CN107694307A - 一种微波辐射协同双液相生物过滤塔去除VOCs的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用微波辐射协同双液相生物过滤塔去除难VOCs的方法。将微量进样器和电磁式空气压缩机分别通过管线和微波辐射装置进口相连接，将热电偶接入微波辐射装置中的Fe3O4吸波材料中，将生物过滤塔塔底进气口与微波辐射装置出口相连接；双液相喷淋系统的一端与生物过滤塔塔顶的喷淋液进液口相连，流入的双液相喷淋液为生物过滤塔中的微生物提供营养物质，另一端有储存该双液相喷淋液的容器和和为双液相喷淋液管路提供动力的计量泵；打开微量进样器和空气压缩机，使VOCs与空气混合，并且同时启动真空抽气泵。本发明可以提高生物过滤的去除负荷，能够更快，去除VOCs浓度更大的废气。

Description

一种微波辐射协同双液相生物过滤塔去除VOCs的方法
技术领域
本发明涉及大气污染环境治理，生物过滤和环境污染治理技术领域的治理方法，具体涉及一种用微波辐射协同双液相生物过滤塔去除难VOCs的方法。
背景技术
挥发性有机物(VOCs)是指人类活动以及生物代谢所排放到大气中的各种挥发性有机物的总称，是室内外空气中常见的、普遍存在的一类污染物。VOCs种类繁多，大致可分为9类：芳香烃、不饱和脂肪烃/环烷烃、饱和脂肪烃、卤代烃、醛/酮类、脂肪醇类、脂肪酸类、脂类以及萜烯类。VOCs的来源十分广泛，主要包括天然源和人为源，天然源包括火山喷发、植物释放以及森林、草原的火灾等，其中最主要的排放源是灌木林和森林，最主要的排放物是单萜烯和异戊二烯。人为源主要是指工业生产和社会生活中排放的VOCs，比如化石燃料、废弃物等燃烧产生的烟气，石油化工、医药、电子行业、印刷行业等排放的工业尾气，建筑材料、油漆喷涂等行业产生的有机溶剂以及交通运输中的尾气排放。
VOCs的危害主要包括两个方面：(1)对空气环境的污染。VOCs中碳氢化合物和氮氧化物经过紫外光照射，会发生一系列较复杂的光化学链式反应，形成臭氧、高氧化物等二次污染物或者自由基等化学活性较强的中间产物，反应会形成光化学烟雾、有机气溶胶以及雾霾等，进一步破坏生态环境。(2)对人体健康的危害。大多数VOCs有毒、有恶臭，当空气中的VOCs达到一定浓度时，可导致人头痛、抽搐、恶心、昏迷等症状，对心、肝、肺以及神经系统产生有害影响，甚至会造成急性和慢性中毒，可致癌、致突变。
生物净化过滤法是利用微生物的代谢作用，将挥发性有机物转化为CO2和H2O等无毒无害的物质。该方法具有处理效果好，二次污染小，设备简便等优点。工业生产中生物法处理VOCs的设备主要有3种：生物滴滤塔，生物过滤塔和生物洗涤塔。生物过滤塔与其他两种设备相比，气-液接触面积较大，技术成熟，运行费用低，被广泛应用于各个领域VOCs的处理中。但是生物净化过滤法存在很多的缺点，对水溶性较差的VOCs和难生物降解的VOCs去除效率较低，因此在传统的生物过滤基础上探究出一种新型的能够去除水溶性较差，难生物降解的VOCs的新方法具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于克服已有技术的缺点，提供一种高效迅速的去除疏水性，难生物降解的VOCs的方法。通过在传统的生物过滤塔中前增加微波预处理装置，使挥发性有机物一部分得到净化，或转化为中间副产物；再在传统的生物过滤塔营养液中添加有机相二甲基硅油，使疏水性的VOCs能够溶解在有机相中，增加对疏水性VOCs的去除率；最后利用生物过滤塔中的微生物将VOCs降解为CO2和H2O等无毒无害的小分子物质；最终达到能够去除疏水性难生物降解VOCs，无二次污染，反应速度快的目的。
本发明的技术方案如下：
用微波辐射协同双液相生物过滤塔去除难VOCs的装置，在电磁式空气压缩机1后依次连接减压阀2、流量计3和微量进样器4，连接后的管线与微波辐射装置5的入口相连接，在微波辐射装置5中加入Fe3O4吸波材料和热电偶6，微波辐射装置5出口和生物过滤塔7塔底进气口相连接，双液相喷淋液9通过计量泵8与生物过滤塔7连接。
利用本发明的装置进行微波辐射协同双液相生物过滤方法，将微量进样器和电磁式空气压缩机分别通过管线和微波辐射装置进口相连接，将热电偶接入微波辐射装置中的Fe3O4吸波材料中，将生物过滤塔塔底进气口与微波辐射装置出口相连接；双液相喷淋系统的一端与生物过滤塔塔顶的喷淋液进液口相连，流入的双液相喷淋液为生物过滤塔中的微生物提供营养物质，另一端有储存该双液相喷淋液的容器和和为双液相喷淋液管路提供动力的计量泵；打开微量进样器和空气压缩机，使VOCs与空气混合，并且同时启动真空抽气泵。
优选微量进样器中加入邻二甲苯液体；
优选生物过滤塔塔体填料共分为两层，上层为珍珠岩，下层为陶粒，并将取自污水厂曝气池驯化后的污泥注入生物过滤塔，使其在填料表面挂膜。
优选双液相喷淋液由二甲基硅油的非水相和无机盐水溶液组成，所述双液相喷淋液中的二甲基硅油体积占总体积的5-20％，其他无机盐离子在相应体积的双液相喷淋液中的质量浓度如下：Na2HPO4·12H2O 6400-7500mg/L，KH2SO4 1800-2300mg/L，(NH4)2SO4 1650-2400mg/L，MgSO4·7H2O 196-204mg/L，H3BO3 2.5-4.5mg/L，Na2MoO4·H2O 3-6mg/L，Ca(NO3)2·4H2O550-700mg/L，CuSO4·5H2O 300-400mg/L，FeSO4·7H2O 160-300mg/L，ZnSO4·7H2O 15-25mg/L，MnSO4·4H2O 15-25mg/L。
所述的混合气体进入微波辐射装置，优选真空抽气泵流量和空气压缩机流量使生物气溶胶在微波辐射装置中进行微波加热10-20s后进入生物过滤塔。
优选吸波材料的温度为20-200℃。
优选微波辐射装置的微波辐射输出功率调整为119-700W。
本发明的有益效果是：
微波电磁场的共振作用产生热能，高温可破坏VOCs的结构，使部分难生物降解的VOCs变为可生化性较高的中间产物，反应器温度在20℃-200℃范围内，随着温度的升高，难生物降解的VOCs去除率逐渐增大。微波辐射输出功率在119-700W时，随着辐射功率的增大，难生物降解的VOCs的去除率逐渐增大。而在加入二甲基硅油后，可以提高疏水性VOCs的传质效果，溶于有机相，相比更容易被微生物所代谢降解。并且有着微波作为预处理，以及双液相系统的缓冲作用，可以提高生物过滤的去除负荷，能够更快，去除VOCs浓度更大的废气。
附图说明
图1为微波辐射协同双液相生物过滤去除VOCs的系统结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细说明，但本发明的实施方法不限于此。
本发明提供了一个用微波辐射协同双液相生物过滤塔去除难VOCs的装置，在电磁式空气压缩机1后接入减压阀2和流量计3，连接后的管线和微量进样器4连接后与微波辐射装置5的入口相连接，在微波辐射装置5中加入Fe3O4吸波材料和热电偶6，微波辐射装置5出口和生物过滤塔7塔底进气口相连接，双液相喷淋液9通过计量泵8与生物过滤塔7连接。
本发明的一种微波辐射协同双液相生物过滤塔去除VOCs的方法，包括以下步骤：
步骤1：将电磁式空气压缩机1后接入减压阀2和流量计3，连接后的管线和微量进样器4连接后与微波辐射装置5的入口相连接，在微波辐射装置5中加入Fe3O4吸波材料和热电偶6，微波辐射装置5出口和生物过滤塔7塔底进气口相连接，双液相喷淋液9通过计量泵8与生物过滤塔7连接。
步骤2：将邻二甲苯液体装入微量进样器中；所述生物过滤塔体为不锈钢材质圆柱体，塔顶有进行对塔内微生物喷淋的圆形进液口，在塔体的上下处分别设置出气孔和进气孔，塔内填料共分为两层，上层为直径5-8mm的珍珠岩，高度为250-350mm，下层为直径10mm的陶粒，高度为28-33mm，生物过滤塔的底部设置圆形出液口，方便渗滤液及时从塔中排出。所述双液相喷淋液主要为塔内的微生物提供营养物质，主要由有机相(二甲基硅油)和水相(无机营养液)组成。
选取的菌种为污水厂曝气池的混合菌种，取污泥3-5L，加入邻二甲苯进行驯化培养，第1周每2天加入邻二甲苯8-10mL，第二周每2天加入邻二甲苯18-22mL。驯化两周后将污泥与珍珠岩、陶粒混合后注入双液相生物过滤塔，使其在珍珠岩表面挂膜。
疏水性难生物降解VOCs为邻二甲苯，邻二甲苯的浓度为500-1200mg/m3，停留时间为27s。
步骤3：打开微量进样器和空气压缩机，使VOCs与空气混合，并且同时启动真空抽气泵，所述的混合气体进入微波辐射装置，调整真空抽气泵流量和空气压缩机流量使生物气溶胶在微波辐射装置中进行微波加热10-20s后进入生物过滤塔，所述的吸波材料的温度控制在20-200℃，所述的微波辐射装置的微波辐射输出功率调整为119-700W。
有机废气在通过微波加热的预处理之后从下向上进入生物过滤塔，而双液相喷淋液从塔顶自上而下进入生物过滤塔，每天喷淋1-3次，每次喷淋150-300mL，每3-7天更换一次喷淋液。其中，疏水性难生物降解VOCs为邻二甲苯，邻二甲苯的浓度为500-1200mg/m3，停留时间为27-60s。
下面提供4个应用本发明的方法去除VOCs的实施例
实施例1
进口邻二甲苯的浓度在550mg/m3，在生物滤塔挂膜成功稳定运行后，将有机气体通入微波辐射装置，流入速度为1.5m3/min，控制微波辐射加热时间20s，辐射能量为119W时，经过微波辐射加热后的有机废气进入双液相生物过滤塔，在生物过滤塔内停留时间为27s的情况下，所配双液相喷淋液二甲基硅油100mL，其他水溶液1900mL，Na2HPO4·12H2O6400mg/L，KH2SO4 1800mg/L，(NH4)2SO4 1650mg/L，MgSO4·7H2O 196mg/L，H3BO3 2.5mg/L，Na2MoO4·H2O 3mg/L，Ca(NO3)2·4H2O 550mg/L，CuSO4·5H2O 300mg/L，FeSO4·7H2O 160mg/L，ZnSO4·7H2O 15mg/L，MnSO4·4H2O 15mg/L双液相喷淋液每天喷淋3次，每次喷淋150mL，每3天更换1次喷淋液。过滤塔出口有机气体中邻二甲苯的浓度为38.2mg/m3，VOCs的去除率为93％。
实施例2
进口邻二甲苯的浓度在700mg/m3，在生物滤塔挂膜成功稳定运行后，将有机气体通入微波辐射装置，流入速度为1.5m3/min，控制微波辐射加热时间15s，辐射能量为300W时，经过微波辐射加热后的有机废气进入双液相生物过滤塔，在生物过滤塔内停留时间为40s的情况下，所配双液相喷淋液二甲基硅油200mL，其他水溶液1800mL，Na2HPO4·12H2O6800mg/L，KH2SO4 2000mg/L，(NH4)2SO4 1800mg/L，MgSO4·7H2O 198mg/L，H3BO3 3mg/L，Na2MoO4·H2O 4mg/L，Ca(NO3)2·4H2O 600mg/L，CuSO4·5H2O 350mg/L，FeSO4·7H2O 200mg/L，ZnSO4·7H2O 18mg/L，MnSO4·4H2O 18mg/L双液相喷淋液每天喷淋2次，每次喷淋200mL，每5天更换1次喷淋液。过滤塔出口有机气体中邻二甲苯的浓度为16.1mg/m3，VOCs的去除率为98％。
实施例3
进口邻二甲苯的浓度在1000mg/m3，在生物滤塔挂膜成功稳定运行后，将有机气体通入微波辐射装置，流入速度为1.5m3/min，控制微波辐射加热时间10s，辐射能量为500W时，经过微波辐射加热后的有机废气进入双液相生物过滤塔，在生物过滤塔内停留时间为50s的情况下，所配双液相喷淋液二甲基硅油300mL，其他水溶液1700mL，Na2HPO4·12H2O7200mg/L，KH2SO4 2000mg/L，(NH4)2SO4 2200mg/L，MgSO4·7H2O 200mg/L，H3BO3 4mg/L，Na2MoO4·H2O 5mg/L，Ca(NO3)2·4H2O 650mg/L，CuSO4·5H2O 380mg/L，FeSO4·7H2O 250mg/L，ZnSO4·7H2O 22mg/L，MnSO4·4H2O 22mg/L双液相喷淋液每天喷淋2次，每次喷淋250mL，每6天更换1次喷淋液。过滤塔出口有机气体中邻二甲苯的浓度为63.6mg/m3，VOCs的去除率为94％。
实施例4
进口邻二甲苯的浓度在1200mg/m3，在生物滤塔挂膜成功稳定运行后，将有机气体通入微波辐射装置，流入速度为1.5m3/min，控制微波辐射加热时间20s，辐射能量为700W时，经过微波辐射加热后的有机废气进入双液相生物过滤塔，在生物过滤塔内停留时间为60s的情况下，所配双液相喷淋液二甲基硅油400mL，其他水溶液1600mL，Na2HPO4·12H2O7500mg/L，KH2SO4 2300mg/L，(NH4)2SO4 2400mg/L，MgSO4·7H2O 204mg/L，H3BO3 4.5mg/L，Na2MoO4·H2O 6mg/L，Ca(NO3)2·4H2O 700mg/L，CuSO4·5H2O 400mg/L，FeSO4·7H2O 300mg/L，ZnSO4·7H2O 25mg/L，MnSO4·4H2O 25mg/L双液相喷淋液每天喷淋1次，每次喷淋300mL，每7天更换1次喷淋液。过滤塔出口有机气体中邻二甲苯的浓度为49.3mg/m3，VOCs的去除率为96％。

Claims (8)

1.用微波辐射协同双液相生物过滤塔去除难VOCs的装置，其特征是在电磁式空气压缩机(1)后依次连接减压阀(2)、流量计(3)和微量进样器(4)，连接后的管线与微波辐射装置(5)的入口相连接，在微波辐射装置(5)中加入Fe3O4吸波材料和热电偶(6)，微波辐射装置(5)出口和生物过滤塔(7)塔底进气口相连接，双液相喷淋液(9)通过计量泵(8)与生物过滤塔(7)连接。
2.利用权利要求1的装置进行微波辐射协同双液相生物过滤方法，其特征是将微量进样器和电磁式空气压缩机分别通过管线和微波辐射装置进口相连接，将热电偶接入微波辐射装置中的Fe3O4吸波材料中，将生物过滤塔塔底进气口与微波辐射装置出口相连接；双液相喷淋系统的一端与生物过滤塔塔顶的喷淋液进液口相连，流入的双液相喷淋液为生物过滤塔中的微生物提供营养物质，另一端有储存该双液相喷淋液的容器和和为双液相喷淋液管路提供动力的计量泵；打开微量进样器和空气压缩机，使VOCs与空气混合，并且同时启动真空抽气泵。
3.如权利要求2所述的方法，其特征是微量进样器中加入邻二甲苯液体。
4.如权利要求2所述的方法，其特征是生物过滤塔塔体填料共分为两层，上层为珍珠岩，下层为陶粒，并将取自污水厂曝气池驯化后的污泥注入生物过滤塔，使其在填料表面挂膜。
5.如权利要求2所述的方法，其特征是双液相喷淋液由二甲基硅油的非水相和无机盐水溶液组成，所述双液相喷淋液中的二甲基硅油体积占总体积的5-20％，其他无机盐离子在相应体积的双液相喷淋液中的质量浓度如下：Na2HPO4·12H2O 6400-7500mg/L，KH2SO41800-2300mg/L，(NH4)2SO4 1650-2400mg/L，MgSO4·7H2O 196-204mg/L，H3BO3 2.5-4.5mg/L，Na2MoO4·H2O 3-6mg/L，Ca(NO3)2·4H2O 550-700mg/L，CuSO4·5H2O 300-400mg/L，FeSO4·7H2O 160-300mg/L，ZnSO4·7H2O 15-25mg/L，MnSO4·4H2O 15-25mg/L，二甲基硅油50-200mL。
6.如权利要求2所述的方法，其特征是，所述的混合气体进入微波辐射装置，真空抽气泵流量和空气压缩机流量使生物气溶胶在微波辐射装置中进行微波加热10-20s后进入生物过滤塔。
7.如权利要求2所述的方法，其特征是，所述的吸波材料的温度为20-200℃。
8.如权利要求2所述的方法，其特征是，所述的微波辐射装置的微波辐射输出功率调整为119-700W。
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