一种有机挥发性气体（VOCs）治理设备及其运行方法

技术领域

本发明涉及VOCs有机废气处理技术领域，尤其涉及一种有机挥发性气体（VOCs）治理设备及其运行方法。

背景技术

根据中研普华研究报告《2020-2025年版大气污染治理产业政府战略管理与区域发展战略研究咨询报告》分析得知，PM2.5和臭氧成已成为“十四五”期间大气污染防治工作的重点治理对象，而造成PM2.5和臭氧污染的原因之一就是可挥发性有机化合物（VOCs）的不断增长式排放和治理不到位。

VOCs主要产生于如涂料、喷漆、印刷、燃油、化工、医药、养殖、餐饮等行业，是大气污染的主要贡献者之一；目前的治理方法包括吸附、直燃式焚化、触媒式焚化、吸收、冷凝、光电催化等，但根据我公司的调研发现，过去五年大部分工厂在实际治理VOCs过程中采用的都是上述单一某种治理方法，治理效果不佳；

为了解决这个问题，多个研发机构和单位投入了大量的人力物力，如由南京木禾环境科技有限公司研发并申请的申请号为201911321577.1、名称为一种高效复合型可移动式的有机挥发性气体处理设备的中国发明专利，该发明申请包括机体，机体包括活性炭过滤网、高频高压交流电源、初效过滤网、高效过滤网、风机、导流板和低温等离子放电电极。首先通过初效过滤网和高效过滤网进行分级过滤，随后再通过高能离子降解，之后被氧化分解的VOCS气体进入活性炭过滤网进一步过滤吸附，最后由出气口排出，从而具备高效处理有机挥发性气体的效果；然而，该发明存在一个重要缺陷，那就是该发明采用的多级过滤网是消耗品，需要定期更换，且更换下来的过滤网还需要进一步处理才能废弃，不仅浪费了大量人力物力，而且一旦存在后期处理不到位现象则会带来严重后果。

由上海纳晶科技有限公司研发并申请的申请号为201811229543.5、名称为一种低能耗的有机挥发性气体处理装置和方法的中国发明专利，该专利包括微孔气体吸附再生模块、气体催化氧化反应模块、传感检测模块、电源及电器控制模块，本发明同现有技术相比，将微孔吸附材料与光电催化技术相结合，在大部分时间内采用无能耗的吸附方式吸收VOCs。当吸附饱和后，经脱附的VOCs进一步采用光电催化氧化的方式快速将VOCs催化氧化分解，同时使得吸附材料得到再生，可有效地降低整体运行时的能耗；因脱附的VOCs浓度较高，采用光电催化氧化的反应效率高且时间较短，使得整体气体净化的成本大幅降低，适用于低浓度的VOCs气体净化处理，具有净化效率高，能耗低、应用范围广、适应性强的特点；该发明申请同上述由南京木禾环境科技有限公司研发并申请的一种高效复合型可移动式的有机挥发性气体处理设备相比，解决了过滤元件无法重复利用的问题，然而，众所周知，在生产车间诸如漆料生产、汽车喷涂场所，粉尘颗粒常常与有机挥发性气体相互混合在一起，而该发明则无法解决这个问题，因为一旦大量粉尘被吸入微孔气体吸附再生模块则会使该模块变成不可再生元件，失去重复利用的功能；另外，当机挥发性气体浓度较高时，该发明中的微孔气体吸附再生模块将无法完全吸附，而且饱和后在加热脱附过程中，有机挥发性气体浓度会骤然上升，仅仅依靠后工序的气体催化氧化反应模块很难达到百分之百去除的效果。

为了解决这个问题，上海纳晶科技有限公司同时研发并申请的申请号为201811196483.1、名称为一种水吸收式有机挥发性气体处理装置及处理方法的中国发明专利，该发明的水雾式气体吸收模块的一端连接进气口，水雾式气体吸收模块的另一端连接过滤模块的一端，过滤模块的另一端连接光电催化气体氧化模块的一端，光电催化气体氧化模块的另一端连接水帘式气体吸收模块的一端，水帘式气体吸收模块的另一端连接出气口。同现有技术相比，将水吸收工艺与光电催化氧化技术相结合，将VOCs有机分子被水吸收溶解，再将溶于水的有机物通过光电催化氧化分解二氧化碳和水，同时处理后的水可循环使用，避免了二次污染，节省了整体设备和运行成本，是一种的高效率和实用化VOCs净化技术；然而，并不是所有有机挥发性气体都溶于水，并且在高浓度下，仅靠该发明的水帘式过滤加光电催化分解显然会使该发明的装置占用空间极大，实际应用价值不高。

综上所述，目前在有机挥发性气体（VOCs）治理这一块，存在着两个问题：1.采用常规吸附法，会带来后续大规模废弃过滤元件处理工作；2.目前设备无法做到占用空间小且能够同时适应不同浓度不同种类有机挥发性气体（VOCs）的治理；3.在第2个问题上同时进行粉尘处理。

因此，研发一款能够解决上述三个问题的有机发性气体（VOCs）治理设备已成为当务之急。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种有机挥发性气体（VOCs）治理设备及其运行方法，通过冷凝模块对溶于水的有机挥发性气体（VOCs）及粉尘颗粒进行治理，疏油疏水过滤模块对剩下的有机挥发性气体（VOCs）及随带的水分进行过滤，而后依次通过可再生吸附模块和光催化模块进一步将残留的有机挥发性气体（VOCs）进行彻底处理，由此完成不同种类有机挥发性气体（VOCs）及粉尘的治理，并通过可再生吸附模块内部的加热单元及输出端的回流模块实现吸附模块的再生；于此同时，由于本发明的疏油疏水过滤模块中疏油、疏水过滤膜结构紧凑，使得本发明整个装置不但结构紧凑，而且能够适应不同浓度有机挥发性气体（VOCs）的治理，由此解决了背景技术中的三个问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种有机挥发性气体（VOCs）治理设备，包括机壳、冷凝模块、可再生吸附模块、光催化模块和控制模块，所述冷凝模块、可再生吸附模块、光催化模块按治理顺序依次设置在机壳内，其特征在于，本发明还包括拉瓦尔射流式进气模块、疏油疏水过滤模块和废液回流收集模块，所述拉瓦尔射流式进气模块按治理顺序设置于冷凝模块前侧；所述疏油疏水过滤模块按治理顺序设于冷凝模块和可再生吸附模块之间；所述废液回流收集模块位于机壳的底部，其上设置的回流收集通道一分别与冷凝模块、疏油疏水过滤模块的底部连接，并最终集于废液收集盒；所述可再生吸附模块的输出口上分设有回流口，所述回流口通过回流管道与设于拉瓦尔射流式进气模块侧面的回流进气口相连，且所述输出口、回流口上分别设有常开电磁阀、常闭电磁阀；所述拉瓦尔射流式进气模块、冷凝模块、疏油疏水过滤模块、可再生吸附模块、光催化模块按治理顺序通过管道连接；所述控制模块分别与拉瓦尔射流式进气模块冷凝模块、疏油疏水过滤模块、可再生吸附模块、光催化模块电性连接。

进一步地，所述拉瓦尔射流式进气模块还包括进气风机、第一级拉瓦尔管状通道、第二级拉瓦尔管状通道，所述进气风机设置于第一级拉瓦尔管状通道前端，所述第一级拉瓦尔管状通道中后段设于第二级拉瓦尔管状通道前段的内部，所述回流进气口设于第二级拉瓦尔管状通道侧面；所述进气风机与控制模块电性连接。

进一步地，所述冷凝模块包括冷凝通道和制冷装置，所述冷凝通道两端分别与拉瓦尔射流式进气模块、疏油疏水过滤模块通过管道连接，底部与所述回流收集通道一连接；所述制冷装置用于冷凝通道的制冷；所述冷凝通道进口处设有VOC气体浓度检测传感器一、顶部设有若干个喷雾头，所述VOC气体浓度检测传感器一、制冷装置和喷雾头均与控制模块电性连接。

进一步地，所述疏油疏水过滤模块包括过滤仓、疏油过滤膜和疏水过滤膜，所述疏油过滤膜和疏水过滤膜按治理顺序依次设置于过滤仓内；所述过滤仓的底部与所述回流收集通道一连接，且进、出口处分别设有风量检测传感器一、风量检测传感器二；所述风量检测传感器一、风量检测传感器二均与控制模块电性连接。

优选地，所述疏油过滤膜和疏水过滤膜均呈倒三角形设置，且所述疏水过滤膜最底端的正下方安装有连通所述废液回流收集模块的回流收集通道二。

进一步地，所述可再生吸附模块还包括再生吸附筒、可再生吸附模块支架，所述再生吸附筒位于可再生吸附模块支架上， 包括脱附再生加热器、吸附材料，所述脱附再生加热器位于吸附材料内部，用于吸附材料吸附饱和后对其加热进行脱附；所述可再生吸附模块支架出口处设有VOC气体浓度检测传感器二，所述VOC气体浓度检测传感器二、脱附再生加热器、敞开电磁阀、常闭电磁阀均与控制模块电性连接。

优选地，所述可再生吸附模块至少设有两组。

进一步地，所述光催化模块包括光催化模块支架、光催化板,所述光催化板为若干个并呈一定角度均布在光催化模块支架内，且对应每个所述光催化板设有一个紫外线灯管，所述光催化模块支架的排气口处设有排气风机；所述紫外线灯管、排气风机均与控制模块电性连接。

进一步地，所述控制模块包括人机交互显示屏、微控制器、声光报警器、存储单元和控制电源，所述人机交互显示屏和声光报警器分别设于机壳的侧面和顶部；所述微控制器用于对该控制模块的控制；所述存储单元用于存储上传的数据信息；所述控制电源用于为该控制模块提供电压大小合适且稳定的电源。

一种有机挥发性气体（VOCs）治理设备的运行方法，其特征在于：

通过所述人机交互显示屏开启该治理设备，并设置冷凝模块的冷凝温度、开启浓度以及可再生吸附模块的加热脱附时间，设定后开始工作；具体运行方法如下：

（一）设备开启后，进气风机201、喷雾头302、紫外线灯管703及排气风机704同时开始工作，同时VOC气体浓度检测传感器一304、VOC气体浓度检测传感器二507、风量检测传感器一404、风量检测传感器二405进入实时监测状态；

（二）当冷凝模块中的VOC气体浓度检测传感器一检测到VOC浓度超过系统默认设置的某一设置值时，冷凝模块的制冷装置开启；相反，当VOC气体浓度检测传感器一检测到VOC浓度低于上述设置值时，冷凝模块的制冷装置关闭，喷雾头持续进行喷雾，实现常温下喷雾过滤；

（三）当疏油疏水过滤模块中的风量检测传感器一、风量检测传感器二检测到二者的风量差达到系统默认设置的某一设定值时，人机交互显示屏显示“疏油过滤膜或疏水过滤膜需要更换”，同时声光报警器发出声光报警；

（四）当其中部分组可再生吸附模块中的VOC气体浓度检测传感器二检测到VOC浓度达到系统默认设置的某一设定值时，该部分组可再生吸附模块中的常开电磁阀、常闭电磁阀均得电，此时该部分组可再生吸附模块中的脱附再生加热器根据设定时间开始加热，在加热脱附过程中，从吸附材料脱附出来的VOC通过回流管道返回至拉瓦尔射流式进气模块的回流进气口中，实现循环治理；当脱附再生加热器加热完成后，常开电磁阀、常闭电磁阀均失电，该部分组可再生吸附模块进入正常工作。

与现有技术相比，本发明有益效果说明如下：

1. 本发明通过冷凝模块对溶于水的有机挥发性气体（VOCs）及粉尘颗粒进行治理，疏油疏水过滤模块对剩下的有机挥发性气体（VOCs）及随带的水分进行过滤，而后依次通过可再生吸附模块和光催化模块进一步将残留的有机挥发性气体（VOCs）进行彻底处理，由此完成不同种类有机挥发性气体（VOCs）及粉尘的治理，并通过可再生吸附模块内部的加热单元实现吸附模块的再生；于此同时，由于本发明的疏油疏水过滤模块中疏油、疏水过滤膜结构紧凑，使得本发明整个装置不但结构紧凑，而且能够适应不同浓度有机挥发性气体（VOCs）的治理；

2.本发明通过至少设置两组可再生吸附模块，使得其中一组或几组可再生吸附模块吸附饱和后进行脱附并回流治理过程中，不影响本发明装置的正常工作；

3.本发明通过设置回流模块实现了可再生吸附模块脱附后的有机挥发性气体（VOCs）回流治理，完成了有机挥发性气体（VOCs）的内部处理，进一步保证本发明装置在治理机挥发性气体（VOCs）上的彻底性；

4.本发明通过疏油疏水过滤模块中疏油、疏水过滤膜的呈倒三角形设计，实现了油、水分离后自动脱离，不仅能够有效保证疏油、疏水过滤膜的重复利用，而且可完成油水的精准收集，节省了人力成本；除此之外，经过疏油疏水过滤模块处理后的有机挥发性气体（VOCs）因含油量和含水量基本消除，进一步提高了可再生吸附模块的使用寿命，降低了设备维护成本；

5.通过将本发明拉瓦尔射流式进气模块设计为两级拉瓦尔管状，并在第二级拉瓦尔管状通道侧面连入回流管道，由此形成类似蒸汽喷流真空泵的效果，既可实现在本发明装置进口通道中有机挥发性气体（VOCs）高速通过过程中将回流管道中的脱附有机挥发性气体（VOCs）吸入，防止回流管道反向流动，又可实现两个流体混合后的二次加速，保证整个装置的节能性；

6.本发明通过在冷凝模块内部上端设置喷雾头，进一步有效地对溶于水的有机挥发性气体（VOCs）及粉尘颗粒进行治理，实现低成本高效率目的。

附图说明

图1、2是本发明的整体装配结构示意图。

图3、4是本发明去掉机壳后的装配结构示意图。

图5是本发明拉瓦尔射流式进气模块结构示意图。

图6是本发明拉瓦尔射流式进气模块剖面结构示意图。

图7是本发明冷凝模块、疏油疏水过滤模块、废液回流收集模块装配结构示意图。

图8是本发明可再生吸附模块局部剖面结构示意图。

图9是本发明可再生吸附模块、回流管道装置装配结构示意图。

图10是本发明光催化模块内部结构示意图。

图11是本发明废液回流收集模块结构示意图。

图12是本发明控制模块组成示意图。

图中：1-机壳；2-拉瓦尔射流式进气模块；3-冷凝模块；4-疏油疏水过滤模块；5-可再生吸附模块；6-回流管道；7-光催化模块；8-废液回流收集模块；9-控制模块；201-进气风机；202-第一级拉瓦尔管状通道；203-第二级拉瓦尔管状通道；204-回流进气口；301-冷凝通道；302-喷雾头；303-制冷装置；304- VOC气体浓度检测传感器一；401-过滤仓；402-疏油过滤膜；403-疏水过滤膜；404-风量检测传感器一；405-风量检测传感器二；501-再生吸附筒；501a-脱附再生加热器；501b-吸附材料；502-输出口；503-回流口；504-电磁阀一；505-电磁阀二；506-可再生吸附模块支架；507-VOC气体浓度检测传感器二；701-光催化模块支架；702-光催化板；703-紫外线灯管；704-排气风机； 801-回流收集通道一；802-回流收集通道二；803-废液收集盒；901-人机交互显示屏；902-微控制器；903-声光报警器；904-存储单元；905-控制电源。

具体实施方式

为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例：

如图1-5、8、9和11所示，一种有机挥发性气体（VOCs）治理设备，包括机壳1、冷凝模块3、可再生吸附模块5、光催化模块7和控制模块9，冷凝模块3、可再生吸附模块5、光催化模块7按治理顺序依次设置在机壳1内，除此之外，本发明还包括拉瓦尔射流式进气模块2、疏油疏水过滤模块4和废液回流收集模块8，拉瓦尔射流式进气模块2按治理顺序设置于冷凝模块3前侧；疏油疏水过滤模块4按治理顺序设于冷凝模块3和可再生吸附模块5之间；废液回流收集模块8位于机壳1的底部，其上设置的回流收集通道一801分别与冷凝模块3、疏油疏水过滤模块4的底部连接，并最终集于废液收集盒803；可再生吸附模块5的输出口502上分设有回流口503，回流口503通过回流管道6与设于拉瓦尔射流式进气模块2侧面的回流进气口204相连，且输出口502、回流口503上分别设有常开电磁阀504、常闭电磁阀505；拉瓦尔射流式进气模块2、冷凝模块3、疏油疏水过滤模块4、可再生吸附模块5、光催化模块7按治理顺序通过管道连接；控制模块9分别与拉瓦尔射流式进气模块2、冷凝模块3、疏油疏水过滤模块4、可再生吸附模块（5）、光催化模块7电性连接；

拉瓦尔射流式进气模块2的设置，既保证了可再生吸附模块5加热脱附后的有机挥发性气体顺利回收，又进一步增加了进风速度，实现了节能化；疏油疏水过滤模块4的设置完成了油、水的过滤，进一步实现了有机挥发性气体的过滤，同时进一步提高了可再生吸附模块的使用寿命，降低了设备维护成本；废液回流收集模块8的设置有效地回收了治理过程中产生的废液，体现了本发明设备的环保性。

本发明的另一个实施在于，如图5、6所示，拉瓦尔射流式进气模块2还包括进气风机201、第一级拉瓦尔管状通道202、第二级拉瓦尔管状通道203，进气风机201设置于第一级拉瓦尔管状通道202前端，第一级拉瓦尔管状通道202中后段设于第二级拉瓦尔管状通道203前段的内部，回流进气口204设于第二级拉瓦尔管状通道203侧面；由此形成类似蒸汽喷流真空泵的效果，既可实现在本发明装置进口通道中有机挥发性气体（VOCs）高速通过过程中将回流管道中的脱附有机挥发性气体（VOCs）吸入，防止回流管道反向流动，又可实现两个流体混合后的二次加速，保证整个装置的节能性；进气风机201与控制模块9电性连接。

本发明的另一个实施在于，如图7所示，冷凝模块3包括冷凝通道301和制冷装置303，冷凝通道301两端分别与拉瓦尔射流式进气模块2、疏油疏水过滤模块4通过管道连接，底部与所述回流收集通道一801连接；制冷装置303用于冷凝通道301的制冷；为了实时监测VOC气体浓度，冷凝通道301进口处设有VOC气体浓度检测传感器一304，为了提高治理效率，顶部设有若干个喷雾头302，VOC气体浓度检测传感器一304、制冷装置303和喷雾头302均与控制模块9电性连接。

本发明的另一个实施在于，如图7、11所示，疏油疏水过滤模块4包括过滤仓401、疏油过滤膜402和疏水过滤膜403，疏油过滤膜402和疏水过滤膜403按治理顺序依次设置于过滤仓401内；为了实时监测疏油疏水过滤模块4的工作状态，过滤仓401进、出口处分别设有风量检测传感器一404、风量检测传感器二405；所述风量检测传感器一404、风量检测传感器二405均与控制模块9电性连接；

为了保证疏油过滤膜402和疏水过滤膜403高效过滤，二者均呈倒三角形设置，该设计可将油和水集中于最下端，而不是平铺在膜上，有效地提高了过滤效率，并且有效保证了疏油、疏水过滤膜的重复利用以及收集的便利；

同时为了保证本发明设备的紧凑性，本实施例将疏油过滤膜402和疏水过滤膜403呈一下一上设置，过滤仓401的底部与所述回流收集通道一801连接，实现对疏油过滤膜402滤掉的油的收集，同时为了保证疏水过滤膜403过滤掉的水不滴到疏油过滤膜402上，在疏水过滤膜403最底端的正下方安装有连通所述废液回流收集模块8的回流收集通道二802，既有效收集了疏水过滤膜403过滤掉的水，又保证了疏水过滤膜403下方的疏油过滤膜402的正常工作。

本发明的另一个实施在于，如图8所示，可再生吸附模块5还包括再生吸附筒501、可再生吸附模块支架506，再生吸附筒501位于可再生吸附模块支架506上， 为了节省空间，再生吸附筒501设置为两组，每组包括脱附再生加热器501a、吸附材料501b，脱附再生加热器501a位于吸附材料501b内部，直径为整个再生吸附筒501的1/4，用于吸附材料501b吸附饱和后对其加热进行脱附；为了能够实时监测可再生吸附模块5排气口的VOC气体浓度，可再生吸附模块支架506出口处设有VOC气体浓度检测传感器二507，VOC气体浓度检测传感器二507、脱附再生加热器501a、敞开电磁阀504、常闭电磁阀505均与控制模块9电性连接。

为了避免可再生吸附模块5在脱附再生加热器501a加热时出现的吸附材料501b无法正常工作的情况，可再生吸附模块5设有四组。

本发明的另一个实施在于，如图10所示，光催化模块7包括光催化模块支架701、光催化板702,为了保证光催化效率和光照最佳角度，光催化模块支架701内设定了两个催化空间，光催化板702分为两组，每组为五个并呈30°倾角均布在光催化模块支架701内，且对应每个所述光催化板702设有一个紫外线灯管703；同时为了保证排气量和治理效率，光催化模块支架701的排气口处设有排气风机704；紫外线灯管703、排气风机704均与控制模块9电性连接。

本发明的另一个实施在于，如图12所示，控制模块9包括人机交互显示屏901、微控制器902、声光报警器903、存储单元904和控制电源905，为了便于操作和观察，人机交互显示屏901和声光报警器903设于机壳1的侧面和顶部；微控制器902用于对该控制模块9的控制；存储单元904用于存储上传的数据信息；控制电源905用于为该控制模块9提供电压大小合适且稳定的电源。

为了更好地展示该治理设备的运行方法，我公司将本发明的设备样机置于某公司的一个漆料喷涂车间，首先通过人机交互显示屏901开启该治理设备，然后设置参数，本实施例设置冷凝模块3的冷凝温度为-40、开启浓度为4500PPM，以及可再生吸附模块5的加热脱附时间为5min，设定后开始工作，具体运行方法如下：

（一）设备开启后，进气风机201、喷雾头302、紫外线灯管703及排气风机704同时开始工作，同时VOC气体浓度检测传感器一304、VOC气体浓度检测传感器二507、风量检测传感器一404、风量检测传感器二405进入实时监测状态；

（二）当冷凝模块3中的VOC气体浓度检测传感器一304检测到VOC浓度超过系统开机时设置的4500PPM设置值时，冷凝模块3的制冷装置303开启；相反，当VOC气体浓度检测传感器一304检测到VOC浓度低于上述4500PPM设置值时，冷凝模块3的制冷装置303关闭，喷雾头302持续进行喷雾，实现常温下喷雾过滤；

（三）当疏油疏水过滤模块4中的风量检测传感器一404、风量检测传感器二405检测到二者的风量差达到系统默认设置的40%时，人机交互显示屏901显示“疏油过滤膜或疏水过滤膜需要更换”，同时声光报警器903发出声光报警；

（四）当其中部分组可再生吸附模块5中的VOC气体浓度检测传感器二507检测到VOC浓度达到系统默认设置的200PPM设定值时，该部分组可再生吸附模块5中的常开电磁阀504、常闭电磁阀505均得电，此时该部分组可再生吸附模块5中的脱附再生加热器501a根据设定时间开始加热，在加热脱附过程中，从吸附材料501b脱附出来的VOC通过回流管道6返回至拉瓦尔射流式进气模块2的回流进气口204中，实现循环治理；当脱附再生加热器501a加热完成后，常开电磁阀504、常闭电磁阀505均失电，该部分组可再生吸附模块5进入正常工作。