一种用于有机废气处理的模块化光催化装置及方法技术领域
本发明涉及一种有机废气处理装置及方法，具体涉及一种用于有机废
气处理的模块化光催化装置及方法。
背景技术
大气污染是我国目前最突出的环境问题之一，工业有机废气是大气污
染物的重要来源，危害人体健康。近年来，随着社会的发展，物质文明和
生活水平的提高，环境保护意识的增强，工业有机废气的排放造成的环境
污染及其对人体健康的严重危害越来越成为各级政府和民众关注的焦点。
近年来，光催化技术在工业有机废气处理领域的发展越来越引人关
注。例如，公开号为CN104971619A的中国发明专利申请文献公开了一种
组合式光催化有机废气净化机，属于空气净化设备技术领域，依次包括前
端管道衔接壳、前端过滤箱、由多个净化箱串并联而成的集成净化体、后
端过滤箱、后端管道衔接壳；前端过滤箱中设置有过滤板，后端过滤箱中
设置有活性炭过滤层，净化箱还配备有电气箱；净化箱呈立方体结构，包
括多条棱边，位于所述各棱边上均设置有活性连接件，各净化箱之间通过
活性连接件固定连接；位于棱边上还设置有弹性密封体。
然而，目前常见的光催化装置依然有许多不足之处，限制了该技术的
应用。目前常见的光催化装置的主要缺陷有：单独采用光催化处理，缺少
预处理与后处理手段；装置不易拆卸，组件难以更换。
例如，授权公告号为CN204522751U的中国实用新型专利公开了一种
有机废气光催化处理装置，包括外壳，外壳的上端为出气口，下端为进气
口，外壳内竖直安装有多根紫外线灯管和多块光触媒板，所述的紫外线灯
管与光触媒板相互间隔排列，紫外线灯管和光触媒板的下端安装在支撑架
上，紫外线灯管和光触媒板上方分布有多根水管，所述的水管上安装有喷
头，所述的喷头朝下喷水冲洗光触媒板，所述的进气口连接弯管，弯管底
部有排水口。
授权公告号为CN204522749U的中国实用新型专利公开了一种光催
化氧化有机废气处理装置，包括外壳，外壳的两端进气口和出气口，外壳
内有多个紫外线灯管和光触媒板，光触媒板一端固定在安装板上，光触媒
板另一端为开口端，光触媒板上有多个通气孔；安装板上有出气孔，进气
口与光触媒板的开口端之间有布水板，布水板为中空结构，中空部分与进
水口连通，布水板上有多个通孔，布水板上还分布有多个喷水头，喷水头
与布水板的中空结构连通；外壳底部还有出水口。
上述两种装置都存在单独采用光催化处理、缺少预处理与后处理手段
及装置不易拆卸、组件难以更换等技术问题。
发明内容
本发明提供一种用于有机废气处理的模块化光催化装置及方法，处理
效果好，组件易更换，系统结构合理。
一种用于有机废气处理的模块化光催化装置，包括壳体，所述壳体的
一端带有连接进气管的进气口、另一端带有连接排气管的出气口，所述排
气管连接风机模块；所述壳体内由进气口至出气口方向依次分为预处理
段、主反应段以和后处理段，所述预处理段和后处理段内均设置喷淋模块；
所述主反应段内由预处理段至后处理段方向交替设置光催化模块和紫外
灯模块。
现有的光催化装置的催化剂涂装于装置内壁，催化反应集中在壁上，
装置中央通过的废气无法充分接触催化剂表面。相比于传统的光催化装
置，本发明采用了紫外灯与光催化组件分开安装的方式，其中催化剂模块
不受装置结构所限，可选择蜂窝铝板、泡沫镍滤网等多种载体，覆盖装置
整个截面，使得废气与催化剂表面的接触更加充分。
另外，本发明创造性地将水喷淋模块集成到装置中，用于预处理与后
处理。相比于过滤预处理，水喷淋不仅能去除颗粒物，还可以去除水溶性
的有机物，同时提高废气湿度，有利于后续光催化处理。
优选地，所述光催化模块和紫外灯模块均以抽屉形式安装于所述主反
应段内。主体段采用抽屉式的光催化模块与紫外灯模块交叉排列，组件拆
卸、更换极为简便，一方面可调整模块适应各类有机废气，另一方面有利
于运行维护。
作为优选，所述光催化模块包括：
与所述主反应段内部滑动配合的第一抽屉式承载架；
置于所述第一抽屉式承载架上的蜂窝铝板载体，该蜂窝铝板载体表面
负载光催化剂。
催化剂模块可选择蜂窝铝板为载体负载纳米TiO2催化剂，也可根据
处理效果选择泡沫镍等其他材料作为载体、根据有机废气的种类选择其他
催化剂种类。
催化剂模块固定在可单向拉出的抽屉式模块上，例如可采用焊接方式
固定。
作为优选，所述喷淋模块包括：
设置于所述预处理段顶部的若干喷头；
设置于所述喷头下方的填料；
设置于填料一侧且靠近主处理段的丝网除雾器。
进一步优选地，所述喷头设置为三个，每个喷头的喷淋角度均为120
度，单个喷头喷淋量约1.5m3/h；填料为φ47塑料花环填料。
喷头外接水泵，进一步优选地，为防止有机废气腐蚀，选用FRP材质
立式水泵，水泵电机选用防爆电机；丝网除雾器优选采用抽屉式不锈钢丝
网块除雾，控制废气湿度。
预处理段内和后处理段内的设置相同。
作为优选，所述紫外灯模块包括：
与所述主反应段内部滑动配合的第二抽屉式承载架；
安装于所述第二抽屉式承载架上的若干紫外灯。
进一步优选，紫外灯灯管安装方向与气体流向平行。
更进一步优选地，为确保光照效果，同时方便整流器安装，相邻紫外
灯之间的间距为150mm～200mm。
作为优选，所述风机模块包括：
风机，该风机的进气口与排气筒相连、出气口与排气筒相连；
排气采样口，设置于所述排气筒上；
风机平台，设于所述风机下方用于支撑所述风机。
本发明还提供一种利用所述模块化光催化装置进行有机废气处理的
方法，包括如下步骤：
(1)有机废气引入模块化光催化装置内，首先在预处理段内进行喷
淋预处理；
(2)经喷淋预处理后的废气进入主反应段内，依次经过多级紫外光
催化处理；
(3)紫外光催化处理后的废气进入后处理段内进行喷淋后处理；
(4)喷淋后处理后的净化气体由排气管排出。
优选地，所述有机废气流量控制在800～1200m3/h，有机废气中有机污
染物浓度为80～120mg/m3，预处理段和后处理段内的喷淋量为4～5m3/h。
进一步优选地，所述有机废气在废气流量控制在1000m3/h，有机废气
中有机污染物优选为甲苯，甲苯浓度为100mg/m3，预处理段和后处理段
内的喷淋量为4.5m3/h。
本发明的处理装置及工艺可根据有机废气的种类选择负载不同的催
化剂，以常用的纳米TiO2催化剂为主。可根据有机废气的风量和催化剂
种类选择载体材料，以蜂窝铝板和泡沫镍滤网为主。
水喷淋前处理提高了光催化处理效率，光催化处理提高了水喷淋后处
理的效率，后处理工段采用水喷淋可进一步去除该类物质，各阶段共同作
用，提供有机废气的净化效果。与现有的技术相比，本发明所述的模块化
光催化装置的积极效果如下：
(1)光催化的主体段采用抽屉式的光催化模块与紫外灯模块交叉排
列，组件拆卸、更换极为简便，一方面可调整模块适应各类有机废气，另
一方面有利于运行维护。由于工业有机废气成分复杂，不同污染物理化性
质差异较大，其分解所需要的能量与时间也有很大差异。因此在光催化技
术应用中，要采用不同的催化剂、紫外灯规格与形式来应对不同排放源。
现有的技术应用中，通常仅设计一种结构应对各类排放源，常常出现处理
效率低下的情况。本发明采用模块化设计后，可以随时调整催化剂、紫外
灯的规格与组合形式，根据废气处理效果，得到适用于各类排放源的设计
方式。光催化装置的紫外灯组件是易损耗组件，在光催化装置使用过程中，
紫外灯损坏是处理效率下降的重要因素。有机废气治理设备的日常运行中
会产生各类产物，粘附在设备组件的表面，需定期清理。本发明采用模块
化设计，紫外灯及各个组件易清理及更换，运行维护简便。
(2)采用水喷淋模块作为前处理与后处理工艺，提升处理效率。大
量研究表明，湿度的增加可以提高有机物在光催化体系中的降解效率，其
原理在于水分子光解产生的羟基自由基(·OH)具有强氧化性，是光催
化体系中的重要因素。本发明采用水喷淋模块作为前处理工艺，一方面可
以去除废气中的水溶性物质，另一方面可以适当增加废气的湿度，提高光
催化效率。在光催化反应发生后，部分有机物完全矿化为水与二氧化碳，
但仍有大量有机物无法完全矿化，仅仅是分解为小分子物质，需要进一步
处理。部分小分子有机物水溶性较好，本发明在后处理工段采用水喷淋模
块，可进一步去除该类物质。
(2)风机壳体与叶轮为FRP材质，防腐性能好，适用于大部分有机
废气和酸碱气体处理。
附图说明
图1是本发明装置正视图。
图2是本发明喷淋模块正视图。
图3是本发明光催化模块正视图。
图4是本发明紫外灯模块正视图。
图5是本发明风机模块正视图。
图中所示附图标记如下：
1-进气管2-进气采样口3-壳体
4-喷淋模块5-光催化模块6-紫外灯模块
7-排气管8-风机模块9-支架
41-喷头42-填料43-丝网除雾器
44-水泵51-蜂窝铝板载体52-第一滑轮滑杆
53-第一抽屉式承载架61-紫外灯62-镇流器
63-第二滑轮滑杆64-第二抽屉式承载架81-排气筒
82-排气采样口83-风机84-风机平台。
具体实施方式
如图1所示，是本发明装置结构示意图的正视图，包括支架9和安装
在支架9上的反应器，支架9采用工字钢支架。
反应器包括壳体3，壳体3水平安装在支架上，壳体3的一端带有进
气口，进气口连接进气管1，进气管1上设有进去采样口2，壳体3的另
一端带有出气口，出气口连接排气管7，排气管7连接风机模块8。
壳体3内自进气口至出气口方向依次分为预处理段、主反应段和后处
理段，预处理段和后处理段内均安装喷淋模块4，主反应段内沿气体流向
间隔布置光催化模块5和紫外灯模块6，光催化模块和紫外灯模块均采用
抽屉式安装于主反应段内。
喷淋模块4的结构示意图正视图如图2所示，喷淋模块包括：设置于
预处理段顶部的若干喷头41；设置于喷头下方的填料42；设置于填料一
侧且靠近主处理段的丝网除雾器43；喷头通过管道与水泵44相连。
本实施方式中，喷头设置为三个，每个喷头的喷淋角度均为120度，
单个喷头喷淋量约1.5m3/h；填料为φ47塑料花环填料，水泵选用FRP材
质立式水泵，水泵电机选用防爆电机；丝网除雾器优选采用抽屉式不锈钢
丝网块除雾，控制废气湿度。预处理段内和后处理段内的设置相同。
光催化模块的正视图如图3所示，包括：与主反应段内部滑动配合的
第一抽屉式承载架53，第一抽屉式承载架53与主反应段内部通过第一滑
轮滑杆52连接；置于第一抽屉式承载架53上的蜂窝铝板载体52，该蜂窝
铝板载体表面负载光催化剂。
本实施方式中催化剂模块以蜂窝铝板为载体，负载纳米TiO2催化剂，
焊接在可单向拉出的抽屉式模块上。
紫外灯模块的正视图如图4所示，包括：与主反应段内部滑动配合的
第二抽屉式承载架64，第二抽屉式承载架64与主反应段内部通过第二滑
轮滑杆63连接；安装于第二抽屉式承载架64上的若干紫外灯61，每个紫
外灯配置镇流器62，所有紫外灯灯管安装方向与气体流向一致，即灯管的
长度方向顺着气流延伸，为确保光照效果，同时方便整流器安装，相邻紫
外灯之间的间距以150mm～200mm为宜。
风机模块8的结构示意图正视图如图5所示，包括：风机平台84；
置于风机平台上的风机83，该风机的进气口与排气筒7相连、出气口与排
气筒81相连；排气筒81上设置排气采样口82，
实施例
模拟典型工业废气排放情况，配制主要污染因子为甲苯的废气，控制
废气流量为1000m3/h，甲苯浓度为100mg/m3左右。如建立附图所示的光
催化装置，装置共有3个紫外灯模块，每个模块配备5支紫外灯；紫外灯
为U型灯，长度810mm，功率150w，波长峰值254nm。2个光催化模块，
与紫外灯模块形成光催化主体段。光催化主体段前后分别安装水喷淋模
块，每个模块顶端配备3个喷头，喷淋流量为4.5m3/h。末端为风机模块，
风机风量为1000m3/h，最大风压为1500Pa，配备变频器可调节流量。
装置运行时，首先开启风机，检测风机风量，同时调节风机运行频率，
将风机风量调节至1000m3/h。开启水泵和紫外灯，运行3分钟后，通入
模拟的甲苯废气。待运行稳定后，在装置前段的采样口和排气筒的采样口
同时采样，采用活性炭吸附管连续采样15min。检测样品中的甲苯浓度，
方法为活性炭吸附二硫化碳解吸-气相色谱法。
检测结果显示，该实施例中的光催化装置对甲苯废气有较好的处理效
果，处理效率达到75％～80％左右，且处理效果稳定。
上述实施例为本发明较好的实施方式，但本发明的实施方式不受上述
实施例的限制，其他任何未背离本发明精神实质与原理下所作的改变、修
饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护
范围之内。