內(nèi)置式微波無(wú)極紫外燈處理氣態(tài)污染物的研究.pdf

1、近幾年來(lái),微波無(wú)極紫外燈作為一種新型UV光源逐漸被發(fā)展起來(lái)。利用微波無(wú)極紫外燈作為紫外光源降解污染物已成為近年來(lái)的研究熱點(diǎn),目前已有數(shù)十篇該方面研究報(bào)道,但大部分是涉及水相污染物,用于氣態(tài)污染物的報(bào)道極少。本人所屬課題組在國(guó)際上最先采用微波無(wú)極紫外燈裝置處理氣態(tài)污染物,采取的是無(wú)極燈外置式結(jié)構(gòu)。但由于腔外的無(wú)極燈得不到充分激發(fā),該構(gòu)造存在降解率不高等缺陷。因此,本研究研制了新型無(wú)極燈內(nèi)置式結(jié)構(gòu)來(lái)克服無(wú)極燈外置式的弊端,并用于處理氣態(tài)污染

2、物。
　　本研究以無(wú)極燈內(nèi)置式諧振反應(yīng)區(qū)構(gòu)造的優(yōu)化過(guò)程來(lái)展開(kāi),采用硫化氫、CS2、乙酸乙酯等氣態(tài)污染物作為降解對(duì)象,最終研制了新型對(duì)流型內(nèi)置式微波無(wú)極紫外燈廢氣處理裝置,實(shí)現(xiàn)了無(wú)極燈完全內(nèi)置于微波諧振腔內(nèi)高效處理流動(dòng)態(tài)氣相污染物,并在一定程度內(nèi)緩解了無(wú)極碘燈熱效應(yīng)造成的負(fù)面影響,大大提高了各種氣態(tài)污染物的處理效率和能量利用效率。本研究主要開(kāi)展了下列創(chuàng)新性工作:
　　(1)微波無(wú)極紫外燈的參數(shù)優(yōu)化:在初步分析微波無(wú)極汞燈、微波

3、無(wú)極碘燈、微波無(wú)極溴燈和微波無(wú)極硒燈四種無(wú)極紫外燈的工作性能基礎(chǔ)上,選擇了微波無(wú)極碘燈做了進(jìn)一步的深化研究,具體研究?jī)?nèi)容包括緩沖物質(zhì)的種類(lèi)研究、發(fā)光物質(zhì)和緩沖物質(zhì)的配比研究等。
　　(2)簡(jiǎn)單內(nèi)置式微波無(wú)極碘燈:研制了簡(jiǎn)單內(nèi)置式微波無(wú)極紫外燈氣體處理裝置,并進(jìn)行了降解低濃度乙酸丁酯廢氣的實(shí)驗(yàn)研究。在停留時(shí)間13.3s、進(jìn)氣濃度1.5mg/m3的條件下,乙酸丁酯的降解率可達(dá)78％以上;但停留時(shí)間延長(zhǎng)為3.3s,降解率降為47％,廢氣

4、處理所需的停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。此外,通過(guò)實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)簡(jiǎn)單內(nèi)置式微波無(wú)極氣體處理裝置存在諧振腔易腐蝕、單位能耗偏大等缺陷。因此,在后續(xù)實(shí)驗(yàn)中,對(duì)簡(jiǎn)單內(nèi)置式的諧振反應(yīng)區(qū)構(gòu)造進(jìn)行進(jìn)行了優(yōu)化。
　　(3)石英內(nèi)置式微波無(wú)極汞燈:研制了新型石英內(nèi)置式微波無(wú)極紫外燈氣體處理裝置,并進(jìn)行了降解H2S氣體的實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)表明,將微波無(wú)極汞燈完全置于諧振腔內(nèi)降解H2S氣體,與外置式微波無(wú)極汞燈相比,降解率提高了13個(gè)百分點(diǎn),且能量利用效率也得到進(jìn)一步提高。

5、在氣體停留時(shí)間為1.5s條件下,當(dāng)H2S進(jìn)氣濃度為7.9mg/m3時(shí),降解率為91％,能率為58.2mg/kWh;當(dāng)H2S進(jìn)氣濃度增加到24.6mg/m3時(shí),降解率為57％,能率為115.6mg/kWh。
　　(4)石英內(nèi)置式微波無(wú)極碘燈:采用石英內(nèi)置式微波無(wú)極碘燈(充碘量為5.3mg/L)降解H2S,降解率基本低于50％,低于同等條件下微波無(wú)極汞燈的處理效果。在H2S停留時(shí)間1.8s的條件下,進(jìn)氣濃度7.3mg/m3時(shí),降解率為

6、64％;進(jìn)氣濃度57.5mg/m3時(shí),降解率為21％。其原因可能是充碘量較少,提供的光子量不足;而且無(wú)極碘燈的發(fā)熱效應(yīng)可能影響了H2S的降解。在采用充碘量為21.2mg/L的石英內(nèi)置式微波無(wú)極碘燈進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí),甚至發(fā)現(xiàn)無(wú)極碘燈因過(guò)熱導(dǎo)致熄滅的問(wèn)題頻繁出現(xiàn)。因此,后續(xù)對(duì)微波無(wú)極碘燈的發(fā)熱效應(yīng)進(jìn)行了專(zhuān)題研究。
　　(5)微波無(wú)極碘燈發(fā)熱效應(yīng)和諧振反應(yīng)區(qū)構(gòu)造優(yōu)化:通過(guò)諧振反應(yīng)區(qū)構(gòu)造優(yōu)化和降解H2S的實(shí)驗(yàn)研究,研究了石英內(nèi)置式微波無(wú)極碘燈發(fā)

7、熱效應(yīng)的相關(guān)規(guī)律,在控制燈管溫度和提高降解率等方面給出了有力的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)得到下列主要結(jié)論:1)延長(zhǎng)諧振腔的長(zhǎng)度,將無(wú)極燈外置有利,將反應(yīng)區(qū)管道由平放調(diào)整為豎直放置,都將有利于散熱。2)微波無(wú)極碘燈激發(fā)放電時(shí)產(chǎn)生大量的熱使燈管溫度升高,進(jìn)而可影響微波無(wú)極碘燈對(duì)H2S的降解率。3)微波無(wú)極碘燈在諧振腔內(nèi)位于不同位置,發(fā)熱量有所差別。例如,無(wú)極碘燈的一端置于諧振腔外9cm被激發(fā)放電時(shí),與完全置于諧振腔內(nèi)部相比,燈管溫度降低了約10℃,同時(shí)

8、光解H2S的效率明顯提高。4)光解H2S放出的反應(yīng)熱對(duì)燈管溫度有一定的影響。H2S進(jìn)氣濃度為16.8mg/m3時(shí),燈管溫度比無(wú)H2S時(shí)升高了約12.4.℃;進(jìn)氣濃度升高到56.7mg/m3時(shí),溫度差提高到17.5℃。但是和實(shí)驗(yàn)過(guò)程中總的溫升相比,該反應(yīng)熱的影響并不顯著。
　　(6)對(duì)流內(nèi)置式微波無(wú)極碘燈:研制了內(nèi)部氣體可循環(huán)的內(nèi)對(duì)流無(wú)極碘燈和對(duì)流內(nèi)置式諧振反應(yīng)區(qū)構(gòu)造,避免了散熱慢引發(fā)的燈管熄滅問(wèn)題,同時(shí)提高了氣體處理能力。將諧振腔

9、豎直放置可以利用重力引發(fā)燈管內(nèi)部I2分子和Kr分子的分子間運(yùn)動(dòng),促進(jìn)燈管的進(jìn)一步激發(fā),也可提高燈管降解廢氣的能力。
　　采用新型對(duì)流內(nèi)置式微波無(wú)極碘燈裝置處理H2S,在當(dāng)氣體停留時(shí)間為1.2s,輸入功率為200W,H2S進(jìn)氣濃度為9.7mg/m3時(shí),H2S的降解率可以達(dá)到71％。相較于外置式和石英內(nèi)置式的微波無(wú)極碘燈,在降解效率和能量利用效率上都有顯著提高;與前述石英內(nèi)置式微波無(wú)極汞燈降解H2S的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相比,在避免了微波無(wú)極汞燈