新型无极紫外辐射技术降解中低浓度含硫恶臭气体的研究

论文摘要

恶臭是仅次于噪声的第二大公害，为了寻求有效的治理技术，本文以中低浓度的硫化氢、二硫化碳为研究对象，采用微波放电和电容放电激发内充惰性气体物质的无极灯，发出紫外辐射，对新型无极紫外辐射技术常温常压降解流动态恶臭气体进行了实验室研究。通过调节进气浓度、停留时间、外施电压，比较不同的实验条件对降解效果的影响，并在相同的实验条件下，比较无极灯内填充的不同物质对降解效果的影响；通过考察降解率、能量密度、绝对处理量、能量利用率等参数考察降解效率，评价实验体系在技术、经济上的可行性。对无极紫外灯对H2S气体和CS2气体的降解效果进行了对比研究，对无极紫外灯的辐射波长与填充物质进行了初步探讨。研究结果表明：微波放电无极紫外灯和电容放电无极紫外灯对中低浓度的硫化氢废气和二硫化碳废气有较好的处理效果。无极紫外灯发出的紫外辐射可以直接使恶臭气体分子断键（直接分解）；气流中的H2O、CO2、O2等分子吸收了紫外辐射也可产生O2·-／HO2·／O·／OH·等活性自由基，这些活性粒子再与恶臭气体分子反应，引起硫化氢分子和二硫化碳分子的降解（间接分解）；此外，无极紫外灯的激发方式，微波放电等离子体和电容放电区域形成的等离子体也可以对硫化氢分子和二硫化碳分子起到协同降解的作用（间接分解）。采用微波放电激发内充Ar／Hg的无极汞灯和内充Kr／I2的无极碘灯，分别发出185／253．7 nm和178．3／180．1／183／184．4／187．6／206．2 nm的紫外辐射，对0-25mg／m3的H2S废气进行降解。H2S气体的降解率随着进气浓度的增加显著下降，随气体停留时间的增加稍有提高，气体通道的管径对降解率的影响较大。当管道的内管径为36 mm，管道气体流速为0．6 m／s，微波无极汞灯（停留时间1．5 s）对1．6 mg/m3的H2S降解率为89．4％；对19．5 mg／m3的H2S降解率为52．3％，绝对处理量为4．30μg/s，产能为77．3 mg／kWh；微波无极碘灯（停留时间1．2 s）对1．3mg／m3的H2S降解率为87．6％；对18．9 mg／m3的H2S降解率为56．0％，绝对处理量为4．48μg/s，产能为80．5 mg／kWh。采用同样的微波放电激发如上无极汞灯（185／253．7 nm）和内充不同量的Kr／I2的无极碘灯（178／183．1／206．3／253．2 nm），对0-130 mg／m3的CS2废气进行降解。在室温条件下，湿度40％，当管道的内管径为46 mm，管道气体流速0．2m／s（停留时间2s），初始浓度100 mg／m3时，微波无极汞灯光解CS2的效率可达75％以上；微波无极碘灯对CS2的光解效率亦达到50％以上。当管道风速为2m／s（停留时间0．2 s）时，微波无极汞灯对110．0 mg／m3的CS2的降解率为35．1％，绝对处理量为103．91μg/s，产能达到1870．5 mg／kWh；微波无极碘灯对120．3mg/m3的CS2的降解率为22．2％，绝对处理量为72．07μg/s，产能达到1297．2mg／kWh。最后研究了电容放电激发的无极碘灯（Kr／I2）和无极溴灯（Kr／Br2）对0-130mg/m3的H2S气体的降解，研究了气体流速、缓冲气体Kr的压强、填充的I2／Br2量、外施电压、初始浓度对H2S的降解率的影响。在室温条件下，湿度40％，管道气体流速0．5 m／s（气体停留时间0．4 s），电压为7500 V时，灯内填充50 TorrKr和5 mg I2的无极灯对初始浓度为102．8 mg／m3的H2S废气降解效果达到70％以上，绝对处理量达到19．7μg/s，产能达到500．8 mg／kWh;灯内填充1 Torr Kr和1 Torr Br2的无极灯对进气浓度为115．4 mg／m3的H2S废气的降解效果达到70．0％，绝对处理量达到20．6μg/s，产能达到467．6 mg／kWh。此外，本文采用IC、FT-IR对无极紫外灯降解恶臭气体的产物进行了分析，并着重讨论了产物的安全性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 恶臭污染的来源和危害
• 1.1.1 恶臭气体的来源
• 1.1.2 恶臭气体的危害
• 1.2 恶臭气体降解技术研究现状与发展趋势
• 1.2.1 物理法脱臭
• 1.2.2 化学法处理恶臭气体
• 1.2.3 生物法
• 1.3 本研究的主要研究内容
• 1.4 研究背景
• 1.5 本研究的创新意义和现实意义
• 1.6 本研究处理对象的选择
• 第二章 无极紫外辐射技术
• 2.1 无极灯的放电方式
• 2.1.1 电容放电无极灯
• 2.1.2 微波放电无极灯
• 2.2 无极灯的发光原理
• 2.2.1 填充物质
• 2.2.2 无极汞灯
• 2.2.3 准分子灯
• 2.3 无极灯在污染控制治理中的研究现状
• 2.3.1 空气、饮用水及食品等的杀菌消毒
• 2.3.2 水相污染物的降解
• 2.3.3 气相污染物的降解
• 2S气体'>第三章 微波放电无极灯降解低浓度H₂S气体
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 主要实验试剂及气体原料
• 3.1.2 实验仪器
• 3.1.3 实验装置
• 3.1.4 实验方法
• 3.2 实验结果与讨论
• 2S工作曲线'>3.2.1 H₂S工作曲线
• 3.2.2 微波放电无极灯的性能考察
• 3.2.2.1 微波汞灯及其辐射光谱
• 3.2.2.2 微波碘灯及其辐射光谱
• 2S光解效率的影响因素'>3.2.3 H₂S光解效率的影响因素
• 2S初始浓度对光解效率的影响'>3.2.3.1 H₂S初始浓度对光解效率的影响
• 3.2.3.2 气体停留时间（管道流速）对光解效率的影响
• 3.2.3.3 反应区管径（紫外辐射的径向衰减）对光解效率的影响
• 3.2.4 微波无极紫外灯的处理能力和能量利用率研究
• 2S气体产物的安全性分析'>3.2.5 微波放电无极灯降解H₂S气体产物的安全性分析
• 3.3 本章小结
• 第四章 微波放电无极灯降解中低浓度CS2气体
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 主要实验试剂及气体原料
• 4.1.2 实验仪器
• 4.1.3 实验装置
• 4.1.4 实验方法
• 4.2 实验结果与讨论
• 2工作曲线'>4.2.1 CS₂工作曲线
• 4.2.2 微波放电无极灯的性能考察
• 2光解效率的影响'>4.2.3 CS₂光解效率的影响
• 2初始浓度对光解效率的影响'>4.2.3.1 CS₂初始浓度对光解效率的影响
• 4.2.3.2 气体停留时间（管道流速）对光解效率的影响
• 4.2.4 微波无极汞灯和微波无极碘灯的比较
• 4.2.5 微波无极紫外灯的处理能力和能量利用率研究
• 2S和CS₂的比较'>4.2.6 微波放电无极灯降解H₂S和CS₂的比较
• 2反应机理'>4.2.7 微波放电无极灯光解CS₂反应机理
• 4.3 本章小结
• 2S废气'>第五章 电容放电无极紫外辐射技术降解中低浓度H₂S废气
• 5.1 电容放电无极紫外辐射技术的定义
• 5.2 实验设计
• 5.3 电容放电等离子体紫外辐射技术工作原理
• 5.3.1 Ⅰ区工作原理
• 5.3.2 Ⅱ区工作原理
• 5.4 实验部分
• 5.4.1 主要实验试剂及气体原料
• 5.4.2 实验仪器
• 5.4.3 实验装置
• 5.4.4 实验方法
• 2混合气体实验结果与讨论'>5.5 无极灯内填充Kr+I₂混合气体实验结果与讨论
• 2无极紫外灯福射波长'>5.5.1 Kr-I₂无极紫外灯福射波长
• 2S降解效率的影响因素'>5.5.2 H₂S降解效率的影响因素
• 2S降解效率的影响'>5.5.2.1 施加电压对H₂S降解效率的影响
• 2S降解效率的影响'>5.5.2.2 初始浓度对H₂S降解效率的影响
• 2S降解效率的影响'>5.5.2.3 停留时间对H₂S降解效率的影响
• 2S降解效率的影响'>5.5.2.4 灯内填充Kr气压对H₂S降解效率的影响
• 2量对H₂S降解效率的影响'>5.5.2.5 灯内填充I₂量对H₂S降解效率的影响
• 2混合气体实验结果与讨论'>5.6 无极灯内填充Kr+Br₂混合气体实验结果与讨论
• 2无极紫外灯福射波长'>5.6.1 Kr-Br₂无极紫外灯福射波长
• 2S降解效率的影响因素'>5.6.2 H₂S降解效率的影响因素
• 2S降解效率的影响'>5.6.2.1 施加电压对H₂S降解效率的影响
• 2S降解效率的影响'>5.6.2.2 初始浓度对H₂S降解效率的影响
• 2S降解效率的影响'>5.6.2.3 灯内填充Kr气压对H₂S降解效率的影响
• 2量对H₂S降解效率的影响'>5.6.2.4 灯内填充Br₂量对H₂S降解效率的影响
• 5.7 产物分析
• 5.8 本章小结
• 第六章 研究结果汇总
• 6.1 研究成果
• 6.2 研究的发展方向
• 参考文献
• 附录 攻读硕士学位期间论文发表情况汇总
• 致谢