CN104147919A - 一种低pH废气生物净化反应器及其废气处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种低pH生物净化反应器及其废气处理工艺。生物反应器内部为分区式结构，由曝气反应区、强酸性生物反应区和弱酸性生物反应区组成。三个区域之间以两块气体分布板相连接，板上开有气液流通孔。在曝气反应区下部的侧壁上开有进气口及安装有穿孔管，内部填充轻质悬浮填料，上部侧壁上开有排水口；强酸性生物反应区内装有耐强酸惰性填料，pH保持在2.0-4.0；弱酸性生物反应区内装有耐弱酸惰性填料，pH保持在4.0-6.0，侧壁上开有出气口。废气中的易溶于水的组分在曝气反应区去除，未被降解的组分在分别在两个反应区被填料中的嗜酸性硫细菌和真菌彻底降解，净化后的气体从排气口排出。
Description
技术领域
本发明属于利用废气生物反应器进行废气处理的设备，特别涉及一种低pH生物净化反应器及其废气处理工艺。
背景技术
在污水处理、垃圾处理、堆肥、涂料、树脂、制鞋、化工等各种工业生产过程中，某些含有挥发性的有机物或无机物的废气会对周围环境造成污染，对人体健康和生态环境造成严重危害。目前，空气污染和废气的治理越来越受到人们的关注。
对于含挥发性有机物的废气而言，传统的处理方法主要有化学吸收、物理吸附以及催化氧化等方法。与常规的物化净化技术如吸收、吸附、催化、焚烧等方法相比，生物法具有处理效果好、运行费用低、无二次污染、易于管理等优点。尤其在处理大流量、低浓度的废气时更显示其优越性，因此得到了广泛的应用。生物净化技术包括生物过滤、生物滴滤和生物洗涤法等。在这些传统处理技术中，反应器大都在中性pH值条件下运行，反应器中的优势微生物多为细菌，细菌适合于在水中或潮湿的环境中生存，
通常，实际的废气中所含的污染物是多样而复杂的，各种物质的物理化学性质及生物降解性的差异是比较大的：既有水溶性较差的疏水性物质，也有水溶性较好的亲水性物质；既有酸性物质，也有碱性物质；各种物质的生物降解性也有差别。有资料显示，城市污水厂污泥浓缩、脱水过程中散发的废气物质主要包括还原性硫化物、氨气、苯、甲苯、氯化物和其它物质。
对于水溶性好的污染物，利用细菌进行生物降解，会得到很好的去除效果。但是，对于疏水性的物质，细菌表面的水层会影响传质速率，导致处理效率降低。另外，普通细菌还难以适应含硫、含氯或含氮的污染物生物降解造成的酸性环境。
常规的废气生物处理设备往往是在单一的中性pH条件下运行的，填料上生长的微生物种类少，所以去除的物质类型和去除能力有限。含硫、含氯或含氮的气体物质，以及高浓度挥发性有机物在生物净化过程中会出现酸化现象，使得反应器内的pH显著降低，引起单一式废气净化处理反应器处理性能的下降，通常采用加碱等方法调整pH，因此利用上述的设备处理这些气体时效果不稳定，操作复杂。在低pH条件下，嗜酸性或对酸性条件有偏好的微生物，比如真菌会大量生长，即使pH降的很低的情况下它们的代谢活性也不会改变很多。另外不同的污染物质的净化往往需要不同类型的微生物，比如降解硫化氢气体的微生物往往是嗜酸的，细菌易于降解亲水性的气体污染物，而利用真菌降解疏水性的物质具有较大的优势。
对于处理疏水性以及含硫、含氮等生物降解产酸物质的处理，在低pH条件下，可能有较好的处理效果。在低pH条件下，嗜酸性细菌和真菌大量生长，真菌是典型的气生型微生物，真菌菌丝在生物滤池中直接与流动气体接触，污染物可以直接传输进入细胞表面，这样有利于疏水性物质的吸附。真菌对于干燥环境或强酸性环境具有较强的耐受能力，这样可有效避免疏水性有机物传质和降解速率低的问题，特别适合于疏水性物质的去除。同时，嗜酸性细菌在低pH下仍有较好的活性和降解能力，因此可以解决含硫、含氮等生物降解产酸物质引起的pH下降和微生物活性降低的问题。
考虑到以往的废气生物净化器的不足和嗜酸性细菌和真菌各自的优点，本发明提出一种新型的低pH废气生物净化反应器，提高生物难降解物质废气的处理效果，节省占地面积，节省投资和处理费用。
发明内容
本发明的目的在于克服常规废气生物净化反应器处理难降解废气时的缺陷，提供一种低pH生物反应器废气生物净化反应器，能有效地将废气中的多种难降解污染物的彻底降解，减小了反应器占地面积。
本发明的另一目的是提供一种利用低pH废气生物净化反应器进行废气处理的方法。
本发明的一种低pH废气生物净化反应器，为分区式结构，由曝气反应区、强酸性生物反应区和弱酸性生物反应区组成，废气依次经过这三个区域，最后净化后的废气从弱酸性生物反应区上部的排气口排出。其中：
三个区域之间以两块气体分布板相连接，分布板上开有气液流通孔，气体分布板同时起支撑填料作用。
在曝气反应区下部的侧壁上开有进气口及安装有穿孔管，内部填充轻质悬浮填料，上部的侧壁上开有排水口。
在强酸性生物反应区内装有耐强酸惰性填料，pH保持在2.0-4.0，在该喷淋液进口处安装有一连接喷头的管路，该喷头在强酸性生物反应区填料的上方。
弱酸性生物反应区内装有耐弱酸惰性填料，pH保持在4.0-6.0，侧壁上开有出气口，在该喷淋液进口处安装有一连接喷头的管路，该喷头在弱酸性生物反应区填料的上方。
本发明的利用一种利用低pH废气生物净化反应器进行废气处理的方法，废气从曝气反应区下部的进气口经由气体穿孔管进入曝气反应区，发生液相吸收和生物降解反应，处理后的气体经过液相后再向上流动，经由气体分布板进入强酸性生物反应区，强酸性生物反应区在pH2.0-4.0下运行，废气中的大部分产酸气体污染物被反应区填料上的嗜酸性细菌降解，气体负荷大大降低；未被降解的气体污染物和代谢中间产物经由气体分布板继续进入弱酸性生物反应区内，弱酸性生物反应区在pH4.0-6.0下运行，大部分疏水性气体污染物被反应区填料上真菌降解，净化后的气体从弱酸性生物反应区上部的排气口排出，多余的加湿液从底部的排水口排出。
所述的曝气反应区的液体液面高度高于进气口，低于排水口。
所述的强酸性生物反应区的轻质填料为聚氨酯海绵块，粒径为3-5mm，填料上接种嗜酸性硫氧化细菌。填料pH和湿度分别由酸碱度控制组件和湿度计在线监测和控制，pH和湿度的范围分别控制在2.0-4.0和50-70％。
所述的弱酸性生物反应区的轻质填料为聚丙烯小球，粒径为2-4mm，填料上接种青霉、木霉和曲霉真菌微生物。pH和湿度分别由酸碱度控制组件和湿度计在线监测和控制，pH和湿度的范围分别控制在4.0-6.0和35-60％。
本发明的特点是生物处理装置由曝气反应区、强酸性生物反应区和弱酸性生物反应区组成，它们协同作用共同完成废气污染物的降解。废气首先进入曝气反应区，该区域装填有轻质填料，气体发生液相吸收和生物降解反应，处理后的气体经过液相后再向上流动，经由气体分布板进入强酸性生物反应区，强酸性生物反应区在pH2.0-4.0下运行，上面生长有嗜酸性细菌，废气中大部分的污染物与嗜酸细菌，这样将嗜酸性细菌单独分开培养和使用，能有效发挥嗜酸性细菌的优势和作用。废气中的大部分产酸气体污染物被反应区填料上的嗜酸性细菌降解，气体负荷大大降低；未被降解的气体污染物和代谢中间产物经由气体分布板继续进入弱酸性生物反应区内，弱酸性生物反应区在pH4.0-6.0下运行，大部分疏水性气体污染物被反应区填料上真菌降解。
嗜酸性菌和真菌可以在酸性条件下较好的发挥降解作用，嗜酸性菌可以在较低pH条件下高效降解硫化氢等降解产酸的物质，而真菌体内可以分泌较多的酶类，对于疏水性物质和某些难降解的有机物有较好的降解作用；净化后的气体从弱酸性生物反应区上部的排气口排出，多余的加湿液从底部的排水口排出。本发明将嗜酸性细菌和真菌分开，还可以避免两类菌的竞争性抑制作用，不同类型的微生物反应器的不同功能区内生长，能够同时去除废气中产酸、疏水性和亲水性型的污染物质。本发明将液相吸收作用、嗜酸性细菌和真菌的优势结合起来，使废气中易溶性物质和疏水性物质能够得到彻底的降解，结构紧凑、构造简洁，运行操作与维护简单，投资和运行费用低。本发明中的一种低pH生物反应器废气生物净化反应器由液相吸收区和不同低pH范围的生物反应区组成，能够降解水溶性和生物降解性不同的各类废气物质，无需循环水，营养液是定期供给，喷淋次数少，运行操作与维护简单。另外，此反应器还有结构紧凑，投资和运行费用较低，无二次污染等特点。
本发明的设备具有如下优点：
1.将生物吸收和生物降解作用以及嗜酸性细菌和真菌微生物的优势相结合，构建出一种低pH生物反应器废气生物净化反应器。该反应器结构紧凑，占地面积小，运行操作与维护简单，无二次污染。
2.气体首先经过曝气反应区，废气物质在曝气反应区内发生液相吸收和生物降解作用，同时还得到加湿，避免了单独增设气体加湿设备。
3.通过设置不同生物反应区pH的不同，将嗜酸性细菌和真菌分开，分别创造最适宜其生长、代谢的条件，既可以有效发挥两类菌的优势和作用，又可以避免pH的变化对微生物代谢的影响。可使不同类型的微生物分别在两个生物反应区内生长，能够同时去除废气中产酸物质和疏水性型的挥发性有机污染物。
附图说明
图1.本发明设备的示意图。
附图标记
1.进气口 2.穿孔管
3.曝气反应区 4.轻质悬浮填料
5.液面 6.排水口
7.气体分布板 8.强酸性生物反应区
9.耐强酸性惰性填料 10.酸碱度控制组件
11.喷淋液进口 12.喷淋头
13.弱酸性生物反应区 14.耐弱酸性惰性填料
15.出气口
具体实施方式
实施例1.
请参见图1。有机玻璃制成一种低pH废气生物净化反应器，其基本结构为圆柱体型，直径为200mm，总体积为24L，由2块气体分布板7将其依次向上分割为曝气反应区3、强酸性生物反应区8和弱酸性生物反应区13三部分；
在曝气反应区3下部的侧壁上开有进气口1及安装有穿孔管2，内部填充轻质悬浮填料4，上部的侧壁上开有排水口6。
在强酸性生物反应区8内装有耐强酸惰性填料9，pH保持在2.0-4.0，在该喷淋液进口11处安装有一连接喷淋头12的管路，该喷淋头在耐强酸性惰性填料9的上方。
弱酸性生物反应区13内装有耐弱酸惰性填料14，pH保持在4.0-6.0，侧壁上开有出气口在该喷淋液进口11处安装有一连接喷淋头12的管路，该喷头在耐弱酸性惰性填料14的上方。
所述的曝气反应区3的液体液面5高度高于进气口1，低于排水口6。
所述的强酸性生物反应区8的轻质填料为聚氨酯海绵块，粒径为3-5mm，填料上接种嗜酸性硫氧化细菌。填料pH和湿度分别由酸碱度控制组件10和湿度计在线监测和控制，pH和湿度的范围分别控制在2.0-4.0和50-70％。
所述的弱酸性生物反应区13的轻质填料为聚丙烯小球，粒径为2-4mm，填料上接种青霉、木霉和曲霉真菌微生物。pH和湿度分别由酸碱度控制组件10和湿度计在线监测和控制，pH和湿度的范围分别控制在4.0-6.0和35-60％。
废气从曝气反应区3下部的进气口1经由气体穿孔管2进入曝气反应区3，发生液相吸收和生物降解反应，处理后的气体经过液相后再向上流动，经由气体分布板7进入强酸性生物反应区8，强酸性生物反应区8在pH2.0-4.0下运行，废气中的大部分产酸气体污染物被耐强酸性惰性填料9上的嗜酸性细菌降解，气体负荷大大降低；未被降解的气体污染物和代谢中间产物经由气体分布板7继续进入弱酸性生物反应区13内，弱酸性生物反应区13在pH4.0-6.0下运行，大部分在强酸性生物反应区未被降解的气体污染物被耐弱酸惰性填料14上生长的真菌降解，净化后的气体从弱酸性生物反应区13上部的出气口15排出，多余的加湿液从底部的排水口6排出。
进气硫化氢、甲硫醇、氨和甲苯浓度分别为12.0mg/m3，3.1mg/m3，12.7mg/m3和60.5mg/m3的混合废气，停留时间为40s，室温(25℃)条件下操作时，出气口的硫化氢、甲硫醇、氨和甲苯浓度分别为0mg/m3，0.001mg/m3，0.01mg/m3和0.03mg/m3，去除率均在99.9％以上。
Claims (7)
1.一种低pH废气生物净化反应器，为分区式结构，主要由曝气反应区、强酸性生物反应区和弱酸性生物反应区组成，其特征是：
三个区域之间以两块气体分布板相连接，分布板上开有气液流通孔，分布板同时起支撑填料作用。
在曝气反应区下部的侧壁上开有进气口及安装有穿孔管，内部填充轻质悬浮填料，上部的侧壁上开有排水口。
在强酸性生物反应区内装有耐强酸惰性填料，pH保持在2.0-4.0，在该喷淋液进口处安装有一连接喷头的管路，该喷头在生物反应区填料的上方。
弱酸性生物反应区内装有耐弱酸惰性填料，pH保持在4.0-6.0，侧壁上开有出气口在该喷淋液进口处安装有一连接喷头的管路，该喷头在生物反应区填料的上方。
2.根据权利要求1所述的反应器，其特征是：所述的曝气反应区为悬浮生物反应区，内部填充直径为3-5mm的轻质聚丙烯球形填料，悬浮生物反应区下部的侧壁上开有一进气口。在进气口内端口处安装有穿孔管，穿孔管上均匀布置孔径为2-3mm的一字形孔，反应区下部另一侧壁设置有排水口。
3.根据权利要求1所述的反应器，其特征是：强酸性生物反应区和弱酸性生物反应区内均安装有电极式酸碱度控制组件。
4.一种利用权利要求1～3任一项所述的反应器进行废气处理的方法，其特征是：废气从曝气反应区下部的进气口经由气体穿孔管进入曝气反应区，发生液相吸收和生物降解反应，处理后的气体经过液相后再向上流动，经由气体分布板进入强酸性生物反应区，强酸性生物反应区在pH2.0-4.0下运行，废气中的大部分产酸气体污染物被反应区填料上的嗜酸性细菌降解，气体负荷大大降低；未被降解的气体污染物和代谢中间产物经由气体分布板继续进入弱酸性生物反应区内，弱酸性生物反应区在pH4.0-6.0下运行，大部分疏水性气体污染物被反应区填料上真菌降解，净化后的气体从弱酸性生物反应区上部的排气口排出，多余的加湿液从底部的排水口排出。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征是：所述的曝气反应区的液体液面高度高于进气口，低于排水口。其中，进气口在悬浮液面以下，高度为距离反应器底部20-30mm，排水口高度在悬浮液面以上20mm处。
6.根据权利要求4所述的一种低pH废气生物净化反应器，其特征在于：所述的强酸性生物反应区的轻质填料为聚氨酯海绵块，粒径为3-5mm，填料上接种嗜酸性硫氧化细菌。填料pH和湿度分别由酸碱度控制组件和湿度计在线监测和控制，pH和湿度的范围分别控制在2.0-4.0和50-70％。
7.根据权利要求4所述的一种低pH废气生物净化反应器，其特征在于：所述的弱酸性生物反应区的轻质填料为聚丙烯小球，粒径为2-4mm，填料上接种青霉、木霉和曲霉真菌微生物。pH和湿度分别由酸碱度控制组件和湿度计在线监测和控制，pH和湿度的范围分别控制在4.0-6.0和35-60％。
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