CN108543415B - 一种去除烟气中二噁英的方法及生物滴滤塔 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种去除烟气中二噁英的方法及生物滴滤塔，(1)烟气通过涡旋风机打入滴滤塔，循环水从滴滤塔顶部往下喷淋；(2)烟气上升过程中首先与第一填料层碰撞，大部分挥发性有机物、氮氧化物、二氧化硫转移进入填料及水相，通过微生物作用进行去除；(3)烟气继续上升，与第二填料层碰撞，烟气中二噁英被第二填料层中的吸附剂吸附；第二填料层中设有至少一对水平设置的阳极电极和阴极电极，阴极电极和阳极电极外接恒流电源，阴极电极还原消耗氧气，营造第二填料层内阴极电极附近厌氧环境，同时刺激阴极微生物还原脱卤能力，去除第二填料层中的二噁英污染物。本发明针对分散式垃圾焚烧设备进行烟气处理，对于二噁英具有显著的去除效果。
Description
技术领域
本发明属于烟气处理领域，特针对分散式农村生活垃圾焚烧设备所产生的烟气，具体涉及一种去除烟气中二噁英的方法及生物滴滤塔。
背景技术
随着环保要求的提高，农村生活垃圾的处理已经成为重中之重，但是由于农村居住地分散，难以实现垃圾集中处理。因此分散式垃圾焚烧设备是农村垃圾处理现有最佳的选择，但是垃圾焚烧产生的烟气成为了该技术的主要瓶颈。二噁英是垃圾焚烧烟气中的主要污染物，二噁英通常指具有相似结构和理化特性的一组多氯取代的平面芳烃类化合物，属氯代含氧三环芳烃类化合物。二噁英具有剧毒性和强致癌性，可以严重干扰人体内分泌系统。此外二噁英具有非常优异的脂溶性，极易在人体内部特别是脂肪层累积。基于此，开发一种处理烟气中二噁英的技术已经迫不及待。
目前大型垃圾焚烧企业基本采用二燃室900℃以上高温处理，该技术投入耗能大、技术要求高、并不适用于分散式农村生活垃圾。专利201611109756.5公开了一种二噁英脱除系统，该系统包括激冷塔、文丘里洗涤器和活性炭吸附塔共同脱除二噁英，该技术宣称对于二噁英具有极高的去除率，但是其系统仅对污染物进行了转移，并未彻底消除危害；专利201710440123.0公开了一种高温烟气中二噁英的脱除方法及装置，该专利仅通过紫外线对二噁英进行脱除，二噁英脱除效率不佳。
发明内容
本发明提供一种去除烟气中二噁英的方法及生物滴滤塔，针对分散式垃圾焚烧设备进行烟气处理，对于二噁英具有显著的去除效果。
一种去除烟气中二噁英的方法，包括如下步骤：
(1)烟气通过涡旋风机打入滴滤塔，循环水从滴滤塔顶部往下喷淋；
(2)烟气上升过程中首先与第一填料层碰撞，其中的大部分挥发性有机物、氮氧化物、二氧化硫转移进入填料及水相，通过微生物作用进行去除；
(3)烟气继续上升，与第二填料层碰撞，烟气中的二噁英被第二填料层中的吸附剂吸附；第二填料层中设有至少一对水平设置的阳极电极和阴极电极，阴极电极和阳极电极外接恒流电源，其中每对电极中阴极电极位于阳极电极下方，阴极电极还原消耗氧气，营造第二填料层内阴极电极附近厌氧环境，同时刺激阴极微生物还原脱卤能力，从而去除第二填料层中的二噁英污染物；
(4)净化烟气由滴滤塔顶部排出。
本发明的处理原理如下：烟气从下部进入滴滤塔，首先烟气里的挥发性有机物和氮氧化物等转移进入下层填料及水相，通过好氧微生物代谢作用去除，由于二噁英是一种难以溶解在水体中的污染物，因此大部分二噁英仍旧随着烟气上升，当烟气进入上层活性炭填料时，二噁英极易被活性碳吸附。
二噁英降解的首要步骤就是脱卤，本发明将具有脱卤能力的Dehalococcoidessp.Strain CBDB1等多种菌种加入到活性炭填料中，利用这种微生物将二噁英脱卤。此外，本发明将电化学系统加入到滴滤塔中，通过阴极作用消耗空气中的氧气从而营造一个较为厌氧的环境，适合微生物还原脱卤，而后阴极电流同时对微生物具有刺激作用，强化微生物的ATP酶、抗氧化酶、脱氢酶的活性，从而加速微生物的脱卤速率。为保证烟气的停留时间充足，滴滤塔必须拥有足够的高度，作为优选，滴滤塔高度为烟气流量Q/(300～600m3/h)，高度过短会导致滴滤塔截面积过大但纵深不足，降低了烟气与填料的碰撞概率，也易产生较多的反应死区，高度过长会导致反应占据空间过大，造成空间浪费，也需加大涡旋风机的功率造成能源浪费。
第一填料层中填料需要比表面积大、生物兼容性好的材料，优选聚氨酯、陶粒、有机纤维、火山熔、陶瓷中的一种或几种。从价格角度考虑进一步优选为火山熔。
第二填料层中填料必须具备导电性，且对于二噁英要有优异的吸附能力。填料优选为活性碳。
在第二填料层中配置了阳极电极和阴极电极，活性炭及其表面的生物膜组成电极间固态电阻，作为优选，每对电极中阴极电极和阳极电极的间距为0.3～0.5米；相邻电极对之间的间距为0.3～0.5米。，间距过短会导致吸附层不足，间距过长会增大电解系统的内阻能耗，造成过多能源浪费。
所有电极均为平板状钛网电极，钛网孔隙为4目到20目，进一步优选为10目。
作为优选，烟气在第一填料层中的停留时间为30～60秒，通过控制填料层高度调整停留时间，时间过长会导致填料层过大，造成空间浪费；时间过短会导致挥发性有机物、氮氧化物和二氧化硫吸附不充分。
作为优选，烟气在第二填料层中的停留时间为20～40秒，时间过长会导致填料层过大，造成空间浪费；时间过短会导致二噁英吸附不充分。
作为优选，第二填料层中电极的施加电压为3～5V；进一步优选为4V。
作为优选，第二填料层中添加微生物Dehalococcoides sp.Strain CBDB1。等对二噁英具有降解功能的微生物，从而加速填料层2的启动过程。
阴极生物电化学是一种高效脱卤技术，阴极在三个方面可以加速卤代烃脱卤过程，1)阴极本身还原作用可以大量消耗氧气，从而营造一个厌氧填料层环境；2)阴极还原对二噁英具有还原作用，直接电化学脱卤；3)阴极还原可以刺激脱卤微生物的富集增长。作为优选，施加在填料层两电极的电压为3～5V。
本发明还提供一种去除烟气中二噁英的生物滴滤塔，包括塔体，塔体侧壁上设置烟气进口、顶部设置烟气出口，所述塔体内且位于烟气入口下方为循环水池、烟气入口上方向上依次设置第一填料层和第二填料层，第二填料层上方设置通过循环水泵连通循环水池的喷雾器，第二填料层内设有至少一对水平设置的阴极电极和阳极电极，阴极电极和阳极电极外接恒流电源。
本发明方法中所用滴滤塔优选采用该生物滴滤塔。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明装置针对分散式垃圾焚烧设备进行烟气处理，对于二噁英具有显著的去除效果；
(2)本发明占地面积小、无需任何人工维护、操作简单、耗能较低；
(3)本发明产生的二次污染极少，不会产生任何二次污染物。
附图说明
图1是本发明装置结构示意图。
1恒流电源 2涡旋风机 3循环水泵
4第一填料层 5阴极电极 6第二填料层
7阳极电极 8喷雾器 9塔体
具体实施方式
如图1所示，一种生物滴滤塔，包括塔体9，塔体侧壁上开设烟气入口，烟气入口连接涡旋风机2，烟气出口位于塔体顶部，塔体内且位于烟气入口下方为循环水池，塔体内且位于烟气入口上方由下至上依次设置第一填料层4和第二填料层6，第二填料层上方设置喷雾器8，喷雾器通过循环水泵3连通塔体内底部的循环水池。
第一填料层的填料从聚氨酯、陶粒、有机纤维、火山熔、陶瓷中选择一种或多种的组合，第二填料层的填料选择活性炭。
第二填料层中设置至少一对(本实施方式中设置一对)电极，电极包括阴极电极5和阳极电极7，阴极电极和阳极电极均水平设置，位于第二填料层横截面上，阴极电极位于阳极电极下方，阴极电极和阳极电极之间的间距为0.3～0.5米，阴极电极5和阳极电极7外接恒流电源1。
通过该生物滴滤塔处理烟气的流程如下：
1)烟气通过涡旋风机打入滴滤塔；
2)烟气上升过程中首先与填料层1碰撞，其中的大部分挥发性有机物、氮氧化物、二氧化硫转移进入填料及水相，通过微生物作用进行去除；
3)烟气继续上升，与填料层2碰撞，烟气中二噁英被填料层2中的吸附剂吸附；
4)填料层2中的阴极电极还原消耗氧气，营造填料层2下部厌氧环境，同时可刺激阴极微生物还原脱卤能力，从而去除填料层2中的二噁英污染物。
实施例1
针对一台处理量为4m3/d的分散式垃圾处理设备，其烟气产生量大约为1500m3/d，进气的二噁英浓度约为1.5～6.0mg/m3。
滴滤塔外形呈圆筒状，高度为3米，，截面直径为1.0米，第一填料层填料采用φ8厘米悬浮球包裹的聚氨酯填料，聚氨酯直径为2*2厘米，填充高度为0.8米，第二填料层为活性炭，活性炭颗粒直径为0.5～1.0米，填充高度为0.3米。，第二填料层中电极的施加电压为4V。
经过该烟气处理设备处理后，出口烟气二噁英指标如表1，达到排放要求。
表1
| 测定时间(h) | 测定值(mg/m3) |
| 2 | 0.075 |
| 4 | 0.11 |
| 6 | 0.025 |
| 8 | 0.061 |
实施例2
同实施例1的设备，电压参数分别修改为3V和5V，其结果如下表2所示：
表2
| 电压 | 测定值(mg/m3) |
| 3V | 0.073 |
| 5V | 0.021 |
实施例3
针对一台处理量为2m3/d的分散式垃圾处理设备，其烟气产生量大约为800m3/d，进气的二噁英浓度约为1.5～6.0mg/m3。
滴滤塔外形呈圆筒状，高度为2.5米，截面直径为0.8米，第一填料层填料采用φ8厘米悬浮球包裹的聚氨酯填料，聚氨酯直径为2*2厘米，填充高度为0.6米，第二填料层为活性炭，活性炭颗粒直径为0.5～1.0米，填充高度为0.2米。，第二填料层中电极的施加电压为4V。
经过该烟气处理设备处理后，出口烟气二噁英指标如表3，达到排放要求。
表3
| 测定时间(h) | 测定值(mg/m3) |
| 4 | 0.092 |
| 8 | 0.053 |
以上所述仅为本发明专利的具体实施案例，但本发明专利的技术特征并不局限于此，任何相关领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。
Claims (5)
1.一种去除烟气中二噁英的方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）烟气通过涡旋风机打入滴滤塔，循环水从滴滤塔顶部往下喷淋；
（2）烟气上升过程中首先与第一填料层碰撞，烟气在第一填料层中的停留时间为30~60秒，烟气中的挥发性有机物、氮氧化物、二氧化硫转移进入填料及水相，通过微生物作用进行去除；
（3）烟气继续上升，与第二填料层碰撞，烟气在第二填料层中的停留时间为20~40秒，烟气中的二噁英被第二填料层中的吸附剂吸附；第二填料层中设有至少一对水平设置的阳极电极和阴极电极，阴极电极和阳极电极外接恒流电源，其中每对电极中阴极电极位于阳极电极下方，每对电极中阴极电极和阳极电极的间距为0.3~0.5米，相邻电极对之间的间距为0.3~0.5米，阴极电极还原消耗氧气，营造第二填料层内阴极电极附近厌氧环境，同时刺激阴极微生物还原脱卤能力，强化微生物的ATP酶、抗氧化酶、脱氢酶的活性，从而去除第二填料层中的二噁英污染物；第二填料层中电极的施加电压为3~5V；
（4）净化烟气由滴滤塔顶部排出。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述滴滤塔的高度为烟气流量Q/(300~600)。
3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述第一填料层所用填料为聚氨酯、陶粒、有机纤维、火山熔、陶瓷中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述第二填料层所用填料为活性炭。
5.根据权利要求1所述方法，其特征在于，采用一种去除烟气中二噁英的生物滴滤塔，包括塔体，塔体侧壁上设置烟气进口、顶部设置烟气出口，所述塔体内且位于烟气入口下方为循环水池、烟气入口上方由下至上依次设置第一填料层和第二填料层，第二填料层上方设置通过循环水泵连通循环水池的喷雾器，第二填料层内设有至少一对水平设置的阴极电极和阳极电极，每对电极中阴极电极位于阳极电极下方，阴极电极和阳极电极外接恒流电源。
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