CN102671615B - 一种拉西环与多孔介质的组合式生物填料 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种拉西环与多孔介质的组合式生物填料，由2种惰性生物填料组成，包括拉西环，所述的拉西环内固定填充有多孔介质。优选方案中，所述的拉西环内壁设有锯齿固定条，所述的拉西环为管状，所述的拉西环的外壁沿轴向设有若干条形沟槽，大大增加了该拉西环的比表面积、微生物附着力，且有利于液态流体的均匀流动。本发明拉西环与多孔介质的组合式生物填料具有制作工艺简单、比表面积大、孔隙率高；易生物挂膜、单位体积生物量大且污染去除负荷高、堆积密度小，阻力系数低、支撑强度好且利于液态流体均匀流动等优点，特别适合用于生物滴滤装置中，可大大降低生物滴滤装置的能量消耗，并可充分提高有机废气的净化效率。

Description

一种拉西环与多孔介质的组合式生物填料

技术领域

本发明涉及有机废气的处理装置中的填料领域，具体涉及一种拉西环与多孔介质的组合式生物填料。

背景技术

随着工业的发展和世界城市化进程的加快，世界空气质量普遍受到了威胁，大气污染物质体系中，气态污染物质占全世界每年排入大气污染物质的75%以上。继SO₂和NO_x研究热潮之后，挥发性有机化合物（Volatile OrganicCompound）的污染治理已经成为世界各国关注的又一焦点。

生物法由于具有处理效果好、投资及运行费用低、反应条件温和（常温，常压）、无二次污染、易于管理操作等优点，尤其在处理大流量、低浓度的有机废气时更显其经济性和优越性，因而受到了越来越多的重视，并且得到一定程度的工业应用。二十世纪八十年代，生物法处理挥发性有机废气已经在德国和荷兰得到广泛应用，九十年代末美国等其他国家也开始了广泛的研究与应用。

生物法主要包括生物过滤法、生物滴滤法、生物洗涤法等，其中，生物滴滤法除具有生物法的普遍优点之外，还具有占地面积小、压力降较低、pH易于调节、气/液/固接触比表面积大等优点，因此适用于处理大气量低浓度的疏水性有机废气；尤其是针对含氯有机废气的处理，生物滴滤法存在较大优势。

惰性生物填料常用于生物滴滤法处理有机废气，其填料特性对于生物滴滤装置的处理效果、长期稳定运行，以及能量消耗至关重要。同时，因其具有比表面积大、性质稳定、可重复利用等优点，而适用于工业规模的有机废气处理。常用的惰性生物填料有拉西环（也称塑料环）、硅酸盐材料（如珍珠岩、硅藻土及火山岩等）、活性炭，以及聚氨酯海绵材料等。其中，拉西环及聚氨酯海绵材料因具有较大的孔隙率，可大大降低因填料层压降升高而引起的生物滴滤装置阻塞的可能性。

现有常用的惰性生物填料为拉西环，拉西环呈短管状，即横截面为圆环并沿圆环轴向延伸形成拉西环。在此基础上，通过对拉西环的改进来提高拉西环的性能，如在拉西环的环壁上设有通孔。

专利号为ZL 201020166785.7的中国实用新型专利公开了一种拉西环填料，包括环本体，在环本体的环壁上设有2~5个圆孔，提高了拉西环的孔隙率和流体的流通量，使流量分散更加均匀，从而提高了填料的工作效率，但是该拉西环的牢固强度下降，而且该拉西环填料比表面积较小，在生物滴滤装置中，不利于生物挂膜，还会存在填料层压降较高而引起生物滴滤装置阻塞的问题。该拉西环填料比较适合作为化工填料。

公开号为CN 102060374A的中国发明专利申请公开了一种复合生物填料的制备方法，以有机填料聚氯乙烯为骨架，有机填料聚氯乙烯骨架为多面空心球形或鲍尔环形；通过将有机填料聚氯乙烯骨架浸入质量浓度为25%~35%的聚乙烯醇溶液，再将沸石与膨胀蛭石颗粒（40~60目）按一定比例混匀后粘附在处理过的聚氯乙烯骨架表面，通风干燥后制得复合生物填料；该复合生物填料为无机填料与有机填料的结合，表面粗糙，缩短了微生物挂膜的时间，提高了微生物种群的抗冲击能力。虽然该复合生物填料在有机填料聚氯乙烯骨架表面附着无机填料沸石与膨胀蛭石颗粒，使得微生物容易挂膜，但是对填料层压降几乎没有影响，比较适合用在处理有机废水，当用在生物滴滤装置中处理有机废气时，其比表面积较小，导致挂膜生物量少，而且并不能保证表面复合材料的稳定性，可能会因表面复合材料及生物膜的脱落引起生物滴滤装置的阻塞问题。

良好的生物填料应具有比表面积大、孔隙率高、有利于老化生物膜的剥落更新、廉价易得以及支撑强度好等特点。因此，针对当前工业有机废气的排放特性，研究开发出高效、适用的生物填料，将成为工业有机废气的生物处理装置长期高效、稳定运行的关键一步。

发明内容

针对当前工业有机废气的排放特性及现有生物技术的不足，本发明提供了一种拉西环与多孔介质的组合式生物填料，能够大大降低有机废气处理系统的能量消耗，并能够充分提高有机废气的净化效率。

一种拉西环与多孔介质的组合式生物填料，包括拉西环，所述的拉西环内固定填充有多孔介质。

用在有机废气处理系统中的拉西环与多孔介质的组合式生物填料，包括若干个填充有多孔介质的拉西环，在有机废气处理系统中呈散乱状态堆放，堆积密度小、填料床层的压降低，具有比表面积大、孔隙率高、易生物挂膜、单位体积生物量大且污染去除负荷高、堆积密度小，阻力系数低、支撑强度好且利于液态流体均匀流动等特性。

作为优选，所述的拉西环内壁设有锯齿固定条，用于固定和支撑多孔介质，进一步优选，所述的锯齿固定条为四条，沿拉西环轴向均匀设置在拉西环内壁，从而使得对多孔介质起到更好的固定和支撑作用。

作为优选，所述的拉西环为管状，所述的拉西环的外壁沿轴向设有若干条形沟槽，大大增加了该拉西环的比表面积、微生物附着力，且有利于液态流体的均匀流动。进一步优选，所述的拉西环的内径为13.5mm~14.5mm，所述的拉西环的厚度为0.5mm~2mm，所述的拉西环的高度为14mm~16mm。所述的条形沟槽的宽度为1.5mm~2.5mm,所述的条形沟槽的深度为0.8mm~1.2mm，所述的条形沟槽的个数为16~24，对拉西环的内径和厚度限定在合适的范围，使得拉西环大小在合适的范围，基于拉西环大小，对条形沟槽的宽度、深度以及个数做进一步的限定，使得本发明拉西环与多孔介质的组合式生物填料具有比表面积大、易生物挂膜且利于液态流体均匀流动。

所述的拉西环的材料可选择以下材料的一种，如聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）、改性聚乙烯（改性PE）或聚氯乙烯（PVC）等高分子合成材料。这些高分子合成材料采用市售的通用牌号即可。如改性聚乙烯拉西环可采用由大连宇都环境工程技术有限公司生产的拉西环。

所述的多孔介质为具有多孔结构的实体，呈圆柱状，所述的呈圆柱状是大致呈圆柱体，不排除有些不规则的圆柱体，多孔介质恰好嵌入拉西环中，以保证其不被压实或变形。所述的圆柱状多孔介质，其阻力系数较低，具有易于微生物附着及生长的特性，且有利于老化生物膜的脱落、更新。

作为优选，所述的多孔介质的每英寸上的孔格数为20~50，即20~50PPI，具有易于微生物附着及生长的特性，且有利于老化生物膜的脱落、更新，阻力系数小，利于液态流体均匀流动。

所述的多孔介质的材料可选择以下材料的一种，如多孔泡沫材料（如聚氨酯海绵材料）、天然或合成纤维类及其织物等，均具有较大的比表面积。作为优选，所述的多孔介质的材料为多孔泡沫材料，因其具有孔隙率高、比表面积大、阻力系数小、结构稳定等优点，且分布均匀。进一步优选，所述的拉西环为改性聚乙烯材料，所述的多孔介质为圆柱状的聚氨酯海绵，采用改性聚乙烯材料和聚氨酯海绵材料的组合式生物填料，两种惰性生物填料，稳定性好，同时具有比表面积大、孔隙率高、易生物挂膜、单位体积生物量大且污染去除负荷高、支撑强度好且利于液态流体均匀流动等优点。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

本发明拉西环与多孔介质的组合式生物填料采用拉西环和填充于拉西环内的多孔介质组合，制作工艺较简单，所需材料价廉易得，具有性质及结构稳定、可重复利用以及支撑强度高等优点。本发明拉西环与多孔介质的组合式生物填料可根据实际工业有机废气的不同排放特性，自由、灵活的组合不同材质的生物填料。

本发明拉西环与多孔介质的组合式生物填料具有以下优点：1）比表面积大、孔隙率高；2）堆积密度小、气流阻力系数低；3）单位体积生物量大、污染去除负荷高；4）支撑强度高、结构稳定、不易被压实；5）可保证液态流体的均匀流动特性，并有利于老化生物膜的脱落、更新；6）由2种不同材质的惰性生物填料组合而成，因此，可根据不同处理对象及排放特性，自由、灵活的实现不同材质填料的组合。

本发明拉西环与多孔介质的组合式生物填料适用于有机废气处理系统中，特别适合用于生物滴滤装置中，各方面性能均优于常用生物填料，从而可大大降低生物滴滤装置的能量消耗，并可充分提高有机废气的净化效率。

附图说明

图1为本发明拉西环与多孔介质的组合式生物填料的结构示意图；

图2为使用本发明拉西环与多孔介质的组合式生物填料的有机玻璃生物滴滤塔在不同停留时间时进气负荷与去除负荷的关系。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，为本发明拉西环与多孔介质的组合式生物填料，包括拉西环1，拉西环1内固定填充有多孔介质2，拉西环1内壁设有锯齿固定条3，用于固定和支撑多孔介质2。锯齿固定条3为四条，沿拉西环1轴向均匀设置在拉西环1内壁。拉西环1为短管状，拉西环1的外壁沿轴向设有若干条形沟槽4。拉西环1的内径为13.5mm~14.5mm，拉西环1的厚度为0.5mm~2mm，拉西环1的高度为14mm~16mm。条形沟槽4的宽度为1.5mm~2.5mm，条形沟槽4的深度为0.8mm~1.2mm，条形沟槽4的个数为16~24。多孔介质2的每英寸上的孔格数为20~50。拉西环1为改性聚乙烯材料，多孔介质2为圆柱状的聚氨酯海绵。

实施例2

平行试验：建立3组高1000mm，直径120mm的有机玻璃生物滴滤塔（各设3组填料层，安装总高为500mm），用于研究不同类型的生物填料的特性及其对含二甲苯（Xylene）有机废气去除效果的比较。3组有机玻璃生物滴滤塔内分别装有实施例1的本发明拉西环与多孔介质的组合式生物填料、球形聚氨基甲酸酯（PU）填料、改性聚乙烯（PE）十字环填料。

实施例1的本发明拉西环与多孔介质的组合式生物填料中，拉西环1的内径为14mm，拉西环1的高度为15mm，条形沟槽4的槽底至拉西环1的内壁之间的厚度为1mm，条形沟槽4的槽顶至拉西环1的内壁之间的厚度为2mm，条形沟槽4的深度为1mm，条形沟槽4的宽度为2mm，条形沟槽4的个数为20，拉西环1的材料采用改性聚乙烯（由大连宇都环境工程技术有限公司生产，具体为改性微生物膜载体，由高密度聚乙烯、废石粉、焦炭粉、矿渣粉、铁粉经多道程序加工而成），多孔介质2采用圆柱状的聚氨酯海绵（由盐城鑫仓特种海绵有限公司生产，35PPI，即每英寸上的孔格数为35，即平均值为35PPI）。

球形聚氨基甲酸酯（PU）填料为聚氨酯海绵多孔介质实体卡置于支撑架内，支撑架为聚氯乙烯（PVC）材料，支撑架由内径相等且相互垂直的圆环构成，圆环厚度和宽度为1mm，该支撑架固定直径15mm的聚氨酯海绵球体（该聚氨酯海绵由盐城鑫仓特种海绵有限公司生产，35PPI，即每英寸上的孔格数为35，即平均值为35PPI）。

改性PE十字环填料采用由大连宇都环境工程技术有限公司生产的型号为WD-F15-4的改性PE十字环填料，改性PE十字环填料包括拉西环和填充于该拉西环的十字介质，该拉西环由高密度聚乙烯、废石粉、焦炭粉、矿渣粉、铁粉经多道程序加工而成，该拉西环与实施例1的本发明拉西环与多孔介质的组合式生物填料中的拉西环的材质一致。该改性PE十字环填料，具有比表面积大、亲水性强、易生物挂膜等特点；该改性PE十字环填料的形状为外径15mm×高15mm的圆柱体，内径为14mm。

3组有机玻璃生物滴滤塔内三种类型的惰性生物填料和二甲苯污染物去除效果具体如表1所示：

表1

注：床层压降为有机玻璃生物滴滤塔连续稳定运行3个月后，多次测量值的平均值（连续运行第91天，间隔2h连续测量4次的平均值，相对标准偏差均小于5%）。

在进气量为0.66m³/h，二甲苯浓度为800~1000mg/m³的操作条件下，3组平行有机玻璃生物滴滤塔经过3个月的连续稳定运行，所得不同类型生物填料及相应二甲苯去除效果如表1所示。如表1所示，本发明拉西环与多孔介质的组合式生物填料可承受高进气负荷冲击，相应的最大去除负荷也最大（高达130g·m^-3·h^-1）；比表面积大（800~1000m²·m^-3），相应单位体积的微生物挂膜量较大；由于所用材料质量较轻，相应填料层的堆积密度最小；孔隙率高，单位高度的填料床层压降较小（约为60Pa·m^-1），因此，在工业化生物滴滤塔应用时，可大大降低装置运行所产生的能量消耗，并减少投资运行费用。同时，在各组生物滴滤塔稳定运行过程中，并未发现填料层阻塞的现象，但可保证老化生物膜的脱落，并及时更新。

实施例3

对实施例2中装有本发明拉西环与多孔介质的组合式生物填料的有机玻璃生物滴滤塔稳定运行过程中，即连续稳定运行90天后，考察了在不同停留时间（分别为20s，60s，100s）时的进气负荷与去除负荷的关系，并研究了该有机玻璃生物滴滤塔的抗冲击负荷能力，具体结果如图2所示。

由图2可看出，该有机玻璃生物滴滤塔在不同操作条件下（停留时间EBRT分别设为20s、60s、100s，相应处理气量为1.98m³/h、0.66m³/h、0.395m³/h）处理二甲苯有机废气时，均获得了较好的去除效果；在EBRT=60s时，当进气负荷大于180g·m^-3·h^-1时，其相应平均去除负荷就接近110g·m^-3·h^-1，同时也说明了该有机玻璃生物滴滤塔具有较好的抗冲击负荷能力。

因此，本发明拉西环与多孔介质的组合式生物填料相对于其他2种不同有机填料，具有比表面积大、孔隙率高，堆积密度小、气流阻力系数低、单位体积生物量大、污染去除负荷高，支撑强度高、结构稳定、不易被压实、可保证液态流体的均匀流动特性、有利于老化生物膜的脱落和更新等优点，也充分说明了其具有极其良好的工业应用前景。

Claims (2)

1.一种拉西环与多孔介质的组合式生物填料，包括拉西环，其特征在于，所述的拉西环内固定填充有多孔介质，所述的多孔介质的每英寸上的孔格数为20～50；

所述的拉西环内壁设有锯齿固定条，所述的锯齿固定条为四条，沿拉西环轴向均匀设置在拉西环内壁；

所述的拉西环为管状，所述的拉西环的内径为13.5mm～14.5mm，所述的拉西环的厚度为0.5mm～2mm，所述的拉西环的高度为14mm～16mm；

所述的拉西环的外壁沿轴向设有若干条形沟槽，所述的条形沟槽的宽度为1.5mm～2.5mm,所述的条形沟槽的深度为0.8mm～1.2mm，所述的条形沟槽的个数为16～24。

2.根据权利要求1所述的拉西环与多孔介质的组合式生物填料，其特征在于，所述的拉西环为改性聚乙烯材料，所述的多孔介质为圆柱状的聚氨酯海绵。