CN203155087U

CN203155087U - 一种同时脱除nox、so2和pm2.5的装置

Info

Publication number: CN203155087U
Application number: CN2012207114565U
Authority: CN
Inventors: 黄少斌; 吴智导; 张永清; 邱灼华
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2012-12-20
Filing date: 2012-12-20
Publication date: 2013-08-28
Anticipated expiration: 2022-12-20

Abstract

本实用新型公开了一种同时脱除NOx、SO₂和PM_2.5的装置，包括控制系统、生物滴滤塔和微生物活性再生器，生物滴滤塔内设有负载生物膜的填料层，微生物活性再生器内装有微生物营养液；生物滴滤塔的底部与微生物活性再生器连通，生物活性再生器通过泵与生物滴滤塔顶部连通，生物滴滤塔顶部还设有排气口；由控制系统控制将烟气送入生物滴滤塔底部，控制系统还控制将微生物活性再生器内的液体泵入生物滴滤塔顶部。本实用新型装置能使烟气中NOx、SO₂和PM_2.5可以同时被脱除，并且克服了环境中氧及温度的抑制问题，适合于燃煤电厂烟气的净化；具有工艺设备简单,能耗低，运行费用低，二次污染少等优点。

Description

一种同时脱除NOX、SO2和PM2.5的装置

技术领域

本实用新型涉及环保领域的大气环境污染治理、生物过滤技术、环境污染治理技术，具体是指一种中温好氧条件下同时脱除NO_x、SO₂和PM_2.5的装置。

背景技术

能源生产过程直接排放了相当数量的固体颗粒，颗粒的排放与锅炉炉型、功率、主要燃料和除尘分离装置等因素密切相关。燃煤排放的可吸入颗粒物尤其是PM_2.5不同于自然源的尘土等颖粒物，通常富集各种重金属元素和PAHs、VOCs等有机污染物。

在燃煤电厂中，虽然传统的除尘方式已经具有较高的除尘效率，但是仍然不能很好的控制小颗粒特别是粒径小于2.5μm的颗粒(PM_2.5)排放。现在研究的关键是要通过有效的途径来提高对PM_2.5的脱除效率。

现有开发的脱硫技术有上百种，其中比较实用可行的技术方案仅原煤洗选、流化床燃烧技术、炉内喷吸收剂/N湿活化脱硫工艺、湿式石灰/石灰石脱硫工艺、海水脱硫工艺、简易湿法脱硫工艺、喷雾干燥脱硫工艺、吸收剂再生脱硫工艺、烟道喷吸收剂脱硫工艺、电子束辐照法等10余种技术。烟气脱硫机理主要分为SO₂的吸收、吸附及SO₂的催化转化。在烟气脱硫中，SO₂的吸收主要是通过直接溶解于溶剂或与溶剂发生化学反应而实现，湿法脱硫技术脱硫的主要原理为化学吸收。SO₂的吸附主要是利用较大孔体积和比表面积的吸附剂进行吸附，干法脱硫技术大都运用此原理。SO₂的催化转化一般都是在固体催化剂床层上发生的，如常见的催化氧化法，利用钒基催化剂将SO₂氧化成硫酸，以及催化还原法将SO₂转化为单质硫。目前，烟气脱硫技术中，湿法烟气脱硫工艺仍是技术主流。

由于我国对燃煤锅炉污染物控制的重点放在了SO₂的治理上，目前我国NOx排放研究刚刚起步，控制手段落后。目前NOx的控制主要有燃烧前处理、燃烧方式的改进及燃烧后处理等3种途径，但燃烧后烟气脱氮技术是控制 NOx排放的重要方法，大部分烟气中的NOx都是通过该法进行处理。燃烧后处理也就是对燃烧产生的含NOx的烟气进行处理的方法，即烟气脱硝。烟气脱硝技术包括液体吸收法、吸附法、催化法、等离子体治理技术等几类。

生物过滤方法作为一种废气治理工艺，在挥发性有机物（VOC）的治理方面获得成功。该工艺主要设备是生物滤塔，这是一种内部通常装有固定的有机或无机填料物质的容器，构成一个含有大量微生物的生物过滤系统。目前，此装置常被用于含乙醇、石油碳氢化合物和硫化物废气的处理。在该处理过程中，具有一定湿度的挥发性有机废气进入生物滤池，通过具有生物活性的填料层，有机污染物从气相转移到生物层，从而被微生物氧化分解，将其中的有机污染物氧化分解为二氧化碳、水和其它最终产物。生物滤塔也已用于含氨气体的硝化过程，并取得了一定的效果。国内、外有许多研究者试图采用相同的生物滤塔来分别脱除燃烧废气中的NOx和SO₂。考虑到NOx和SO₂分开处理存在设备耗资大、运行过程复杂、能耗大等缺点，对其处理研究逐渐发展为NOx和SO₂的同时去除。但现有的生物滤塔设备都是一个开放的系统，随着其内部生物膜因衰老而脱落，环境中其它杂菌会利用营养物质而替代目标菌种成为优势菌。

现有的工业废气生物法同步脱硫脱氮的技术很少，目前国内外采用的方法是通过脱氮硫杆菌和硫酸盐还原菌共同处理，从而达到硫氮气体的同步脱除。但是这种方法的实施因废气中氧的浓度而困扰，大多数的微生物都由于氧的抑制作用而降低了活性，从而导致SO₂和NOx的去除效率大大降低。尤其是，目前生物法都是在常温条件下进行，而在中温条件下SO₂和NOx的处理则受到抑制。

发明内容

本实用新型的目的就是为了解决上述现有技术的缺点，提供一种同时脱除烟气中NOx、SO₂和PM_2.5的生物装置。该装置有效的解决了废气中氧及温度的抑制问题，能够在中温有氧条件下使NOx和SO₂脱除率达到90%以上，PM_2.5去除率达到80%以上，且能保证装置内目标菌种一直占优势，从而保持装置长久运行的高效率。

本实用新型通过如下技术方案来实现：

一种同时脱除NOx、SO₂和PM_2.5的装置，包括控制系统、生物滴滤塔和微生物活性再生器，生物滴滤塔内设有负载生物膜的填料层，微生物活性再生器内装有微生物营养液；生物滴滤塔的底部与微生物活性再生器连通，生物活性再生器通过泵与生物滴滤塔顶部连通，生物滴滤塔顶部还设有排气口；由控制系统控制将烟气送入生物滴滤塔底部，控制系统还控制将微生物活性再生器内的液体泵入生物滴滤塔顶部。

将烟气通过风机输送到生物滴滤塔底部，之后再通过滤塔中的填料，在环境存在氧且温度在40-50℃的条件下，气相中的NOx、SO₂和PM_2.5通过填料层的过程中被液相吸收继而在耐重金属且嗜温好氧反硝化菌和脱氮硫杆菌的协同作用下被脱除，处理后的气体从塔顶排出；所述生物滴滤塔还连通有微生物活性再生器，循环液经过反应器主体部分后，进入微生物活性再生器，循环液被脱氧气，创造出暂时的厌氧环境供厌氧菌生长，并且很好地提高了反硝化菌的再生速度和活性，经过再生的微生物重新进入到生物滴滤塔主体后，继续生长并附着在填料上，以替代因衰老及反冲洗脱落的生物膜。

优选地，所述生物滴滤塔内填料层的上方设置了一圈分布器，与微生物活性再生器相通。

优选地，所述生物滴滤塔填料层为1~3层。

优选地，所述控制系统还控制微生物活性再生器内液体的温度在40-50℃。

优选地，还定期向微生物活性再生器内添加新培养的目标菌液。

优选地，所述生物膜上的微生物为异养型好氧反硝化菌、脱氮硫杆菌和硫酸盐还原菌的混合菌群。

优选地，所述反硝化菌为鳌台球菌（Chelatococcus daeguensis）TAD1，由中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心保藏，地址：北京市朝阳区北辰西路1号院3号，其简称为CGMCC，其保藏编号是CGMCC No.5226，保藏日期为2011年9月6日。

优选地，所述微生物营养液的成分包括葡萄糖5g／L、NaCl 4.6g／L、磷酸盐缓冲液pH＝6.8～7.2、MgSO₄·7H₂O 200mg／L、KNO₃1g/L、微量元素2ml/L。

优选地，所述微生物营养液中还加入1.0g/L KNO₃作为氮源，氮源含量根据烟气量的大小进行调节，保持在C/N为6~9。微生物营养液通入空气维持溶解氧在7.6mg/L。

烟气进入装有填料的生物滴滤塔中。生物滴滤塔的主体是填料层，为微生物提供必需的营养物质，塔底逆流进气。可根据进气浓度的高低来调节循环液的流量，以达到最好的处理效果。气相中的NOx、SO₂和PM_2.5与循环液接触被液相吸收，经过由气相进入液相的传质过程。尤其是，经过驯化的塔内生长的微生物可以在中温条件下去除NOx、SO₂和PM_2.5，省去了经过洗涤塔降温的过程。在烟气中存在氧且温度在40-50℃的条件下，进入液相中的NOx、SO₂和PM_2.5经过填料层的过程中被驯化的嗜温且能耐重金属特性的好氧微生物吸附吸收利用，处理后的气体从塔顶排出。

如图1所示，烟气通过气泵输送到生物滴滤塔的底部，烟气中有害气体包括NOx、SO₂和PM_2.5。烟气进入到生物滴滤塔中，与填料接触后，气态的污染物先经过从气相转移到液相或固相表面的液膜的传质过程，可以在中温条件下被微生物利用。经过净化的烟气，NOx和SO₂的去除率均可达到90%以上，PM_2.5的去除效果可达到80%以上。循环液经过主塔后进入微生物活性再生器。该装置为厌氧菌的生长提供了条件，并且新加入的菌液有更好的活性，返回到生物滴滤塔主体后，继续生长并附着在填料上，以替代因衰老及反冲洗脱落的生物膜，保持了填料上生物的高活性。

循环液中需要定期加入微生物生长所需的营养物质以及新培养的目标菌液。循环液的组分和配比如下：葡萄糖5g／L、NaCl 4.6g／L、磷酸盐缓冲液pH＝6.8～7.2、MgSO₄·7H₂O 100mg／L、微量元素2ml/L。菌液的营养液在循环液的基础上加入1.0g/L KNO₃作为氮源，并在温度为45℃条件下于振荡箱中培养24h。由于烟气中含有氮氧化物，可供微生物作为氮源，故加入循环液中的氮源含量根据进气中氮氧化物的浓度进行调节，一般保持C/N为6-9最好。装置运行过程中要考虑到pH值的变化、有害物质的积累等对微生物生长的影响，循环液应定期更换并且补充新的菌液，避免环境因素抑制微生物的生长及外界易生长的杂菌占据优势。

本实用新型中，在装置开始运行前，需要利用经过驯化的菌液进行挂膜。在挂膜前期，循环液中营养物质包括葡萄糖5g／L、NaCl 4.6g／L、磷酸盐缓冲液pH＝6.8～7.2、MgSO₄·7H₂O 200mg／L、KNO₃1g/L、微量元素2ml/L。挂膜采用滴滤与浸泡间歇或填料与培养液混合培养的方式，以保证循环液与填料充分接触的同时，有充足的溶解氧。填料上附着有一层肉眼可见的生物膜表示挂膜完成。挂膜完成以后，开始通入烟气。在运行前期，循环液中的 KNO₃逐渐减少，通入的烟气量逐渐增多。这样可以让微生物对氮源的改变有一个适应的过程。

本实用新型中，生物滴滤塔内生长的微生物是一个复合体系，其中的微生物在接入装置前经过高浓度重金属及中温好氧条件的驯化，使其处理NOx和SO₂的效果达到90%以上。体系中存在着能在高浓度重金属和中温条件下生长的异养型好氧反硝化菌、脱氮硫杆菌、硫酸盐还原菌。本实用新型中的目标菌株就是在中温条件下进行驯化后筛选出来的有去除NOx和SO₂功能的复合菌株。好氧反硝化菌吸收并还原了进入液相或固相的大部分NOx，同时消耗了环境中的部分氧。环境中的有机碳源大部分被好氧反硝化菌及硫酸盐还原菌消耗。系统的微生物活性再生器设有抽气口，可以脱除循环液中的氧气，加上好氧反硝化菌消耗了环境中的部分氧气，导致生物膜的最内层出现无氧或厌氧区，为脱氮硫杆菌和硫酸盐还原菌的生长提供了条件。在几种微生物的协同作用下，最终硫化物被氧化为可回收利用的单质硫，NOx被还原为无毒害的N₂。并且好氧反硝化菌及脱氮硫杆菌会产碱，与溶解入水中的部分SO₂发生中和反应，从而达到NOx和SO₂同时去除的目的，并且对环境中pH的变化有缓冲作用，避免微生物因为环境中pH的急剧变化失去活性甚至死亡。

本实用新型相对于现有技术具有如下的优点及有益效果：

（1）本实用新型采用的是生物法脱除NOx、SO₂和PM_2.5，具有工艺设备简单，能耗低，运行费用低，二次污染少等优点。

（2）本实用新型采用生物滴滤塔装置，并设计有微生物活性再生器，可以根据进气中污染物浓度的大小调整循环液的流量，保证了系统能够长时间高效运行。

（3）本实用新型采用了经过驯化的复合微生物体系，使烟气中NOx、SO₂和PM_2.5可以同时被脱除，并且克服了环境中氧及温度的抑制问题，适合于燃煤电厂烟气的净化。

附图说明

图1为本实用新型装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型作进一步详细的描述，但实用新型的实施方式不限于此。

实施例1

一种同时脱除NOx、SO₂和PM_2.5的装置，如图1所示，包括控制系统1、生物滴滤塔2和微生物活性再生器3，生物滴滤塔2内设有负载生物膜的填料层，微生物活性再生器3内装有微生物营养液和新培养的目标菌液；生物滴滤塔2的底部与微生物活性再生器3连通，生物活性再生器3通过泵与生物滴滤塔2顶部连通，生物滴滤塔2顶部还设有排气口；由控制系统1控制将烟气送入生物滴滤塔2底部，控制系统1还控制将微生物活性再生器3内的液体泵入生物滴滤塔2顶部。所述生物滴滤塔2内填料层的上方布置了一圈分布器，与微生物活性再生器3相通。

人工合成废气：NOx 10mg/m³、SO₂7mg/m³、O₂5%、CO₂12%。进气温度为40-50℃，废气平均体积流量为20m³/h。

（1）根据待处理气体量，确定生物滴滤塔填料层为一层。循环液的流量为5L/h。

（2）将培养好的复合菌种接种到填料上，采用浸泡与滴滤的方式循环挂膜半个月后测试废气净气效率达到90%，挂膜成功。主塔部分用保温带绑定，保持其温度在45℃。

（3）循环液温度用水浴保持在45℃，并且通入空气维持溶解氧在7.6mg/L，循环液中每隔3天接入新培养的菌液。循环液由泵输送到两层填料上方的分布器，出口气体NOx浓度0.32mg／m³，SO₂浓度为0.21mg/m³。

实施例2

某小型锅炉废气主要组分及浓度：NOx 100mg/m³、SO₂80mg／m³、O₂8%、CO₂11%、PM_2.5含量为420μg/m³，进气温度为40-50℃，废气平均体积流量为1000m³／h。

（1）根据待处理气体量确定生物滴滤塔填料层为两层，循环液流量为250L/h，将培养好的复合菌种接种到填料上，挂膜采用填料与培养液混合培养的方法，使微生物很好负载在填料表面，之后再装入填料塔内。然后再继续挂膜一段时间，填料上生长出一层生物膜，表示挂膜成功。

（2）循环液用加热棒使温度保持在45℃，并且通入空气维持溶解氧在7.6mg/L，循环液中每隔3天接入新培养的菌液，以保证不会由于微生物体内PM_2.5的累积而导致系统效率下降。

（3）废气进入生物过滤塔，操作温度为45℃；pH为6.8～7.2。出口NOx浓度10.72mg/m³，脱氮率达到89.28%，SO₂浓度为10.04mg/m³，脱硫率达到87.45%，PM_2.5脱除率为87%。并且在测试的两个月内效果保持稳定。

实施例3

某燃煤电厂的烟气主要组分及浓度：NO 700mg/m³、SO₂520mg／m³、O₂8%、CO₂10%、PM_2.5含量为530μg/m³。进气温度为40-50℃，废气体积流量约为10000m³／h。

（1）根据待处理气体量以及废气氮氧化物浓度，确定生物滴滤塔填料层为三层。循环液的总流量为1000L/h。

（2）将培养好的复合菌种接种到填料上，挂膜采用填料与培养液混合培养的方法，使微生物很好负载在填料表面，之后再装入填料塔内。然后在塔内再继续挂膜一段时间，填料上生长出一层生物膜，表示挂膜成功。

（3）循环液温度保持在45℃，并且通入空气维持溶解氧在7.6mg/L，循环液中每隔3天接入新培养的菌液，以保证不会由于微生物体内PM_2.5的累积而导致系统效率下降。

（4）废气进入生物过滤塔，操作温度为45℃；pH为6.8～7.2。出口NOx浓度为89.2mg/m³，脱氮率达到87.25%，SO₂浓度为69.8mg/m³，脱硫率达到86.58%，PM_2.5脱除率为84%，并且在测试的半年内效果稳定。

实施例4

某燃煤电厂的烟气主要组分及浓度：NO 1500mg/m³、SO₂1000mg／m³、O₂8%、CO₂10%、PM_2.5含量为650μg/m³。废气体积流量约为100000m³／h。

（1）根据待处理气体量，确定生物滴滤塔填料层为三层。循环液流量调为6000L/h。

（2）将培养好的复合菌种接种到填料上，挂膜采用填料与培养液混合培养的方法，使微生物很好负载在填料表面，之后再装入填料塔内。然后在塔中再挂膜一段时间，填料上生长出一层生物膜，表示挂膜成功。

（4）废气进入生物过滤塔，操作温度为45℃；pH为6.8～7.2。出口NOx浓度为260mg/m³，脱氮率达到82.6%，SO₂浓度为210mg/m³，脱硫率达到79%， PM_2.5脱除率为81%，并且在测试的一年内效果稳定。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种同时脱除NOx、SO₂和PM_2.5的装置，其特征在于，包括控制系统、生物滴滤塔和微生物活性再生器，生物滴滤塔内设有负载生物膜的填料层，微生物活性再生器内装有微生物营养液；生物滴滤塔的底部与微生物活性再生器连通，生物活性再生器通过泵与生物滴滤塔顶部连通，生物滴滤塔顶部还设有排气口；由控制系统控制将烟气送入生物滴滤塔底部，控制系统还控制将微生物活性再生器内的液体泵入生物滴滤塔顶部。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述生物滴滤塔内填料层的上方设置了一圈分布器，与微生物活性再生器相通。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述生物滴滤塔填料层为1～3层。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制系统还控制微生物活性再生器内液体的温度在40-50℃。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制系统还控制生物滴滤塔内的温度在40-50℃。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还向微生物活性再生器内添加新培养的目标菌液。