CN101992020A - 一种废气处理工艺及用于该工艺的流化床生物反应器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种废气处理工艺及用于该工艺的流化床生物反应器，本发明的废气处理工艺包括废气增压、废气反应、废气分离循环和废气的分离排出等过程，废气在反应器内经循环流化、强制传质作用与微生物充分反应，反应温度控制在15～40℃；提供的用于该废气处理工艺的流化床生物反应器由壳体、气体分布器、导流筒、帽罩、气液分离器、密封罩及壳体纵向不同位置的采样口组成，导流筒和帽罩将反应器内部空腔分为上升区、下降区和分离区，从而实现了废气在上升区和下降区之间循环流化，气、液、固三相强化传质功能。该工艺及流化床生物反应器处理的污染物浓度范围宽，反应效率高，反应时间短，反应器占地面积小，启动快且不易堵塞。

Description

一种废气处理工艺及用于该工艺的流化床生物反应器

技术领域

本发明涉及一种废气处理工艺及用于该工艺的流化床生物反应器，具体的说涉及一种低浓度废气的净化处理工艺及用于该工艺的流化床生物反应器。

背景技术

随着现代工业的快速发展，进入大气环境中的污染物日益增多，许多有机污染物还具有一定的致癌性，对人体健康造成严重危害，日益引起人们的广泛关注。各国纷纷寻求有效的废气控制和净化技术，对于高浓度废气大多采用吸收法、吸附法、焚烧法、氧化法等物理化学法处理，而对于低浓度废气的净化处理难度较大，生物处理法以其高效、费用低、设备简单、无二次污染等特点，特别是处理生物降解性好的废气时显示出明显的优越性。废气的生物处理是利用微生物将废气中有机污染物或恶臭物质降解或转化为无害或低害类物质的过程。

现有成熟废气生物处理设备及工艺分别为生物滤池、生物洗涤塔和生物滴滤池三种，它们各有特点和应用条件限制。

生物滤池废气处理工艺由气体增湿设备和内部填充活性填料的固定式生物反应器构成，废气经增湿后，进入固定式生物反应器，被附着在填料上的微生物降解为水和二氧化碳气体等，然后排出系统。生物滤池处理设备的优点是设备简单，运行费用低，适于处理低浓度污染物，主要为亲水性的及少量疏水性的废气。缺点是停留时间长，占地面积较大，处理效率低，在生物反应器前需加气体增湿设备，每隔1～2.5年需要更换填料，不适于处理污染物浓度较高的废气；有时湿度和PH难以控制，颗粒物质会堵塞生物滤池。

生物洗涤塔废气处理工艺通常由一个装有填料的洗涤器和一个具有活性污泥的生物反应器构成。洗涤器为气体吸收装置，废气中的污染物被微生物降解。这种设备易于控制反应条件，适于处理低浓度污染物为亲水性的废气。但在生物反应器前需要气体洗涤装置，设备较复杂，占地面积较大，运行费用及能耗高。

生物滴滤池废气处理工艺只有一个内部填充填料的固定式生物反应器，所述的填料是长有生物膜的惰性填料。循环水不断喷洒在填料上，填料表面被微生物形成的生物膜所覆盖。废气通过反应器时，废气中的污染物被微生物降解。生物滴滤池设备简单，废气中污染物的吸收和生物降解同时发生在一个反应器内，它适用于处理低浓度污染物为亲水性的废气。但不能处理高浓度的污染物，设备投资和运行费用高，营养物添加不当，易造成微生物大量繁殖堵塞床层。

这三种废气生物处理设备及工艺的共同缺点是：首先传统工艺都是在常压下气、液两相流体非强化逆流接触，反应效率低，反应时间长，需3～10min，反应器占地面积大。其次，传统工艺除吸收主体设备外还需要辅助设备。再者，传统工艺生物反应器微生物系统不稳定，启动时间长，易堵塞。处理的污染物浓度范围较窄：生物洗涤塔适合处理浓度低于0.5g·m^-3的废气，生物滤池适合处理的污染物浓度范围为0.5～1g·m^-3，生物滴滤池适合处理的污染物浓度范围为1～5g·m^-3。

CN1994533一种处理挥发性有机废气的生物滴滤装置及方法，介绍了一种用于废气处理的新型生物滴滤装置，该装置通过改变吸收方式，降低反应器的高度，减少了营养液的流经高度。该方法是在传统生物滴滤床基础上的改进与优化，反应器未能根本解决床层易堵塞等问题。

CN200966982高效低阻型废气生物净化器。一种高效低阻型废气生物净化器，其特征高效低阻型废气生物净化器三部分组成：中间通风道，进风口位于净化器的一侧面；上下部生物填料层与出风口，上下二层填料及排风都呈对称，水喷淋加湿和循环系统，废气与进入风道后的雾化器喷出的雾水相混合，然后分岔进入上下层填料，废气经过填料时，生物填料上的大量固定化的高效菌种能将废气中的污染物极快的速度降解成为无毒无害的物质如CO₂和水，达到废气净化的目的。该设备是一种新型填料吸收设备，主要通过增加接触时间，来提高反应效率，该反应为非强化反应，且存在床层堵塞的可能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是现有生物处理工艺处理的污染物浓度范围较窄，反应效率低，反应时间长，反应器占地面积大，反应器启动时间长，易堵塞等问题，提供了一种废气处理工艺及用于该工艺的流化床生物反应器，该工艺及流化床生物反应器具有处理的污染物浓度范围宽，反应效率高，反应时间短，反应器占地面积小，反应器启动快，不易堵塞等优点。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种废气处理工艺，该工艺包括按下述顺序的步骤：

(a)将含有污染物的废气增压后引入流化床生物反应器；

(b)在流化床生物反应器内废气中的污染物质被液相微生物与固相生物膜吸收，然后再进行代谢反应，降解或转化为无害或低害类物质，代谢反应温度为15～40℃；

(c)代谢反应后的废气分离出夹带的水分后，一部分从流化床生物反应器排出处理系统，另一部分通过循环管线返回流化床生物反应器进行循环处理。

所述的流化床生物反应器内部反应区充有悬浮固体填料的液体，微生物附着在填料上生长，反应区分为上升区和下降区两部分，废气经上升区进入下降区，简化了反应器内流体的流型，在上升区和下降区之间循环流化，气、液、固三相强化传质，充分与微生物反应，反应后的废气最后经分离区逸出。

本发明还提供了一种用于上述废气处理工艺的流化床生物反应器，该反应器由壳体、气体分布器、导流筒、帽罩、气液分离器、密封罩及壳体纵向不同位置的采样口组成，气体分布器位于反应器的底部，伸入导流筒的下端，其外缘与导流筒的内壁保持适当空隙；帽罩位于导流筒的上方，呈伞状，与导流筒的上端部保持适当空隙；气液分离器位于密封罩上、反应器的顶部、反应器气体出口处；气液分离器、帽罩、导流筒和气体分布器自上而下位于反应器的中轴线上。

所述的流化床生物反应器内部的导流筒和帽罩将反应器内部空腔分成了上升区、下降区和分离区三个区域，上升区位于导流筒内部，下降区位于导流筒外部、帽罩下方，上升区和下降区构成了生物反应器的反应区，分离区位于帽罩上方。

气体分布器是将气体均匀分散、溶解于液相中的重要设备，分布器对总体气含率和内筒中的两相速度分布有很大影响；导流筒是气、液、固三相能够成功流化的重要设备，导流筒的使用将流化床内反应区分为上升区和下降区两部分，将气、液、固三相的运动规范为上升和下降，简化了反应器内流体的流型；帽罩起着强化传质的作用；气液分离器分离液相，减少液相的夹带，提高气体的纯度。

本发明的流化床生物反应器与引风机、进料泵和循环处理管线共同组成废气处理系统，引风机给气体提供动力，进料泵向反应器输送新鲜水及微生物生长所需的营养物质，循环管线供经气液分离器分离水分后的部分废气使用。

本发明的反应器启动前向装置中加入占液固总体积5～60％的固体填料，固体填料为一定形状的塑料环，密度接近于水的密度。固体填料悬浮于液体中，微生物可以附着在填料上生长，填料上的生物膜里微生物种类多，能够同时吸收降解多种污染物质，废气中的有机物质被液相微生物与固相生物膜吸收，然后再进行代谢反应。另外填料上的生物膜受系统冲击小，对稳定处理起重要作用。而固体填料同时也起到破碎气泡的作用，有利于气体均匀分散。反应器内载有生物膜的流化介质能均匀分布在全床，与上升水流接触良好，因此它兼有活性污泥法均匀接触所形成的高效率和生物膜法能承受负荷变动冲击的优点。生物流化床兼有介质的流化机理、吸附机理和生物工程机理。

本发明在反应器启动之初，通过进料泵输送细菌生长所必需要的营养物质主要是有机化合物、氮化物、磷元素的化合物等，同时输送1～10重量％的活性污泥，并进少量气体(正常运行气体流量的1～20重量％)进行驯化培养。培养驯化期间需要定期向反应器中投加营养物质，培养过程中根据微生物生长情况逐步提高气体流量。通过分析微生物的生长状况以及固体填料表面的微生物附着生长及挂膜情况，综合判断微生物培养是否完成。通常固体填料表面通过肉眼可以清晰看到有较多微生物附着时，表明培养驯化基本结束，可以逐步提高气体流量进行正常运行。正常运行期间视情况补充新鲜水与营养物质。在日常操作过程中要提供适合微生物生长的适宜的温度15～40℃。

反应器正常运行期间，含污染物的废气经增压后引入反应器底部的气体分布器，经气体分布器均匀分布后进入反应器的导流筒内，废气通过自身的动力沿导流筒上升，在离开导流筒上端出口后遇到帽罩的阻挡，沿帽罩伞状边缘折而向下，一部分继续向下回到导流筒循环，另一部分上升经帽罩上方逸出；逸出的废气经反应器顶部的气液分离器分离水分后，一部分打回进气口进行循环处理，另一部分由排气口排出。

在上述流程中，废气先进入由导流筒内部构成的上升区，然后进入导流筒外部、帽罩下方的下降区，由于帽罩的折流作用，废气在上升区和下降区之间循环流化，气、液、固三相强化传质，使废气中的污染物质吸收效率提高，反应时间缩短，可使反应时间从现有技术的3～10min减小到小于1min即可达到良好的处理效果，这样处理相同流量的气体，所需要的反应器体积降低，进而减小占地面积。污染物质吸收率的提高、反应时间的缩短也使处理的污染物浓度范围变宽，达到了0～50g·m^-3，而现有技术仅适合处理浓度低于5g·m^-3的废气。同时，由于本发明具有循环流化和强化传质吸收作用，完全克服了因生物膜过度繁殖而导致的反应器堵塞现象，同时反应器内填料表面附着生长的活性生物膜在流化状态下能够进行自动更新，使生物膜不至于因老化而影响吸收处理效果。液相活性微生物与固相生物膜结合使装置内的微生物系统更加稳定，液相活性生物，一定程度能够促进填料表面生物膜的形成，提高了反应器启动速度。本发明提供的废气处理工艺及用于该工艺的流化床生物反应器实现了生物处理设备的小型化，集成化，高效化。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步阐述：

图1是本发明的废气处理工艺流程示意图；

图2是用于本发明的废气处理工艺的流化床生物反应器的结构示意图。

具体实施方式

参照图1，本发明的废气处理工艺包括废气增压、废气的反应、循环处理和废气的分离排出等过程，首先含污染物的废气通过引风机11增至一定压力后进入流化床生物反应器12，在流化床生物反应器12内，废气经循环流化、强制传质作用与微生物充分反应，反应温度保持在15～40℃，反应后的废气经分离液相后一部分从反应器排气口排出，另一部分返回引风机经增压后循环处理。在反应器启动之初和正常运行期间，通过进料泵13向反应器内输入细菌生长所必须的营养物质及补充新鲜水。

参照图2，在上述工艺过程中，经增压后的含污染物的废气由流化床生物反应器底部进气口9进入，经气体分布器1均匀分布后进入导流筒3，废气通过自身的动力沿导流筒上升，在离开导流筒上端出口后遇到帽罩4的阻挡，沿帽罩4伞状边缘折流向下，一部分继续向下回到导流筒3循环，另一部分上升经帽罩4上方逸出，逸出的废气经位于反应器顶部密封罩5上的气液分离器6分离水分后，由排气口8排出。运行期间，通过壳体7纵向位置的采样口5进行采样分析，监测反应器的运行状况。

Claims (5)

1.一种废气处理工艺，其特征在于包括按下述顺序的步骤：

(a)将含有污染物的废气增压后引入流化床生物反应器；

(b)在流化床生物反应器内废气中的污染物质首先被液相微生物与固相生物膜吸收，然后再进行代谢反应，降解或转化为无害或低害类物质，代谢反应温度为15～40℃；

(c)代谢反应后的废气分离出夹带的水分后，一部分从流化床生物反应器排出处理系统，另一部分通过循环管线返回流化床生物反应器进行循环处理。

2.根据权利要求1所述的废气处理工艺，其特征在于所述的流化床生物反应器内部反应区充有悬浮固体填料的液体，微生物附着在填料上生长，反应区分为上升区和下降区两部分，废气经上升区进入下降区，在上升区和下降区之间循环流化，气、液、固三相强化传质，充分与微生物反应，反应后的废气最后经分离区逸出。

3.根据权利要求2所述的废气处理工艺，其特征在于所述的固体填料占液固总体积的5～60％，固体填料为一定形状的塑料环，密度接近于水的密度。

4.一种用于权利要求1所述的废气处理工艺的流化床生物反应器，其特征在于该反应器由壳体(2)、气体分布器(1)、导流筒(3)、帽罩(4)、密封罩(5)、气液分离器(6)及壳体纵向不同位置的采样口(7)组成，气体分布器(1)位于反应器的底部，伸入导流筒(3)的下端，其外缘与导流筒(3)的内壁保持适当空隙；帽罩(4)位于导流筒(3)的上方，呈伞状，与导流筒(3)的上端部保持适当空隙；气液分离器(6)位于密封罩(5)上、反应器的顶部、反应器气体出口处；气液分离器(6)、帽罩(4)、导流筒(3)和气体分布器(1)自上而下位于反应器的中轴线上。

5.根据权利要求4所述的流化床生物反应器，其特征在于导流筒(3)和帽罩(4)将反应器内部空腔分成了上升区(A)、下降区(B)和分离区(C)三个区域，上升区(A)位于导流筒(3)内部，下降区(B)位于导流筒(3)外部，上升区(A)和下降区(B)构成了生物反应器的反应区，分离区(C)位于帽罩(4)上方。

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