UV光氧設備簡(jiǎn)介

UV光氧設備是在廢氣處理中是非常常見(jiàn)的設備。UV即是紫外線(xiàn)的簡(jiǎn)稱(chēng)，我們在日常談?wù)撝薪?jīng)常將“UV”作為UV光氧設備的簡(jiǎn)稱(chēng)，但這里存在一個(gè)誤區，在UV設備中，還有一種設備叫做UV光解設備。兩者均可用來(lái)處理污染物，但又有很大的區別。簡(jiǎn)單的說(shuō)：

• UV光解設備：利用了高能紫外線(xiàn)的能量進(jìn)行光化學(xué)反應，通過(guò)光解來(lái)處理污染物。

• UV光氧設備：除了紫外線(xiàn)光解污染物，還有一個(gè)重要的光催化反應來(lái)處理污染物。

通過(guò)對比不難看出，UV光氧是一種更為先進(jìn)、效率更高的處理設備，而其中的光催化反應需要紫外線(xiàn)照射半導體（使用為廣泛的半導體是二氧化鈦TiO2），廢氣通過(guò)二氧化鈦柵格，污染物被氧化分解。

二氧化鈦格柵板

由于原理的不同，UV光氧設備和UV光解設備在結構上就有很大的不同，導致UV光氧更貴。如果您在選購UV光氧設備時(shí)發(fā)現某家提供的UV光氧設備特別便宜，那么就要注意了，確認其是否是UV光解設備，一定要詢(xún)問(wèn)是否加裝了二氧化鈦柵格，有幾層。

UV光氧設備處理原理

1.光解原理

物質(zhì)在紫外線(xiàn)照射下吸收光線(xiàn)當中攜帶的能量成激發(fā)態(tài)，從而發(fā)生一系列光化學(xué)反應，終變成無(wú)害的低分子化合物。

根據光化學(xué)定律，首先，只有當激發(fā)態(tài)分子的能量足夠使分子內的化學(xué)鍵斷裂時(shí)，亦即光子的能量大于化學(xué)鍵能時(shí)，才能引起光離解反應。其次，為使分子產(chǎn)生有效的光化學(xué)反應，光還必須被所作用的分子吸收，即分子對某種特定波長(cháng)的光要有特征吸收光譜，才能產(chǎn)生光化學(xué)反應。

因此并非所有的物質(zhì)都能發(fā)生光離解反應，主要和光子能量大小與各物質(zhì)自化學(xué)鍵斷裂所需要的能量有關(guān)。（附光子能量公式：E=hv=hc/λ，h是普朗克常數 、v是頻率、c是光速、λ是波長(cháng)。）
下面提供一份波長(cháng)能量對照表，與常見(jiàn)污染物光解表。

由于紫外線(xiàn)波對人體有害，越短的紫外線(xiàn)波穿透力越強，對人身的危害也越大，在實(shí)際的生產(chǎn)與使用中用的多的是波長(cháng)254nm的紫外線(xiàn)U形燈管，其摩爾光子能量為470KJ/mol，由上表可以看出，在我們常見(jiàn)的voc氣體中，能被光解的物質(zhì)并不多，所以在選擇UV光解設備的時(shí)候，一定要弄清楚自己的廢氣中主要成分是什么。

另外，物質(zhì)被照射的時(shí)間越長(cháng)，光解的效果越好，所以在消毒柜中利用紫外線(xiàn)燈消滅細菌有非常好的效果，然而在我們廢氣處理當中，由于氣體始終是處于流動(dòng)狀態(tài)，所以效率受到氣體在設備中的停留時(shí)間的影響。停留時(shí)間=設備長(cháng)度/風(fēng)速，風(fēng)速=風(fēng)量/氣體流動(dòng)方向設備橫截面積。由此我們可以得出設備長(cháng)度越長(cháng)，橫截面越大，停留時(shí)間越長(cháng)，效果也越好。設備增大固然處理效果更好，但是設備成本也會(huì )隨著(zhù)設備尺寸的增大而增加，成本也是我們在設計設備時(shí)候需要重點(diǎn)考慮的問(wèn)題，在行業(yè)經(jīng)驗中，我們一般把風(fēng)速設置到0.7m/s，停留時(shí)間設置到3-5s，這樣的性?xún)r(jià)比是高的，根據處理污染物的成分不同，處理效率可以達到15%-35%。

2.光催化原理

自1972年Honda-Fujishima效應即TiO2半導體電極的光催化分解水現象發(fā)現以來(lái)，半導體光催化領(lǐng)域得到了廣泛的關(guān)注和飛速的發(fā)展，這一技術(shù)為我們提供了一種理想的能源利用和治理環(huán)境污染的方法。

光催化技術(shù)是通過(guò)催化劑利用光子能量，將許多需要在苛刻條件下發(fā)生的化學(xué)反應轉化為在溫和的環(huán)境下進(jìn)行反應的先進(jìn)技術(shù)。它作為一門(mén)新興的學(xué)科，涉及半導體物理、光電化學(xué)、催化化學(xué)、材料科學(xué)、納米技術(shù)等諸多領(lǐng)域，在能源、環(huán)境、健康等人類(lèi)面臨的重大問(wèn)題方面均有應用前景，一直是前沿科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。

其主要原理是：讓紫外光或其他一定能量的光照射光敏半導體催化劑時(shí)（常用光敏半導體催化劑二氧化鈦TiO2），當能量大于或等于半導體帶隙能的光波（hν）輻射TiO2時(shí)，TiO2價(jià)帶（VB）上的電子吸收光能（hν）后被激發(fā)到導帶（CB）上，使導帶上產(chǎn)生激發(fā)態(tài)電子（e-），而在價(jià)帶（VB）上產(chǎn)生帶正電荷的空穴（h+）。此時(shí)吸附在納米顆粒表面的溶解氧俘獲電子形成超氧負離子，而空穴將吸附在催化劑表面的氫氧根離子和水氧化成氫氧自由基。而超氧負離子和氫氧自由基具有很強的氧化性，能使有機污染物氧化分解，如果保證足夠的停留時(shí)間，理論上可以達到近乎完全的處理效果。

跳過(guò)中間復雜的物理化學(xué)反應，簡(jiǎn)單的說(shuō)：紫外線(xiàn)照射二氧化鈦會(huì )將將空氣中的水和氧氣，氧化還原成具有很強氧化性的超氧負離子和氫氧自由基，從而氧化污染物達到分解處理的作用。越多的超氧負離子與氫氧自由基，就有越強的分解有機廢物的能力，不過(guò)就目前的光催化技術(shù)而言，還處于一個(gè)探索的階段，還存在光量子產(chǎn)生量低，光能利用效率低等問(wèn)題。雖然目前已經(jīng)有了改性TiO2、新的非TiO2催化劑、加微波電場(chǎng)等方法，但是由于提升有限或是成本太高，并沒(méi)有被廣泛應用，現在市面上廣泛使用的還是傳統的TiO2作為催化劑。不過(guò)光催化有著(zhù)非常廣大的應用的前景，相信將來(lái)一定會(huì )有更加實(shí)用的技術(shù)產(chǎn)生。

回來(lái)我們的話(huà)題上來(lái)，由于技術(shù)限制以及成本的考慮，目前的UV光氧設備對有機污染物的分解效率普遍在30%-60%之間。不過(guò)近年來(lái)環(huán)保行業(yè)的熱門(mén)，市場(chǎng)上涌現了大量的UV光氧設備廠(chǎng)家，生產(chǎn)出的UV設備，質(zhì)量參差不齊，為了低價(jià)拿下訂單，大量劣質(zhì)產(chǎn)品充斥市場(chǎng)，在選用UV的時(shí)候一定要擦亮眼睛。達不到處理效果，白花錢(qián)都是小問(wèn)題，由于UV經(jīng)常用于易燃廢氣的處理，而燈管屬于高發(fā)熱元件，線(xiàn)路又是帶電的，發(fā)生燃燒的事故并不鮮見(jiàn)，如果引發(fā)的惡性事故，那才真的是悔時(shí)晚矣。

關(guān)于常規UV光氧設備的挑選方法

一、尺寸，看尺寸的大小是簡(jiǎn)單的方法，一般情況下，尺寸越大的UV，停留時(shí)間越長(cháng)，處理效果就越好。喜歡計算的朋友，可以用我們行業(yè)普遍的設計標準3s的停留時(shí)間來(lái)計算一下尺寸，風(fēng)速也不宜取太快，應該在0.5-1.5m/s之間好。舉個(gè)例子：我需要處理的廢氣風(fēng)量是20000m3/h，把小時(shí)換算成秒，除以3600之后得到約5.56m3/s的處理風(fēng)量；風(fēng)速我們折中設計為0.7m/s，那么設備截面積=每秒風(fēng)量/每秒風(fēng)速=5.56/0.7≈8㎡，那么寬與高的乘積就應該大于等于8㎡，才是比較合理的尺寸；同時(shí)，長(cháng)度=停留時(shí)間*風(fēng)速=3*0.7=2.1m。得到截面8㎡和長(cháng)度2.1m這兩個(gè)標準設計的參數之后，我們就可以來(lái)對比廠(chǎng)家提供的UV設備了。三種情況：
廠(chǎng)家提供的設備截面和長(cháng)度均大于標準設計，自然沒(méi)有在設計上偷工。
廠(chǎng)家提供的設備截面和長(cháng)度均小于標準設計，那么肯定在設計上有所偷工，小太多的，超過(guò)30%就不要選擇了，處理效率肯定不達標。
廠(chǎng)家提供的設備截面和長(cháng)度一大一小，這就要看比例，如果面積縮小了百分之10，那么長(cháng)度就要增加百分之10，這樣才能保證停留時(shí)間足夠。這里舉個(gè)例子來(lái)說(shuō)明：

按照我們的設計和計算，過(guò)濾橫截面積8㎡，長(cháng)度2.1m，那么設備的尺寸可以設計為，2.1mx2mx4m(長(cháng)x寬x高)，但是這樣尺寸的設備有些過(guò)高，可能影響擺放，其二這個(gè)尺寸可能會(huì )影響內部設備元件的安裝比如濾網(wǎng)燈管等，此時(shí)可以通過(guò)縮小橫截面積，增加長(cháng)度來(lái)調整。把長(cháng)寬設計為2x2m，這樣橫截面積4㎡，縮小了一半，那么長(cháng)度相應的就應該增加一倍，為4.2m，這樣設計下來(lái)的UV設備箱體，尺寸為：2x2x4.2m，再返回算風(fēng)速=1.39m/s，這樣設計的UV設備也是符合標準設計的。

二、燈管數量，燈管數量不是越多就越好，到達某一閾值之后，再增加燈管數量對效率的提升非常小，性?xún)r(jià)比太低。這里用10000風(fēng)量來(lái)舉個(gè)例子，燈管數量應該在24-36套之間，那么相對應的估算其他風(fēng)量，20000風(fēng)量燈管數量應該在48-72套之間，5000風(fēng)量燈管數量應該在12-18套之間。注意：這里例子所用燈管是功率150W，波長(cháng)254nm的U型紫外線(xiàn)燈。燈管數量的選擇與污染物濃度和其本身性質(zhì)有關(guān)系，所以會(huì )有高低變化，這些數值是經(jīng)過(guò)驗證的行業(yè)經(jīng)驗，數量多于標準性?xún)r(jià)比低，數量少于標準效率低。

三、板材材質(zhì)和厚度，較好的材質(zhì)是不銹鋼，耐腐蝕，但價(jià)格高昂；比較常見(jiàn)的材質(zhì)是碳鋼，雖不如不銹鋼耐腐蝕，但是價(jià)格便宜，做好防腐處理，同樣經(jīng)久耐用。除此之外的非金屬材料就不要選擇了。因為高能紫外線(xiàn)光波對人體有很大的危害，非金屬材料例如塑料是沒(méi)有辦法屏蔽光波的。例如X光就是一種非常短的光波，對人的身體危害非常大，家用微波爐一般波長(cháng)是120nm，我們UV設備常用的紫外線(xiàn)波長(cháng)254nm。波長(cháng)越短，穿透力越強，所以UV設備一般都采用金屬材質(zhì)來(lái)制作，以便屏蔽光波，同時(shí)厚度越厚，屏蔽效果越強，所以在行業(yè)中一般鋼板厚度都是在3mm以上，低于3mm厚度的UV設備，謹慎選擇。