CN105879659A - 一种石化工业废气的VOCs净化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种石化工业废气的VOCs净化方法，创造性的利用了蜡蚧轮枝菌KM9083菌株对较高浓度VOCs的适应性及其生物活性降解作用，将废气中的VOCs成分最终分解为H2O和CO2，其对VOCs的生物降解效能可满足工业废气的净化处理要求。同时，利用苯甲酮‑六甲基磷酰三胺组合的抗紫外线辐射防护作用，将该药剂预先添加到蜡蚧轮枝菌KM9083菌株中，可有效防止紫外线对上述菌株的生物抑制作用。
Description
技术领域
本发明涉及一种石化工业废气的VOCs净化方法，属于环境保护中的废气处理领域。
背景技术
VOCs是挥发性有机化合物（volatile organic compounds）的英文缩写。典型的VOCs排放源可分为人为排放源（包括固定源与移动源）和自然排放源（包括生物源与非生物源）两类，其中以人为排放源为主，多半为石油化工相关产业的生产过程、产品消费行为以及机动车尾气造成。VOCs的成分复杂，对人体的危害大，所具有的特殊气味能导致人体的种种不适感，并具有毒性和刺激性。已知许多VOCs具有神经毒性、肾脏和肝脏毒性，甚至具有致癌作用，能损害血液成分和心血管系统，引起胃肠道紊乱，诱发免疫系统、内分泌系统及造血系统疾病，造成代谢缺陷。空气中多种VOCs会同时作用于人体，产生累积效应，其危害程度大大增加。
传统的VOCs控制技术基本可分为两大类：回收技术和销毁技术。回收技术是根据VOCs本身的性质，通过物理方法，在一定的温度和压力下，使用吸收、吸附剂及选择性渗透膜等实现VOCs的分离，主要包括吸收法、吸附法、冷凝法及膜分离法。而销毁技术则是采用化学或生物方法，使VOCs气体分子转变为小分子的水和二氧化碳，主要包括燃烧法和生物法。
（1）吸收法：吸收法净化VOCs的方法是利用液态吸收剂处理混合气体，混合气体中的一种或几种气体组分溶解于液体中，或与吸收液中的组分发生选择性化学反应，除去其中一种或几种气体的过程，从而达到控制大气污染的一种方法。此方法适合于大气量、中等浓度的含VOCs废气的处理。
（3）吸附法：吸附法是利用多孔性固体吸附剂处理含VOCs的气态混合物，利用固体表面的不平衡的化学键力或分子引力，使其中的一种或多种组分浓缩于固体表面上，以达到分离的目的。常用的吸附剂有活性炭、活性炭纤维、活性氧化铝、分子筛以及沸石等。
（3）燃烧法：通过燃烧方法将VOCs转化为二氧化碳、水以及氯化氢等无毒或毒性小的无机物的过程，称为燃烧净化法，其化学作用主要是燃烧氧化和高温下的热分解作用。此方法适用于治理可燃的或在高温情况下可以分解的有害气体。燃烧法的优点是去除率较高，一般在95%以上；缺点是直接燃烧法容易发生爆炸，浪费热能且易产生二次污染，热力燃烧法运行费用较高。
（4）冷凝法：冷凝法是利用VOCs在不同的温度和压力下具有不同的饱和蒸汽压，通过降低温度和增加压力，使处于蒸汽状态的污染物凝结出来，使其得以净化和回收。该方法优点是设备工艺简单，能耗低，可回收有用成分；缺点是不适宜处理低浓度的有机气体，对入口VOCs要求严格，冷却温度较低时，耗电量较大。
（5）生物法：生物法是在适宜的环境条件下，利用微生物的生命活动将VOCs气体中的有害物质转变成简单的无机物（CO2、H2O）及细胞物质等的过程。常见的生物法处理VOCS的方法有：生物洗涤法、生物过滤法和生物滴滤法。生物法的优点是去除率高，投资少，设备简单，运行费用低，较少形成二次污染，应用范围广；缺点是微生物对环境要求较高，压损较大，抗冲击负荷能力较差，设备体积大，不适用于高卤素化合物的去除。
（6）膜分离法：膜分离法是利用在压力差的推动下，气体透过膜的速率不同，从而将气体混合物分离的过程。膜分离法的优点是选择性好，适应性强，能耗低，无相态变化，可回收有用成分；缺点是投资大，对膜的依赖性强；对膜的表面控制要求较高，膜分离装置操作要求高。
目前，国内外采用的有机废气处理方法包括吸收、吸附、冷凝、燃烧和生物技术等以上介绍的方法，但其都存在投资大、周期长、运行费用高等缺点，且处理效果也难以满足日益严格的排放要求。为此，需要寻找新的方法和途径来解决这一难题。
发明内容
为了解决现有技术中存在的诸多问题，本发明提供了一种石化工业废气的VOCs净化方法，含有VOCs的石化工业废气通过气体管路进入余热交换器，在此经过热交换作用使过热的废气得到降温和稳定，余热交换器的出口通过气体管路连接气体过热保护装置，气体过热保护装置的出口通过气体管路连接热式气体质量流量计，热式气体质量流量计的出口通过气体管路连接混合气体流量调节阀，通过导入空气的方法调整废气中VOCs的浓度，并对废气进行精确的稀释降温，混合气体流量调节阀的出口通过气体管路连接布袋式除尘器，在此除去废气中的颗粒污染物，防止磨损或阻塞后端处理装置，布袋式除尘器的出口通过气体管路连接脉冲紫外活化-微生物降解反应器，脉冲紫外活化-微生物降解反应器的出口通过气体管路连接烟气水洗净化塔，在此对处理后的废气进行进一步的水洗净化和冷却，烟气水洗冷却塔的出口通过气体管路连接引风机，引风机的出口通过气体管路连通大气环境。
其中，安装于反应器顶部的菌液槽中储存有蜡蚧轮枝菌液和苯甲酮-六甲基磷酰三胺合剂的混合溶液，同时，不锈钢中空轴体内部填充有多孔导液管，并与菌液槽相连，可通过毛细传导作用将上述混合溶液传导至每一条纯棉多孔纤维条上，使微生物降解反应得以持续进行。
其脉冲紫外活化-微生物降解反应器的工作压力范围为0.03~0.70MPa，工作温度范围为20~42℃，有效容积为260m3。
其脉冲紫外活化-微生物降解反应器，脉冲式紫外灯的工作电压为25V，功率为45W，其发光光谱能量主要集中于340nm波长处，平均使用寿命可达2000小时。
其脉冲紫外活化-微生物降解反应器，纯棉多孔纤维条采用长绒棉制成，纤维长度大于33mm，线密度为7500公支左右，强力大于5.2cN。
通过本系统处理后的废气，其VOCs的去除效率可达99.8%。
本发明的优点在于：
（1）本方法摆脱了现有的工业废气VOCs治理模式，创造性的利用了蜡蚧轮枝菌对较高浓度VOCs的适应性及其生物活性降解作用，在结合使用脉冲式紫外线照射活化的条件下，上述菌株可以发挥更为高效的VOCs降解作用，其对VOCs的生物降解效能可满足工业废气的净化处理要求。该方法是一种非常有针对性的处理方法，其处理效率可达到98.8%。
（2）本方法充分利用了苯甲酮和六甲基磷酰三胺混合试剂的抗紫外线辐射防护作用，将之预先添加至菌株中，可有效防止紫外线对上述菌株的生物抑制作用，彻底解决了菌类微生物无法在紫外线照射下存活的技术难题。
（3）本方法采用了纯棉多孔纤维作为菌株载体，一方面具备良好的液体传导性能，可以使菌株溶液均匀分布；另一方面，还可以防止静电的产生，从根本上杜绝了由静电火化造成的VOCs气体爆炸的危险。
（4）本方法技术路线先进，设备占地面积较小，并且处理效果良好，运行维护成本很低，有利于大范围推广应用。
附图说明
图1是本发明的设备示意图。
图中：1-余热交换器、2-气体过热保护装置、3-热式气体质量流量计、4-混合气体流量调节阀、5-布袋式除尘器、6-脉冲紫外活化-微生物降解反应器、7-烟气水洗净化塔、8-引风机
图2是脉冲紫外活化-微生物降解反应器的示意图。
61-进气阀门、62-脉冲式紫外灯、63-纯棉多孔纤维条、64-不锈钢中空轴体、65-多孔导液管、66-菌液槽、67-驱动电机、68-排气阀门
具体实施方式
如图1所示，石化工业废气的VOCs净化方法，含有VOCs的石化工业废气通过气体管路进入余热交换器1，在此经过热交换作用使过热的废气得到降温和稳定，并且得到的剩余热量可供利用，余热交换器1的出口通过气体管路连接气体过热保护装置2，其作用是当余热交换器1故障或经热交换后的废气温度依旧过高时，可暂时切断气路，起到保护后端处理装置的作用，气体过热保护装置2的出口通过气体管路连接热式气体质量流量计3，可对废气流量、流速等信息进行实时监控记录，热式气体质量流量计3的出口通过气体管路连接混合气体流量调节阀4，通过导入空气的方法调整废气中VOCs的实际浓度，并对废气进行精确的稀释降温，混合气体流量调节阀4的出口通过气体管路连接布袋式除尘器5，在此除去废气中的颗粒污染物，防止磨损或阻塞后端处理装置，布袋式除尘器5的出口通过气体管路连接脉冲紫外活化-微生物降解反应器6，脉冲紫外活化-微生物降解反应器6的出口通过气体管路连接烟气水洗净化塔7，在此对处理后的废气进行进一步的水洗净化和冷却，烟气水洗冷却塔7的出口通过气体管路连接引风机8，引风机8的出口通过气体管路连通大气环境；其中，脉冲紫外活化-微生物降解反应器6由硬质不锈钢制成，其左侧上部设有进气阀门61，右侧下部设有排气阀门68，反应器左、右两侧壁上各安装有1支脉冲式紫外灯62，反应器底部安装有1台驱动电机67，其上连接1套不锈钢中空轴体64，不锈钢中空轴体64内部填充有多孔导液管65，多孔导液管65与固定于不锈钢中空轴体64外部的纯棉多孔纤维条63相连，并且，多孔导液管65还与安装于反应器顶部的菌液槽66相连；含有VOCs的废气通过位于脉冲紫外活化-微生物降解反应器6左上部的进气阀门61进入反应器内部，此时位于反应器左、右两侧壁上的脉冲式紫外灯62开启，能够以脉冲式的工作方式，间歇性的向反应器内部辐射紫外线，同时，位于反应器底部的驱动电机67开启，带动位于反应器中央的不锈钢中空轴体64以一定转速开始转动，固定于不锈钢中空轴体64上的若干纯棉多孔纤维条63在离心力的作用下被甩起，与反应器内部废气发生充分的接触，纯棉多孔纤维条63上附着的蜡蚧轮枝菌在脉冲式紫外线照射活化作用与苯甲酮-六甲基磷酰三胺合剂的紫外线防护作用下，会发生高效率的生物呼吸作用，将废气中的VOCs成分最终分解为H2O和CO2，经过生物降解净化处理后的废气通过位于脉冲紫外活化-微生物降解反应器6右下部的排气阀门68排出反应器，进入下一处理工序；其中，安装于反应器顶部的菌液槽66中储存有蜡蚧轮枝菌液和苯甲酮-六甲基磷酰三胺合剂的混合溶液，同时，不锈钢中空轴体64内部填充有多孔导液管65，并与菌液槽66相连，可通过毛细传导作用将上述混合溶液传导至每一条纯棉多孔纤维条63上，使微生物降解反应得以持续进行；其中，脉冲紫外活化-微生物降解反应器6的工作压力范围为0.03~0.70MPa，工作温度范围为20~42℃，有效容积为260m3；其中，脉冲紫外活化-微生物降解反应器6，其脉冲式紫外灯62的工作电压为25V，功率为45W，其发光光谱能量主要集中于340nm波长处，平均使用寿命可达2000小时；其中，脉冲紫外活化-微生物降解反应器6，其纯棉多孔纤维条63采用长绒棉制成，纤维长度大于33mm，线密度为7500公支左右，强力大于5.2cN。
通过本系统处理后的废气，其VOCs的去除效率可达99.8%。
Claims (6)
1.一种石化工业废气的VOCs净化方法，其特征在于，含有VOCs的石化工业废气通过气体管路进入余热交换器，在此经过热交换作用使过热的废气得到降温和稳定，余热交换器的出口通过气体管路连接气体过热保护装置，气体过热保护装置的出口通过气体管路连接热式气体质量流量计，热式气体质量流量计的出口通过气体管路连接混合气体流量调节阀，通过导入空气的方法调整废气中VOCs的浓度，并对废气进行精确的稀释降温，混合气体流量调节阀的出口通过气体管路连接布袋式除尘器，在此除去废气中的颗粒污染物，防止磨损或阻塞后端处理装置，布袋式除尘器的出口通过气体管路连接脉冲紫外活化-微生物降解反应器，脉冲紫外活化-微生物降解反应器的出口通过气体管路连接烟气水洗净化塔，在此对处理后的废气进行进一步的水洗净化和冷却，烟气水洗冷却塔的出口通过气体管路连接引风机，引风机的出口通过气体管路连通大气环境。
2.根据权利要求1所述的石化工业废气的VOCs净化方法，其特征在于，含有VOCs的废气通过位于脉冲紫外活化-微生物降解反应器左上部的进气阀门进入反应器内部，此时位于反应器左、右两侧壁上的脉冲式紫外灯开启，能够以脉冲式的工作方式，间歇性的向反应器内部辐射紫外线，同时位于反应器底部的驱动电机开启，带动位于反应器中央的不锈钢中空轴体以一定转速开始转动，固定于不锈钢中空轴体上的若干纯棉多孔纤维条在离心力的作用下被甩起，与反应器内部废气发生充分的接触，纯棉多孔纤维条上附着的蜡蚧轮枝菌在脉冲式紫外线照射活化作用与苯甲酮-六甲基磷酰三胺合剂的紫外线防护作用下，会发生高效率的生物呼吸作用，将废气中的VOCs成分最终分解为H2O和CO2，经过生物降解净化处理后的废气通过位于脉冲紫外活化-微生物降解反应器右下部的排气阀门排出反应器，进入下一处理工序。
3.根据权利要求1所述的石化工业废气的VOCs净化方法，其特征在于，安装于反应器顶部的菌液槽中储存有蜡蚧轮枝菌液和苯甲酮-六甲基磷酰三胺合剂的混合溶液，同时，不锈钢中空轴体内部填充有多孔导液管，并与菌液槽相连，通过毛细传导作用将上述混合溶液传导至每一条纯棉多孔纤维条上，使微生物降解反应得以持续进行。
4.根据权利要求1所述的石化工业废气的VOCs净化方法，其特征在于，脉冲紫外活化-微生物降解反应器的工作压力范围约为0.03~0.70MPa，工作温度范围为20~42℃，有效容积为260m3。
5.根据权利要求1所述的石化工业废气的VOCs净化方法，其特征在于，脉冲紫外活化-微生物降解反应器的脉冲式紫外灯的工作电压为25V，功率为45W，其发光光谱能量主要集中于340nm波长处，平均使用寿命可达2000小时。
6.根据权利要求1所述的石化工业废气的VOCs净化方法，其特征在于，脉冲紫外活化-微生物降解反应器的纯棉多孔纤维条采用长绒棉制成，纤维长度大于33mm，线密度为7500公支左右，强力大于5.2cN。
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