有机颗粒物的重要前体物，在大气化学反应过程中扮演着极其重要的角色，相关污染控制技术已成为大气污染控制领域的研发热点。VOCs废气净化技术可以简单分为两类：回收法和破坏法。对于高浓度VOCs废气(>5000mg/m3)，应优先采用冷凝(深冷)等技术对废气中的有机化合物进行回收利用。对于中低浓度的VOCs废气(<5000mg/m3)，宜采用吸附技术回收，或采用催化燃烧、直接焚烧或热力焚烧等破坏技术净化后达标排放，或采用低温等离子体、光催化、生物法以及多种技术联用等净化处理技术。低温等离子体技术利用介质放电、电晕放电等产生的等离子体(由电子、离子、自由基和中性粒子组成)以极快的速度反复轰击废气中的VOCs分子，激活、电离、裂解废气中的各种成份，通过氧化等一系列复杂化学反应，打开分子内部的化学键，使复杂大分子VOCs转变为一些小分子的安全物质(如CO2、H2O等)，或使有毒有害物质转变为无毒无害或低毒低害物质。然而，低温等离子体技术存在分解不彻底等问题，难以作为单独处理工艺。针对单一低温等离子体技术矿化效率较低(即对CO2的选择性差)、放电过程中生成高浓度的放电副产物(O3和NO2)等问题，早在20世纪初，研究者就提出了等离子体协同催化工艺，通过特殊催化剂的引入，显著提升VOCs处理效率，减少有毒副产物的产生。根据等离子体和催化剂设置的位置和数量，协同工艺可以分为3种：①一段式，也称内置式，即两者设置在同一反应器内；②两段式，也称外置式，等离子和催化分别设置在前后相连的两个反应器中；③多段式，即一段式的串联，根据各段不同的处理目的，放置不同功能的催化剂。目前，多数的研究集中在一段式。在一段式的反应器中，催化剂的引入，最初是为了吸收等离子放电过程中产生的辉光，因此，放置的催化剂通常是一些市场上出售的光催化剂。然而，越来越多的研究发现，放电过程中除了能产生紫外光外，还伴随升温过程，即整个反应体系温度会升高。基于此，本专利技术提出了一种低温等离子体驱动光/热催化耦合生物净化VOCs的新型装置，通过放置光/热双驱动的金属复合氧化物催化剂，最大程度地利用低温等离子体过程中产生的辉光及热量，实现能量最大化利用，显著提升该工艺对于工业VOCs的定向转化。然后配以后置生物净化装置，利用微生物的特点，实现前置单元出气的彻底矿化。申请号201610045034.1的专利名为一种低温等离子体协同催化治理有机废气的方法，公开了一种利用低温等离子体协同催化联合吸附工艺处理VOCs废气的方法。上述技术与本申请相比，主要区别在于①并未公开催化剂的具体信息，使得本
人员无法判断究竟哪种催化剂适合。很显然，市售的催化剂种类繁多，催化性能差别较大，在选择催化剂方面具有盲目性；②后置吸附单元，吸附单元存在吸附剂饱和、需要处理等问题，使得该工艺无法连续运行，且吸附剂再生也是限制该技术推广应用的因素。本专利技术专利选择的催化剂具有特殊性，区别与普通催化剂，具有光/热双驱动的性能，区别与普通催化剂，能最大程度地提升低温等离子体体系的能量利用率；后置生物净化单元不存在吸附单元存在的问题，通过低温等离子体驱动光/热催化效应，定向转化难降解VOCs，从而提高了出气的可生化性，使得其在生物净化单元内彻底矿化，不存在二次污染、吸附剂需要再生处理、工艺难以连续运行等弊端。申请号201420305336.4的专利名为一种低温等离子体协同催化剂复合脱除NOx的实验装置，公开了一种利用低温等离子体协同催化工艺处理NOx的方法。上述专利与本申请相比，主要区别在于①未公开催化剂的具体信息，该专利适用于NOx的处理，VOCs和NOx是两种性质截然不同的气态污染物，适合NOx处理的催化剂可能不适合VOCs的处理，本
人员无法通过该公开专利而联想到本专利的申请内容；②该装置无法实现NOx的彻底净化，即处理效果不彻底。本专利技术专利内容是针对VOCs这种污染物，因而催化剂设计及放置区别于申请号201420305336.4的专利，且本专利还有后续处理装置，可确保VOCs废气处理的彻底性和安全性。申请号为201410275282.6的专利名称为以低温等离子体耦合生物法处理垃圾渗滤液的装置及方法，公开了一种两者耦合处理垃圾渗滤液的方法。上述专利与本申请相比，主要区别在于①低温等离子体工艺中没有添加催化剂，本
人员无法通过该公开专利联想到本专利技术专利申请内容；②该专利公开的内容主要是处理垃圾渗滤液，即废液，而本专利技术专利内容针对废气处理，很显然，废气和废水处理的装置是完全不同的，本
人员无法通过该专利内容联想到本专利技术专利内容。
技术实现思路
本专利技术针对目前的低温等离子体耦合生物法处理VOCs的方法存在无法实现废气彻底净化、存在二次污染、吸附剂需要再生处理、工艺难以连续运行等问题，提出了一种提高了出气的可生化性，使得其在生物净化单元内彻底矿化，不存在二次污染的光/热双驱动催化耦合生物净化VOCs废气的方法及其装置。本专利技术所述的一种光/热双驱动催化耦合生物净化VOCs废气的方法，其特征在于：1)调节待净化的VOCs废气的湿度，控制待净化的VOCs废气的湿度保持在50％-80％；2)根据特定湿度的VOCs废气中是否含有难生物降解组分，选择性调整三通气体换向阀的档位，使得特定湿度的VOCs废气进入主路系统(含难生物降解组分)或者旁路系统(不含难生物降解组分)，其中所述的主路系统与低温等离子体驱动光/热催化单元连通，旁路系统与生物填料反应器连通；其中所述的难生物降解组分为含苯环VOCs、含氯原子VOCs等；3)对进入主路系统的特定湿度的VOCs废气，进行低温等离子体驱动光/热催化处理，利用高能电子的强氧化、催化剂的光催化和热催化协同作用，短时间内将VOCs废气的难降解组分转化为易生物降解的组分；所述的催化剂为具有光响应和热响应性能的金属氧化物复合催化剂；4)将进入旁路系统的特定湿度的VOCs废气或者经步骤3)处理获得的降解后VOCs废气，引入生物净化单元，彻底转化为CO2和H2O。所述的生物净化单元所用的填料为滴滤或过滤填料。步骤3)所述的低温等离子体驱动光/热催化处理过程中低温等离子体采用电晕放电或介质阻挡放电，高压高频放电电源输入电源为220VAC、50Hz，其输出高压交流电源电压峰值为1-10kV。所述的催化剂为金属氧化物复合催化剂，其中一种金属为基质载体，另一种为掺杂金属，若为贵金属掺杂量为1％-5％，若为非贵金属，掺杂量为20％-40％。根据本专利技术所述的一种光/热催化耦合生物净化VOCs废气的方法构建的装置，其特征在于：包括湿度调节装置、光/热双驱动催化单元和生物净化单元，所述的湿度调节装置的进气口与待净化的废气源管路连通，所述的湿度调节装置的出气口与三通气体换向阀的进气口管路连通，所述的三通气体换向阀的第一出气口通过主路系统与所述的光/热双驱动催化单元进气口管路连通，所述的三通气体换向阀的第二出气口、所述的光/热双驱动催化单元的出气口均与所本文档来自技高网...

【技术保护点】
光/热双驱动催化耦合生物净化VOCs的方法，其特征在于：1)调节待净化的VOCs废气的湿度，控制待净化的VOCs废气的湿度保持在50％‑80％；2)根据步骤1)获得的VOCs气中是否含有难生物降解组分选择性调整三通气体换向阀的档位，使得VOCs气进入主路系统或者旁路系统，其中所述的主路系统与低温等离子体驱动光/热催化单元连通，旁路系统与生物填料反应器连通；其中，所述的难生物降解组分为含苯环VOCs或含氯原子VOCs；3)对进入主路系统的VOCs气，进行低温等离子体驱动光/热催化处理，利用高能电子的强氧化、催化剂的光催化和热催化协同作用，短时间内将VOCs废气的难降解组分转化为易生物降解的组分；所述的所述的催化剂为具有光响应和热响应性能的金属氧化物复合催化剂；所述的低温等离子体驱动光/热催化处理过程中低温等离子体采用电晕放电或介质阻挡放电，高压高频放电电源输入电源为220VAC、50Hz，其输出高压交流电源电压峰值为1‑10kV4)将进入旁路系统的VOCs气或者经步骤3)处理获得的降解后VOCs气，引入生物净化单元，彻底转化为CO2和H2O；所述的生物净化单元所用的填料为滴滤或过滤填料。

【技术特征摘要】
1.光/热双驱动催化耦合生物净化VOCs的方法，其特征在于：1)调节待净化的VOCs废气的湿度，控制待净化的VOCs废气的湿度保持在50％-80％；2)根据步骤1)获得的VOCs气中是否含有难生物降解组分选择性调整三通气体换向阀的档位，使得VOCs气进入主路系统或者旁路系统，其中所述的主路系统与低温等离子体驱动光/热催化单元连通，旁路系统与生物填料反应器连通；其中，所述的难生物降解组分为含苯环VOCs或含氯原子VOCs；3)对进入主路系统的VOCs气，进行低温等离子体驱动光/热催化处理，利用高能电子的强氧化、催化剂的光催化和热催化协同作用，短时间内将VOCs废气的难降解组分转化为易生物降解的组分；所述的所述的催化剂为具有光响应和热响应性能的金属氧化物复合催化剂；所述的低温等离子体驱动光/热催化处理过程中低温等离子体采用电晕放电或介质阻挡放电，高压高频放电电源输入电源为220VAC、50Hz，其输出高压交流电源电压峰值为1-10kV4)将进入旁路系统的VOCs气或者经步骤3)处理获得的降解后VOCs气，引入生物净化单元，彻底转化为CO2和H2O；所述的生物净化单元所用的填料为滴滤或过滤填料。2.如权利要求1所述的光/热催化耦合生物净化VOCs的方法，其特征在于：所述的催化剂为非贵金属氧化物复合催化剂或贵金属复合催化剂；其中一种金属为基质载体，另一种为掺杂金属，若为贵金属掺杂量为1％-5％，若为非贵金属，掺杂量为20％-40％。3.根据权利要求1～2项任意一项权利要求所述的光/热催化耦合生物净化VOCs的方法构建的装置，其特征在于：包括湿度调节装置、光/热催化单元和生物净化单元，所述的湿度调节装置的进气口与待净化的废气源管路连通，所述的湿度调节装置的出气口与三通气体换向阀的进气口管路连通，所述的三通气体换向阀的第一出气口通过主路系统与所述的光/热催化单元进气口管路连通，所述的三通气体换向阀的第二出气口、所述的光/热催化单元的出气口均与所述的生物净化单元的进气口管路连通；所述的光/热催化单元包括低温等离子体反应器、交流电源以及设置在光/热催化反应釜内的放电极，所述的低温等离子体反应器的绝缘外层内壁贴覆用于导电的金属网，所述的放电极的下部安装在所述的低温等离子体反应器内底面上，并且所述的放电极与所述的低温等离子体反应器内壁间隙作为等离子体放电区域，所述的等离子体放电区域填充负载催化剂的石英棉；所述的交流电源的两电极分别与低温等离子体反应器的金属网、放电...

【专利技术属性】
技术研发人员：王家德，成卓韦，王霞，徐丹华，
申请(专利权)人：浙江工业大学，山东派力迪环保工程有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33