CN101850213B - 一种用于废气处理的生物滴滤床及其处理方法 - Google Patents

一种用于废气处理的生物滴滤床及其处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于废气处理的生物滴滤床及其处理方法，属于废气处理领域。该生物滴滤床包括废气入口、填料层、喷淋管、喷淋液储槽和废气出口，通过进气口后废气通过第1个填料层，并在填料层底部改变流向通过第2个填料层，废气在第1个填料层和第2个填料层中的流向相反，成为错流式结构，两个不同的废气流向组成一个错流式单元，由两个或两个以上的错流式单元构成生物滴滤床。废气进入后，通过填料床层得到净化；而后经过除雾器排出生物滴滤床，生物滴滤床顶部的喷淋头对填料层进行喷淋，填料层内部的冲洗管对填料层进行冲洗。本发明可以方便的去除填料层内积累的代谢产物和剩余生物量，填料层不需要进行反冲，极大的节约运行费用。

Description

一种用于废气处理的生物滴滤床及其处理方法
技术领域
本发明涉及一种废气的处理设备及处理方法，更具体的说是一种采用错流式结构的用于废气处理的生物滴滤床及其处理废气的方法。 
背景技术
在工业生产、环境修复、农牧业生产等过程中，都有废气产生(Delhomenie M C，Heitz M.Biofiltration of air：A review[J].Crit Rev Biotechnol.2005，25(1-2)：53-72.)，随着工业发展和人口增加，其排放量日益增加、排放区域日益扩大，对于环境质量产生了愈来愈明显的影响。许多物质具有异味而且嗅阈值很低，随大气扩散后影响区域很大，对于人口密集的城市环境造成损害，引起人们的广泛关注(Cox H H，DeshussesM A.Biological waste air treatment in biotrickling filters[J].Curr Opin Biotech.1998，9(3)：256-262.)。 
生物法废气净化技术由于运行条件温和，投资运行费用低廉，无二次污染等优点，是废气净化技术发展的一个重要方向(Kong Z，Farhana L，Fulthorpe R R，et al.Treatment of volatile organic compounds in a biotrickling filter under thermophilicconditions[J].Environ Sci Technol.2001，35(21)：4347-4352.)。生物滴滤床一般定义为部分或全部采用惰性填料、进行微生物人工接种并采用连续或间歇的强化喷淋用于处理空气中恶臭污染物的生物反应器，具有适用范围广、处理负荷高、使用寿命长等优点，被认为是新一代有潜力的用于废气处理的生物反应器(Gonza Lez-Sa NchezA，Revah S，Deshusses M A.Alkaline Biofiltration of H2S Odors[J].Environ SciTechnol.2008，42(19)：7398-7404.)。 
生物滴滤床的反应器构型对于反应器的适用范围和运行表现有重要影响，是反应器设计的首先考虑的因素，目前得到研究和应用的生物滴滤床，在结构大多采用单一的气液接触方式，具体的说有顺流或者逆流式(Cox H H，Sexton T，Shareefdeen ZM，et al.Thermophilic biotrickling filtration of ethanol vapors[J].Environ Sci Technol.2001，35(12)：2612-2619；Seignez C，Adler N，Thoeni C，et al.Steady-state andtransient-state performance of a biotrickling filter treating chlorobenzene-containing waste gas[J].Appl Microbiol Biot.2004，65(1)：33-37.)，少量实验室研究采用了转鼓式和横流式(Jiang X，Yan R，Tay J.Transient-state biodegradation behavior of ahorizontal biotrickling filter in co-treating gaseous h2s and nh3[J].Appl MicrobiolBiot.2009，81(5)：969-975；Yang C P，Chen H，Zeng G M，et al.Modeling variationsof medium porosity in rotating drum biofilter[J].Chemosphere.2009，74(2)：245-249)。在实际废气处理现场，生物滴滤床所要处理的污染气体，其成分相当复杂，尤其是在制药厂等重污染场合，其气体的组分有几十种之多，而且这些污染物之间浓度差异很大、污染物性质迥异(有水溶性好的，也有水溶性差的。有易于生物降解的，也有难于生物降解的。有嗅阈值高的，也有嗅阈值低的)。用上述单一的气液接触方式的床型，对于多组分、高浓度差、各组分物理化学性质差异大的废气很难取得较好的处理效果。 
专利CN 1772352公开了一种不同规格填料装填的生物滴滤床，但采用的是逆流式操作方式；专利CN1772351公开了一种去除氮氧化物的生物滴滤床，采用的是转鼓式结构，用于氮氧化物污染物的去除；专利CN 1752034公开了一种去除污水厂和化工厂恶臭气体的生物滴滤床，但采用的是逆流式反应器结构。 
发明内容
1、发明要解决的技术问题 
针对现有技术中生物滴滤床对于多组分、高浓度差、各组分物理化学性质差异大的废气很难取得较好的处理效果，本发明提供一种用于废气处理的生物滴滤床及其处理方法，采用错流式的填料床结构，对于成分复杂、各组分性质迥异的污染气体能在单一的反应器中高效同时去除。 
2、技术方案 
本发明通过以下技术方案实现： 
一种用于废气处理的生物滴滤床，包括废气入口、填料层、喷淋管、喷淋液储槽和废气出口，通过进气口后废气通过第1个填料层，并在填料层底部改变流向通过第2个填料层，废气在第1个填料层和第2个填料层中的流向相反，成为错流式结构，两个不同的废气流向组成一个错流式单元，由两个或两个以上的错流式单元构成生物滴滤床。 
生物滴滤床采用矩形构造或圆形构造，内部分为多个间隔，间隔数量根据废气的成分、流量和温度等参数决定，一般大于2个，每个间隔内填料装填高度根据设备安装现场情况和废气组分确定，一般大于1.5m。以上构造可做成单独模块，可以使用单一模块也可以多模块组合，填料层通过隔板的设置使进入生物滴滤床的废气与填料的接触方式为错流式流程。 
填料层上部布设有喷淋装置，喷淋头采用无堵塞喷头，材质为陶瓷、不锈钢、石墨等耐腐蚀材质，喷头在整个反应器截面根据每个喷头有效工作面积均布，填料层内根据需要可以敷设多层喷淋管，在反应器因为代谢产物和剩余生物量积累而导致压降上升时可以对反应器进行洗脱操作。 
填料层下部、反应器底部有喷淋液储槽，储槽可以跟反应器合并成一台设备也可以分离成单独的部件。 
填料及其装填方式：可以采用多种填料，包括颗粒活性炭、聚乙烯环状或球状、聚氨酯泡沫、陶粒等，但一般采用惰性填料，填料在反应器内不会被微生物降解，具有一定的耐腐蚀性能，填料尺寸根据废气组分和流量确定。在特定的场合，也可以采用上述填料两种或多种混合以后进行装填，以改善传质效果，也可以采用不同尺寸规格的填料分层装填，一般在反应器的废气入口装填尺寸较大的填料，废气出口采用尺寸较小的填料。喷淋气液比为100～600，当废气中主要污染物为亲水性时选用上限，主要污染物为疏水性时采用上限。 
一种用于废气处理的生物滴滤床处理废气的方法，其步骤如下： 
(1)废气从废气入口进入生物滴滤床内； 
(2)通过错流式的填料床层得到净化； 
(3)得到净化的废气经过除雾器排出生物滴滤床 
(4)生物滴滤床顶部的喷淋头，对填料层进行喷淋 
(5)填料层内部的冲洗管对填料层进行冲洗。 
3、有益效果 
本发明提供了一种用于废气处理的生物滴滤床及其处理方法，采用本发明公开的生物滴滤床能有效解决同时处理多种性质迥异污染物的难题，具体效果如下： 
(1)适应多种废气 
可以处理化工、医药、城市污水厂、食品加工等多种行业的废气，对于硫化氢、 氨、苯、甲苯、乙苯、氯苯、乙酸乙酯、丙酮、乙醇等性质各异的污染物均有良好的处理效果，工业应用中去除率均稳定达到95％以上，可以稳定达到或优于国家排放标准。 
(2)免反冲 
通过床层内喷淋，本发明的生物滴滤床可以方便的去除填料层内积累的代谢产物和剩余生物量，填料层不需要进行反冲，极大的节约运行费用。 
(3)填料挂膜的程序化培养 
开发了填料挂膜的程序化培养方法，彻底改变了生物滴滤床需要现场接种挂膜的反应器启动方式，本发明的生物滴滤床不需要进行设备的现场启动，在设备加工同时就完成了填料的挂膜，设备安装到现场后不需要启动过程，直接可以投入运行，提高了设备运行的可靠性，节约了工期和投资成本。 
(4)设备的模块化、智能化 
基于成本优先、组合方便、维护简单的原则，开发了针对不同污染气体、不同气量的模块系列，在实际工程应用时，直接从模块库中调出相应模块进行组装即可投入设计加工成型设备；采用高度智能化具有自学习功能的控制系统，该系统对于设备的启停、运行监控、数据收集、通讯做了全面的考虑，采用该智能系统，该设备完全实现了无人值守的功能，大大提高了设备的可靠性、易用性。 
附图说明
图1是本发明的结构示意图，其中：1、废气入口；2、填料层；3、喷淋液储槽；4、仪表板；5、废气出口；6、除雾器；7、检修人孔；8、冲洗管；9、填料承托板；10、补水口；11、取样口；12、放空口；13、喷淋管 
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明 
实施例1 
用于废气生物处理的生物滴滤床具体结构见附图1，反应器采用钢筋混凝土、玻璃钢、碳钢、不锈钢或者其他强度和耐腐蚀性能适合的材质。 
废气从废气入口1进入生物滴滤床，进气口可以位于生物滴滤床的顶部也可以位于底部或中部，通过进气口后废气通过第1级填料层2，并在填料层底部改变流向通过第2级填料层2，通过在第1级和第2级填料层之间设置隔板，废气在第1级填料层和第2级填料层中的流向相反(具体见附图所示)，成为错流式(折返流)结构，两个不同的废气流向组成一个错流式单元，附图1中由两个错流式单元构成一个反应器模块，本发明的生物滴滤床可以由多个这样的反应器模块串联、并联或者合并构成更大的反应器，通过填料层的废气最终通过除雾器6后再由废气出口5排出反应器。在反应器中，喷淋管13位于反应器顶部通过无堵塞喷头将从喷淋液储槽3中通过喷淋泵提升的喷淋液均匀喷洒在填料层上，为填料层中发生的物理化学和生物反应提供必需的反应条件和营养，填料层通过填料承托板9承托起来，反应器底部是喷淋液储槽3，仪表板4安装监测和控制反应器所需的仪表以实现反应器运行的智能化。随着反应器运行时间的增加，喷淋液会有损耗，超过一定损耗值后喷淋液可以通过补水口10得到补充，反应器大修时通过放空口12可以将储槽放空进行设备检修。当反应器中积累了过多的代谢产物和剩余生物量时，智能监控系统可以自动打开冲洗管8，在设备不停机的前提下对反应器的填料层2进行冲洗，维持设备的正常运转。取样口11是为了监测设备运行状况进行手动取样而设置。 
实施例2 
用于废气生物处理的生物滴滤床处理废气的运行。 
(1)运行条件 
某制药厂附属污水处理厂废气处理，设备已连续运行180天 
气体组成：实际废气 
反应器：3台，采用不锈钢制造壳体。处理气量分别为4000m3/h，8000m3/h，12000m3/h，处理气量4000m3/h为单一模块，8000m3/h为两个模块并联，12000m3/h为三个模块并联。处理气量4000m3/h的设备外形尺寸为8000×2500×4000(长×宽×高单位：mm)，其中填料层体积30m3，喷淋液储槽体积为25m3。 
填料：采用高密度聚乙烯改良型拉西环填料，该种填料易于生物挂膜，密度为940kg/m3，直径20-40mm，高度20-40mm，填料的装填方式为均匀乱堆。 
(2)运行效果 
  序号   污染物   入口浓度(mg/m3)   出口浓度(mg/m3)   备注
  1   硫化氢   120-5100   ≤0.05  
  2   氨   21-150   未检出  
  3   二氯甲烷   2-45   ≤0.10  
  4   正己烷   1-15   ≤0.01  
  5   二甲苯   11-790   ≤20  
  6   甲苯   20-859   ≤15  
  7   乙醇   25-510   未检出  
  8   丙酮   17-375   未检出  
实施例3 
用于废气生物处理的生物滴滤床处理废气的运行。 
1、运行条件 
某化工厂车间废气处理，设备已连续稳定运行210天 
气体组成：实际废气 
反应器：2台，采用玻璃钢材质制造。处理气量分别为4000m3/h，8000m3/h，处理气量4000m3/h为单一模块，8000m3/h为两个模块并联。处理气量4000m3/h的设备外形尺寸为8000×2500×4000(长×宽×高单位：mm)，其中填料层体积30m3，喷淋液储槽体积30m3。 
填料：采用高密度聚乙烯改良型拉西环填料与聚氨酯泡沫混合装填，拉西环填料直径20-40mm，高度20-40mm，聚氨酯泡沫块直径50mm，填料装填方式为均匀乱堆。 
2、运行效果 
  序号   污染物   入口浓度(mg/m3)   出口浓度(mg/m3)   备注
  1   氨   50-550   ≤0.5  
  2   二甲苯   120-1290   ≤40  
  3   甲苯   200-1400   ≤25  
  4   乙醇   500-5000   ≤55  
实施例4 
用于废气生物处理的生物滴滤床处理废气的运行。 
1、运行条件 
某食品加工厂废气处理，设备已经连续运行371天 
气体组成：实际废气 
反应器：2台，采用PP板制作壳体。处理气量为8000m3/h，8000m3/h为一个模块。设备外形尺寸为12000×2500×4000(长×宽×高单位：mm)，其中填料层体积40m3，喷淋液储槽体积35m3。 
填料：填料采用多面空心球，空心球直径55mm，密度860kg/m3，装填高度2500mm，装填方式为均匀乱堆。 
2、运行效果 
  序号   污染物   入口浓度   出口浓度   备注
  1   硫化氢   15-575   ≤0.05  
  2   氨   35-470   ≤1.0  
  3   三甲胺   1.5-55   ≤0.05  
  4   甲硫醇   0.5-25   未检出  
  5   甲硫醚   0.2-15   未检出  

Claims (6)

1.一种用于废气处理的生物滴滤床，包括废气入口、填料层、喷淋管、喷淋液储槽和废气出口，其特征在于通过进气口后废气通过第1个填料层，并在填料层底部改变流向通过第2个填料层，废气在第1个填料层和第2个填料层中的流向相反，成为折返流式结构，两个不同的废气流向组成一个折返流式单元，由两个或两个以上的折返流式单元构成生物滴滤床，填料层内敷设多层冲洗管；其中喷淋管位于反应器顶部，通过无堵塞喷头将从喷淋液储槽中通过喷淋泵提升的喷淋液均匀喷洒在填料层上。
2.根据权利要求1所述的用于废气处理的生物滴滤床，其特征在于还包括连接废气出口的除雾器。
3.根据权利要求1或2中所述的用于废气处理的生物滴滤床，其特征在于还包括仪表板和智能监控系统。
4.根据权利要求1或2中所述的用于废气处理的生物滴滤床，其特征在于喷淋气液比为100～600。
5.根据权利要求1或2中所述的用于废气处理的生物滴滤床，其特征在于填料层的填料为惰性填料。
6.根据权利要求2中所述的一种用于废气处理的生物滴滤床处理废气的方法，其步骤如下：
（1）废气从废气入口进入生物滴滤床内；
（2）通过折返流式的填料床层得到净化；
（3）得到净化的废气经过除雾器排出生物滴滤床；
（4）生物滴滤床顶部的喷淋头，对填料层进行喷淋；
（5）填料层内部的冲洗管对填料层进行冲洗。
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