專利名稱：公路隧道廢氣凈化系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種廢氣凈化系統(tǒng)，特別涉及一種用于公路隧道的廢氣凈化系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隧道通常是指用作地下供人們過往，車輛行駛，內(nèi)部凈空斷面在2m2以上的條形工 程建筑物。隧道內(nèi)的污染物成分比較復(fù)雜，其主要是車輛的尾氣和粉塵顆粒。這些有害氣 體和粉塵顆粒直接威脅著人類的健康。車輛的尾氣不僅氣味怪異，而且令人頭昏、惡心，而 粉塵顆粒不僅對人的身體造成傷害而且還可能會形成煙霧，嚴(yán)重威脅著行車的安全?？茖W(xué) 分析表明，汽車尾氣中含有上百種不同的化合物，其中的主要污染物有粉塵、煙霧等固體懸 浮微粒、一氧化碳、二氧化碳、碳?xì)浠衔?、氮氧化合物、鉛及硫氧化合物等。據(jù)統(tǒng)計，一輛轎 車一年排出的有害廢氣比自身重量大3倍?，F(xiàn)在，我們來分析一下汽車尾氣中主要有害物 質(zhì)的危害。1、固體懸浮顆粒固體懸浮顆粒的成分很復(fù)雜，并具有較強的吸附能力，可以吸附各種金屬粉塵、強 致癌物苯并芘和病原微生物等。固體懸浮顆粒隨呼吸進入人體肺部，以碰撞、擴散、沉積等 方式滯留在呼吸道的不同部位，引起呼吸系統(tǒng)疾病。當(dāng)懸浮顆粒積累到臨界濃度時，便會激 發(fā)形成惡性腫瘤。此外，懸浮顆粒物還能直接接觸皮膚和眼睛，阻塞皮膚的毛囊和汗腺，引 起皮膚炎和眼結(jié)膜炎，甚至造成角膜損傷。2、一氧化碳(CO)一氧化碳與血液中的血紅蛋白結(jié)合的速度比氧氣快250倍。一氧化碳經(jīng)呼吸道進 入血液循環(huán)，與血紅蛋白親合后生成碳氧血紅蛋白，從而削弱血液向各組織輸送氧的功能， 危害中樞神經(jīng)系統(tǒng)，造成人的感覺、反應(yīng)、理解、記憶力等機能障礙，重者危害血液循環(huán)系 統(tǒng)，導(dǎo)致生命危險。所以，即使是微量吸入一氧化碳，也可能給人造成可怕的缺氧性傷害。3、氮氧化物NOx氮氧化物主要是指一氧化氮、二氧化氮，它們都是對人體有害的氣體，特別是對呼 吸系統(tǒng)有危害。在二氧化氮濃度為9. 4毫克/立方米的空氣中暴露10分鐘，即可造成人的 呼吸系統(tǒng)功能失調(diào)。4、碳?xì)浠衔颒C目前還不清楚它對人體健康的直接危害。但當(dāng)?shù)趸衔锖吞細(xì)浠衔镌谔栕?外線的作用下，會產(chǎn)生一種具有刺激性的淺藍(lán)色煙霧，其中包含有臭氧、醛類、硝酸脂類等 多種復(fù)雜化合物。這種光化學(xué)煙霧對人體最突出的危害是刺激眼睛和上呼吸道黏膜，引起 眼睛紅腫和喉炎。1952年12月，倫敦發(fā)生光化學(xué)煙霧，4天中死亡人數(shù)較常年同期多4000 人，45歲以上的死亡最多，約為平時的3倍；1歲以下的約為平時的2倍。5、二惡英二惡英是對人體健康有很大威脅的環(huán)境污染物，它有強烈的致癌性，而且能造成 畸形，對人體的免疫功能和男女生殖功能造成損傷，是目前世界上已知的毒性最強的有毒
3化合物之尾氣在直接危害人體健康的同時，還會對人類生活的環(huán)境產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。尾氣中 的二氧化硫具有強烈的刺激氣味，達(dá)到一定濃度時容易導(dǎo)致“酸雨”的發(fā)生，造成土壤和水 源酸化，影響農(nóng)作物和森林的生長。近100年來，氣候變暖已成為人類的一大禍患。冰川融 化、水位上漲、厄爾尼諾現(xiàn)象、拉尼娜現(xiàn)象等都對人類的生存帶來了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。而二氧化 碳則是地球變暖的罪魁禍?zhǔn)住Ｋ淼劳L(fēng)目的是在隧道施工和運營階段降低煙霧濃度和有害污染物濃度，保證隧 道內(nèi)人員的安全和舒適。在長大隧道的建設(shè)中，通風(fēng)方案的優(yōu)劣、通風(fēng)運營效果的好壞將直 接影響到隧道工程的造價、運營環(huán)境，救災(zāi)功能及運營效益。對于長大交通隧道，盡管火災(zāi) 發(fā)生的頻率很小，但其造成的影響及損害程度是巨大的。如果隧道內(nèi)的通風(fēng)效果不好，那么 對于人體的危害也是顯著的，甚至?xí)鸺毙灾卸尽９仕淼纼?nèi)有一個良好的通風(fēng)系統(tǒng)，是具 有重要意義的。目前，隧道運營通風(fēng)的方式主要有自然通風(fēng)、機械通風(fēng)以及自然和機械聯(lián)合的通 風(fēng)方式，這些也是目前在隧道通風(fēng)設(shè)計中最常用的通風(fēng)方式。就公路隧道來說，通風(fēng)設(shè)施的 費用一股為工程造價的20% 30%，長大隧道甚至可達(dá)到50%，所以通風(fēng)方面的優(yōu)化問題 極具經(jīng)濟價值。今后隧道發(fā)展的越來越趨于長大化，所以從技術(shù)上來解決通風(fēng)問題至關(guān)重 要?，F(xiàn)在國內(nèi)外比較常用的技術(shù)基本上都是通過開挖風(fēng)井和機械通風(fēng)相結(jié)合的方式，將隧 道內(nèi)的污濁空氣盡快排出洞外，保證隧道內(nèi)的空氣新鮮度。這是一種不錯的方法，而且技術(shù) 也比較成熟。但是，這僅僅只是物理稀釋的方法，并非凈化處理；而且現(xiàn)有的這些通風(fēng)方式 都有自己的不足之處，不是工程造價太高就是運營維護費用太高，而且對于長大隧道內(nèi)發(fā) 生汽車燃燒或爆炸事故，現(xiàn)有的隧道通風(fēng)系統(tǒng)都很難做到將隧道內(nèi)高濃度的煙霧在短時間 內(nèi)稀釋到可接受的程度，一旦隧道內(nèi)發(fā)生類似事故，其運營就完全癱瘓?；谏鲜鐾L(fēng)形式存在的問題和不足，國內(nèi)外都開始著手研究將室內(nèi)空氣凈化原 理應(yīng)用到隧道通風(fēng)中。主要先通過靜電除塵技術(shù)除去空氣中的固體懸浮顆粒，再通過催化 氧化和催化凈化來除去其中的一氧化碳CO和氮氧化物NOx，最后將反應(yīng)得到的氣體重新排 放到隧道中，如談建民的專利申請公開號200820154602. 2等中都有記載。和前面所述的通 風(fēng)方式相比這種方法優(yōu)點突出，直接除去了一氧化碳CO和氮氧化物NOx等有害物質(zhì)，有利 于環(huán)境保護。但也存在不足，一是沒有對催化反應(yīng)后的氣體主要為硫氧化合物、二氧化碳 (溫室氣體)進行處理；二是靜電除塵效率相對較低，而且除塵器清洗頻繁，凈化功效很難 較好的發(fā)揮，尤其當(dāng)隧道內(nèi)發(fā)生火災(zāi)或爆炸等災(zāi)害，產(chǎn)生了大量的煙霧和粉塵時，靜電除塵 方法吸收煙霧效果甚微。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為避免上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足之處，針對公路隧道內(nèi)空氣污染的特 點，提出一種應(yīng)用于隧道通風(fēng)、可以直接降低工程造價、降低通風(fēng)運營費用的隧道廢氣凈化 系統(tǒng)。本發(fā)明解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案本發(fā)明公路隧道廢氣凈化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點是在風(fēng)機的出口端沿氣體流動方向依 次設(shè)置進氣管、懸浮物過濾箱、陶瓷載體活性催化器、綜合凈化箱和排氣管；所述懸浮物過濾箱為一個盛有潔凈水的密閉的容器；所述綜合凈化箱為一個盛有含鈣和鎂離子的飽和溶 液的密閉容器；所述陶瓷載體活性催化器是在多孔的陶瓷載體的表面具有活性成分涂層。本發(fā)明隧道廢氣凈化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點也在于在設(shè)置潔凈水源和排水管，以所述潔凈水源和排水管分別與懸浮物過濾箱及綜合 凈化箱相連通。設(shè)置所述潔凈水源為一個開式儲水槽。設(shè)置通向懸浮物過濾箱中的通氣管以及通向綜合凈化箱中的通氣管分別伸至懸 浮物過濾箱和綜合凈化箱的底部、末端向上彎并呈喇叭口狀，喇叭口的端面為一孔板。本發(fā)明利用風(fēng)機將隧道內(nèi)的有污濁氣體吸進去再加壓，使氣體通過一個密閉懸浮 物過濾箱，過濾掉空氣中的煙霧、塵埃等固體懸浮顆粒；然后將得到的剩余氣體通過陶瓷載 體活性催化器，使這些氣體在催化劑的作用下發(fā)生一系列的化學(xué)反應(yīng)，除去其中的一氧化 碳、氮氧化物N0x、CH2烴類等有害氣體；最后得到的氣體主要為水蒸氣、二氧化碳、硫氧化合 物SyOx、氮氣和氧氣，這些氣體再通過風(fēng)機通入到含有鈣、鎂離子溶液的綜合凈化密閉箱中， 除去其中的二氧化碳、水蒸氣及硫氧化合物，最終將得到的潔凈氣體重新排到隧道內(nèi)。氣體在通過活性催化器會發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)，主要如下2C0+02 = 2C02 2xC0+2N0x = N2+2xC02CH2 2xCH2+6N0n = 3N2+2xC02+2xH20 2N0x+2xH2 = N2+2XH20氣體在通過綜合凈化箱會發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)，主要如下C02+Ca (OH)2 = CaC03+H20C02+Mg (OH) 2 = MgC03+H20S02+Ca (OH) 2 = CaS03+H20S02+Mg (OH) 2 = MgS03+H20與已有技術(shù)相比，本發(fā)明有益效果體現(xiàn)在1、本發(fā)明直接吸收隧道內(nèi)的污濁氣體，在長大隧道中可以減少開挖通風(fēng)井的數(shù) 量，大大的降低了工程造價。2、本發(fā)明并不將污氣排出隧道外面，這樣對保護環(huán)境也起到了很好的作用，同時 也大大的降低了機械通風(fēng)的風(fēng)機功率，降低能耗，保證隧道在運營期間的費用盡量的低，可 行性好。3、本發(fā)明能夠快速除去隧道內(nèi)的污濁氣體和煙霧，尤其在隧道內(nèi)發(fā)生火災(zāi)或爆炸 等災(zāi)害時，能快速除去空氣中的煙霧及有害氣體，較好地保證了隧道的運營能力，并能很好 的確保其他行車的安全。


圖1為本發(fā)明在隧道中的平面布置示意圖；圖2為本發(fā)明在隧道中的立面布置示意圖；圖3為本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為圖1中B-B視圖中標(biāo)號1風(fēng)機、2通氣管、3懸浮物過濾箱、4活性成分催化器、5綜合凈化箱、6 排氣管、7潔凈水源、8排水管、9閥門、10廢水收集裝置、11污濁氣體、12潔凈水、13含鈣和 鎂離子的飽和溶液、14潔凈氣體、15活性涂層、16凈化裝置、17新鮮空氣、18汽車尾氣。
具體實施例方式參見圖1，不同的隧道，空氣凈化裝置在隧道內(nèi)的布置也是不盡相同的，在設(shè)計一 個隧道的通風(fēng)方案時，要充分考慮到新鮮空氣17、汽車尾氣18的流向，以及隧道內(nèi)的污濁 氣體11的分布情況。參見圖1和圖2，在綜合分析隧道內(nèi)各段的通風(fēng)流量和流向，以及隧道內(nèi)有害氣體 的分布和煙霧濃度的分布后，利用這些通風(fēng)流向在隧道內(nèi)的適當(dāng)?shù)胤皆O(shè)置凈化裝置16，這 樣可以大大的減少風(fēng)機的功率，同時也可以減少通風(fēng)井的開挖數(shù)量。如圖3和圖4所示，本實施例中的凈化裝置16是在風(fēng)機1的出口端沿氣體流動方 向依次設(shè)置進氣管2、懸浮物過濾箱3、陶瓷載體活性催化器4、綜合凈化箱5和排氣管6 ；懸 浮物過濾箱3為一個盛有潔凈水12的密閉的容器；綜合凈化箱5為一個盛有含鈣、鎂離子 配比為1 1的飽和溶液13的密閉容器；陶瓷載體活性催化器4是在多孔的陶瓷載體的表 面具有活性成分涂層15。具體實施中，設(shè)置潔凈水源7和排水管8，以潔凈水源7和排水管8分別與懸浮物 過濾箱3及綜合凈化箱5相連通；設(shè)置潔凈水源7為一個開式儲水槽，可以是自來水水源。設(shè)置通向懸浮物過濾箱3中的通氣管以及通向綜合凈化箱5中的通氣管分別為伸 至懸浮物過濾箱3和綜合凈化箱5的底部、末端向上彎并呈喇叭口狀，喇叭口的端面為一孔 板?？筛鶕?jù)實際情況在催化器4和凈化箱5之間增加設(shè)置風(fēng)機進行加壓。按已有技術(shù)，陶瓷載體催化器4的活性涂層15可以為貴重金屬元素鈀、銠和鉬中 的一種或幾種的涂層；或為稀土元素鈰、鑭、鐠和銣中的一種或幾種的涂層；或為金屬元素 銅、鐵、錳和鉆中的一種或幾種的涂層。本實施例中，陶瓷載體催化器4上的活性涂層15是 由鈀、銠或鉬等貴金屬催化材料按重量百分比為0. 1 0. 15%加入Y-Al2O3制成，其厚度 為ΙΟμπι 15μπι，設(shè)置陶瓷載體催化器為400°C _800°C的高溫環(huán)境，使氣體發(fā)生反應(yīng)。利用風(fēng)機1將隧道內(nèi)的污濁空氣11吸進去并加壓，通過進氣管2將污濁氣體通入 懸浮物過濾箱3中，過濾掉其中的煙霧、灰塵等固體懸浮顆粒，再將得到的剩余氣體通過高 溫多孔陶瓷載體活性催化器4，使這些氣體在活性催化劑的作用下發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)，除 去其中的一氧化碳、氮氧化物、烴類等有害氣體；最后得到的氣體主要為為氧氣、水蒸氣、二 氧化碳、硫氧化合物和氮氣，這些氣體再通入含鈣和鎂離子飽和溶液的綜合凈化箱5中，除 去其中的水蒸氣、二氧化碳和硫氧化合物，最終得到的潔凈氣體14通過排氣管7重新排放 到隧道內(nèi)，這樣就完成了隧道內(nèi)污濁氣體的一次凈化。本發(fā)明隧道廢氣凈化裝置能迅速有效地吸收隧道內(nèi)的污濁氣體，而不用將污氣排 出隧道外，即有利于環(huán)境保護同時也大大的降低機械通風(fēng)的風(fēng)機功率，降低能耗，從而大大 節(jié)約隧道通風(fēng)運營費用；此外，在長大隧道中可以減少開挖通風(fēng)井的數(shù)量，大大的降低了工 程造價。
權(quán)利要求
一種公路隧道廢氣凈化系統(tǒng)，其特征是在風(fēng)機(1)的出口端沿氣體流動方向依次設(shè)置進氣管(2)、懸浮物過濾箱(3)、陶瓷載體活性催化器(4)、綜合凈化箱(5)和排氣管(6)；所述懸浮物過濾箱(3)為一個盛有潔凈水(12)的密閉的容器；所述綜合凈化箱(5)為一個盛有含鈣和鎂離子的飽和溶液(13)的密閉容器；所述陶瓷載體活性催化器(4)是在多孔的陶瓷載體的表面具有活性成分涂層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隧道廢氣凈化系統(tǒng)，其特征在于設(shè)置潔凈水源(7)和排水管 (8)，以所述潔凈水源(7)和排水管(8)分別與懸浮物過濾箱(3)及綜合凈化箱(5)相連通。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的隧道廢氣凈化系統(tǒng)，其特征在于設(shè)置所述潔凈水源(7)為一 個開式儲水槽。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隧道廢氣凈化系統(tǒng)，其特征在于設(shè)置通向懸浮物過濾箱(3) 中的通氣管以及通向綜合凈化箱(5)中的通氣管分別伸至懸浮物過濾箱(3)和綜合凈化箱 (5)的底部、末端向上彎并呈喇叭口狀，喇叭口的端面為一孔板。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種公路隧道廢氣凈化系統(tǒng)，其特征是在風(fēng)機的出口端沿氣體流動方向依次設(shè)置進氣管、懸浮物過濾箱、陶瓷載體活性催化器、綜合凈化箱和排氣管；懸浮物過濾箱為一個盛有潔凈水的密閉的容器；綜合凈化箱為一個盛有含鈣和鎂離子的飽和溶液的密閉容器；陶瓷載體活性催化器是在多孔的陶瓷載體的表面具有活性成分涂層。本發(fā)明為一種應(yīng)用于隧道通風(fēng)、可以直接降低工程造價、降低通風(fēng)運營費用的隧道廢氣凈化系統(tǒng)。
文檔編號B01D53/75GK101992013SQ20101056034
公開日2011年3月30日 申請日期2010年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月26日
發(fā)明者余志平, 倪錦平, 劉凱, 胡晴, 董滿生, 趙佳佳, 韓丁 申請人:合肥工業(yè)大學(xué)科教開發(fā)部