CN101912728A - 多管式废气生物过滤装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多管式废气生物过滤装置，包括多管式生物过滤器和营养液供给组件，多管式生物过滤器包括外壳体以及装设于外壳体内的两根以上网状管、填料层、营养液喷淋组件，外壳体上开设有进气口、排气口和排水口，填料层附于网状管的外表面上，营养液喷淋组件的进液端通过管路与营养液供给组件相连通，营养液喷淋组件的喷液端朝向网状管。本发明具有结构简单紧凑、占地面积少、成本低廉、单位反应器体积的填料层外层表面积大、气流和生物膜分布更加均匀、处理效果好、抗冲击能力强、长期运行性能稳定、操作维护方便等优点。

Description

多管式废气生物过滤装置
技术领域
本发明主要涉及到低浓度有机废气处理设备领域，特指一种适用于处理恶臭和低浓度有机废气的生物过滤装置。
背景技术
近年来，随着工业生产和有机燃料消耗的增长，排放的臭气和挥发性有机物(Volatile Organic Compounds，缩写VOCs)数量和种类也越来越多，其危害性也越来越严重。大多数VOCs均带有恶臭等刺激性气味，不但污染大气环境，而且导致农作物减产和破坏森林和生态系统，损害人体健康，已引起了人们的广泛关注。
控制臭气和挥发性有机物的技术有很多，如吸收、吸附、焚烧法、冷凝法及生物法等。但是比较而言，生物法处理臭气和有机废气具有经济高效、环境友好、适用范围广、运行成本低等优点，在处理低浓度、大流量、含微生物可降解性强的VOCs时，更能显示其优越性，因此得到越来越广泛的应用。气相生物过滤技术作为生物法的一种，主要是通过附着在滤料介质上的微生物氧化挥发性有机物而达到去除的目的。当含有低浓度挥发性有机物的废气通过气相生物过滤反应器时，气态污染物从气相转移到生物膜内部，并通过其上的微生物(酶)的代谢作用被分解、转化为生物质和CO2、H2O等无机物。
目前，采用生物过滤技术处理臭气和挥发性有机废气的装置主要有两种：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，由滤料床层(生物活性填充物)、砂砾层和多管布气管道等组成。生物滤池内部充填活性填料，如泥土、泥煤、木屑、谷壳等，填料中生长了能降解污染物的微生物，废气经过填料层时得到净化。生物滤床具有空床停留时间短、处理效率高、应用简单、投资运行费用低等优点，但也存在占地面积大、布气不匀、过程难以控制，特别是长期运行时，由于填料压实，而导致滤床堵塞、压降增大和使用性能下降等问题。
生物滴滤器又称生物滴滤床、生物滴滤塔、生物膜填料塔，它利用惰性材料作为填料(如碎石、塑料颗粒、陶瓷、碳素纤维等)，循环营养液从上方喷淋而下，在填料表面接种挂膜形成具有吸附和生物降解作用的生物膜，气态污染物从气相传递到生物膜内而被降解。为了维持长期稳定的去除效率，通常需要定期供给微生物生长所必需的营养物质。与传统的生物滤池相比，生物滴滤器的反应条件易于控制；单位体积填料中微生物浓度高；废气无须湿润，可以与滴滤液并流或逆流操作。但是也存在填料层高度过大、长期运行时特别是高负荷运行时，由于填料中微生物的过度生长导致填料层堵塞、产生沟流使压降增大及性能下降等问题。
由于现有采用的气相生物过滤技术的装置存在床层高度过大、容积负荷低、处理量相对较小、布气不匀、压降较大、填料层易堵塞等缺点，从业者又开发出管式气相生物过滤装置，一薄层管状惰性填料通过简单支撑固定于筒形外壳中，从而将筒形外壳分成内外两个气室，废气从内至外或从外至内通过填料层时污染物被降解。循环营养液从上方喷淋而下，为填料上的生物膜提供营养物质。管式气相生物过滤装置在一定程度上解决了传统生物过滤器和生物滴滤器的一些缺陷，具有压降较小、床层高度小、容积负荷高、处理量大和建造及运行费用低等特点，但仍然存在着单位反应器体积的填料层表面积小导致去除效率易受进气污染物浓度影响、布气不均、抗冲击能力弱及长期运行性能不够稳定等缺点。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：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、单位反应器体积的填料层表面积大、气流和生物膜分布更加均匀、处理效果好、抗冲击能力强、长期运行性能稳定、操作维护方便的多管式废气生物过滤装置。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种多管式废气生物过滤装置，包括多管式生物过滤器和营养液供给组件，其特征在于：所述多管式生物过滤器包括外壳体以及装设于外壳体内的两根以上网状管、填料层、营养液喷淋组件，所述外壳体上开设有进气口、排气口和排水口，所述填料层贴附于所述网状管的外表面上，所述营养液喷淋组件的进液端通过管路与营养液供给组件相连通，所述营养液喷淋组件的喷液端朝向网状管。
作为本发明的进一步改进：
所述外壳体为竖直布置，所述进气口开设于外壳体的底部，所述排气口开设于外壳体的顶部，所述营养液喷淋组件设置于网状管的上方且喷淋端朝着网状管的端部。
所述外壳体为水平布置，所述营养液喷淋组件设置于网状管的上方且喷淋端朝着网状管的外侧壁。
所述网状管的一端为与进气口相连通的进气通道，所述网状管的另一端呈封闭状，所述相邻网状管之间形成第二气体通道。
所述进气通道与进气口之间设有两根以上的气体分配管，所述每根气体分配管上均设有气体控制阀。
所述网状管的长度为0.3～5m。
所述外壳体的进气口通过预处理组件与废气供给组件相连，所述预处理组件包括依次相连的除尘器和增湿器。
所述营养液供给组件包括营养液储存槽、营养液供给泵以及定时器，所述营养液供给泵放置于营养液储存槽内，所述营养液供给泵的输出端通过管路与营养液喷淋组件相连通，所述营养液供给泵的控制端与定时器相连。
所述营养液储存槽通过管路与排水口相连通。
所述网状管和填料层的截面形状为圆环形、或波浪状环形、或折叠状环形。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明通过在外壳体内设置两个以上的网状管，并在每个网状管的外侧表面上包裹圆环形填料层，采用由外向内或由内向外的网状管内气流方式，不仅设计科学、结构合理，而且还具有布气性能好，更加符合恶臭和低浓度挥发性有机物废气的微生物降解特点；
2、本发明采用网状管作为支撑结构及布置方式，具有以下优点：
(1)大幅度增加了单位反应器体积填料层表面面积，可采用的填料种类更多：本过滤器中采用多个网状管的支撑结构，不仅可使多孔整体式圆环形填料层包裹及固定在每个网状管外侧面上，也可以使一定粒度的圆球状或正方体或长方体多孔填料随机堆成的填料层经简单处理包裹其上，而且可以将圆环形填料层设计为简单的或波浪形或折叠形材料围合而成的圆环形，相比传统生物过滤器内堆积填料和管式气相生物过滤器内的一个薄层填料，不仅其单位反应器体积填料外层表面面积大幅度增加，而且可以应用于该过滤器的填料种类也更多；
(2)由于采用多个网状管支撑结构，减小了占地面积：根据处理气量的大小，用于支撑填料的网状管的数量和尺寸可根据需要制作，克服了管式气相生物过滤器的体积限制，容积利用率不高的缺点，大大减小了占地面积；
(3)网状管均匀布置，营养液得以利用充分：由于多个网状管在生物过滤器内的均匀交错布置，设置在生物过滤器顶端的营养液喷头喷淋的营养液可均匀地到达滤料中，对于立式过滤器，营养液沿圆环形填料层自上而下流动，营养物质逐步被吸收；对于卧式过滤器，营养液由上层网状管上填料层逐步流至底层网状管上填料层，营养物质逐步被吸收，因此营养液能够被滤料层中的微生物充分吸收利用，微生物能长期保持高的生物活性，从而能保证稳定的处理效果；
3、本发明在进气时进行二次分配，易于控制、布气性能好、缓冲能力强：由于采用两个以上的网状管均匀布置于过滤器内，而且网状管底端开口与气体分配管相连，气体分配管上均设有气体控制阀门，因此，废气供给装置送来的废气被分成两股以上，分别进入相应的网状管内，完成第一次气体分配，此过程易于控制且布气更加均匀。然后，废气在网状管内再通过填料层进行第二次分配，由于单位反应器体积填料层表面积的大幅增大，使通过填料层的气速大为降低，布气方式更加合理。此外，气量的波动也能同时被多个气体分配管分担。而且，进气中污染负荷的较大波动，也能够同时被多股废气分担，因此具有极强的缓冲能力；
4、本发明具有停留时间短、处理效率高、长期运行性能稳定的优点。由于包裹在网状管外侧表面上圆环形填料层相对较薄(2～40cm)，废气通过的时间很短，停留时间仅为1～60秒，而且压降小。根据废气生物过滤机理，废气中的污染物几乎都在填料层表面完成生物降解，由于本过滤器单位反应器体积填料层外层表面积大幅提高，气、液、生物膜三相接触面积得到大大提高，去除效率可达85～99％，而且当废气由网状管内部经填料层排出后，被处理气体中未被完全降解的污染物可在过滤器内与其它网状管上填料外表面或其中的生物膜进行二次接触或多次接触而被进一步降解，从而能保证稳定的高去除率。此外，由于多个圆环形填料在过滤器内均匀布置，通过循环营养液的喷淋及气体的扰动，填料上极易形成稳定的优势菌种，能保障长期运行性能稳定；
5、本发明具有维护简单、操作方便、运行周期长的优点。由于设置在生物过滤器内部的各个网状管是相对独立的，并且进气分配管道上设有独立的气体控制阀门，其中一个网状管或其上包裹的填料发生问题，可方便的拆卸或更换；设置在生物过滤器顶端的多个营养液喷头既可以防止喷淋死角，为各个网状管填料上的生物膜定期提供足量的营养物质和水分，也可以冲刷填料上过多的生物膜，有效控制微生物量，避免发生堵塞，因此运行周期长、维护简单、操作方便；
6、本发明具有运行成本低、结构紧凑、占地面积小的优点。
附图说明
图1是本发明实施例1在应用实例中的结构示意图；
图2是本发明实施例1中网状管进气端的结构原理示意图；
图3是本发明实施例1中网状管和填料层配合的主视结构示意图；
图4是本发明实施例1中网状管和填料层配合的俯视结构示意图；
图5是本发明实施例2中多管式生物过滤器的结构示意图；
图6是本发明实施例2中对网状管进行喷淋的原理示意图。
图例说明：
1、废气供给组件；2、除尘器；3、增湿器；4、多管式生物过滤器；401、进气口402、填料层；403、外壳体；404、网状管；405、排气口；406、进气通道；407、第二气体通道；5、营养液喷头；6、营养液管；7、气体控制阀；8、排水口；9、液体控制阀；10、营养液供给泵；11、营养液储存槽；12、定时器；13、气体分配管；14、营养液供给组件。
具体实施方式
以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
实施例1：如图1、图2、图3和图4所示，本发明的多管式废气生物过滤装置，包括多管式生物过滤器4和营养液供给组件14，多管式生物过滤器4包括外壳体403以及装设于外壳体403内的两根以上网状管404、填料层402、营养液喷淋组件，外壳体403为方形或圆形，外壳体403上开设有进气口401、排气口405和排水口8，净化后的气体由排气口405排放，经过喷淋后的营养液从排水口8排出或返回到营养液供给组件14中循环利用。多根网状管404呈阵列状均匀的设于外壳体403中，填料层402贴附于网状管404的外表面上。网状管404为外侧面呈网孔状、顶端封闭的耐腐材料制成的进气管，可方便拆卸或更换，其高度为0.3m～5m，网状管404也作为填料层402的支撑。填料层402采用圆环形填料层，其为一种接种有微生物的填料层，填料层402所采用的过滤介质是均匀的整体式多孔材料，或者是一定粒度的圆球状、正方体、长方体多孔填料乱堆成的填料层，其孔隙率为90％以上、开孔率在95％以上、孔径为1～5mm、拉伸强度大于5000Pa、比表面积为150～1000m2/m3的材料。该填料层402的生物膜微生物载体材料为网状海绵、多孔陶瓷、或其它多孔材料(如成型硅藻土)等，多管式生物过滤器4启动前或必要时在填料中接种微生物，所接种的微生物为专用微生物菌种或污水处理厂的剩余活性污泥。在具体实施例中，网状管404和填料层402的截面形状为圆环形、或波浪状环形、或折叠状环形。
本实施例中，营养液供给组件14包括营养液储存槽11、营养液供给泵10以及定时器12，营养液供给泵10放置于营养液储存槽11内，营养液供给泵10的输出端通过管路与营养液喷淋组件相连通，营养液供给泵10的控制端与定时器12相连，方便定量间歇供给营养液。营养液储存槽11通过管路与排水口8相连通。营养液喷淋组件的进液端通过管路与营养液供给组件14相连通，营养液喷淋组件的喷液端朝向网状管404。营养液喷淋组件包括与营养液供给组件14相连通的营养液管6以及多个设置于营养液管6上的营养液喷头5，与排水口8相连的排水管以及营养液管6上均设有液体控制阀9。营养液喷头5向填料层402喷淋营养液，使填料层402保持一定的湿度，并为过滤器内的微生物供给必需营养物质，同时也起到冲刷填料层402中过多的微生物、避免发生堵塞的作用。
网状管404的一端为与进气口401相连通的进气通道406，网状管404的另一端呈封闭状，相邻网状管404之间形成第二气体通道407。
进气通道406与进气口401之间设有两根以上的气体分配管13，每根气体分配管13上均设有气体控制阀7。由废气供给组件1送来的废气被均匀地分配至每个网状管404底端进气通道406中，然后通过网状管404沿管的径向方向辐射进入圆环形的填料层402、或者通过网状管404管外经圆环形填料层402沿管径方向进入管内，在圆环形的填料层402内废气中污染物被生物降解，部分生成代谢产物包括CO2和H2O，部分被微生物用于合成代谢使生物量积蓄增长。网状管404的长度为0.3～5m。
外壳体403的进气口401通过预处理组件与废气供给组件1相连，预处理组件包括依次相连的除尘器2和增湿器3。除尘器2的进口通过管路与废气供给组件1的出口相连，其出口与增湿器3进口相连，增湿器3的出口与多管式生物过滤器4下端的进气口401相连，含挥发性有机物和恶臭废气经除尘及调湿预处理后进生入多管式生物过滤器4中进行处理。
在本实施例中，外壳体403为竖直布置，进气口401开设于外壳体403的底部，排气口405开设于外壳体403的顶部，营养液喷淋组件设置于网状管404的上方且喷淋端朝着网状管404的端部。
参见下表1可知，与现有技术中的各种过滤方法相比，本发明的优点就是：布气性能好、缓冲能力强、压降小且填料层不易堵塞、建造和运行费用低、长期运行性能稳定，特别适用于大气量的含恶臭和低浓度挥发性有机物废气的处理。
表1
Figure BDA0000024114100000061
工作原理：废气供给组件1送来的含恶臭和低浓度挥发性有机物废气首先进入除尘器2进行除尘处理，然后通过管路进入增湿器3进行调湿处理，废气经预处理后进入多管式生物过滤器4的进气口401，然后通过气体分配管13进入多管式生物过滤器4中均匀布置的网状管404中，废气在网状管404内部向上流动的同时，沿着网状管404的径向方向辐射进入圆环形的填料层402；或者气体会通过网状管404管外经填料层沿管径方向进入管内，废气中的污染物与填料层402接触，被附着在填料层402上的微生物降解后，生成CO2、H2O和合成细胞，净化后的气体由多管式生物过滤器4上端排气口405排放。安装在多管式生物过滤器4的顶端的营养液喷头5，通过营养液管6与营养液储存槽11和营养液供给泵10相连，并且由定时器12控制，通过营养液喷头5向填料层402定时间歇供给营养液，营养液与废气在多管式生物过滤器4内逆向流动，由多管式生物过滤器4的底部的排水口8排出。当多管式生物过滤器4其中一个网状管404或其上包裹的填料上生物量过多时，需清洗或更换网状管404或其上包裹的填料层402，以维持系统正常稳定高效运行。
实施例2：参见图5和图6，在本实施例中，还可以将外壳体403设计为水平布置，营养液喷淋组件设置于网状管404的上方且喷淋端朝着网状管404的外侧壁，这样可以以优化布置为原则，适应于不同的工作场合。其他结构和工作原理与实施例1基本一致，在此就不再赘述。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种多管式废气生物过滤装置，包括多管式生物过滤器(4)和营养液供给组件(14)，其特征在于：所述多管式生物过滤器(4)包括外壳体(403)以及装设于外壳体(403)内的两根以上网状管(404)、填料层(402)、营养液喷淋组件，所述外壳体(403)上开设有进气口(401)、排气口(405)和排水口(8)，所述填料层(402)贴附于所述网状管(404)的外表面上，所述营养液喷淋组件的进液端通过管路与营养液供给组件(14)相连通，所述营养液喷淋组件的喷液端朝向网状管(404)。
2.根据权利要求1所述的多管式废气生物过滤装置，其特征在于：所述外壳体(403)为竖直布置，所述进气口(401)开设于外壳体(403)的底部，所述排气口(405)开设于外壳体(403)的顶部，所述营养液喷淋组件设置于网状管(404)的上方且喷淋端朝着网状管(404)的端部。
3.根据权利要求1所述的多管式废气生物过滤装置，其特征在于：所述外壳体(403)为水平布置，所述营养液喷淋组件设置于网状管(404)的上方且喷淋端朝着网状管(404)的外侧壁。
4.根据权利要求1或2或3所述的多管式废气生物过滤装置，其特征在于：所述网状管(404)的一端为与进气口(401)相连通的进气通道(406)，所述网状管(404)的另一端呈封闭状，所述相邻网状管(404)之间形成第二气体通道(407)。
5.根据权利要求4所述的多管式废气生物过滤装置，其特征在于：所述进气通道(406)与进气口(401)之间设有两根以上的气体分配管(13)，所述每根气体分配管(13)上均设有气体控制阀(7)。
6.根据权利要求4所述的多管式废气生物过滤装置，其特征在于：所述网状管(404)的长度为0.3～5m。
7.根据权利要求1或2或3所述的多管式废气生物过滤装置，其特征在于：所述外壳体(403)的进气口(401)通过预处理组件与废气供给组件(1)相连，所述预处理组件包括依次相连的除尘器(2)和增湿器(3)。
8.根据权利要求1或2或3所述的多管式废气生物过滤装置，其特征在于：所述营养液供给组件(14)包括营养液储存槽(11)、营养液供给泵(10)以及定时器(12)，所述营养液供给泵(10)放置于营养液储存槽(11)内，所述营养液供给泵(10)的输出端通过管路与营养液喷淋组件相连通，所述营养液供给泵(10)的控制端与定时器(12)相连。
9.根据权利要求8所述的多管式废气生物过滤装置，其特征在于：所述营养液储存槽(11)通过管路与排水口(8)相连通。
10.根据权利要求1或2或3所述的多管式废气生物过滤装置，其特征在于：所述网状管(404)和填料层(402)的截面形状为圆环形、或波浪状环形、或折叠状环形。
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