申请日2013.10.11
公开(公告)日2014.04.30
IPC分类号B01D53/74; B01D46/30; B01D53/76
摘要
本实用新型提供污水恶臭处理机，包括进气口，增压器单元，量子激发器单元，光反应器单元，上反应腔，下反应腔和出气口;连接污水恶臭处理机的上反应腔和下反应腔的输送导管;和空气过滤器;空气通过空气过滤器进入上反应腔，在增压器单元的作用下将空气中氧气转化为氧化剂，然后通过输送导管输送至下反应腔;污水恶臭气体通过进气口进入下反应腔，和输送导管输送的氧化剂充分混合反应，混合气体然后依次经过下反应腔里的量子激发器单元和光反应器单元，反应后尾气通过出气口排出。本实用新型的污水恶臭处理机适合于污水恶臭气体物化特性，运行稳定，高效快速，抗腐蚀能力强，可以长时间运行，一次性投入和运行费用相对较低，且处理效果好。
权利要求书
1.一种污水恶臭处理机，其特征在于：包括进气口，增压器单元，量子激发器单元，光反应器单元，上反应腔，下反应腔和出气口;连接污水恶臭处理机的上反应腔和下反应腔的输送导管;和空气过滤器;空气通过空气过滤器进入上反应腔，在增压器单元的作用下将空气中氧气转化为氧化剂，然后通过输送导管输送至下反应腔;污水恶臭气体通过进气口进入下反应腔，和输送导管输送的氧化剂充分混合反应，混合气体然后依次经过下反应腔里的量子激发器单元和光反应器单元，反应后尾气通过出气口排出。
2.根据权利要求1所述的污水恶臭处理机，其特征在于：所述空气过滤器由多层玻璃纤维组成。
3.根据权利要求1所述的污水恶臭处理机，其特征在于：所述输送导管上部设置单向阀门。
4.根据权利要求1所述的污水恶臭处理机，其特征在于：还进一步包括用于统一安装恶臭处理机的电器开关和控制器的控制柜;和检修门。
5.根据权利要求1所述的污水恶臭处理机，其特征在于：进一步包括设置在恶臭处理机进口、由中间圆盘和四周支持架组成的涡流盘。
6.根据权利要求1所述的污水恶臭处理机，其特征在于：所述增压器单元由增压器和固定框架组成。
7.根据权利要求1所述的污水恶臭处理机，其特征在于：所述光反应器单元由多种波段的紫外灯管组成。
8.根据权利要求1所述的污水恶臭处理机，其特征在于：所述量子激发器单元由灯管和电源组成。
说明书
污水恶臭处理机
技术领域
本实用新型涉及一种恶臭处理机，特别涉及一种处理各类污水处理厂、泵站在处理和输送废水过程中所产生的恶臭气体的污水恶臭处理机。
背景技术
污水处理过程中产生的恶臭物质多种多样，主要恶臭气体是硫化氢、氨、硫醇、硫醚、有机胺、挥发性有机化合物(VOC)等，具有臭气气量大、浓度高、成分复杂、腐蚀性强等特点，行业内现有除臭技术在实际应用时有如下缺陷：掩蔽法在原理上并未真正将臭气去除，而是欺骗嗅觉的方式，不适合长期应用;吸附法容易饱和失效，同时产生二次污染，不能用于此行业除臭;喷淋法和生物法对于此类臭气中不溶于水的有机物不能处理，处理此类臭气不够彻底;此类臭气湿度太大，同时燃烧值太低，故燃烧法并不适用此行业除臭;紫外光解技术在此行业应用时所需设备体积太大、灯管数量太多，同时由于灯管使用寿命短的原因导致一次投入和运行成本都很高;等离子法需要臭气和放电介质直接接触，导致放电介质容易被硫化氢和氨腐蚀失效，该类设备在结构上并不适用于此行业。
实用新型内容
为了解决上述问题，本实用新型提供一种基于共振量子协同技术(SQU)的的污水恶臭处理机。
SQU是指共振量子协同技术，其核心原理是“基于低功率光诱发的分子快速反应”(Low Dencity Light Induce fast Molecular Reaction)。该技术由增压器单元、量子激发器单元和光反应器单元三个基本单元 组成，每个单元本身已经具有相当的除臭与氧化能力，同时，当三个单元以某种方式耦合，且耦合方式符合共振条件时，会发生协同作用，使得性能效果得到极大提高，实验证明一般可得到几万倍到几十万倍的效果。
增压器单元
该技术是基于“三交面放电”电子激发器，与其它“介质阻挡放电(DBD)”不同，本技术具有效率极高、目标物产率大、受温湿度影响小等特点。通过高能电子激发器，产生大量活性基团，与污染物进行复杂的物理化学反应，产生高浓度的引发剂、氧化剂、萃灭剂。在到达下一工艺之前，可以消除部分污染物。通过扩散过程，达到均匀相，进入下一工艺。由于该技术的过程非常复杂，例如，仅SO2、NH3的反应方程就有78个之多，故略解释其基本过程如下：
电场+电子→高能电子
高能电子十空气→受激原子+离子
高能电子+污染物→受激基团+游离基团+离子
基团+氧(氧原子、臭氧、氧气、氧离子)→产物
基于臭氧的氧化技术已经是成熟的技术，但是由于臭氧的分解速率较低，时间常数较大，一般可以达到5个小时，所以在气体处理中，无法进行有效地动力学设计，要达到90%的污染物去除效率，需要极大的功率。同时，也需要反应器有极大的体积，以保证反应时间。
量子激发器单元
现代科学研究表明，气味是由物质的两个特性所决定，一为物质的分子量，例如碳环随碳数目的增加，其气味逐渐减弱，达到18个碳时，就没有气味了。二为特定的分子团，称为发臭团，例如羟基等。某些物质例如H2S本身就是发臭团。基于此，如果能够将发臭团分解或者断开与基座的链接，则物质失去气味。即我们不需要分解整个分子，只需要分解发臭团。
又根据物理学的基本常识，能量差别过大的粒子之间不会进行能量传递，也就是不吸收，所以针对不同污染物，需要不同的波长。通过调控光子能量，即可高效的除去污染分子。例如针对CS2需要183nm，SO2需要207nm，NH3需要175nm等。对于发臭团，也有一个最优波 段，我们通过调校紫外光源，使得对发臭团具有选择性吸收，就可以将发臭物质“激发”。
处于激发态的物质，具有极大的化学活性，现代科学表明，一方面，激发态物质的电子轨道处于高n态，其原子半径很大，例如，氢原子的最高n值可达630，其半径已经超过气体分子的间距，所以碰撞概率提高很大;另外，分子构型也会发生变化，提高碰撞概率。
对于氧化物质和被氧化物质同时施加激发，则发生所谓的“协同”效应。个别情况下，有可能达到106倍。
该过程在合适的参与物比例下，通过合适功率激发，即可达到99%的污染物去除效率。
反应步骤：
其基本过程为链反应，该过程中化学反应仍然极其复杂。
大致包括三类反应，即链引发反应、自由基传递反应和链终止反应。
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
氢氧自由基具有极强的氧化性，其氧化电位高达2.06V，仅次于氟(2.23V)，所以能氧化大部分难降解物质。
光反应器单元
该单元对于未反应物质，进行二次激发，可以将处理效果达到99.9%。
如果前一单元是高能激发，则该单元属于低能激发，主要是针对不同物质的波段选择，目前技术下无法用一种元件来实现。
本单元的另一目的，就是尾气分解。由于臭氧是高能氧化剂，对于近地面大气是有害物质，会引发多种连锁反应，同时对周围腐蚀性极强，对人体也是有害的，所以需要将其分解，使得排气孔附近臭氧含量达到卫生标准。
动力学描述
以上分步描述设备个部分的功能，下面从反应动力学解释其工作过程。
臭氧及其产物与污染物进行化学反应，其反应速率定义为v1。当使用某种紫外线辐照污染物时，其反应速率为v2。如果将两个工艺加到同一个反应器则反应速率>(v1+v2)，该现象叫做“协同效应”。协同效应虽然增加了反应速率，但增加倍数有限。当我们控制多个紫外线的频率及其功率，使之满足某个比例，同时控制臭氧的浓度，则在其他因素参与下，会与某种分子结构例如“发臭团”产生大倍数的协同效果。称满足这种比例的多种紫外线符合“共振条件”。由于多种紫外线包括了远紫外与真空紫外在内的十几个波段，所以统称为“光量子”。应用以上原理开发的废气处理技术被称为“共振光量子与臭氧及产物协同效应”技术，简称“共振量子协同”技术。
其基本原理在于光化学技术中的共振激发、链反应、臭氧氧化及高级氧化等。以下分叙之：
首先是臭氧氧化，已有100年的应用历史了，但是最近由于臭氧发生器技术的突破性进展才得到广泛应用，其原理也已经得到阐述。其后续产物例如羟基的氧化性也得到充分研究，被称为高级氧化技术。由于其仅次于氟的氧化电位，所以广泛应用于水的处理和废气的处理中。
光量子的作用目前研究的并不充分，对“协同效应”的机理研究也无重大进展。除利用185nm波段产生低浓度臭氧外，似乎无其他应用，特别是低强度的紫外光，很少单独用于化学反应，这与紫外激光的情形恰好相反，绝大多数的研究成果都是“唯像”的。
“共振量子协同”技术的机理研究与此类似，但以下几点是已经被证实了的。
1.激发态原子的反应截面增加。例如，处于里伯德态的类氢原子，其轨道半径与n2成正比。同时处于里伯德态的电子几乎没有穿透作用，与自由电子类似，所以其碰撞截面极大，化学反应活性极高。
2.被激发的分子，其构型会发生变化，增加了反应截面。
3.臭氧吸收某种紫外(254nm)后会分解，但其分解速率又与另一种紫外线有关。实验发现有一个最优值存在。在此最优状态下，臭氧具有最大化学活性和最高动力学常数。
4.污染物的某些结构对应一个最优吸收条件，称为共振吸收。例如：针对CS2需要183nm，SO2需要207nm，NH3需要175nm等。控制光量子的能力就可以使得污染物被最大激发。
5.链反应需要引发、萃灭、过桥等多种辅助剂型，合理控制辅助剂型显然可以增加反应速率。
6.以上几种情况下，每一种的增益常数设为Ai，则综合增益为A=∑Ai。
显然，乘法性质的增益，具有很大的数值。一般简单的控制就能获得近千倍的增益，高效的控制会得到几十万倍的增益。一般臭氧的半衰期为16小时，10万倍的增益意味着秒级时间，这就是可以在秒级时间内处理污染物的动力学原理。
从分子碰撞截面的构成来看，若定义S为碰撞截面，则：
S=k×r×n1×n2/l
其中：
k：动力学系数，对于固定的反应，为常数
r：分子几何截面，取决于最外层价电子的主量子数，以及分子的构型。
n：反应分子密度。
l：自由程，取决于气体压力、温度、密度等条件。
从本工艺的作用来看，第一单元增加了n1的值;第二单元增加了r的值，减少了l的值。由于公式中完全是乘法关系，所以其碰撞截面是以乘法的指标增加，特别是l，近于零时截面无限增大，即无需碰撞，直接接触。
化学反应速率设为J，则
J=S×P/t
p：碰撞反应概率，取决于价电子的化学电位和激发程度。
t：氧化剂的半衰期，例如臭氧分子分解的速率。
第二和第三单元都增加了P的值，减少了t的值，所以可以显著提高反应速率。
反应速率的增加，实际上对于反应动力学而言，可以减小系统体积，降低系统阻力，显然就能降低能耗，提高处理效率。
我们知道，不同的电磁波段对于分子而言，具有不用的作用。例如红外对于分子具有振动作用，微波段对于分子具有转动作用，高速转动的极性分子其碰撞截面和反应速率都会有很大的提高，所以通过激发器的多波段特征，可以有效的增加反应截面和反应速率。
工程应用的优势
一般化学反应分为气-气反应、气-液反应、气-固反应。
显然，反应速度当属气-气反应最快，气-液反应次之，而气-固反应最慢。原因在于气-气反应是直接取决于碰撞截面，是正比关系。而气-液反应需要传质，但液体内部则是高碰撞的，所以虽然小于气-气反应，但大于气-固反应。气-固反应具有传质和反应局限于固体表面，因此反应速度最慢。
基于此，本技术的所有氧化剂都是气态，因此较之吸附法、吸收法、生物法等，其反应速度显然不在一个数量级。
首先是风机功耗，由于无需传质，所以阻力极小。
其次无须添加药剂，所以运行成本仅为电费。
最后由于反应速率极高，因此装置体积较小，造价较低。
关于选择性问题：
实验表明，共振量子协同技术对于“发臭团”似乎具有特殊的亲和性，其反应速率与臭氧与污染物的反应顺序似乎并不吻合。理论上，臭氧应该按照“链烯烃>胺>酚>多环芳香烃>醇>醛>链烷烃”的顺序发生反应，但是在共振量子协同技术中，化学反应顺序是按照“官能团”被激发的难易程度反应的。这可能是由于臭氧反应首先会采取亲电反应的方式，所以首先与“官能团一例如发臭团”发 生反应，而很少与苯等发生加成反应。已经发现如下事实：共振量子协同技术处理气味分子更加有效，比处理其他废气例如苯有更快的速度。
在一种实施方式中，本发明提供一种污水恶臭处理机，包括进气口，增压器单元，量子激发器单元，光反应器单元，上反应腔，下反应腔和出气口;连接污水恶臭处理机的上反应腔和下反应腔的输送导管;和空气过滤器;空气通过空气过滤器进入上反应腔，在增压器单元的作用下将空气中氧气转化为氧化剂，然后通过输送导管输送至下反应腔;污水恶臭气体通过进气口进入下反应腔，和输送导管输送的氧化剂充分混合反应，混合气体然后依次经过下反应腔里的量子激发器单元和光反应器单元，反应后尾气通过出气口排出。
在一种实施方式中，空气过滤器由多层玻璃纤维组成。
在一种实施方式中，在输送导管上部设置单向阀门。
在一种实施方式中，污水恶臭处理机还进一步包括用于统一安装恶臭处理机的电器开关和控制器的控制柜;和检修门。
在一种实施方式中，污水恶臭处理机进一步包括设置在恶臭处理机进口、由中间圆盘和四周支持架组成的涡流盘。
在一种实施方式中，污水恶臭处理机的增压器单元由增压器和固定框架组成。
在一种实施方式中，污水恶臭处理机的光反应器单元由多种波段的紫外灯管组成。
在一种实施方式中，污水恶臭处理机的量子激发器单元由灯管和电源组成。
本实用新型的污水恶臭处理机适合于污水恶臭气体物化特性，运行稳定，高效快速，抗腐蚀能力强，可以长时间运行，一次性投入和运行费用相对较低，且处理效果好。
具体地说，1、本实用新型的污水恶臭处理机为氧化技术，只耗电，设备可控性强，不受其他外界因素影响，如温度、臭气PH值等等等;2、通过超快速的氧化，实现了该行业大风量、高浓度的臭气处理，设备体积小，功率低，而其它大多数技术不能满足由于传质和反应时间 的限制，需要庞大的设备体积和高功率配置才能达到理想效果;3、处理效果好，污水产生的恶臭去除率90%以上。