CN110180377A - 一种高效同步脱硫脱硝的废气净化方法及反应器 - Google Patents

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Abstract

本发明属于废气净化处理技术领域，公开了高效同步脱硫脱硝的废气净化方法及反应器；其高效同步脱硫脱硝的废气净化方法为：将工业废气从生物转鼓外壳进入生物转鼓空腔体；经过生物填料上微生物处理后由中空转动轴中轴向排气管排出；生物填料能够随着转动轴转动，生物填料上的微生物不断地与废气和营养液槽中的营养液接触，进行正常的新陈代谢活动；通过反硝化和脱硫反应有效地去除废气中含氮含硫污染物。本发明的烟气同步脱硫脱硝方法及处理工艺解决了生物滴滤和生物过滤系统中填料堵塞、传质不均等问题，表现出了较高的净化效率、去除负荷和较低的操作压力，在烟气脱硫脱硝领域是完全可行的新型烟气脱硫脱硝技术，具有广阔的工业应用前景和价值。

Description

一种高效同步脱硫脱硝的废气净化方法及反应器
技术领域
本发明属于废气净化处理技术领域，尤其涉及一种高效同步脱硫脱硝的废气净化方法及反应器。
背景技术
目前，NOx和SO2是两种主要的大气污染化合物，传统的NOx和SO2废气治理方法主要有液体吸收法、吸附法和催化还原法。液体吸收法是用化学吸收液吸收废气中的NOx和SO2，工艺简单，投资较低，但其吸收效率不高，对含 NO较多和废气量较大的净化效果差，副产物处置不当会带来二次污染，而且副产物进一步无害化处置会极大地增加操作成本；吸附法利用吸附剂吸附烟气中的NOx和SO2，净化效率高，但吸附剂用量大，设备庞大，投资和运行成本高；催化还原法脱除效率高、设备紧凑，但催化剂价格高，寿命有限，投资和运行费用高。
随着生物技术的日臻成熟，微生物净化有机废气、臭气以及用微生物进行废水脱氮得到了大量研究和应用，微生物处理NOx和SO2的净化技术也已引了起广泛的关注。近年来，国内外多个研究机构尝试用不同生物脱硝脱硫技术来处理NOx和SO2的模拟废气，取得了较为不少成果。大量研究表明，生物法处理该类气态污染物关键控制过程是相间传质和生物降解。传统的生物过滤和生物滴滤系统充分考虑了相间传质，对大气量、低浓度气态污染物的处理表现出较高的效率，但因一些关键因子分布不均问题，大量的微生物始终处于“亚活性”状态，而且生物滴滤系统还存在致命的堵塞问题。因此，为了克服传统生物处理系统的缺陷，探索更具活力的新型生物处理技术已成为当前的热点。
综上所述，现有技术存在的问题是：
传统的生物过滤和生物滴滤系统充分考虑了相间传质，对大气量、低浓度气态污染物的处理表现出较高的效率，但因一些关键因子分布不均问题，大量的微生物始终处于“亚活性”状态，而且生物滴滤系统还存在致命的堵塞问题。
解决上述技术问题的难度：
对于生物法同步脱除SO2和NOx，特别是废气中的同步厌氧脱硫反硝化尚处于实验探索和起步阶段，是一个全新的课题。与此同时，生物法中较常见的生物滤床由于存在气液分布不均和填料床层堵塞问题，导致操作管理复杂、运行费用较高，如何提高生物滤床中气态污染物的处理效率和处理负荷，也将是生物处理技术需要解决的一个重要问题。
解决上述技术问题的意义：
本发明将在厌氧条件下研究反应器对SO2和NOx的去除率、去除负荷以及兼氧条件下对处理过程的影响，掌握最佳反应参数，同时结合生物降解、化学反应的机理和气液传质理论，新型生物旋转滤床同步净化SO2和NOx的过程和机理，对生物法同步脱硫脱硝技术的工程化应用具有重要的意义。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种高效同步脱硫脱硝的废气净化方法及反应器。
本发明是这样实现的，一种高效同步脱硫脱硝的废气净化方法，具体包括以下步骤：
步骤一，将工业废气从生物转鼓外壳进入生物转鼓空腔体；
步骤二，经过生物填料上微生物处理后由中空转动轴中轴向排气管排出；
步骤三，生物填料能够随着转动轴转动，生物填料上的微生物不断地与废气和营养液槽中的营养液接触，进行正常的新陈代谢活动；
步骤四，通过反硝化和脱硫反应有效地去除废气中含氮含硫污染物。
进一步，所述步骤一中，在新型生物转鼓反应器内利用微生物反硝化和脱硫反应净化去除废气中NOx和SO2污染物，NOx的反硝化路线为：NO→N2O→N2；SO2的脱硫路线为：SO2→S0和SO4 2-。
本发明的另一目的在于提供一种高效同步脱硫脱硝的废气反应器，设置有不锈钢控制柜、气体流量计、气体管路、调速电机、转鼓反应器、电加热器、气体转子流量计、进气口、温度传感器接口、压力检测接口、备用接口、上盖、转盘、排液口、不锈钢操作台架；
不锈钢操作台架上通过螺栓与不锈钢控制柜连接，不锈钢操作台架上通过螺栓固定有气体流量计；
不锈钢操作台架上通过螺栓固定有调速电机、转鼓反应器；转鼓反应器通过轴承固定转轴，转轴上卡接有转盘，转盘上设置有生物填料，生物填料的下部设置有营养液，生物填料侵入到营养液中；调速电机输出轴通过联轴器与转轴连接；转鼓反应器通过螺栓密封安装有电加热器。
进一步，所述转鼓反应器上端通过螺栓与上盖连接，转鼓反应器上端设置有压力检测接口和备用接口；转鼓反应器下端开有温度传感器接口和排液口。
进一步，所述温度传感器接口固定有温度传感器，压力检测接口与压力传感器连接；温度传感器通过电信号与温度控制仪表连接，压力传感器通过电信号与压力显示仪表了连接。
进一步，所述转鼓反应器端面开有进气口，进气口与进气管道连接，进气管道与气体转子流量计连接；进气口通过气体管路与气体流量计连接，转鼓反应器后端面开有排气口。
综上所述，本发明的优点及积极效果为：本发明的烟气脱硝方法及处理工艺解决了生物滴滤系统中填料堵塞、传质不均等问题，表现出了较高的净化效率、去除负荷和较低的操作压力，在烟气脱硝领域是完全可行的新型烟气脱硝技术，具有广阔的工业应用前景和价值。
附图说明
图1是本发明实施例提供的高效同步脱硫脱硝的废气净化方法流程示意图。
图2是本发明实施例提供的不锈钢操作台架和不锈钢控制柜结构示意图。
图3是本发明实施例提供的转鼓反应器和电加热器结构示意图。
图4是本发明实施例提供的调速电机、温度传感器接口和进气口结构示意图。
图5是本发明实施例提供的转盘结构示意图。
图6是本发明实施例提供的高效同步脱硫脱硝的废气净化反应器实物图。
图7是本发明实施例提供的实验装置结构示意图。
图中：1、不锈钢控制柜；2、气体流量计；3、气体管路；4、调速电机；5、转鼓反应器；6、电加热器；7、气体转子流量计；8、进气口；9、温度传感器接口；10、压力检测接口；11、备用接口；12、上盖；13、转盘；14、排液口； 15、不锈钢操作台架；16、SO2发生器；17、NOx发生器；18、第一流量计；19、第二流量计；20、混合罐；21、压差计；22、干燥剂；23、气体分析仪；24、新型生物反应器；25、水浴温控槽；26、调速电机；27、营养液；28、计量泵； 29、尾气吸收装置；30、填料；31、尾气排放。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的高效同步脱硫脱硝的废气净化方法，具体包括以下步骤：
S101：将工业废气从生物转鼓外壳进入生物转鼓空腔体；
S102：经过生物填料上微生物处理后由中空转动轴中轴向排气管排出；
S103：生物填料能够随着转动轴转动，生物填料上的微生物不断地与废气和营养液槽中的营养液接触，进行正常的新陈代谢活动；
S104：通过反硝化和脱硫反应有效地去除废气中含氮含硫污染物。
所述S104中，在新型生物转鼓反应器内利用微生物反硝化和脱硫反应净化去除废气中NOx和SO2污染物，NOx的反硝化路线为：NO→N2O→N2；SO2的脱硫路线为：SO2→S0和SO4 2-。
如图2-图5所示，本发明实施例提供的高效同步脱硫脱硝的废气净化反应器包括：不锈钢控制柜1、气体流量计2、气体管路3、调速电机4、转鼓反应器5、电加热器6、气体转子流量计7、进气口8、温度传感器接口9、压力检测接口10、备用接口11、上盖12、转盘13、排液口14、不锈钢操作台架15。不锈钢操作台架15上通过螺栓与不锈钢控制柜1连接，不锈钢操作台架
15上通过螺栓固定有气体流量计2；
不锈钢操作台架15上通过螺栓固定有调速电机4、转鼓反应器5；转鼓反应器5通过轴承固定转轴，转轴上卡接有转盘13，转盘13上设置有生物填料，生物填料的下部设置有营养液，生物填料侵入到营养液中；调速电机4输出轴通过联轴器与转轴连接；转鼓反应器5通过螺栓密封安装有电加热器6。
转鼓反应器5上端通过螺栓与上盖12连接，转鼓反应器5上端设置有压力检测接口10和备用接口11；转鼓反应器5下端开有温度传感器接口9和排液口 14，温度传感器接口9固定有温度传感器，压力检测接口10与压力传感器连接；温度传感器通过电信号与温度控制仪表连接，压力传感器通过电信号与压力显示仪表了连接。
转鼓反应器5端面开有进气口8，进气口8与进气管道连接，进气管道与气体转子流量计7连接；进气口8通过气体管路3与气体流量计2连接，转鼓反应器5后端面开有排气口。
其中：高效同步脱硫脱硝的废气净化反应器技术参数如下：
1、环境温度：5℃～40℃，电源220V单相，功率120W。
2、生物转鼓反应器，由盘片、聚氨酯泡沫、转轴、可拆卸有机玻璃槽组成。
3、仪表：数显温度控制仪表及温度传感器，数显压力显示仪表及压力传感器。
4、调速电机：功率120W，转速60r/min，精度能达到0.01r/min，转速可调。
5、气体流量：玻璃转子流量计，0-30L/min，需要3个。
6、电加热器：功率200W，加热功率可调节。
7、框架与控制柜采用304不锈钢材质，结构紧凑，操作方便。
8、外形尺寸：1100×450×1400㎜，框架为可移动式设计。
本发明中生物转鼓作为一个完全密封的反应器，填料固定在转动轴上，轴向两端封闭，构成一个“转鼓”，生物填料的下部浸没在营养液中，气态污染物从生物转鼓的空腔体透过填料层，进入内轴空间，由轴向排气管排出，完成一次气态污染物的净化。
当NOx和SO2废气通过填料层时，NOx和SO2与附着在填料上生长的微生物接触和碰撞，被微生物吸附摄取后转化为N2、S0和微生物体的一个组成部分。生物转鼓每转一圈，各部分填料层均与营养液同等几率接触一次，这样，附着在填料上微生物均能够充分吸收营养液组分，从而保持高效分解污染物的微生物活性；另一方面，填料与营养液接触后，微生物代谢产物解吸进入到营养液中，随着营养液的更新而不断地排出，对于维持微生物的高活性具有重大的作用。
随着生物转鼓以恒定的角速度旋转，生物填料与反应器内的液体互相接触、摩擦，液体不断冲刷填料，此时活性较差的菌丝因结构松散，黏性不足，就易于脱离生物膜填料，这样就在一定程度上解决了填料的堵塞问题；其次它所留下的“空位”则被有较强活性的微生物占据。这样，每一个微生物均有相同的机会接触到生物填料、营养物质和享受相同的环境条件，保证了生物膜的较高活性。此外，转鼓在转动的过程中，填料的各个部分都与营养液充分接触，在一定程度上解决了传统生物滴滤塔经常出现的营养液喷淋的不均匀、营养液沟流以及生物量在填料上的分布不均匀性。
下面结合具体的实验对本发明的应用原理作详细的描述。
在实验室内进行生物转鼓反硝化和脱硫反应来净化NOx和SO2废气。实验用微生物菌种取自宁波某城市污水处理厂兼氧池的活性污泥，经过预处理后接种于含1000mL基础培养液的2.5L玻璃瓶中，以NaNO3和Na2SO3为氮源和能源，添加葡萄糖进行驯化培养，2周后基本完成。将驯化培养后的菌悬液移入生物转鼓中进行挂膜，以NOx和SO2废气为废气源、葡萄糖为碳源，14天后挂膜完成，进行试验。
其中，实验装置设置有：
SO2发生器16、NOx发生器17、流量计18,19、混合罐20、压差计21、干燥剂22、气体分析仪23、新型生物反应器24、水浴温控槽25、调速电机26、营养液27、计量泵28、尾气吸收装置29、填料30、尾气排放31。
1、不同转速时NOx和SO2的净化效果
实验时控制温度为25～35℃，pH6.5～7.5，进气中无氧，气体流量为0.8m3/h，EBRT为67s时，NOx和SO2的净化效果见表1和表2如下：
表1不同转速时NOx的净化效率
从结果可知，转速在0～3r/min之间时，NOx净化效率大于93％；转速为 0.5r/min时，NOx的净化效率最高，达到了98.3％。
表2不同转速时SO2的净化效率
从结果可知，转速在0～3r/min之间时，SO2净化效率大于85％；转速为 0.5r/min时，SO2的净化效率最高，达到了88.4％。
2、不同进气浓度时NOx和SO2的净化效果
实验时控制温度为25～35℃，pH6.5～7.5。实验在连续运行18h，气体流量为1.2m3/h，EBRT为43s，转速为0.5r/min时，测定了不同进气浓度对其净化效果的影响。在连续18h的测试中，在第1～6h内，NOx进气平均浓度为702mg/m3， NOx平均净化效率为93.9％。在第7～12h内，NOx进气平均浓度为574mg/m3， NOx平均净化效率为94.2％；第13～18h时，进气浓度为358mg/m3，NOx的平均净化效果为94.8％。在连续18h的测试中，在第1～6h内，SO2进气平均浓度为315mg/m3，SO2平均净化效率为86.9％。在第7～12h内，SO2进气平均浓度为284mg/m3，SO2平均净化效率为87.2％；第13～18h时，进气浓度为272mg/m3， SO2的平均净化效果为88.5％。
3、不同停留时间时NOx和SO2的净化效果
实验条件与上述相同，控制NOx和SO2进气总量为0.85g/h左右，转速为 0.5r/min，改变停留时间，测定其对净化效果的影响。结果表明，当EBRT为65s和43s时，NOx的净化效率分别为97.9％和94.4％，去除负荷分别为39.5g/m3h 和45.3g/m3h。SO2的净化效率分别为87.8％和85.4％，去除负荷分别为21.5g/m3h 和20.3g/m3h。
4、不同氧气含量时NOx和SO2的净化效果
实验条件与上述相同，NOx浓度为700mg/m3，SO2浓度为300mg/m3，转速为0.5r/min，EBRT 43s。氧气浓度为5.2％的情况下，出气中NOx的浓度为31 mg/m3，处理效率达到了95.5％，NOx去除负荷达到了55.2g/m3h。出气中SO2的浓度为35mg/m3，处理效率达到了88.3％，SO2去除负荷达到了21.9g/m3h。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种高效同步脱硫脱硝的废气净化方法，其特征在于，所述的高效同步脱硫脱硝的废气净化方法包括以下步骤：
步骤一，将工业废气从生物转鼓外壳进入生物转鼓空腔体；
步骤二，经过生物填料上微生物处理后由中空转动轴中轴向排气管排出；
步骤三，生物填料能够随着转动轴转动，生物填料上的微生物不断地与废气和营养液槽中的营养液接触，进行正常的新陈代谢活动；
步骤四，通过反硝化和脱硫反应有效地去除废气中含氮含硫污染物。
2.如权利要求1所述的高效同步脱硫脱硝的废气净化方法，其特征在于，所述步骤一中，在新型生物转鼓反应器内利用微生物反硝化和脱硫反应净化去除废气中NOx和SO2污染物，NOx的反硝化路线为：NO→N2O→N2；SO2的脱硫路线为：SO2→S0和SO4 2-。
3.一种实现如权利要求1所述的高效同步脱硫脱硝的废气净化方法的反应器，其特征在于，所述反应器设置有不锈钢控制柜、气体流量计、气体管路、调速电机、转鼓反应器、电加热器、气体转子流量计、进气口、温度传感器接口、压力检测接口、备用接口、上盖、转盘、排液口、不锈钢操作台架；
不锈钢操作台架上通过螺栓与不锈钢控制柜连接，不锈钢操作台架上通过螺栓固定有气体流量计；
不锈钢操作台架上通过螺栓固定有调速电机、转鼓反应器；转鼓反应器通过轴承固定转轴，转轴上卡接有转盘，转盘上设置有生物填料，生物填料的下部设置有营养液，生物填料侵入到营养液中；调速电机输出轴通过联轴器与转轴连接；转鼓反应器通过螺栓密封安装有电加热器。
4.如权利要求3所述的反应器，其特征在于，所述转鼓反应器上端通过螺栓与上盖连接，转鼓反应器上端设置有压力检测接口和备用接口；转鼓反应器下端开有温度传感器接口和排液口。
5.如权利要求3所述的反应器，其特征在于，所述温度传感器接口固定有温度传感器，压力检测接口与压力传感器连接；温度传感器通过电信号与温度控制仪表连接，压力传感器通过电信号与压力显示仪表了连接。
6.如权利要求3所述的反应器，其特征在于，所述转鼓反应器端面开有进气口，进气口与进气管道连接，进气管道与气体转子流量计连接；进气口通过气体管路与气体流量计连接，转鼓反应器后端面开有排气口。
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