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廢氣處理常見設備之UV光氧廢氣處理

2023-02-28 15:08 瀏覽:0 來源:鍋爐之家   
核心摘要:UV光氧設備簡介UV光氧設備是在廢氣處理中是非常常見的設備。UV即是紫外線的簡稱,我們在日常談論中經常將“UV”作為UV光氧設備的簡稱,但這里存在一個誤區(qū),在UV設備中,還有一種設備叫做UV光解設備。兩者均可用來處理污染物,但又有很大的區(qū)別。簡單的說:UV光解設備:利用了高能紫外線的能量進行光化學反應,通過光解來處

UV光氧設備簡介

UV光氧設備是在廢氣處理中是非常常見的設備。UV即是紫外線的簡稱,我們在日常談論中經常將“UV”作為UV光氧設備的簡稱,但這里存在一個誤區(qū),在UV設備中,還有一種設備叫做UV光解設備。兩者均可用來處理污染物,但又有很大的區(qū)別。簡單的說:

  • UV光解設備:利用了高能紫外線的能量進行光化學反應,通過光解來處理污染物。
  • UV光氧設備:除了紫外線光解污染物,還有一個重要的光催化反應來處理污染物。

通過對比不難看出,UV光氧是一種更為先進、效率更高的處理設備,而其中的光催化反應需要紫外線照射半導體(使用最為廣泛的半導體是二氧化鈦TiO2),廢氣通過二氧化鈦柵格,污染物被氧化分解。


二氧化鈦格柵板
由于原理的不同,UV光氧設備和UV光解設備在結構上就有很大的不同,導致UV光氧更貴。如果您在選購UV光氧設備時發(fā)現(xiàn)某家提供的UV光氧設備特別便宜,那么就要注意了,確認其是否是UV光解設備,一定要詢問是否加裝了二氧化鈦柵格,有幾層。

UV光氧設備處理原理

1.光解原理

物質在紫外線照射下吸收光線當中攜帶的能量成激發(fā)態(tài),從而發(fā)生一系列光化學反應,最終變成無害的低分子化合物。


根據(jù)光化學第一定律,首先,只有當激發(fā)態(tài)分子的能量足夠使分子內的化學鍵斷裂時,亦即光子的能量大于化學鍵能時,才能引起光離解反應。其次,為使分子產生有效的光化學反應,光還必須被所作用的分子吸收,即分子對某種特定波長的光要有特征吸收光譜,才能產生光化學反應。

因此并非所有的物質都能發(fā)生光離解反應,主要和光子能量大小與各物質自化學鍵斷裂所需要的能量有關。(附光子能量公式:E=hv=hc/λ,h是普朗克常數(shù) 、v是頻率、c是光速、λ是波長。)
下面提供一份波長能量對照表,與常見污染物光解表。



由于紫外線波對人體有害,越短的紫外線波穿透力越強,對人身的危害也越大,在實際的生產與使用中用的最多的是波長254nm的紫外線U形燈管,其摩爾光子能量為470KJ/mol,由上表可以看出,在我們常見的voc氣體中,能被光解的物質并不多,所以在選擇UV光解設備的時候,一定要弄清楚自己的廢氣中主要成分是什么。

另外,物質被照射的時間越長,光解的效果越好,所以在消毒柜中利用紫外線燈消滅細菌有非常好的效果,然而在我們廢氣處理當中,由于氣體始終是處于流動狀態(tài),所以效率受到氣體在設備中的停留時間的影響。停留時間=設備長度/風速,風速=風量/氣體流動方向設備橫截面積。由此我們可以得出設備長度越長,橫截面越大,停留時間越長,效果也越好。設備增大固然處理效果更好,但是設備成本也會隨著設備尺寸的增大而增加,成本也是我們在設計設備時候需要重點考慮的問題,在行業(yè)經驗中,我們一般把風速設置到0.7m/s,停留時間設置到3-5s,這樣的性價比是最高的,根據(jù)處理污染物的成分不同,處理效率可以達到15%-35%

2.光催化原理

自1972年Honda-Fujishima效應即TiO2半導體電極的光催化分解水現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)以來,半導體光催化領域得到了廣泛的關注和飛速的發(fā)展,這一技術為我們提供了一種理想的能源利用和治理環(huán)境污染的方法。


光催化技術是通過催化劑利用光子能量,將許多需要在苛刻條件下發(fā)生的化學反應轉化為在溫和的環(huán)境下進行反應的先進技術。它作為一門新興的學科,涉及半導體物理、光電化學、催化化學、材料科學、納米技術等諸多領域,在能源、環(huán)境、健康等人類面臨的重大問題方面均有應用前景,一直是前沿科學技術領域的研究熱點之一。

其主要原理是:讓紫外光或其他一定能量的光照射光敏半導體催化劑時(常用光敏半導體催化劑二氧化鈦TiO2),當能量大于或等于半導體帶隙能的光波(hν)輻射TiO2時,TiO2價帶(VB)上的電子吸收光能(hν)后被激發(fā)到導帶(CB)上,使導帶上產生激發(fā)態(tài)電子(e-),而在價帶(VB)上產生帶正電荷的空穴(h+)。此時吸附在納米顆粒表面的溶解氧俘獲電子形成超氧負離子,而空穴將吸附在催化劑表面的氫氧根離子和水氧化成氫氧自由基。而超氧負離子和氫氧自由基具有很強的氧化性,能使有機污染物氧化分解,如果保證足夠的停留時間,理論上可以達到近乎完全的處理效果。


跳過中間復雜的物理化學反應,簡單的說:紫外線照射二氧化鈦會將將空氣中的水和氧氣,氧化還原成具有很強氧化性的超氧負離子和氫氧自由基,從而氧化污染物達到分解處理的作用。越多的超氧負離子與氫氧自由基,就有越強的分解有機廢物的能力,不過就目前的光催化技術而言,還處于一個探索的階段,還存在光量子產生量低,光能利用效率低等問題。雖然目前已經有了改性TiO2、新的非TiO2催化劑、加微波電場等方法,但是由于提升有限或是成本太高,并沒有被廣泛應用,現(xiàn)在市面上廣泛使用的還是傳統(tǒng)的TiO2作為催化劑。不過光催化有著非常廣大的應用的前景,相信將來一定會有更加實用的技術產生。

回來我們的話題上來,由于技術限制以及成本的考慮,目前的UV光氧設備對有機污染物的分解效率普遍在30%-60%之間。不過近年來環(huán)保行業(yè)的熱門,市場上涌現(xiàn)了大量的UV光氧設備廠家,生產出的UV設備,質量參差不齊,為了低價拿下訂單,大量劣質產品充斥市場,在選用UV的時候一定要擦亮眼睛。達不到處理效果,白花錢都是小問題,由于UV經常用于易燃廢氣的處理,而燈管屬于高發(fā)熱元件,線路又是帶電的,發(fā)生燃燒的事故并不鮮見,如果引發(fā)的惡性事故,那才真的是悔時晚矣。

關于常規(guī)UV光氧設備的挑選方法

一、尺寸,看尺寸的大小是最簡單的方法,一般情況下,尺寸越大的UV,停留時間越長,處理效果就越好。喜歡計算的朋友,可以用我們行業(yè)普遍的設計標準3s的停留時間來計算一下尺寸,風速也不宜取太快,應該在0.5-1.5m/s之間最好。舉個例子:我需要處理的廢氣風量是20000m3/h,把小時換算成秒,除以3600之后得到約5.56m3/s的處理風量;風速我們折中設計為0.7m/s,那么設備截面積=每秒風量/每秒風速=5.56/0.7≈8㎡,那么寬與高的乘積就應該大于等于8㎡,才是比較合理的尺寸;同時,長度=停留時間*風速=3*0.7=2.1m。得到截面8㎡和長度2.1m這兩個標準設計的參數(shù)之后,我們就可以來對比廠家提供的UV設備了。三種情況:
廠家提供的設備截面和長度均大于標準設計,自然沒有在設計上偷工。
廠家提供的設備截面和長度均小于標準設計,那么肯定在設計上有所偷工,小太多的,超過30%就不要選擇了,處理效率肯定不達標。
廠家提供的設備截面和長度一大一小,這就要看比例,如果面積縮小了百分之10,那么長度就要增加百分之10,這樣才能保證停留時間足夠。這里舉個例子來說明:

按照我們的設計和計算,過濾橫截面積8㎡,長度2.1m,那么設備的尺寸可以設計為,2.1mx2mx4m(長x寬x高),但是這樣尺寸的設備有些過高,可能影響擺放,其二這個尺寸可能會影響內部設備元件的安裝比如濾網燈管等,此時可以通過縮小橫截面積,增加長度來調整。把長寬設計為2x2m,這樣橫截面積4㎡,縮小了一半,那么長度相應的就應該增加一倍,為4.2m,這樣設計下來的UV設備箱體,尺寸為:2x2x4.2m,再返回算風速=1.39m/s,這樣設計的UV設備也是符合標準設計的。


二、燈管數(shù)量,燈管數(shù)量不是越多就越好,到達某一閾值之后,再增加燈管數(shù)量對效率的提升非常小,性價比太低。這里用10000風量來舉個例子,燈管數(shù)量應該在24-36套之間,那么相對應的估算其他風量,20000風量燈管數(shù)量應該在48-72套之間,5000風量燈管數(shù)量應該在12-18套之間。注意:這里例子所用燈管是功率150W,波長254nm的U型紫外線燈。燈管數(shù)量的選擇與污染物濃度和其本身性質有關系,所以會有高低變化,這些數(shù)值是經過驗證的行業(yè)經驗,數(shù)量多于標準性價比低,數(shù)量少于標準效率低。

三、板材材質和厚度,較好的材質是不銹鋼,耐腐蝕,但價格高昂;比較常見的材質是碳鋼,雖不如不銹鋼耐腐蝕,但是價格便宜,做好防腐處理,同樣經久耐用。除此之外的非金屬材料就不要選擇了。因為高能紫外線光波對人體有很大的危害,非金屬材料例如塑料是沒有辦法屏蔽光波的。例如X光就是一種非常短的光波,對人的身體危害非常大,家用微波爐一般波長是120nm,我們UV設備常用的紫外線波長254nm。波長越短,穿透力越強,所以UV設備一般都采用金屬材質來制作,以便屏蔽光波,同時厚度越厚,屏蔽效果越強,所以在行業(yè)中一般鋼板厚度都是在3mm以上,低于3mm厚度的UV設備,謹慎選擇。

四、生產工藝原料質量,其實這一條不應該單獨提出來,大家都知道選擇規(guī)模大,生產實力強的廠家才放心,但是小廠并非質量都不好,有時候從成本考慮選擇小型加工廠也是非常常見的。由于UV經常處理的都是易燃的有機氣體,必須要謹慎。焊接工藝這一塊只有直接考察工廠或看到成品設備才可以判斷好壞,在網絡上尋找廠家的時候又該怎么判斷呢?這里我們可以通過詢問燈管配置來以小見大,一般廠家都不自己生產燈管,而是外購,燈管這一塊的貓膩就多了,一套燈管含控制器便宜的有30幾塊錢一套的,貴的有90多一套的,一臺72套燈管的UV設備,差價就可以達到4000多元。作為UV設備最重要的部件,詳細詢問所用燈管品牌,調查此品牌廠家規(guī)模實力,是非常必要的,雖然無法作為確認質量好壞的直接證據(jù),但還是有非常高的參考價值。同理的還有TiO2濾網,生產廠家一般也是外購,調查品牌也同樣可以作為參考依據(jù)。

以上就是今天分享的全部內容,若有錯誤之處歡迎指出。


參考資料:
光催化:環(huán)境凈化與綠色能源應用探索 朱永法、姚文清、宗瑞隆
二氧化鈦催化活性 苗慧、崔玉民、張坤
納米TiO2表面改性及光催化降解典型有毒污染物研究 王楠、朱麗華、
廢氣處理技術工程手冊 王純
(責任編輯:小編)
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