高能離子輝光催化氧化裝置包括：一級(jí)高能離子輝光裝置和二級(jí)輝光催化氧化裝置，兩套裝置殼體均采用不銹鋼材質(zhì)制作，耐腐蝕性能好、強(qiáng)度高，使用壽命長(zhǎng)。
在高能離子輝光催化氧化設(shè)備內(nèi)，輝光放電裝置產(chǎn)生高能離子體，對(duì)有機(jī)揮發(fā)物氣體進(jìn)行轟擊斷鏈；輝光光束與空氣反應(yīng)產(chǎn)生臭氧、并激發(fā)設(shè)備壁上及光觸媒載體上敏化光觸媒生成高濃度的對(duì)有機(jī)物氧化無(wú)選擇性的強(qiáng)氧化物質(zhì)羥基，對(duì)惡臭、有機(jī)揮發(fā)性氣體進(jìn)行協(xié)同分解氧化反應(yīng)，使惡臭及有機(jī)揮發(fā)物氣體轉(zhuǎn)化為無(wú)臭味的小分子化合物或者完全礦化，生成水和CO2，達(dá)標(biāo)后經(jīng)排風(fēng)管排入大氣，整個(gè)分解氧化過(guò)程在1秒內(nèi)完成。

臭氧的產(chǎn)生

利用高能離子輝光光束使空氣中產(chǎn)生大量的自由電子，這些電子大部分能被氧氣所獲得，形成負(fù)氧離子（O3－），負(fù)氧離子不穩(wěn)定，很容易失去一個(gè)電子而變成活性氧（臭氧），臭氧是重要的氧化劑，既可以氧化分解有機(jī)物和無(wú)機(jī)物，對(duì)主要臭氣硫化氫、氨氣、甲硫醇和烴類化合物等，都可以與臭氧發(fā)生反應(yīng)，在臭氧的作用下，這些惡臭及有機(jī)揮發(fā)物氣體由大分子物質(zhì)被分解為小分子物質(zhì)，生成水二氧化碳直至礦化。

羥基自由基

1.羥基自由基簡(jiǎn)介 羥基自由基?OH比其他常見(jiàn)氧化劑具有更高標(biāo)準(zhǔn)電極電位，氧化能力強(qiáng)，性質(zhì)非?；顫?。羥基自由基?OH一旦形成，會(huì)誘發(fā)一系列的自由基鏈反應(yīng)，幾乎無(wú)選擇地直接攻擊水體、氣體中的各種污染物，直至降解為CO2、H2O和其他礦化物。因此，可以說(shuō)高級(jí)氧化工藝是以產(chǎn)生羥基自由基?OH為標(biāo)志的。我們的綜合處理工藝程就是提高?OH生成率和利用率的過(guò)程。
2.羥基自由基?OH的特點(diǎn)
1）氧化能力強(qiáng)，羥基自由基（?OH）的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)（3.06V），是一種氧化能力很強(qiáng)的氧化劑且無(wú)選擇性；
2）反應(yīng)速率常數(shù)大，羥基自由基（?OH ）非常活潑，與大多數(shù)有機(jī)物反應(yīng)的速率常數(shù)在106-1010mol-1?L?S-1；
3）無(wú)選擇性，與反應(yīng)物濃度無(wú)關(guān)；
4）壽命短，羥基自由基（?OH）壽命較短，在不同的環(huán)境介質(zhì)中，其存在時(shí)間有一定差別，一般小于10-4s；
5）處理效率高，不產(chǎn)生二次污染。同時(shí)，羥基自由基（?OH）還具有殺滅細(xì)菌、防腐保鮮的功效。
（3）輝光光束場(chǎng)對(duì)?OH (羥基自由基)的產(chǎn)生的正效應(yīng)：
1) 輝光光束增強(qiáng)催化劑表面的光吸收。由于催化劑的極化作用，在表面產(chǎn)生更多的懸空鍵和不飽和鍵，從而在能隙中形成更多的附加能級(jí)(缺陷能級(jí))，非輻射性的多聲子過(guò)程使輝光致電子空穴對(duì)的生成更容易，從而提高催化劑的光激發(fā)電子躍遷幾率。
2)輝光光束場(chǎng)的作用帶來(lái)催化劑更多的缺陷，由于陷阱效應(yīng)，缺陷將成為電子或空穴的捕獲中心，從而降低電子與空穴的復(fù)合率。
3) 輝光光束場(chǎng)促進(jìn)水的脫附。光束場(chǎng)中水分子間的氫鍵結(jié)合被打斷，抑制了水在催化劑表面的吸附，使更多的表面活性中心能參與反應(yīng)，提高催化劑的活性。
4）促進(jìn)表面羥基生成游離基。輝光光束使表面羥基的振動(dòng)能級(jí)處于激發(fā)態(tài)的數(shù)目增多，使表面羥基活化，有利于羥基游離基的生成，而羥基自由基有很強(qiáng)的氧化性能，是輝光催化氧化反應(yīng)的主要氧化劑，羥基游離基數(shù)目的增多，將有利于輝光催化活性的提高。
輝光光束與納米級(jí)TiO2的作用產(chǎn)生?OH，溶于水中的臭氧也可產(chǎn)生?OH。

?OH(羥基自由基)是非常具活性的氧化劑之一，氧化能力明顯高于普通氧化劑，與惡臭氣體反應(yīng)，礦化程度更高。幾種氧化劑的氧化電位比較見(jiàn)下表：

3.高級(jí)氧化技術(shù)又稱深度氧化技術(shù)，是Glaze等于1987年提出的，泛指反應(yīng)過(guò)程有大量羥基自由基參與的高級(jí)氧化技術(shù)。其基礎(chǔ)在于運(yùn)用氧化劑、輻射，有時(shí)還與氧化劑結(jié)合，在反應(yīng)中產(chǎn)生的活性較強(qiáng)的自由基（一般為羥基自由基?OH），再通過(guò)自由基與有機(jī)物之間的加合、取代、電子轉(zhuǎn)移等使污染物全部或接近全部礦質(zhì)化,因此在廢水、廢氣處理中的應(yīng)用具有顯著的效果。
高級(jí)氧化技術(shù)其本質(zhì)是利用羥基自由基氧化降解水相、氣相中的各種污染物的化學(xué)反應(yīng)。反應(yīng)機(jī)理：羥基自由基?OH作為反應(yīng)的中間產(chǎn)物，引發(fā)誘導(dǎo)產(chǎn)生鏈反應(yīng)，?OH主要通過(guò)電子轉(zhuǎn)移、親電加成、脫氧反應(yīng)等途徑無(wú)選擇地直接與各種有機(jī)化合物作用而將其降解為CO2、H2O和其他無(wú)害物質(zhì)。羥基取代反應(yīng)，羥基自由基進(jìn)攻芳環(huán)上的氫，發(fā)生羥基置換反應(yīng)，反應(yīng)速率常數(shù)約為6*109mol?S-1。由于羥基的作用，很容易生成芳環(huán)的二羥基取代物，使芳環(huán)發(fā)生鄰位或間位開(kāi)裂。脫氫反應(yīng)，羥基自由基能直接拉出烷 烴上的氫，生成水和有機(jī)自由基R，其反應(yīng)速率常數(shù)約為2*109mol?s-1。生成的有機(jī)自由基R可以相互反應(yīng)，也可以與水中的溶解氧反應(yīng)。R-H+OH→R?+H2O，R?+O2→ROO，形成的過(guò)氧自由基（ROO?）作為一種強(qiáng)氧化劑，可脫去有機(jī)物上的氫原子：ROO+R-H→ROOH+R?，生成的R?自由基可以在分子上加上一個(gè)氧分子，導(dǎo)致自氧化的鏈反應(yīng)能不斷繼續(xù)下去，直至有機(jī)物徹底氧化。電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)，羥基自由基的產(chǎn)生以及與有機(jī)分子的反應(yīng)都是由一系列復(fù)雜的鏈反應(yīng)完成的。許多反應(yīng)產(chǎn)物，如CO32-、HCO3-、HPO42-等與?OH發(fā)生反應(yīng)。OH+CO32-→OH-+CO3-，OH+HCO3-→OH-+HCO3，OH+HPO42-→OH-+HPO4，由于反應(yīng)產(chǎn)物不再誘發(fā)氧化劑產(chǎn)生羥基自由基，對(duì)羥基自由基起了掩蔽作用，鏈反應(yīng)中止。且?OH氧化是一種物理化學(xué)過(guò)程，反應(yīng)條件溫和，比較容易控制，設(shè)備相對(duì)比較簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，是一種有效降解廢水中有機(jī)污染物的方法。
（1）各種高級(jí)氧化技術(shù)（AOPS）的共同點(diǎn)是反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生活性較高的羥基自由基（?OH），?OH 具有以下特點(diǎn)：
1）氧化能力強(qiáng)，羥基自由基（?OH）的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)（2.8V）僅次于F2（2.87V），是一種氧化能力很強(qiáng)的氧化劑；
2）反應(yīng)速率常數(shù)大，羥基自由基（?OH ）非?；顫姡c大多數(shù)有機(jī)物反應(yīng)的速率常數(shù)在106-1010mol-1?L?S-1；
3）選擇性小，與反應(yīng)物濃度無(wú)關(guān)；
4）壽命短，羥基自由基（?OH）壽命很短，在不同的環(huán)境介質(zhì)中，其存在時(shí)間有一定差別，一般小于10-4s；
5）處理效率高，不產(chǎn)生二次污染。同時(shí)，羥基自由基（?OH）還具有殺滅細(xì)菌、防腐保鮮的功效。
（2）AOPs（高級(jí)氧化）法的關(guān)鍵是產(chǎn)生高度活性的羥基自由基（?OH），我們采用加氧化劑、催化劑及借助紫外光激發(fā)敏化光觸媒等多種途徑產(chǎn)生。按產(chǎn)生羥基自由基（?OH） 的方式可分為均相、多相和有無(wú)輻射照射等多種。
1）O3/UV法：是將臭氧與紫外輻射相結(jié)合的一種高級(jí)氧化技術(shù)。在紫外光的照射下，臭氧分解產(chǎn)生活潑的羥基自由基?OH。其反應(yīng)機(jī)理如下：

生成的羥基自由基（?OH）是比臭氧更強(qiáng)的氧化劑。
2）O3/ H2O2 法：
是將臭氧與過(guò)氧化氫組合的高級(jí)氧化技術(shù)，反應(yīng)機(jī)理如下：

O3/ H2O2法不需要UV使分子活化，在濁度較高的溶液中仍能良好運(yùn)行，適用于渾濁的溶液體系。
3）H2O2/UV法：將紫外光（UV）及其他氧化劑或催化劑引入到H2O2體系中，可以提高H2O2的處理效果，其反應(yīng)機(jī)理一般認(rèn)為是：1分子的H2O2在紫外光（波長(zhǎng)小于300mm）的照射下，產(chǎn)生2分子的羥基自由基，反應(yīng)有：

（3）消毒殺菌：
利用高能離子輝光光束裂解惡臭氣體中細(xì)菌的分子鍵，破壞細(xì)菌的核酸（DNA），再通過(guò)?OH、O3進(jìn)行氧化反應(yīng)，從而達(dá)到脫臭及殺滅細(xì)菌的目的。
本工藝綜合原理如下：通過(guò)二級(jí)噴淋使甲醇、甲醛、DMF、丙酮部分溶于水中，使氣體中有機(jī)物含量降低-高級(jí)氧化+輝光+高能離子體+敏化光觸媒=生成高濃度當(dāng)量的羥基自由基，閃速無(wú)選擇性處理有機(jī)揮發(fā)物，并形成低分子無(wú)臭無(wú)害化合物、水及二氧化碳=達(dá)標(biāo)排放。
示意圖如下：有機(jī)揮發(fā)物，形成低分子無(wú)臭無(wú)害化合物及水二氧化碳=達(dá)標(biāo)排放。

與其他脫臭處理方法特征與經(jīng)濟(jì)性比較：

吸附濃縮-催化燃燒技術(shù)是將吸附和催化燃燒相結(jié)合的一種集成技術(shù)，將大風(fēng)量、低濃度的有機(jī)廢氣經(jīng)過(guò)吸附/脫附過(guò)程轉(zhuǎn)換成小風(fēng)量、高濃度的有機(jī)廢氣，然后經(jīng)過(guò)催化燃燒設(shè)備凈化處理。

經(jīng)預(yù)處理去除塵雜質(zhì)后的廢氣，通過(guò)合理布風(fēng)，使其均勻地通過(guò)固定吸附器內(nèi)的活性炭，在一定停留時(shí)間內(nèi)，廢氣中的有機(jī)物通過(guò)物理吸附聚集在活性炭表面積，使廢氣得到凈化；凈化裝置設(shè)置兩臺(tái)或多臺(tái)吸附床，即廢氣從其他幾臺(tái)經(jīng)過(guò)，確保一臺(tái)處于脫附再生或備用，保證吸附過(guò)程連續(xù)性，不影響實(shí)際生產(chǎn)。
當(dāng)活性炭吸附器出口VOCs濃度達(dá)到設(shè)定上限值時(shí)定義為該吸附器被穿透，此時(shí)通過(guò)相關(guān)閥門切換使該吸附器停止吸附操作并進(jìn)行脫附再生。過(guò)程如下：相關(guān)風(fēng)機(jī)、閥門開(kāi)啟，催化燃燒設(shè)備的電加熱啟動(dòng)用于預(yù)熱催化層，同時(shí)產(chǎn)生一定量的熱空氣。熱空氣在相關(guān)的風(fēng)機(jī)、閥門、溫控儀表的控制下進(jìn)入吸附器的活性炭層，把吸附在活性炭孔隙中的有機(jī)物吹脫下來(lái)，形成小風(fēng)量、高濃度的有機(jī)廢氣，引入催化反應(yīng)室凈化處理，將有機(jī)成分轉(zhuǎn)化為無(wú)毒、無(wú)害的CO2和H2O，并釋放出大量的熱能。產(chǎn)生的熱量可維持催化反應(yīng)所需的溫度，部分熱量回收用于活性炭再生，從而大大降低了電能消耗。
本項(xiàng)目二甲苯等屬于非極性有機(jī)物，采用非極性吸附劑可以對(duì)其實(shí)現(xiàn)有效地吸附。在眾多的吸附劑當(dāng)中，活性炭吸附效能較好、應(yīng)用較廣，可以吸附大多數(shù)有機(jī)物。先活性炭濃縮吸附，然后再熱空氣脫附催化燃燒的方式進(jìn)行處理，一方面可達(dá)到較為理想的處理效果，另一方面可延長(zhǎng)活性炭的使用周期。

表 活性炭上易于再生和難以再生的物質(zhì)

催化燃燒是一種無(wú)火焰燃燒，沒(méi)有明火，氧化速度很快，反應(yīng)完全。催化反應(yīng)如下：

催化劑能把反應(yīng)烷烴分子吸附在自己的表面上，并能使氧化反應(yīng)的活化能降低，這就在一定范圍內(nèi)增加了有機(jī)溶劑蒸汽分子和氧分子的有效碰撞機(jī)會(huì)，加快了氧化反應(yīng)速度。優(yōu)良催化劑的應(yīng)用在整個(gè)催化燃燒中至關(guān)重要，本公司采用的第三代r-Al2O3蜂窩狀貴金屬催化劑。具有空速大、阻力小、啟燃溫度低，一般在250℃~320℃就能啟燃。凈化率穩(wěn)定在97%以上。

蜂窩狀活性炭
表蜂窩狀活性炭產(chǎn)品主要性能參數(shù)

該裝置是將濃縮的有機(jī)廢氣引入主要設(shè)備。有機(jī)廢氣經(jīng)內(nèi)裝加熱裝置從活性炭層中將有機(jī)物分離后，通過(guò)催化劑的作用分解成水和二氧化碳，同時(shí)釋放能量，由熱交換裝置置換能量，用于維護(hù)設(shè)備自燃的能源。
當(dāng)催化床溫度達(dá)到250～300℃時(shí)，催化燃燒床開(kāi)始反應(yīng)，利用廢氣燃燒產(chǎn)生的熱空氣循環(huán)使用，此時(shí)電加熱停止，不需要外加熱，單床脫附，脫附時(shí)間為2~3小時(shí)，設(shè)定時(shí)間活性炭吸附箱定時(shí)自動(dòng)切換脫附，內(nèi)部裝填的陶瓷蜂窩體貴金屬催化劑使用壽命為9000小時(shí)。整個(gè)脫附系統(tǒng)采用多點(diǎn)溫度控制，保證脫附效果的穩(wěn)定。
催化劑采用堇青石蜂窩陶瓷體作為第一載體，γ-Al2O3為第二載體，以貴金屬Pd、Pt等為主要活性組分，貴金屬鉑和鈀,具有高活性、高凈化效率、耐高溫及長(zhǎng)使用壽命。

表 凈化效率≥97%的起燃溫度和相應(yīng)濃度表

催化劑采用堇青石蜂窩陶瓷體作為第一載體，γ-Al2O3為第二載體，以貴金屬Pd、Pt等為主要活性組分，是一種新型高效的有機(jī)廢氣凈化催化劑。

圖 蜂窩狀貴金屬催化劑