內(nèi)置式微波無極紫外燈處理氣態(tài)污染物的研究.pdf

1、近幾年來,微波無極紫外燈作為一種新型UV光源逐漸被發(fā)展起來。利用微波無極紫外燈作為紫外光源降解污染物已成為近年來的研究熱點,目前已有數(shù)十篇該方面研究報道,但大部分是涉及水相污染物,用于氣態(tài)污染物的報道極少。本人所屬課題組在國際上最先采用微波無極紫外燈裝置處理氣態(tài)污染物,采取的是無極燈外置式結(jié)構(gòu)。但由于腔外的無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極燈內(nèi)置式結(jié)構(gòu)來克服無極燈外置式的弊端,并用于處理氣態(tài)污染

2、物。
　　本研究以無極燈內(nèi)置式諧振反應(yīng)區(qū)構(gòu)造的優(yōu)化過程來展開,采用硫化氫、CS2、乙酸乙酯等氣態(tài)污染物作為降解對象,最終研制了新型對流型內(nèi)置式微波無極紫外燈廢氣處理裝置,實現(xiàn)了無極燈完全內(nèi)置于微波諧振腔內(nèi)高效處理流動態(tài)氣相污染物,并在一定程度內(nèi)緩解了無極碘燈熱效應(yīng)造成的負面影響,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。本研究主要開展了下列創(chuàng)新性工作:
　　(1)微波無極紫外燈的參數(shù)優(yōu)化:在初步分析微波無極汞燈、微波

3、無極碘燈、微波無極溴燈和微波無極硒燈四種無極紫外燈的工作性能基礎(chǔ)上,選擇了微波無極碘燈做了進一步的深化研究,具體研究內(nèi)容包括緩沖物質(zhì)的種類研究、發(fā)光物質(zhì)和緩沖物質(zhì)的配比研究等。
　　(2)簡單內(nèi)置式微波無極碘燈:研制了簡單內(nèi)置式微波無極紫外燈氣體處理裝置,并進行了降解低濃度乙酸丁酯廢氣的實驗研究。在停留時間13.3s、進氣濃度1.5mg/m3的條件下,乙酸丁酯的降解率可達78％以上;但停留時間延長為3.3s,降解率降為47％,廢氣

4、處理所需的停留時間過長。此外,通過實驗,發(fā)現(xiàn)簡單內(nèi)置式微波無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)實驗中,對簡單內(nèi)置式的諧振反應(yīng)區(qū)構(gòu)造進行進行了優(yōu)化。
　　(3)石英內(nèi)置式微波無極汞燈:研制了新型石英內(nèi)置式微波無極紫外燈氣體處理裝置,并進行了降解H2S氣體的實驗研究。實驗表明,將微波無極汞燈完全置于諧振腔內(nèi)降解H2S氣體,與外置式微波無極汞燈相比,降解率提高了13個百分點,且能量利用效率也得到進一步提高。

5、在氣體停留時間為1.5s條件下,當(dāng)H2S進氣濃度為7.9mg/m3時,降解率為91％,能率為58.2mg/kWh;當(dāng)H2S進氣濃度增加到24.6mg/m3時,降解率為57％,能率為115.6mg/kWh。
　　(4)石英內(nèi)置式微波無極碘燈:采用石英內(nèi)置式微波無極碘燈(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極汞燈的處理效果。在H2S停留時間1.8s的條件下,進氣濃度7.3mg/m3時,降解率為

6、64％;進氣濃度57.5mg/m3時,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)置式微波無極碘燈進行實驗時,甚至發(fā)現(xiàn)無極碘燈因過熱導(dǎo)致熄滅的問題頻繁出現(xiàn)。因此,后續(xù)對微波無極碘燈的發(fā)熱效應(yīng)進行了專題研究。
　　(5)微波無極碘燈發(fā)熱效應(yīng)和諧振反應(yīng)區(qū)構(gòu)造優(yōu)化:通過諧振反應(yīng)區(qū)構(gòu)造優(yōu)化和降解H2S的實驗研究,研究了石英內(nèi)置式微波無極碘燈發(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)。實驗得到下列主要結(jié)論:1)延長諧振腔的長度,將無極燈外置有利,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)微波無極碘燈激發(fā)放電時產(chǎn)生大量的熱使燈管溫度升高,進而可影響微波無極碘燈對H2S的降解率。3)微波無極碘燈在諧振腔內(nèi)位于不同位置,發(fā)熱量有所差別。例如,無極碘燈的一端置于諧振腔外9cm被激發(fā)放電時,與完全置于諧振腔內(nèi)部相比,燈管溫度降低了約10℃,同時

8、光解H2S的效率明顯提高。4)光解H2S放出的反應(yīng)熱對燈管溫度有一定的影響。H2S進氣濃度為16.8mg/m3時,燈管溫度比無H2S時升高了約12.4.℃;進氣濃度升高到56.7mg/m3時,溫度差提高到17.5℃。但是和實驗過程中總的溫升相比,該反應(yīng)熱的影響并不顯著。
　　(6)對流內(nèi)置式微波無極碘燈:研制了內(nèi)部氣體可循環(huán)的內(nèi)對流無極碘燈和對流內(nèi)置式諧振反應(yīng)區(qū)構(gòu)造,避免了散熱慢引發(fā)的燈管熄滅問題,同時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分子的分子間運動,促進燈管的進一步激發(fā),也可提高燈管降解廢氣的能力。
　　采用新型對流內(nèi)置式微波無極碘燈裝置處理H2S,在當(dāng)氣體停留時間為1.2s,輸入功率為200W,H2S進氣濃度為9.7mg/m3時,H2S的降解率可以達到71％。相較于外置式和石英內(nèi)置式的微波無極碘燈,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)置式微波無極汞燈降解H2S的實驗結(jié)果相比,在避免了微波無極汞燈