喷淋吸收-芬顿-光催化联用工艺在VOCs去除中的测试与优化

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为了有效地净化空气中的VOCs(挥发性有机物),深圳市某公司提出了一套由吸收法、芬顿法以及光催化法组成的联用工艺,并制作了工程样机。本研究主要以丙酮和甲苯两种典型的水溶性和非水溶性VOCs为处理对象,对该联用工艺进行了性能测试和分析,对存在的问题进行了优化,而后测试了优化后联用工艺的净化性能。具体研究内容包括:使用已有工艺样机系统的考察了联用工艺和单工艺对甲苯和丙酮的去除效果,分析并发现了联用工艺存在的问题:(1)Tween 20水溶液对甲苯的吸收效果差,且吸收过程中产生大量泡沫造成二次污染等不良影响。(2)电芬顿喷淋塔中的铁屑填料在使用过程中产生了大量的铁锈而造成了H2O2无效分解,且喷淋塔不适合作为处理非水溶性甲苯的芬顿反应器。(3)光催化装置中的催化剂量较少,反应停留时间短。针对联用工艺存在的问题提出了优化方案。(1)配制吸收效果较好的吸收剂:在小试装置中对柠檬酸钠、Tween 20、十二烷基苯磺酸钠、LF901和X80进行了比选后,以LF901水溶液的为基础配制出了新型吸收剂(10%LF901+1%正己醇+89%水)。该吸收剂在甲苯浓度为100 ppm,吸收剂体积100 m L,进气流量200 m L/min的条件下,对甲苯的饱和吸收量为0.40 mg/g。(2)使用传统芬顿法代替电芬顿法,通过小试喷淋塔确定了对200 ppm的丙酮处理效果达到94.1%时,Fe2+与H2O2的摩尔比为1:4。使用小试鼓泡塔处理甲苯废气,在Fe2+浓度为1.2 mmol/L,H2O2浓度为6.0 mmol/L,pH为3,流量为200 ml/min的条件下,对100 ppm甲苯的最高去除效果为91.9%。(3)制作了高效光催化剂板,并在小试光催化装置对其性能进行了考察,在流量为200 ml/min,氧气浓度为21%,湿度为75%,甲苯浓度为10 ppm,催化剂的量为15片时,甲苯的降解率达到92.6%,相较于原催化剂板提高了11.5%。在工艺样机中测试了优化后单工艺与联用工艺对甲苯和丙酮的净化性能。(1)将新型吸收剂运用在吸收工艺中,在风量为500 m3/h,液气比为5 L/m3,吸收剂为300 L的条件下,对100 ppm甲苯的去除率最高为78.2%,比未优化前提高了约50%,且吸收剂在使用过程中不会产生大量泡沫。(2)按照Fe2+与H2O2浓度的摩尔比为1:4的比例投加了FeSO4和H2O2,在喷淋液pH为3,FeSO4投加量为10 kg,H2O2投加量为15 L,风量为500 m3/h,液气比为5 L/m3的条件下,芬顿喷淋塔对丙酮的去除率最高,为93.0%,比纯水吸收的去除率提高了19.2%。在此条件下,其对甲苯的去除效果达到26.5%。(3)在光催化装置中加入3片自制催化剂板,在风量为500 m3/h,甲苯浓度为15 ppm,丙酮浓度为50 ppm的条件下,光催化装置对甲苯和丙酮的去除率分别为11.2%和5.6%,相较于未优化前较低提升较低,分别为1.9%与1.4%。(4)联用工艺在在各工艺的最优条件下处理含有甲苯和丙酮的混合气体,对污染物的去除率最高可达83.9%,相比较未优化前处理效果提高了28.7%。
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