CN108421401A - 一种有机废气的生物处理系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及有机废气的生物处理系统，包括依次连接的溶液净化装置，生物净化装置和生物利用装置，其中溶液净化装置包括塔体，塔体从下至上依次为净化溶液槽、填料层和喷淋装置；塔体还设有进气管和出气管；生物净化装置包括罐体，罐体的底部和顶部分别设废气入口和净化气出口，废气入口连接罐体的底部的气泡石；罐体容纳营养液，其中浸泡有表面负载微生物膜的多孔固体材料；生物利用装置包括培养微藻藻液的透光容器及光源，透光容器底部连接生物净化装置的净化气出口，使生物净化装置出来的CO2和含N等物质被微藻利用，转化为O2，从而进行固碳并减少碳排放，获得微藻生物能源。本发明还涉及利用前述系统处理有机废气的方法。

Description

一种有机废气的生物处理系统和方法

技术领域

本发明属于废气处理技术领域，具体涉及一种挥发性有机废气的生物处理系统及方法。

背景技术

工业生产中，多数产品或原料都使用有机化合物，所以存在挥发性有机物VOCs排放问题。大多数VOCs有毒，有臭味或刺激性气味，易燃易爆，一部分VOCs是环境污染的主要污染源。VOC具有如下特征，第一、易于与NO_X发生光化学反应产生O₃，诱发化学烟雾；第二、产生臭味，大部分VOC是恶臭物质；第三、毒性，对人身健康造成隐患。VOC污染物的种类及典型污染物有烃类(苯、甲苯、二甲苯、正己烷、石脑油、环己烷、甲基环己烷、二氧杂环己烷、稀释剂、汽油)、卤代烃(三氯乙烯、全氯乙烯、三氯乙烯、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳、氟利昂类)、醛类(甲醛、乙醛、丙烯醛、糠醛)、酮类(丙酮、MEK、环己酮、MIKB)、酯类(醋酸乙酯、醋酸丁酯、油酸乙酯)、醇类(甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇)、聚合物单体(氯乙烯、丙烯酸、苯乙烯、醋酸乙烯)、酰胺类(二甲基甲酰胺、二甲乙酰胺)、腈、氰类、氢氰酸和丙烯腈等。目前，VOC_S的治理方法主要有物理方法(吸附、吸收、冷凝、膜处理)、化学方法(燃烧、生物降解、光催化降解)和二者联合的方法。相对以上处理方法，生物处理技术有其独特优势。生物方法主要是利用微生物在一定环境下以废气中的有机物作为能源和营养物，通过捕捉吸收、降解转化为无毒无害的CO₂和H₂O。这些微生物一方面以废气中的污染物为养料，进行生长繁殖并逐步形成一定厚度的生物膜；另一方面将废气中的有机物质进行生物分解机脱臭处理，转化为无毒无害的CO₂和H₂O后排出大气。

然而，目前市面上针对挥发性有机废气的生物处理技术在系统设计上不够合理。例如，传统方法是在一个塔内设置多孔的固体填料，填料上负载好氧或厌氧生物膜，这种结构存在传质面积小，时空效率低，易堵塞和气阻大的问题。此外，经过生物处理转化为无毒无害的CO₂和H₂O和一些含N、P元素的小分子气体被流动的气流带出，而这一部分直接排放至外界，不仅造成浪费而且也给环境造成一定的污染。

发明内容

为了解决现有技术的上述问题，是提供一种结构设置合理，废气与微生物膜接触传质面积大，气阻小且易于更换新鲜微生物膜、对废气处理更彻底的生物处理系统。

本发明可采用以下的技术方案：

一种有机废气的生物处理系统，包括依次连接的溶液净化装置，生物净化装置和生物利用装置，其中

所述溶液净化装置包括一个塔体，所述塔体从下至上依次为净化溶液槽、填料层和喷淋装置；所述塔体还设有端部没入所述净化溶液槽的进气管和设于所述塔体顶端的出气管；

所述生物净化装置包括一个罐体，所述罐体的底部和顶部分别设有废气入口和净化气出口，该废气入口连接气泡石，该气泡石设于所述罐体的底部；该罐体容纳营养液，营养液浸泡有多孔固体材料，所述多孔固体材料的孔隙中负载有微生物；

所述生物利用装置包括一个透光容器，所述透光容器内容纳有微藻藻液，所述透光容器的一侧设有光源，所述生物净化装置的净化气出口连接所述透光容器的底部，所述透光容器顶部设有排气口。

根据本发明一个可行的实施例，所述净化溶液槽内的净化溶液是质量份数2％～8％氧化钠或碳酸氢钠溶液；所述填料层为拉西环。

根据本发明一个可行的实施例，所述多孔固体材料为碎片状、颗粒状、块状或球状，其分散于所述营养液中。

根据本发明一个可行的实施例，所述多孔固体材料密度与所述营养液接近，悬浮状态浸泡于所述营养液中。

根据本发明一个可行的实施例，所述多孔固体材料为塑料球、塑料环、塑料蜂窝状球、分子筛或多孔陶瓷球。

根据本发明一个可行的实施例，所述多孔固体材料占所述罐体内容物总体积的50～90％。

根据本发明一个可行的实施例，所述罐体含有一个夹套，所述夹套内注入循环温水，用以对所述罐体内的营养液进行保温。

根据本发明一个可行的实施例，所述罐体底部还设有一个曝气装置，所述曝气装置能够按照微生物生长需要向所述罐体内充氧。

根据本发明一个可行的实施例，所述罐体内还包括一个搅拌轮，所述搅拌轮包括转轴和叶轮，所述叶轮在不转动时处于收合状态。所述搅拌轮用于搅动营养液，使所述多孔固体材料上的微生物都可均匀接触营养液；此外所述搅拌轮还可以搅动所述固定多孔材料，使其负载的老化的生物膜脱落并沉降于罐体底部，再由罐体底部的排泥口排出。

根据本发明一个可行的实施例，所述微生物为硫细菌、硝化细菌、纳豆芽孢杆菌或地衣芽孢杆菌，所述营养液是由胰蛋白胨、酵母粉、甘油、维生素、Na₂HPO₄、NH₄Cl、MgSO₄和FeCl₂溶于水组成。

本发明的有益技术效果主要包括：

本发明的系统包括生物净化装置和生物利用装置，其中生物净化装置是通过将负载有微生物膜的多孔固体材料浸泡在营养液中，一方面使微生物具有足够的营养液，另一方面可通过调节所述多孔固体材料的粒径和形状，大大增大其比表面积，微生物膜的负载量大，废气与微生物膜接触传质面积大等特点。由于该固体多孔材料可在营养液中悬浮(或者经废气入口的废气曝气作用使多孔固体材料产生悬浮)，因而相对于现有技术，具有气阻小，不易堵塞、能耗低且易于更换新鲜微生物膜的特点。

此外，对于生物净化装置产生的无毒无害的CO₂和H₂O和一些含N、P元素的小分子气体，可以直接应用到生物利用装置中，恰好作为微藻藻液生长所需要的碳源、氮源来使用，还能够为微藻生长带来一定热量。微藻通过光合作用产生O₂排放到自然环境，可减少温室效应，同时借助微藻固碳和积累微藻生物柴油，提供生物能源。

附图说明

图1为本发明有机废气的生物处理系统一个较佳实施例的结构示意图。

【附图标记说明】

10溶液净化装置、20生物净化装置、30生物利用装置、11塔体、12净化溶液槽、13填料层、14喷淋装置、121进气管、111出气管、122循环泵、21罐体、211废气入口、212净化气出口、213气泡石、214营养液、2141营养液补充口、215多孔固体材料、221夹套、216曝气装置、217搅拌轮、218排泥口、219导流板、222铁丝网、31透光容器、L微藻培养液、32光源、312排气口、313顶盖。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

如图1所示，为本发明有机废气的生物处理系统的较佳实施例，包括依次连接的溶液净化装置10，生物净化装置20和生物利用装置30。以下分别对各装置的工作方式和结构原理进行说明如下：

溶液净化装置10包括塔体11，从下至上设于塔体11内的净化溶液槽12、填料层13和喷淋装置14。在塔体11的一侧还设有端部没入净化溶液槽12液面以下的进气管121和设于塔体11顶端的出气管111。净化溶液槽12内的净化溶液可选择为水、质量份数2％～8％氧化钠或碳酸氢钠溶液，而填料层13可选择为拉西环。净化溶液槽12内的净化溶液通过循环泵122打入到喷淋装置14，通过喷淋装置14形成细小水珠。废气通过进气管121进入后，净化溶液槽12去除杂质，如一些较重的粉尘颗粒和一些可溶的酸性气体，逸出的气体从下而上流动穿过填料层13，同时液体经循环泵122从喷淋装置14喷洒而出，形成细小的水珠和雾气落在填料层13上，从这里经过的气体部分被填料层13上铺展的液层吸收，不能吸收气体从塔体11顶端的出气管111出来。

生物净化装置20包括罐体21，罐体21的底部和顶部分别设有废气入口211和净化气出口212，废气入口21的端部设有气泡石213，气泡石213位于罐体21内的底部。罐体21容纳营养液214，营养液214中浸泡着多孔固体材料215，这些多孔固体材料215上附着微生物膜。气泡石213可将进入的废气分散成许多细小的气泡，甚至是纳米级的气泡，进入到营养液214中。多孔固体材料215为碎片状、颗粒状、块状或球状(或表面带有蜂窝孔的球状物)，其分散在营养液214中，优选的，多孔固体材料215的密度与营养液214接近，以悬浮状态浸泡于营养液214中，或者只要通过曝气等方式扰动也可以悬浮起来。具体地，多孔固体材料215可选择为塑料球、塑料环、塑料蜂窝状球、分子筛或多孔陶瓷球等，为了保证废气处理的效率，多孔固体材料215的填充量需达到罐体21内容物总体积的50～90％，否则若填充率太低，则废气经过营养液214后，只有很少一部分能被吸收，达不到生物降解的效果。多孔固体材料215还可以是由一些普通无孔材料表面覆盖一层多孔树脂组成。多孔固体材料215所负载的微生物，可选择为硫细菌、硝化细菌、纳豆芽孢杆菌或地衣芽孢杆菌，而营养液214根据不同的微生物生长需求来配制，例如可为一定浓度的胰蛋白胨、酵母粉、甘油、维生素、Na₂HPO₄、NH₄Cl、MgSO₄和FeCl₂水溶液组成。废气通过气泡石213分散成细小气泡，气泡在营养液214中上升的过程中与多孔固体材料215上的微生物接触并被截留，然后在营养液214供给情况下，将截留物分解。例如硝化细菌会将氨类代谢为硝酸或亚硝酸，溶于营养液214中。

如图1所示，在罐体21外侧还设有夹套221，夹套221内注入温水(优选为循环温水))，用于对营养液214进行保温，为微生物提供良好的生长条件，保持温度在30-40℃。罐体21底部还设有一个曝气装置216，连接鼓风机，通过曝气装置216向罐体21内按照多孔固体材料215上微生物的生长需要补充氧气。如果是好氧微生物，则需要保持一定的溶氧度。在气泡石213、曝气装置216上方可覆盖一个铁丝网，用于减小曝气的气泡动能，防止曝气压力过大使多孔固体材料215上负载的微生物膜被冲掉。此外，在罐体21上方接近净化气出口212的位置也可设置一个铁丝网222，防止气流裹挟着营养液214将多孔固体材料215带进净化气出口212，造成堵塞。在罐体21内还可以设置搅拌轮217，搅拌轮217可由一个慢速电机带动，在罐体21内搅动，特别是当营养液214消耗掉需要从营养液补充口2141补充新的营养液后，需要通过搅拌轮217搅拌使均质化。此外，搅拌轮217还有帮助固定多孔材料上老化的生物膜脱落并沉降于罐体底部，再由罐体底部的排泥口218排出。其中，为避免搅拌轮217的叶轮阻碍废气上升，造成较大气阻，可使搅拌轮217的叶轮在不转动时相对搅拌轴为收合状态，只有搅拌轴被慢速电机带动旋转时，叶轮才张开。在罐体21内设有倒流板219，导流板219上下与罐体21连通，废气进入罐体21内可在倒流板219内外形成环流。通过在营养液214中浸泡多孔固体材料215，多孔固体材料215上负载微生物的方式，可增大微生物作用的比表面积，生物负载量大，相对于填料层不容易被堵塞，气阻小，故能耗低，且有些含气体物质被营养液固定下来后，可在与微生物接触中慢慢被代谢，微生物得以繁殖。经过生物净化装置20处理后大部分挥发性有机废气被代谢成CO₂和水，从净化气出口212进入生物利用装置30。

生物利用装置30包括透光容器31，透光容器内容纳有微藻培养液L，而透光容器31的一侧设有光源32。生物净化装置20的净化气出口212连接所述透光容器31的底部，生物净化装置20出来的CO₂和一些含N、P元素的物质进入透光容器31内，作为微藻光合作用及生长所需的营养物质，经微藻吸收固碳后，产生的氧气从透光容器31顶部的排气口312排出至环境，在透光容器31的顶部可设顶盖313，起到遮挡污染物的作用，保证微藻的生长环境。其中所培养的微藻可为绿藻、小球藻、红球藻或蓝藻等。

应用实施例

所用废气源为汽车尾气，其中污染物有固体悬浮微粒、一氧化碳、二氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物、铅及硫氧化合物等总含量为180ppm，流量为80L/h，微生物硫化菌和硝化菌，系统运行的空床停留时间为300s，营养液214每隔24h更新1L，间歇地让搅拌轮217搅拌，每隔2天更换一批多孔固体材料215及其微生物膜，排泥周期为10天，正常运行8天，污染物的平均去除率为92.9％。

Claims (10)

1.一种有机废气的生物处理系统，其特征在于，包括：依次连接的溶液净化装置，生物净化装置和生物利用装置，其中

所述溶液净化装置包括一个塔体，所述塔体从下至上依次为净化溶液槽、填料层和喷淋装置；所述塔体还设有端部没入所述净化溶液槽的进气管和设于所述塔体顶端的出气管；

所述生物净化装置包括一个罐体，所述罐体的底部和顶部分别设有废气入口和净化气出口，该废气入口连接气泡石，该气泡石设于所述罐体的底部；该罐体容纳营养液，营养液浸泡有多孔固体材料，所述多孔固体材料的孔隙中负载有微生物；

所述生物利用装置包括一个透光容器，所述透光容器内容纳有微藻藻液，所述透光容器的一侧设有光源，所述生物净化装置的净化气出口连接所述透光容器的底部，所述透光容器顶部设有排气口。

2.根据权利要求1所述有机废气的生物处理系统，其特征在于，所述净化溶液槽内的净化溶液是质量份数2％～8％氧化钠或碳酸氢钠溶液；所述填料层为拉西环。

3.根据权利要求1所述有机废气的生物处理系统，其特征在于，所述多孔固体材料为碎片状、颗粒状、块状或球状，其分散于所述营养液中。

4.根据权利要求3所述有机废气的生物处理系统，其特征在于，所述多孔固体材料密度与所述营养液接近，悬浮状态浸泡于所述营养液中。

5.根据权利要求4所述有机废气的生物处理系统，其特征在于，所述多孔固体材料为塑料球、塑料环、塑料蜂窝状球、分子筛或多孔陶瓷球。

6.根据权利要求3-4任一项所述有机废气的生物处理系统，其特征在于，所述多孔固体材料占所述罐体内容物总体积的50～90％。

7.根据权利要求1所述有机废气的生物处理系统，所述罐体含有一个夹套，所述夹套内注入循环温水，用以对所述罐体内的营养液进行保温。

8.根据权利要求1所述有机废气的生物处理系统，所述罐体底部还设有一个曝气装置，所述曝气装置能够按照微生物生长需要向所述罐体内充氧。

9.根据权利要求1所述有机废气的生物处理系统，所述罐体内还包括一个搅拌轮，所述搅拌轮包括转轴和叶轮，所述叶轮在不转动时处于收合状态。

10.一种利用权利要求1-9任一项所述的有机废气的生物处理系统对有机废气进行处理的方法。