CN101264422B - 管式气相生物过滤装置 - Google Patents

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Abstract

一种管式气相生物过滤装置，它包括废气供给装置、生物过滤器以及营养液供给装置，生物过滤器包括筒形外壳、顶盖板、底板以及装设于筒形外壳内腔中的管状填料装置，顶盖板上开设有进气口和营养液进口，底板上开设有废液排放口和排气口，管状填料装置与筒形外壳内壁之间形成环形气体通道，管状填料装置的中部空腔形成管内气室，管内气室的一端与进气口连通，另一端通过排气口与外界连通，管状填料装置的环形填料层与营养液进口连通，废气供给装置和营养液供给装置分别通过管路与生物过滤器的进气口和营养液进口相连。本发明结构简单紧凑、具有管状多孔填料结构和由外向内或由内向外的填料内气流方式，并具有填料厚度小、容积负荷高、处理量大等优点。

Description

管式气相生物过滤装置
技术领域
本发明主要涉及到大气污染控制的生物过滤技术领域，特指一种管式气相生物过滤装置。
背景技术
气相生物过滤技术是指含有H2S、NH3等无机物或挥发性有机物的废气经过气相生物过滤反应器时，气态污染物从气相转移到附着在滤料介质上的生物膜内部，并通过微生物(酶)的代谢作用被分解、转化为生物质和CO2、H2O等无机物。因此，它具有环境友好、经济高效、运行操作简便及适用于处理低浓度大气量的废气等优点而日益受到人们的广泛重视。
目前，广泛应用的生物过滤处理臭气和挥发性有机废气的装置主要有传统生物过滤器和生物滴滤器。传统生物过滤器又称生物滤池或生物滤床。生物滤床一般在底层铺设布气管道，并设有渗沥液收集系统；其上覆盖泥炭、土壤、树皮、堆肥等无机物和有机质等；上部敞口排气。工业应用的生物滤床一般高度为1～2m，占地面积在数百平米以上。废气由底层布气管道进入，通过滤床时被附着生长在滤料上的微生物吸附、吸收和分解，净化后的废气从上部排出。滤料中含有大量有机质，可以提供微生物正常生命活动的环境。但是微生物生长需要大量水分，而废气排放会带走大量水分，因此通常采用预增湿和用水喷洒滤床等方法定期补充水分。此外，滤床内的空间和空隙不够，布气不均匀，气流阻力较大，填料的使用寿命较短，长期使用会出现压实现象。如上所述生物滤床具有工艺和操作简单、投资运行费用低等优点，但是存在占地面积大、处理效果较差、过程难以控制、滤床易堵塞等问题。
生物滴滤器又称生物滴滤床、生物滴滤塔或生物膜填料塔。生物滴滤塔一般具有密闭外壳和排气口，通常高度为1～2m，采用纯无机或有机复合填料或者合成填料作为滤料，如堆肥、活性炭、陶粒等等，营养液从上方喷淋而下，废液在塔底收集。废气自上而下或者自下而上通过滤料，废气中的污染物被附着生长的生物膜降解。为了维持长期稳定的去除效率，生物过滤装置通常需要定期更换堆肥等有机质填料。虽然采用合成填料的生物滴滤装置具有更小的体积，但是它们存在填料层高度过大、气体停留时间较长、容积负荷率不高、长期运行性能不稳定和滤床易堵塞等问题。
综上所述，现有广泛应用的气相生物过滤系统具有床层式或者塔式结构和自上而下或者自下而上的填料内气流方式，存在床层高度过大、容积负荷低、处理量相对较小、布气不匀、压降较大等缺点，严重限制了气相生物过滤技术的工业实际应用。
发明内容
本发明要解决的问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单紧凑、成本低廉、具有管状多孔填料结构和由外向内或由内向外的填料内气流方式，并具有填料厚度小、容积负荷高、处理量大等优点的管式气相生物过滤装置。
为解决上述技术问题，本发明提出的解决方案为：一种管式气相生物过滤装置，其特征在于：它包括废气供给装置、生物过滤器以及营养液供给装置，所述生物过滤器包括筒形外壳、顶盖板、底板以及装设于筒形外壳内腔中的管状填料装置，顶盖板上开设有进气口和营养液进口，底板上开设有废液排放口和排气口，管状填料装置与筒形外壳内壁之间形成环形气体通道，管状填料装置的中部空腔形成管内气室，管内气室的一端与进气口连通，另一端通过排气口与外界连通，管状填料装置的环形填料层与营养液进口连通，所述废气供给装置和营养液供给装置分别通过管路与生物过滤器的进气口和营养液进口相连。
所述管状填料装置的顶端与顶盖板之间依次设有穿孔板、溢流板、导流板以及挡板，穿孔板、溢流板、导流板和挡板通过设置于底板上的支架板支承，穿孔板上开设有与管状填料装置中环形填料层相连通的孔，导流板上开设有导流孔，挡板上开设有与营养液进口相连的导液孔。
所述筒形外壳的外侧设有水浴装置，水浴装置包括恒温水浴箱以及环绕在筒形外壳外壁的水浴腔，恒温水浴箱通过管路和循环泵与水浴腔相连，水浴腔上开设有与管路相连的水浴进水口和水浴出水口。
所述废气供给装置包括空气泵、增湿器、吹脱器以及混合器，空气泵通过气流管路分成两个支路，两支路分别与增湿器和吹脱器的进气口相连，增湿器和吹脱器的出气口通过气流管路一并与混合器相连，混合器通过管路与生物过滤器的进气口相连。
所述管状填料装置中环形填料层的过滤介质采用孔隙率为90％～98％、孔径为1～5mm、开孔率在95％以上、拉伸强度大于5000Pa、抗压强度大于1000Pa、堆积密度为20～600kg/m3、比表面积为100～1000m2/m3的材料。
与现有技术相比，本发明的优点就在于：本发明管式气相生物过滤装置，使用管状多孔填料作为微生物附着和生长的载体，采用由外向内或由内向外的填料内气流方式，主要利用进气挡板布气和穿孔板分配营养液，具有结构简单紧凑、成本低廉、填料厚度小、占地面积小、容积负荷高、处理量大等优点。本发明适用于所有含有H2S、NH3等无机物或挥发性有机物的废气处理，特别是低浓度、大气量且易生物降解的废气处理。本发明能够避开了现有各类气相生物过滤反应器床层式或者塔式结构和自上而下或自下而上的填料内气流方式，解决了由此导致的床层高度过大、容积负荷低、处理量小、长期运行性能不稳定、废气停留时间过长和滤床易堵塞等技术问题。
附图说明
图1是本发明的结构原理示意图；
图2是本发明中生物过滤器的结构原理示意图。
图例说明
1、废气供给装置
101、空气泵            102、增湿器
103、吹脱器            104、混合器
105、流量计            106、水浴恒温器
2、生物过滤器
201、进气口            202、营养液进口
203、外壳              204、顶盖板
205、底板              206、废液排放口
207、环形气体通道      208、管内气室
209、排气口            210、穿孔板
211、溢流板            212、导流板
213、挡板              214、支架板
215、环形填料层        216、孔
217、导流孔            218、导液孔
3、营养液供给装置
301、营养液槽          302、营养液输送泵
4、水浴装置
401、水浴腔            402、恒温水浴箱
403、水浴进水口        404、水浴出水口
405、水浴泵
具体实施方式
以下将结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
如图1和图2所示，本发明的一种管式气相生物过滤装置，它包括废气供给装置1、生物过滤器2以及营养液供给装置3，生物过滤器2包括筒形外壳203、顶盖板204、底板205以及装设于筒形外壳203内腔中的管状填料装置，顶盖板204上开设有进气口201和营养液进口202，底板205上开设有废液排放口206和排气口209，管状填料装置与筒形外壳203内壁之间形成环形气体通道207，管状填料装置的中部空腔形成管内气室208，管内气室208的一端与进气口201连通，另一端通过排气口209与外界连通，本发明采用由外向内或由内向外的填料内气流方式。管状填料装置的环形填料层215与营养液进口202连通，废气供给装置1和营养液供给装置3分别通过管路与生物过滤器2的进气口201和营养液进口202相连。营养液供给装置3包括营养液输送泵302和营养液槽301，营养液输送泵302通过管路将营养液从营养液槽301输送到生物过滤器2中。参见图2所示，管状填料装置的顶端与顶盖板204之间依次设有穿孔板210、溢流板211、导流板212以及挡板213，穿孔板210、溢流板211、导流板212和挡板213通过设置于底板205上的支架板214支承，穿孔板210上开设有与管状填料装置中环形填料层215相连通的孔216，导流板212上开设有导流孔217，挡板213上开设有与营养液进口202相连的导液孔218。筒形外壳203的外侧设有水浴装置4，水浴装置4包括恒温水浴箱402以及环绕在筒形外壳203外壁的水浴腔401，恒温水浴箱402通过管路和循环泵与水浴腔401相连，水浴腔401上开设有用来与管路相连的水浴进水口403和水浴出水口404。废气供给装置1包括空气泵101、增湿器102、吹脱器103以及混合器104，空气泵101通过气流管路分成两个支路，两支路分别与增湿器102和吹脱器103的进气口相连，增湿器102和吹脱器103的出气口通过气流管路一并与混合器104相连，混合器104通过管路与生物过滤器2的进气口201相连。各个连接管路上均设有流量计105，并将吹脱器103置于水浴恒温器106中，以保证其为恒定的温度。管状填料装置中环形填料层215的过滤介质采用孔隙率为90％～98％、孔径为1～5mm、开孔率在95％以上、拉伸强度大于5000Pa、抗压强度大于1000Pa、堆积密度为20～600kg/m3、比表面积为100～1000m2/m3的材料。
同时参见表1可知，与现有技术中的各种过滤方法相比，本发明环形填料层215所采用材料的优点为：布气均匀、压降较小、床层高度小、容积负荷高、处理量大、建造和运行费用较低、长期运行性能稳定。
                                        表1
传统生物过滤 生物滴滤 转鼓生物过滤   本发明的表面生物过滤
  床层高度(m)   1～2   0.8～1.5   0.15～0.40   0.02～0.20
  床层初始空隙率   20％   50％   ＞90％   ＞90％
填料 堆肥、砂砾等   堆肥、砂砾和合成材料等 聚氨酯泡沫   合成多孔材料
  填料使用寿命(年)   1～4   2～6   ＞5   ＞5
  废气停留时间(s)   60～300   30～120   15～60   5～20
  容积负荷(m<sup>3</sup>/m<sup>3</sup>/d)   1,000   5,000   10,000   20,000
  处理能力   较小   较大   较小   大
补充的液体及用量 水，较少 营养液，较多 营养液，多   营养液，较多
  过程的可控制性   难   较容易   容易   容易
  运行稳定性   不稳定   较稳定   稳定   稳定
  适用范围   较窄   广泛   广泛   较广
  去除效率   一般   较高   高   较高
  装置建造费用   低   较高   高   较低
传统生物过滤 生物滴滤 转鼓生物过滤   本发明的表面生物过滤
  装置占地面积   极大   较小   小   非常小
  装置运行维护费用   低   一般   较高   较低
工作原理：
穿孔板210的功能是让营养液穿过并均匀分配聚氨酯海绵上；圆形，同心圆上均匀分布大小相同的孔；水平安装。溢流板211的功能是均匀地向四周分配营养液；管状；水平安装，高度为5～10mm，减少死角。导流板212的功能是引导营养液进入营养液分配系统(穿孔板210和溢流板211)；圆形，中心开孔，四周封死；水平安装。挡板213的功能是使进入管式生物过滤器的废气改变方向，并充分混合废气；圆形；水平安装，距进气口20～50mm。
水浴系统由循环泵从恒温水浴箱402中抽出固定流量和温度的热水，由水浴进口403进入水浴腔401，再由水浴出口404排出。这样就能维持管式生物过滤器内的温度恒定。
废气由进气口201进入管式生物过滤器2，碰到进气挡板213后改变方向，由环形气体通道207穿过管状多孔填料并被其中的微生物吸收净化，净化后的废气从多孔支架和管内气室208经过排气口209排出。
营养液从营养液进口202进入管式生物过滤器2内部，顺着导流板212的中心孔流下，由圆形溢流挡板213和环形穿孔板210上均匀布置的分配孔均匀分配进入管状多孔填料内部。进入填料内的营养液为微生物的生命活动提供水分、营养物质和适宜的生存环境，同时带走部分代谢产物，以及少量微生物。废液由反应器底部的废液排放口206排出。
以采用图2工艺流程来进行模拟甲苯废气处理的试验研究为例。采用模块式管状聚氨酯海绵作为滤料，其孔隙率为96％，孔径为10目(约2.5毫米)，外径13cm，内径8cm，高10cm。模拟甲苯废气采用分析纯的液态甲苯配制，甲苯浓度为600～800mg/m3。采用气相色谱法测定气相甲苯浓度。废气流量约为10m3/天。营养液除含有氮、磷等常量营养元素外，还含有维生素、钠、钾等微量营养元素和缓冲剂，每天补充营养液的量为2L。反应器内温度维持恒温25℃，营养液的pH值在7左右。取污水处理厂的活性污泥作为接种微生物，采用活性污泥挂膜法进行动态驯化挂膜。一个星期后，能明显看到滤料上长有一层乳白色的生物膜，颜色逐渐变深，测得出气甲苯浓度为46mg/m3。连续运行一个月，甲苯的去除效率始终稳定在98％以上，滤料内的生物膜量增多，颜色变成深褐色。排放废液的pH值在5～7之间，反应器内压降升高了15Pa左右。
本发明管式生物过滤装置既可以处理工业废气，又可以用于生活污水或工业废水的处理。当然，上述说明并非是本发明的限制，本发明并不限于上述举例，本技术领域的普通技术人员，在本发明的实质范围内，做出的变化、改型、添加或替换，都应属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种管式气相生物过滤装置，其特征在于：它包括废气供给装置(1)、生物过滤器(2)以及营养液供给装置(3)，所述生物过滤器(2)包括筒形外壳(203)、顶盖板(204)、底板(205)以及装设于筒形外壳(203)内腔中的管状填料装置，顶盖板(204)上开设有进气口(201)和营养液进口(202)，底板(205)上开设有废液排放口(206)和排气口(209)，管状填料装置与筒形外壳(203)内壁之间形成环形气体通道(207)，管状填料装置的中部空腔形成管内气室(208)，管内气室(208)的一端与进气口(201)连通，另一端通过排气口(209)与外界连通，管状填料装置的环形填料层(215)与营养液进口(202)连通，所述废气供给装置(1)和营养液供给装置(3)分别通过管路与生物过滤器(2)的进气口(201)和营养液进口(202)相连；所述管状填料装置的顶端与顶盖板(204)之间依次设有穿孔板(210)、溢流板(211)、导流板(212)以及挡板(213)，穿孔板(210)、溢流板(211)、导流板(212)和挡板(213)通过设置于底板(205)上的支架板(214)支承，穿孔板(210)上开设有与管状填料装置中环形填料层(215)相连通的孔(216)，导流板(212)上开设有导流孔(217)，挡板(213)上开设有与营养液进口(202)相连的导液孔(218)。
2.根据权利要求1所述的管式气相生物过滤装置，其特征在于：所述筒形外壳(203)的外侧设有水浴装置(4)，水浴装置(4)包括恒温水浴箱(402)以及环绕在筒形外壳(203)外壁的水浴腔(401)，恒温水浴箱(402)通过管路和循环泵与水浴腔(401)相连，水浴腔(401)上开设有用来与管路相连的水浴进水口(403)和水浴出水口(404)。
3.根据权利要求1或2所述的管式气相生物过滤装置，其特征在于：所述废气供给装置(1)包括空气泵(101)、增湿器(102)、吹脱器(103)以及混合器(104)，空气泵(101)通过气流管路分成两个支路，两支路分别与增湿器(102)和吹脱器(103)的进气口相连，增湿器(102)和吹脱器(103)的出气口通过气流管路一并与混合器(104)相连，混合器(104)通过管路与生物过滤器(2)的进气口(201)相连。
4.根据权利要求1或2所述的管式气相生物过滤装置，其特征在于：所述管状填料装置中环形填料层(215)的过滤介质采用聚氨酯海绵。
5.根据权利要求3所述的管式气相生物过滤装置，其特征在于：所述管状填料装置中环形填料层(215)的过滤介质采用聚氨酯海绵。
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