CN106621792B - 一种用于VOCs和恶臭气体处理的内循环生物流化床系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于VOCs和恶臭气体处理的内循环生物流化床系统，包括采用内外套筒结构的生物流化床反应器，内层套筒用于形成流化填料的升流区，外层套筒作为流化填料的降流区，填料为高分子轻质填料，生物流化床反应器的进气口位于底部，与加湿单元连接，反应器内填料处于流化状态且表面附着有微生物，VOCs和恶臭气体经过反应器，经传质和降解过程被微生物去除，加湿单元向气体中均匀输送水分、营养物质；填料具有轻质、易流化的特点；内循环套筒反应器结构可保证填料在较低气速即可流化，且反应器压降较低，本发明克服了传统废气生物净化装置存在的传质效率低、微生物分布不均匀等弊端，可用于工业、市政、农业等领域的VOCs和恶臭气体净化。

Description

一种用于VOCs和恶臭气体处理的内循环生物流化床系统
技术领域
本发明属于含VOCs和恶臭废气的处理技术领域，特别涉及一种用于VOCs和恶臭气体处理的内循环生物流化床系统。
背景技术
大气污染是目前最突出的环境问题之一。特别是近年来，挥发性有机物(VolatileOrganic Compounds,VOCs)和恶臭废气的大量排放引起了城市灰霾、光化学烟雾等区域大气环境问题，严重干扰了居民的日常生活，威胁人类健康与生态安全。“十三五”规划将VOCs纳入总量控制指标，到2020年排放量要下降到10％以上。2016年，上海、北京、广东等多省市已启动征收VOCs排放费。因此，研究工业VOCs和恶臭废气有效处理技术成为了目前科学研究的热点之一。而含VOCs及恶臭废气因其成分复杂，浓度较低，波动较大等因素限制了常规的方法处理或降解，而废气生物净化技术的应用获得了较好的效果。
但随着生物净化技术的应用，其一系列弊端也逐渐暴露出来。首先，在固定化床层填料表面，微观气速低、气-固-液界面较为稳定、界面更新较慢，传质系数和传质速率低，阻碍了污染物分子的降解。其次，由于污染物浓度沿固定填料层递减，进气端填料层生物量会明显高于出气端。即使在同一高度填料层，由于喷淋液分布不均匀，部分填料表面由于过度干燥而无法形成有效的生物膜，微生物分布不均匀的状况会影响反应器气流分布、降低污染物去除效率、形成堵塞并提高压降。因此，传质效率低和微生物分布不均匀已经成为固定填料层的两大弊端。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于VOCs和恶臭气体处理的内循环生物流化床系统，传质效率大大提高，且微生物分布均匀，从而使得处理效果提升，且运行费用降低；本发明工艺简单，装置轻便，经济高效，克服了传统废气生物净化装置存在的传质效率低、微生物分布不均匀的弊端，可用于工业、市政、农业等领域的VOCs和恶臭气体净化。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种用于VOCs和恶臭气体处理的内循环生物流化床系统，包括采用内外套筒结构的生物流化床反应器，其中，内套筒用于形成流化填料的升流区，内套筒外壁与外套筒内壁之间作为流化填料的降流区，生物流化床反应器中的填料层2为高分子轻质填料，生物流化床反应器的进气口4位于底部，与加湿单元5连接。
所述生物流化床反应器的内层套筒直径为外层套筒直径的0.6-0.8倍，或者内筒横截面积是反应器横截面积的30％-70％。
所述生物流化床反应器中设置竖直的内层套筒7作为内套筒，反应器外壳作为外套筒，进气口4设置在内层套筒7的底部，流化填料在内层套筒7中上升至顶端后从顶部悬空处流出，再向下流动至底端后从内层套筒7底部悬空处回流，实现循环，所述内层套筒7的中部通过隔板支架8连接在生物流化床反应器的侧壁上。所述内层套筒7可以有多个，均布在生物流化床反应器中。
所述生物流化床反应器的内层套筒顶部应距离反应器顶部高度差50cm以上，底部距离反应器底部高度差30cm以上，从而使在内层套筒顶端跃出的填料颗粒因重力作用而回流到外层套筒，实现内部循环。
所述生物流化床反应器的进气口4设置带孔隔板3，用于在反应器停止运行时防止填料进入进气管道。进气口4距离内层套筒底部高度差不超过10cm。
所述高分子轻质填料为泡沫聚苯乙烯或泡沫聚丙烯，堆积密度0.005～0.05kg/L，填料颗粒粒径为0.5-5.0mm，通过接种，填料表面可附着生长微生物，微生物菌种采用对相应VOCs或恶臭物质具备强降解能力的细菌或真菌。真菌对干燥和酸性环境具有更加强的耐受能力。
通入气流时，当内筒流速达到0.2m/s时，填料可实现流化状态。可保持整个反应器平均空塔气速在0.1-0.3m/s范围内，同时压降控制在200-500Pa/m。
所述加湿单元5采用超声波雾化或喷雾加湿方式，通过加湿单元5向气体中添加水分和营养盐，加湿后气体湿度不低于95％，其中含有微小液滴，内含无机氮、磷和微量营养元素，供微生物生长所需。
所述加湿单元5采用连续运行或间歇运行方式，间歇运行的时间用时间控制器6加以控制。
与现有技术相比，本发明的采用了高分子轻质填料，生物流化床反应器内部附着有微生物的填料处于流化状态，且在反应器内部循环，使气-固-液界面不断更新，微观表面气速加大，颗粒之间接触和碰撞几率增加，有利于污染物的传质和微生物的扩散，加快生化反应和污染物的降解与去除。同时，由于填料的流化实现了微生物分布均匀度提高，有效避免了生物量过于集中导致的气流不均匀、填料层堵塞与压降升高等现象，克服了现有生物处理方法的缺陷。所采用的超声波或喷雾加湿方法可以向气体中均匀添加水分、营养盐，支持微生物的生长和代谢。与传统生物固定床反应器相比，生物流化床的VOCs和恶臭处理效率高、稳定运行时间长、压降和运行费用低。
附图说明
图1是本发明结构示意图(侧视图)。
图2是图1中虚线处的截面图。
图3是有多个进气口的生物流化床示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
如图1和图2所示，本发明为一种用于VOCs和恶臭气体处理的内循环生物流化床系统，生物流化床反应器采用内外套筒结构，其中，内层套筒7用于形成流化填料的升流区，套筒外层作为流化填料的降流区，生物流化床反应器中的填料层2为高分子轻质填料，生物流化床反应器的进气口4位于底部，与加湿单元5连接，出气口1位于顶部，与进气口4对应。
其中，生物流化床反应器的内层套筒顶部应距离反应器顶部高度差50cm以上，底部距离反应器底部高度差30cm以上，从而使在内层套筒顶端跃出的填料颗粒因重力作用而回流到外层套筒，实现内部循环，内层套筒直径为外层套筒直径的0.6-0.8倍。
具体地，生物流化床反应器中设置竖直的内层套筒7，将反应器内部分为套筒内、外区域，进气口4设置在内层套筒的底部，流化填料在内层套筒7中上升至顶端后从顶部悬空处流出套筒，再向下从底部悬空处回流至内层套筒7，实现循环，所述内层套筒7的中部通过隔板支架8连接在生物流化床反应器的侧壁上。
在生物流化床反应器的进气口4设置带孔隔板3，用于在反应器停止运行时防止填料进入进气管道。进气口4距离内层套筒底部高度差不超过10cm。
本发明中，选择高分子轻质填料(泡沫聚苯乙烯、泡沫聚丙烯等)为轻质易流化材料，堆积密度0.005～0.05kg/L，填料颗粒粒径为0.5-5.0mm，通过接种，填料表面可附着生长微生物，微生物菌种采用对相应VOCs或恶臭物质具备强降解能力的真菌。真菌对干燥和酸性环境具有更加强的耐受能力。
通入气流时，当内层套筒流速达到0.2m/s时，填料可实现流化状态。可保持整个反应器平均空塔气速在0.1-0.3m/s范围内，同时压降控制在200-500Pa/m。
加湿单元5采用超声波雾化或喷雾加湿方式，通过加湿单元5向气体中添加水分和营养盐，加湿后气体湿度不低于95％，其中含有微小液滴，内含无机氮、磷和微量营养元素，供微生物生长所需。加湿单元5采用连续运行或间歇运行方式，间歇运行的时间用时间控制器6加以控制。可通过进水口9和出水口10对加湿单元5内营养液进行添加和更换。
本发明中，内层套筒7可以有多个，均布在生物流化床反应器中，此时，加湿单元5通过多个并联的进气口4分别向各个内层套筒7进行加湿。
本发明VOCs气体生物流化床处理工艺的启动流程如下：
1)将填料装入反应器。
2)接种。将真菌孢子悬浊液、水、营养盐加入加湿单元。
3)启动。通入含VOCs和恶臭物质气体，使填料床成功流化。开启加湿单元。经过1-3天，微生物在填料表面附着并生长。完成启动。
在本发明的一个实施例中，构建了以泡沫聚苯乙烯(粒径1-2mm)为填料的生物流化床，接种真菌，流化床内平均空塔气速0.2m/s，气体停留时间为5s，采用超声波加湿方式，加湿系统每10分钟进行加湿25秒，以保证微生物生长所需水分和无机盐。进气中含有500～700mg/m3的乙醇，经生物流化床处理后，出口浓度低于50mg/m3，去除率大于90％。填料层压降不超过300Pa/m。

Claims (9)

1.一种用于VOCs和恶臭气体处理的内循环生物流化床系统，包括采用内外套筒结构的生物流化床反应器，其中，内套筒用于形成流化填料的升流区，内套筒外壁与外套筒内壁之间作为流化填料的降流区，生物流化床反应器中的填料层(2)为高分子轻质填料，生物流化床反应器的进气口(4)位于底部，与加湿单元(5)连接，其特征在于，所述高分子轻质填料为泡沫聚苯乙烯或泡沫聚丙烯，堆积密度0.005～0.05kg/L，填料颗粒粒径为0.5-5.0mm，通过接种，填料表面可附着生长微生物，微生物菌种采用对相应VOCs或恶臭物质具备强降解能力的真菌。
2.根据权利要求1所述用于VOCs和恶臭气体处理的内循环生物流化床系统，其特征在于，所述生物流化床反应器的内套筒直径为外套筒直径的0.6-0.8倍。
3.根据权利要求1所述用于VOCs和恶臭气体处理的内循环生物流化床系统，其特征在于，所述生物流化床反应器中设置竖直的内层套筒(7)作为内套筒，反应器外壳作为外套筒，进气口(4)设置在内层套筒(7)的底部，流化填料在内层套筒(7)中上升至顶端后从顶部悬空处流出，再向下流动至底端后从内层套筒(7)底部悬空处回流，实现循环，所述内层套筒(7)的中部通过隔板支架(8)连接在生物流化床反应器的侧壁上。
4.根据权利要求3所述用于VOCs和恶臭气体处理的内循环生物流化床系统，其特征在于，所述内层套筒(7)有多个，均布在生物流化床反应器中。
5.根据权利要求1所述用于VOCs和恶臭气体处理的内循环生物流化床系统，其特征在于，所述生物流化床反应器的内套筒顶部应距离反应器顶部高度差50cm以上，底部距离反应器底部高度差30cm以上，从而使在内套筒顶端跃出的填料颗粒因重力作用而流到外套筒，实现内部循环，所述生物流化床反应器的进气口(4)距离内套筒底部高度差不超过10cm。
6.根据权利要求1所述用于VOCs和恶臭气体处理的内循环生物流化床系统，其特征在于，所述生物流化床反应器的进气口(4)设置带孔隔板(3)，用于在反应器停止运行时防止填料进入进气管道。
7.根据权利要求1所述用于VOCs和恶臭气体处理的内循环生物流化床系统，其特征在于，保持整个反应器平均空塔气速在0.1-0.3m/s范围内，同时压降控制在200-500Pa/m。
8.根据权利要求1所述用于VOCs和恶臭气体处理的内循环生物流化床系统，其特征在于，所述加湿单元(5)采用超声波雾化或喷雾加湿方式，通过加湿单元(5)向气体中添加水分和营养盐，加湿后气体湿度不低于95％，其中含有微小液滴，内含无机氮、磷和微量营养元素，供微生物生长所需。
9.根据权利要求1所述用于VOCs和恶臭气体处理的内循环生物流化床系统，其特征在于，所述加湿单元(5)采用连续运行或间歇运行方式，间歇运行的时间用时间控制器(6)加以控制。
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