同步光電磁耦合仿生技術(shù)凈化工業(yè)廢氣的裝置及方法與流程

本發(fā)明屬于環(huán)境保護技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及同步光電磁耦合仿生技術(shù)凈化工業(yè)廢氣的裝置及方法。

背景技術(shù)：

隨著我國工業(yè)的迅速發(fā)展，工業(yè)廢氣排放引起的大氣污染問題日趨嚴重，工業(yè)廢氣已經(jīng)成為大氣污染的主要污染源，因此，控制工業(yè)廢氣排放保護大氣環(huán)境已成當務(wù)之急。

目前，國內(nèi)外用于工業(yè)廢氣凈化的方法主要有吸收法、吸附法以及催化燃燒法，但現(xiàn)有的工業(yè)廢氣處理方法及使用的凈化裝置存在以下問題：吸收法在處理工業(yè)廢氣中，利用有機廢氣易溶于水的特性，廢氣直接與水接觸，從而溶解與水，達到去除廢氣的效果。雖然工藝簡單，方便管理，但產(chǎn)生了二次污染，需對洗滌液進行處理，而且凈化效率低；催化燃燒法的運行成本較高，不適用于低濃度廢氣；現(xiàn)有的凈化工業(yè)廢氣的裝置普遍存在一次性投入大，運行費用高，填料使用壽命短、更換困難且不可再生等技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的發(fā)明目的是提供一種同步光電磁脫硫脫硝吸附塔，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中的工業(yè)廢氣凈化裝置一次性投入大，運行費用高；填料使用壽命短、更換困難且不可再生等技術(shù)問題。

本發(fā)明的另一發(fā)明目的是提供一種通過上述裝置利用同步光電磁耦合仿生技術(shù)凈化工業(yè)廢氣的方法，以解決現(xiàn)有凈化方法中吸收法在處理過程中的二次污染與凈化效率低等問題，吸附法存在吸附劑價格昂貴，且會產(chǎn)生二次污染；催化燃燒法的運行成本較高，不適用于低濃度廢氣等技術(shù)問題。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種同步光電磁脫硫脫硝吸附塔，其特征在于：包括吸附塔體、吸附塊、電磁反應(yīng)器、蒸濕管及分解反應(yīng)器，所述吸附塊為蜂巢狀，其設(shè)置在吸附塔體內(nèi)部；所述電磁反應(yīng)器和蒸濕管設(shè)置在吸附塔體內(nèi)上部；所述分解反應(yīng)器安裝在吸附塔體的出氣端，分解反應(yīng)器內(nèi)部安裝有紫外線燈。

所述吸附塊從上到下間隔布設(shè)有3層～5層。

所述吸附塊為長方體結(jié)構(gòu)，長度20cm，寬度10cm，高度10cm。

所述吸附塊的原料按重量份數(shù)配比包括：貝殼粉2份～3份，氧化鎂6份～7份；真菌粉0.1份～0.3份，重金屬硫蛋白助劑0.05份～0.1份，表面活性劑0.3份～0.4份，粘合劑0.2份～0.3份，發(fā)泡劑0.4份～0.5份。

所述真菌粉為木耳粉或香菇粉；所述重金屬硫蛋白助劑為半胱氨酸、谷氨酸和甘氨酸；所述表面活性劑為二鼠李糖脂；所述粘合劑為硅酸鹽；所述發(fā)泡劑為脂肪醇甘油基醚磺酸鹽。

所述吸附塊中具有二價鎂離子。

采用上述同步光電磁脫硫脫硝吸附塔，利用同步光電磁耦合仿生技術(shù)凈化工業(yè)廢氣的方法，具體包括以下步驟：

步驟一、將工業(yè)廢氣通過排煙管道引入除塵袋內(nèi)進行吸附除塵，經(jīng)除塵袋濾除工業(yè)廢氣中所含粉塵顆粒物；

步驟二、經(jīng)步驟一除塵處理后的工業(yè)廢氣通過風機引入同步光電磁脫硫脫硝吸附塔內(nèi)，經(jīng)電磁反應(yīng)器產(chǎn)生的電荷流中和工業(yè)廢氣所帶電荷，得到無電荷工業(yè)廢氣，無電荷工業(yè)廢氣經(jīng)蒸濕管產(chǎn)生水蒸氣進行濕化處理，濕化處理后的工業(yè)廢氣進入脫硫脫硝區(qū)與吸附塊表面接觸進行吸附處理，同時在紫外線燈發(fā)射出的175nm～253.7nm紫外線照射催化條件下工業(yè)廢氣中一氧化氮分解成氧氣、氮氣和二氧化氮，經(jīng)脫硫脫硝處理后工業(yè)廢氣從同步光電磁脫硫脫硝吸附塔的出氣口排出；

步驟三、經(jīng)步驟二脫硫脫硝處理后工業(yè)廢氣通過引管引入重金屬吸附室，其中重金屬為鉛、銅、鎘或錳，重金屬吸附室內(nèi)部設(shè)置有吸附活性載體，吸附活性載體為由吸附載體條構(gòu)成的層狀結(jié)構(gòu)，每層吸附載體條間隙布置且上下層吸附載體條保持垂直；吸附活性載體進氣端表面及內(nèi)部具有活性真菌粉劑和重金屬硫蛋白反應(yīng)材料；吸附活性載體進氣端與內(nèi)表面具有微小半球均勻分布的真菌仿生吸附型面，吸附活性載體進氣端表面、內(nèi)部真菌仿生吸附型面為均勻分布的微小絨毛突體，工業(yè)廢氣流過吸附活性載體后，從重金屬吸附室出氣管流出；

步驟四、排放

經(jīng)步驟一到步驟三處理后將工業(yè)廢氣排放到大氣中。

步驟三中所述吸附活性載體進氣端表面、內(nèi)部真菌仿生吸附型面簡化結(jié)構(gòu)為直徑大小為5mm，高10mm的半球，半球間距為5mm。

所述活性真菌粉劑為木耳或香菇活性粉劑。

通過上述設(shè)計方案，本發(fā)明可以帶來如下有益效果：

本發(fā)明采用的同步光電磁脫硫脫硝吸附塔作為凈化工業(yè)廢氣的裝置，該裝置為增大干法脫硫脫硝吸附塊的比表面積，采用同步光電磁技術(shù)，同時在吸附塊中合理添加有機發(fā)泡劑，產(chǎn)生低阻、大表面積的吸附塊，在吸附塊達到飽和時，定期更換吸附塊，該裝置運行費用低，使用壽命長，易于更換，可再生；一次性投資少，主設(shè)備為一個吸附塔體，經(jīng)久耐用。無日常維護。塔屬配件牢固、耐用。

本發(fā)明同步光電磁耦合仿生技術(shù)凈化工業(yè)廢氣方法采用的同步光電磁耦合仿生技術(shù)作為凈化工業(yè)廢氣的方法，其處理過程中的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，能處理難溶于水的有機廢氣，還可以對低濃度廢氣進行凈化處理，無二次污染，成本低，凈化效果好。

附圖說明

圖1是本發(fā)明同步光電磁脫硫脫硝吸附塔的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明同步光電磁脫硫脫硝吸附塔中吸附塊的型面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明實施例中pb266-e113與相關(guān)殘基glu、asp中羧基的距離隨時間變化示意圖。

圖4是本發(fā)明實施例中pb271-d222離子與相關(guān)殘基glu、asp中羧基的距離隨時間變化示意圖。

圖5是本發(fā)明實施例中pb276-d221離子與相關(guān)殘基glu、asp中羧基的距離隨時間變化示意圖。

圖6是本發(fā)明實施例中pb280-d165離子與相關(guān)殘基glu、asp中羧基的距離隨時間變化示意圖。

圖7是本發(fā)明實施例中時間為40ns時pb266-e113、pb271-d222、pb276-d221及pb280-d165吸附過程示意圖。

圖8是本發(fā)明實施例中cu252-d246離子與殘基asp246中羧基距離隨時間變化示意圖。

圖9是本發(fā)明實施例中cu272-d246離子與殘基asp246中羧基距離隨時間變化示意圖。

圖10是本發(fā)明實施例中cu275-d246離子與殘基asp246中羧基距離隨時間變化示意圖。

圖11是本發(fā)明實施例中時間為40ns時cu252-d246、cu272-d246及cu275-d246吸附過程示意圖。

圖12是本發(fā)明實施例中cd278-d221離子與殘基asp221中羧基的距離隨時間變化示意圖。

圖13是本發(fā)明實施例中cd274-d221離子與殘基asp221中羧基的距離隨時間變化示意圖。

圖14是本發(fā)明實施例中cd267-d221離子與殘基asp221中羧基的距離隨時間變化示意圖。

圖15是本發(fā)明實施例中cd265-d221離子與殘基asp221中羧基的距離隨時間變化示意圖。

圖16是本發(fā)明實施例中時間為40ns時cd278-d221、cd274-d221、cd267-d221及cd265-d221的吸附過程示意圖。

圖17是本發(fā)明實施例中mn261-d21離子與相關(guān)殘基glu、asp中羧基的距離隨時間變化示意圖。

圖18是本發(fā)明實施例中mn267-d61離子與相關(guān)殘基glu、asp中羧基的距離隨時間變化示意圖。

圖19是本發(fā)明實施例中mn276-d75離子與相關(guān)殘基glu、asp中羧基的距離隨時間變化示意圖。

圖20是本發(fā)明實施例中mn263-e109離子與相關(guān)殘基glu、asp中羧基的距離隨時間變化示意圖。

圖21是本發(fā)明實施例中時間為50ns時mn261-d21、mn267-d61、mn276-d75及mn263-e109的吸附過程示意圖。

圖中：1-吸附塔體、2-吸附塊、3-電磁反應(yīng)器、4-蒸濕管、5-分解反應(yīng)器。

具體實施方式

下面結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明作進一步闡述。

請參考圖1及圖2，本發(fā)明同步光電磁脫硫脫硝吸附塔，包括吸附塔體1、吸附塊2、電磁反應(yīng)器3、蒸濕管4及分解反應(yīng)器5，所述吸附塊2為蜂巢狀，其設(shè)置在吸附塔體1內(nèi)部；所述電磁反應(yīng)器3和蒸濕管4設(shè)置在吸附塔體1內(nèi)上部；所述分解反應(yīng)器5安裝在吸附塔體1的出氣端，分解反應(yīng)器5內(nèi)部安裝有紫外線燈。

所述吸附塊2從上到下間隔布設(shè)有3層～5層。

所述吸附塊2為長方體結(jié)構(gòu)，長度20cm，寬度10cm，高度10cm。

所述吸附塊2的原料按重量份數(shù)配比包括：貝殼粉2份～3份，氧化鎂6份～7份；真菌粉0.1份～0.3份，重金屬硫蛋白助劑0.05份～0.1份，表面活性劑0.3份～0.4份，粘合劑0.2份～0.3份，發(fā)泡劑0.4份～0.5份。

所述真菌粉為木耳粉或香菇粉；所述重金屬硫蛋白助劑為半胱氨酸、谷氨酸和甘氨酸；所述表面活性劑為二鼠李糖脂；所述粘合劑為硅酸鹽；所述發(fā)泡劑為脂肪醇甘油基醚磺酸鹽。

所述吸附塊2中具有二價鎂離子。

工業(yè)廢氣中的硫和硝在吸附塔體1內(nèi)與吸附塊2的表面進行物理吸附，物理吸附效果的好壞，決定于吸附塊2比表面積的大小，為增大干法脫硫脫硝吸附塊2的比表面積，采用同步光電磁技術(shù)，同時有機添加發(fā)泡劑的合理使用，產(chǎn)生了低阻、大表面積的吸附塊2。

吸附塊2吸附工業(yè)廢氣中的硫化物，邊吸附、邊反應(yīng)，當吸附達到飽和后更換吸附塊2。

吸附塊2儲備有二價鎂離子，有利于硫酸鹽，硝酸鹽的生成，吸附塔體1內(nèi)具備高濃度的二價陽離子，足夠的反應(yīng)時間以及反應(yīng)溫度，有利干化學(xué)反應(yīng)的進行。由于生成物為硫酸鹽和硝酸鹽，無二次污染，工業(yè)廢氣經(jīng)干法脫硫脫硝處理，氣體排放物中，含硫達到30mg/m³以下，硝也達到50mg/m³以下。

凈化過程：工業(yè)廢氣進入同步光電磁脫硫脫硝吸附塔后，首先通過電磁反應(yīng)器3產(chǎn)生的電荷流中和工業(yè)廢氣所帶電荷，得到無電荷工業(yè)廢氣，無電荷工業(yè)廢氣經(jīng)蒸濕管4產(chǎn)生的水蒸氣進行濕化處理，濕化處理后的工業(yè)廢氣進入脫硫脫硝區(qū)與吸附塊2表面接觸進行吸附處理，同時在紫外線燈發(fā)射出的175nm～253.7nm紫外線照射催化條件下工業(yè)廢氣中一氧化氮分解成氧氣、氮氣和二氧化氮，經(jīng)脫硫脫硝處理后工業(yè)廢氣從同步光電磁脫硫脫硝吸附塔的出氣口排出。

另請參考圖3至圖21，本發(fā)明采用上述同步光電磁脫硫脫硝吸附塔，利用同步光電磁耦合仿生技術(shù)凈化工業(yè)廢氣的方法具體包括以下步驟：

步驟一、將工業(yè)廢氣通過排煙管道引入除塵袋內(nèi)進行吸附除塵，經(jīng)除塵袋濾除工業(yè)廢氣中所含粉塵顆粒物；

步驟二、經(jīng)步驟一除塵處理后的工業(yè)廢氣通過風機引入同步光電磁脫硫脫硝吸附塔內(nèi)，經(jīng)電磁反應(yīng)器3產(chǎn)生的電荷流中和工業(yè)廢氣所帶電荷，得到無電荷工業(yè)廢氣，無電荷工業(yè)廢氣經(jīng)蒸濕管4產(chǎn)生的水蒸氣進行濕化處理，濕化處理后的工業(yè)廢氣進入脫硫脫硝區(qū)與吸附塊2表面接觸進行吸附處理，同時在紫外線燈發(fā)射出的175nm～253.7nm紫外線照射催化條件下工業(yè)廢氣中一氧化氮分解成氧氣、氮氣和二氧化氮，經(jīng)脫硫脫硝處理后工業(yè)廢氣從同步光電磁脫硫脫硝吸附塔的出氣口排出；

步驟三、經(jīng)步驟二脫硫脫硝處理后工業(yè)廢氣通過引管引入重金屬吸附室，其中重金屬為鉛、銅、鎘或錳，重金屬吸附室內(nèi)部設(shè)置有吸附活性載體，吸附活性載體為由吸附載體條構(gòu)成的層狀結(jié)構(gòu)，每層吸附載體條間隙布置且上下層吸附載體條保持垂直；吸附活性載體進氣端表面及內(nèi)部具有活性真菌粉劑和重金屬硫蛋白反應(yīng)材料；吸附活性載體進氣端與內(nèi)表面具有微小半球均勻分布的真菌仿生吸附型面，吸附活性載體進氣端表面、內(nèi)部真菌仿生吸附型面為均勻分布的微小絨毛突體，工業(yè)廢氣流過吸附活性載體后，從重金屬吸附室出氣管流出；

步驟四、排放：經(jīng)步驟一到步驟三處理后將凈化后的工業(yè)廢氣排放到大氣中。

步驟三中所述吸附活性載體進氣端表面、內(nèi)部真菌仿生吸附型面簡化結(jié)構(gòu)為直徑大小為5mm，高10mm的半球，半球間距為5mm。

步驟三所述的活性真菌粉劑為木耳或香菇活性粉劑。

下面結(jié)合本發(fā)明的方法步驟三闡述重金屬離子吸附原理：

在大型真菌的蛋白質(zhì)中存在一些負電性的氨基酸殘基，它的殘基側(cè)鏈會與重金屬離子形成較強的靜電相互作用和范德華相互作用。所有粒子的運動都遵循經(jīng)典牛頓力學(xué)規(guī)律，粒子之間的相互作用滿足疊加原理。重金屬離子在負電性殘基方向會受到較大的作用力，隨著時間的增長，重金屬離子會逐漸靠近負電性的氨基酸殘基；蛋白質(zhì)中的一些含羥基或巰基的氨基酸殘基，會對重金屬離子有吸引作用。另外，線粒體dna控制區(qū)(又稱d-loop)部分主鏈羰基沒有形成氫鍵，也有一定的負電性來吸引重金屬離子。

結(jié)合步驟三以及圖3至圖21詳細說明重金屬離子的吸附過程和吸附效果隨時間的變化：

pb²⁺離子的結(jié)合吸附，如圖3、圖4、圖5及圖6所示，在10ns左右時，已經(jīng)有4個pb²⁺同時吸附到蛋白質(zhì)中的天冬氨酸(d)和谷氨酸(e)側(cè)鏈羧基上(glu113、asp222、asp221、asp165)。由于鉛離子的水合自由能較小，在此過程中鉛離子的四個配位水分子會與溶劑水分子發(fā)生交換。

結(jié)合pb²⁺離子的谷氨酸glu226和天冬氨酸asp221、asp222殘基顯示為棍型，如圖7所示，pb266吸附到谷氨酸e113上時，有兩個配位水分子被e226側(cè)鏈羧基取代。

cu²⁺離子的結(jié)合吸附，如圖8、圖9、圖10及圖11所示，在50ns的過程中，殘基asp246吸附了cu²⁺離子，在50ns的時間內(nèi)，cu252、cu272、cu275、先后吸附到殘基asp246上。由于銅離子的水合自由能較大，在吸附過程中銅離子的三個配位水分子始終與銅離子配位，蛋白質(zhì)上的殘基通過與配位水分子形成氫鍵來吸附銅離子，asp246的側(cè)鏈羧基氧原子與cu²⁺的配位水分子距離為2.73埃，有氫鍵作用。羧基負離子與水合銅離子的結(jié)合能力較強，在50ns的時間內(nèi)發(fā)生吸附。

cd²⁺離子的結(jié)合吸附，如圖12、圖13、圖14、圖15及圖16所示，在50ns的過程中，殘基asp221吸附了cd²⁺離子，在50ns的時間內(nèi)，cd²⁺離子吸附到殘基d221上，并發(fā)生解吸附。

mn²⁺離子的結(jié)合吸附，如圖17、圖18、圖19、圖20及圖21所示，在10ns左右時，有三個mn²⁺吸附到蛋白質(zhì)中的天冬氨酸(d)和谷氨酸(e)側(cè)鏈羧基上(asp61、glu109、d21)；在之后的40ns中，又先后有一個mn²⁺吸附到蛋白質(zhì)中的天冬氨酸(d)和谷氨酸(e)側(cè)鏈羧基上(asp75)。

由于mn²⁺離子的水合自由能較小，在過程中吸附mn²⁺離子的六個配位水分子會與溶劑水分子發(fā)生交換，蛋白質(zhì)上的殘基可以直接替代配位水分子而與mn²⁺離子配位，進而吸附mn²⁺離子。