UV光氧設備簡介

UV光氧設備是在廢氣處理中是非常常見的設備。UV即是紫外線的簡稱，我們在日常談論中經常將“UV”作為UV光氧設備的簡稱，但這里存在一個誤區，在UV設備中，還有一種設備叫做UV光解設備。兩者均可用來處理污染物，但又有很大的區別。簡單的說：

• UV光解設備：利用了高能紫外線的能量進行光化學反應，通過光解來處理污染物。
• UV光氧設備：除了紫外線光解污染物，還有一個重要的光催化反應來處理污染物。

通過對比不難看出，UV光氧是一種更為先進、效率更高的處理設備，而其中的光催化反應需要紫外線照射半導體（使用最為廣泛的半導體是二氧化鈦TiO2），廢氣通過二氧化鈦柵格，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光氧設備時發現某家提供的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，一定要詢問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

物質在紫外線照射下吸收光線當中攜帶的能量成激發態，從而發生一系列光化學反應，最終變成無害的低分子化合物。

根據光化學第一定律，首先，只有當激發態分子的能量足夠使分子內的化學鍵斷裂時，亦即光子的能量大于化學鍵能時，才能引起光離解反應。其次，為使分子產生有效的光化學反應，光還必須被所作用的分子吸收，即分子對某種特定波長的光要有特征吸收光譜，才能產生光化學反應。

因此并非所有的物質都能發生光離解反應，主要和光子能量大小與各物質自化學鍵斷裂所需要的能量有關。（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。）
下面提供一份波長能量對照表，與常見污染物光解表。

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

另外，物質被照射的時間越長，光解的效果越好，所以在消毒柜中利用紫外線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狀態，所以效率受到氣體在設備中的停留時間的影響。停留時間=設備長度/風速，風速=風量/氣體流動方向設備橫截面積。由此我們可以得出設備長度越長，橫截面越大，停留時間越長，效果也越好。設備增大固然處理效果更好，但是設備成本也會隨著設備尺寸的增大而增加，成本也是我們在設計設備時候需要重點考慮的問題，在行業經驗中，我們一般把風速設置到0.7m/s，停留時間設置到3-5s，這樣的性價比是最高的，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現以來，半導體光催化領域得到了廣泛的關注和飛速的發展，這一技術為我們提供了一種理想的能源利用和治理環境污染的方法。

光催化技術是通過催化劑利用光子能量，將許多需要在苛刻條件下發生的化學反應轉化為在溫和的環境下進行反應的先進技術。它作為一門新興的學科，涉及半導體物理、光電化學、催化化學、材料科學、納米技術等諸多領域，在能源、環境、健康等人類面臨的重大問題方面均有應用前景，一直是前沿科學技術領域的研究熱點之一。

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（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，TiO2價帶（VB）上的電子吸收光能（hν）后被激發到導帶（CB）上，使導帶上產生激發態電子（e-），而在價帶（VB）上產生帶正電荷的空穴（h+）。此時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間，理論上可以達到近乎完全的處理效果。

跳過中間復雜的物理化學反應，簡單的說：紫外線照射二氧化鈦會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，不過就目前的光催化技術而言，還處于一個探索的階段，還存在光量子產生量低，光能利用效率低等問題。雖然目前已經有了改性TiO2、新的非TiO2催化劑、加微波電場等方法，但是由于提升有限或是成本太高，并沒有被廣泛應用，現在市面上廣泛使用的還是傳統的TiO2作為催化劑。不過光催化有著非常廣大的應用的前景，相信將來一定會有更加實用的技術產生。

回來我們的話題上來，由于技術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。不過近年來環保行業的熱門，市場上涌現了大量的UV光氧設備廠家，生產出的UV設備，質量參差不齊，為了低價拿下訂單，大量劣質產品充斥市場，在選用UV的時候一定要擦亮眼睛。達不到處理效果，白花錢都是小問題，由于UV經常用于易燃廢氣的處理，而燈管屬于高發熱元件，線路又是帶電的，發生燃燒的事故并不鮮見，如果引發的惡性事故，那才真的是悔時晚矣。

關于常規UV光氧設備的挑選方法

一、尺寸，看尺寸的大小是最簡單的方法，一般情況下，尺寸越大的UV，停留時間越長，處理效果就越好。喜歡計算的朋友，可以用我們行業普遍的設計標準3s的停留時間來計算一下尺寸，風速也不宜取太快，應該在0.5-1.5m/s之間最好。舉個例子：我需要處理的廢氣風量是20000m3/h，把小時換算成秒，除以3600之后得到約5.56m3/s的處理風量；風速我們折中設計為0.7m/s，那么設備截面積=每秒風量/每秒風速=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，長度=停留時間*風速=3*0.7=2.1m。得到截面8㎡和長度2.1m這兩個標準設計的參數之后，我們就可以來對比廠家提供的UV設備了。三種情況：
廠家提供的設備截面和長度均大于標準設計，自然沒有在設計上偷工。
廠家提供的設備截面和長度均小于標準設計，那么肯定在設計上有所偷工，小太多的，超過30%就不要選擇了，處理效率肯定不達標。
廠家提供的設備截面和長度一大一小，這就要看比例，如果面積縮小了百分之10，那么長度就要增加百分之10，這樣才能保證停留時間足夠。這里舉個例子來說明：

按照我們的設計和計算，過濾橫截面積8㎡，長度2.1m，那么設備的尺寸可以設計為，2.1mx2mx4m(長x寬x高)，但是這樣尺寸的設備有些過高，可能影響擺放，其二這個尺寸可能會影響內部設備元件的安裝比如濾網燈管等，此時可以通過縮小橫截面積，增加長度來調整。把長寬設計為2x2m，這樣橫截面積4㎡，縮小了一半，那么長度相應的就應該增加一倍，為4.2m，這樣設計下來的UV設備箱體，尺寸為：2x2x4.2m，再返回算風速=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，性價比太低。這里用10000風量來舉個例子，燈管數量應該在24-36套之間，那么相對應的估算其他風量，20000風量燈管數量應該在48-72套之間，5000風量燈管數量應該在12-18套之間。注意：這里例子所用燈管是功率150W，波長254nm的U型紫外線燈。燈管數量的選擇與污染物濃度和其本身性質有關系，所以會有高低變化，這些數值是經過驗證的行業經驗，數量多于標準性價比低，數量少于標準效率低。

三、板材材質和厚度，較好的材質是不銹鋼，耐腐蝕，但價格高昂；比較常見的材質是碳鋼，雖不如不銹鋼耐腐蝕，但是價格便宜，做好防腐處理，同樣經久耐用。除此之外的非金屬材料就不要選擇了。因為高能紫外線光波對人體有很大的危害，非金屬材料例如塑料是沒有辦法屏蔽光波的。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是120nm，我們UV設備常用的紫外線波長254nm。波長越短，穿透力越強，所以UV設備一般都采用金屬材質來制作，以便屏蔽光波，同時厚度越厚，屏蔽效果越強，所以在行業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。

四、生產工藝原料質量，其實這一條不應該單獨提出來，大家都知道選擇規模大，生產實力強的廠家才放心，但是小廠并非質量都不好，有時候從成本考慮選擇小型加工廠也是非常常見的。由于UV經常處理的都是易燃的有機氣體，必須要謹慎。焊接工藝這一塊只有直接考察工廠或看到成品設備才可以判斷好壞，在網絡上尋找廠家的時候又該怎么判斷呢？這里我們可以通過詢問燈管配置來以小見大，一般廠家都不自己生產燈管，而是外購，燈管這一塊的貓膩就多了，一套燈管含控制器便宜的有30幾塊錢一套的，貴的有90多一套的，一臺72套燈管的UV設備，差價就可以達到4000多元。作為UV設備最重要的部件，詳細詢問所用燈管品牌，調查此品牌廠家規模實力，是非常必要的，雖然無法作為確認質量好壞的直接證據，但還是有非常高的參考價值。同理的還有TiO2濾網，生產廠家一般也是外購，調查品牌也同樣可以作為參考依據。

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參考資料：
光催化：環境凈化與綠色能源應用探索 朱永法、姚文清、宗瑞隆
二氧化鈦催化活性 苗慧、崔玉民、張坤
納米TiO2表面改性及光催化降解典型有毒污染物研究 王楠、朱麗華、
廢氣處理技術工程手冊 王純