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协同氧化技术——闽创环保
 一、原理介绍
协同氧化技术synergistic oxidation)PUO(Plasma Ultraviolet Oxygen
协同氧化是一种基于低温等离子体、受激准分子紫外光、臭氧-羟基氧化等复合高*氧化技术,设备内部发生等离子体裂解、真空紫外光解、臭氧-羟基氧化等一系列复杂的化学氧化过程,而当三种技术以特定方式耦合并符合共振条件时会发生协同作用,使得处理性能得到7*9个数量级的提升,即反应速度增加千万*十亿倍。
(1)低温等离子体技术
该技术是利用介质阻挡放电或电晕放电过程中,等离子体内部产生富含极高化学活性的粒子,如电子、离子、自由基和激发态分子等。废气中的污染物质与这些具有较高能量的活性基团发生反应,*终转化为CO、CO2、H2O或小分子等物质,从而达到净化废气的目的。因等离子体中的电子平均能量在1eV~10eV,适当控制反应条件可以实现一般情况下难以实现或速度很慢的化学反应变得十分快速。
反应过程主要有以下三种情况:①等离子体中包含的活性粒子的能量高于气体分子的键能,它们和废气分子发生频繁的碰撞与结合,在电场作用下,废气分子处于激发态,当废气分子获得的能量大于其分子键能的结合能时,废气分子的分子键断裂,直接分解成单质原子或由单一原子构成的无害气体分子;②同时产生的大量·OH、·HO2、·O等活性自由基和氧化性极强的O3,能与有害气体分子发生化学反应,*后生成无害产物;③在产生等离子体的过程中,高频放电所产生的瞬间高能量就能够打开某些有害气体分子的化学键,使之分解为单质原子或无害分子。
反应过程大致如下:
电场 + 电子 → 高能电子
高能电子 + 分子(原子) → 活性集团(受激原子、受激集团、游离集团)
活性基团 + 分子(原子) → 生成物 + 热
活性基团 + 活性基团 → 生成物 + 双介质阻挡放电具有放电温度低,不易点燃易燃易爆气体,同时由于电极不直接与放电气体接触,从而避免了电极的腐蚀问题;当该结构怕水和焦油等污染。
线筒式电晕放电电极结构简单,运行可靠,风阻小,不怕水和焦油的污染,适合处理低浓度和低流速的废气;但该结构要注意电极的腐蚀问题和防爆情况。
单组同轴式结构分别如下图所示:
其中线筒式电晕放电设备结构如下图所示:
 
 

(2)受激准分子技术
受激准分子技术是紫外光解技术里面的*尖**先进技术。准分子是对具有束缚的高能态(寿命为10-6~10-7s)和排斥(弱束缚)的基态分子(寿命10-13s)的统称,也被称为三体碰撞无辐射复合或原子碰撞态。
紫外线,[ultraviolet ray],英文简称UV,是电磁波谱中波长从0.01—0.40微米(可见光紫端到X射线间)辐射的总称。用紫外光分解恶臭气体,使其分解转变成无臭气体,也就是意味着要切断恶臭分子的分子链,我们知道,化学物质的分子键都是具有能量的,这就是分子的结合能,所以,要切断恶臭分子的分子链,就要使用发出比恶臭分子的结合能强的光子能。
表1 列出部分化学分子的结合能。
结合键
结合能(KJ/mol)
结合键
结合能(KJ/mol)
H-H
436.2
C-H
413.6
H-C
347.9
C-F
441.2
C=C
607.0
C-N
291.2
CC
828.8
CN
791.2
N-N
160.7
C-O
351.6
O-O
139.0
C=O
724.2
O=O
490.6
O-H
463.0
而传统的低压汞灯只能发出两种波长的紫外线:波长为184.9nm的紫外线,其光子能量为647 KJ/mol;波长为253.7nm的紫外线,其光子能量为472 KJ/mol。
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,即可高效的去除污染分子。例如针对CS2需要183nm,SO2需要207nm,NH3需要175nm等。
因此受激准分子灯具有独*无二的优势,根据不同的污染物选用不同准分子填充物质可以辐射出各种相应的波长,可见下表:
受激准分子光源与低压汞紫外线灯或高压电弧放电灯相比有以下优点:
①多波长。根据需要选择不同填充物质的准分子灯,可以强烈地辐射单一的126nm,146nm,172nm,185nm,222nm,253.7nm,380nm等不同波长的紫外光,甚*100nm以下的紫外光波长,光强是普通紫外灯的1000~10000倍;
②启动快。不需要预热时间,即刻产生紫外辐射;
③寿命长。特别是普遍应用的双电极都在管外,不存在电极氧化性衰化,同时由于填充物质稳定,不会发生光强衰减,使用寿命高达60000小时以上。
(3)高*氧化技术
在前面两个单元均会产生大量的·OH和O3,产生机理如下:
O2+e(3.6eV)→·O+O
H2O+e(5.09eV)→·OH+HO+
HO·→·HO2
O·+O2→O3
研究表明:活性自由基HO·(羟基自由基)的氧化电位为2.85V,臭氧的氧化电位为2.076V,均具有极大的氧化性。而且·OH自由基对氧化污染物的反应是无选择性的,可引发链式反应,直接将污染空气中的大部分有害物质氧化为二氧化碳和水或矿物质。其作用机理如下:
H2S+·OH→HS+H2O
HS+O2+O2++O2-→SO3+H2O
NH3·OH→NH2+H2O
NH2+O2+O2++O2→→NOx+H2O
CH2O+ O2++O2→+·OH→H·COOH+H2O
实践证明,一定浓度污染空气中的大部分有害物质能在很短的间内被氧化分解,转化率平均在90%以上。
(4)共振协同氧化作用
由于设备中等离子体电场、紫外光波辐射场和臭氧-羟基共同存在,根据废气中污染物质的种类和浓度,通过调控频率、电压、电流和选型*优吸收紫外光波段,同时考虑到臭氧-羟基的产生量,在某种耦合方式下可以达到共振条件,使得氧化物质(活性集团、臭氧、羟基自由基)和被氧化物质(污染物质)同时被激发,发生协同效应,可以让处理效率发生几何倍数的增长,反应速度和反应能力增加107*109倍。
(5)净化残留物
该部分采用紫外C光解和喷淋吸收工艺来达到以下两种目的:
①对前阶段反应过程中生成的小分子物质进行处理,保证排放效果;
②分解和吸收可能多余的臭氧。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。
二、技术特点
◆处理效果好
能高效去除挥发性有机物(VOC)、无机物、硫化氢、氨气、硫醇类等主要污染物,以及各种恶臭废气,适用范围广,脱臭效率可达99%以上,除臭效果超过国家恶臭污染物排放标准(GB14554-93)。
◆运行成本低
设备无需添加其它物质参与化学反应,同时不产生二次污染;本体仅消耗电能,耗电量约为0.5~2W/m3;适用寿命长(一般3~5年更换一次准分子灯等耗材);同时设备风阻低<200Pa,可节约大量排风动力能耗。
◆结构优化
模块化的产品构造,可以灵活搭配使用,方便设备检修不停机;设备占地面积小,自重轻。
◆运行稳定
设备运行稳定:设备内部无高温高压等特殊部件,耐腐蚀,运行安全稳定,开启后无需特别的保养管理。无需进行特殊的预处理,如加温、加湿等,设备工作环境温度在-30℃~95℃之间。
◆操作简单
设备高度自动化,设备可设定就地手动控制、PLC自动控制;设定设备的正常运行、经济运行模式;提供远程传递运行信息与故障等信号。

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