CN207928998U - 一种吸收-降解分段式生物反应装置 - Google Patents

一种吸收-降解分段式生物反应装置 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种吸收‑降解分段式生物反应装置及采用吸收‑降解分段式生物反应装置处理有机废气的方法，包括底座和设置在底座上的填料吸收塔；所述的底座内填有生物填料，为生物降解段；所述的填料吸收塔内填有无机填料，为填料吸收段；所述的底座内设有微孔曝气器，所述的微孔曝气器的进气一端连接有进气口；所述的填料吸收塔设有出气口。本实用新型强化了液相对有机污染物的吸收，避免了微生物在填料层中的过度生长从而产生的堵塞情况，提高了反应体系中微生物的总含量，实现了对含氯有机废气的高效吸收、降解和去除。

Description

一种吸收-降解分段式生物反应装置
技术领域
本实用新型涉及有机废气的生物处理装置技术领域，具体涉及一种吸收-降解分段式生物反应装置及采用吸收-降解分段式生物反应装置处理有机废气的方法。
背景技术
在工业生产，尤其是医药化工行业，产生的有机废气成分复杂，一般主要含醇类、酯类、苯类、卤代烃类等含挥发性有机物(Volatile organic compounds,VOCs)，尤其含有三氯甲烷、二氯甲烷、二氯乙烷等难去除含氯有机化合物。这类含氯VOCs进入环境不仅会造成资源的极大浪费，而且严重污染环境，危害人类以及其他生物的健康和生存，因此受到社会各界广泛关注。
传统的VOCs处理方法，如化学吸收、催化焚烧等，用于含氯VOCs的处理成本较高，或产生危害更大的副产物，因此具有一定的局限性。而生物法因其无二次污染，投资费用小，运行费用低，能耗小等优点，收到越来越多的关注而现有的生物反应器，如生物滤塔、生物滴滤塔、生物洗涤器以及膜生物反应器等，在处理这类含氯VOCs上都具有一定的局限性：由于含氯VOCs在生物降解过程中会有HCl的产生，导致体系的pH不断下降，而生物滤塔难以及时调节pH，会对反应器内微生物活性造成不利的影响；生物滴滤塔中的微生物生长过旺或运行时间过长都可能导致填料层堵塞，压力降增大，增加运行成本；生物洗涤塔在处理溶解度高的VOCs时有较好的效果，而对于氯代烃这类水溶性不高的VOCs去除效果将大大降低；膜生物反应器由于其高昂的操作成本和运行成本，现在还难以实现工业化的运用。
针对上述情况，采用新型的生物反应装置增强对含氯VOCs的吸收、降解是十分有必要的。公开号为CN103203157A(申请号为201310088549.6)的中国发明专利文献公开了一种二氯甲烷废气处理系统，该系统包括二氯甲烷废气进管、预处理系统、冷凝系统和回收系统，预处理系统由冷凝器和与冷凝器相连的气气换热器组成，二氯甲烷废气进管与冷凝器连接，冷凝器与气气换热器连接的管路上设置有风机；所述的冷凝系统由两个冷凝塔组成，分为一级冷凝塔和二级冷凝塔，该装置可对二氯甲烷废气进行深度冷凝达到冷却结晶。该发明还提供一种利用上述二氯甲烷废气处理系统处理二氯甲烷废气的方法，该方法是一种冷却结晶的治理方法，包括冷却、结晶、解析回收等物理过程。但由于二氯甲烷沸点极低，利用冷却结晶法处理二氯甲烷，将会导致能耗增加等问题。此外，与生物法相比，该方法工艺结构更加复杂，运行操作更加繁琐，且无法作用于含氯混合有机废气的去除。
另外，授权公告号为CN205109398U(申请号为201520840929.5)的中国实用新型专利文献公开了一种含氯有机废气净化设备，该设备包括气体冷凝器、碱洗塔、水洗塔、阻火器、蓄热催化氧化反应器、补风风机、排风风机、阀门、烟囱和控制系统。含氯有机废气首先经气体冷凝器冷凝回收部分有机物，然后经碱洗塔和水洗塔脱除含氯有机物，最后经蓄热催化氧化反应器净化残余的有机物，反应后的净化气经排风风机送入烟囱。其优点在于可燃物净化效率高、设备运行费用低、安全可靠、自动化程度高。但该方法操作方式复杂，设备费用高，且易产生二次污染。
实用新型内容
本实用新型提供了一种吸收-降解分段式生物反应装置，利用强化废气吸收和微生物对目标污染物的降解实现吸收-降解分段式处理。
一种吸收-降解分段式生物反应装置，包括底座和设置在底座上的填料吸收塔；
所述的底座内填有生物填料，为生物降解段；
所述的填料吸收塔内填有无机填料，为填料吸收段；
所述的底座内设有微孔曝气器，所述的微孔曝气器的进气一端连接有进气口；
所述的填料吸收塔设有出气口。
本实用新型中，有机废气从进气口进入反应器，经由微孔曝气器进入生物降解段，被生物降解段中的液相吸收一部分后，进入填料吸收段。同时，优选技术方案中，位于生物降解段的无机培养液被液体循环计量泵带入液体分布器进入填料吸收段，与有机废气接触后，吸收有机废气并返回生物降解段，目标污染物在生物降解段内被生物填料中的微生物代谢矿化成CO2、H2O、HCl等小分子无机物排出。
以下作为本实用新型的优选技术方案：
所述的底座的顶部与填料吸收塔的底部连通。
所述的底座的顶部设有碱液注入口，用于注入碱液，调节反应装置中液相pH值。
所述的底座的顶部设有pH传感器，用于实时监测反应装置中液相pH值。
所述的碱液注入口和pH传感器均与pH在线调节装置相连，pH在线调节装置通过pH传感器实时监测反应装置中液相pH值，同时，通过碱液注入口注入碱液，调节反应装置中液相pH值。
所述的用于中和反应器体系酸性的NaOH溶液浓度为0.2～1.0mol L-1，即所述的碱液为浓度0.2～1.0mol L-1的NaOH水溶液，使用蠕动泵从生物降解段碱液注入口注入，并将pH维持在6～7。
所述的吸收-降解分段式生物反应装置还包括液体循环系统，所述的液体循环系统包括液体循环计量泵，所述的液体循环计量泵的进水端与所述底座连通，所述的液体循环计量泵的出水端通过管道从所述填料吸收塔顶部伸入并且伸入端连接有液体分布器。即液体分布器设置在所述填料吸收塔的顶部内。
所述的出气口位于所述填料吸收塔的顶部侧面。
所述的底座的底部设有排泥口。
所述的生物降解段添加一种或多种的生物填料，为微生物提供了适宜的生长场所，该段内的曝气过程也使生物填料中的活性低的微生物被冲刷下来，并给予高活性、生长旺盛的微生物有更多的生长空间，从而保证了降解段高效的降解能力。此外，生物降解段的生物填料使微生物集中生长于填料中，而液相中微生物含量极低，避免了微生物堆积在填料吸收段的填料中导致填料层堵塞或压力降上升的情况，令该反应器能够长时间稳定运行。所述的生物填料可具体采用申请号201210146421.6(公开号为102671615A)专利申请公开说明书中实施例1中公开拉西环与多孔介质的组合式生物填料。
所述的填料吸收段添加一种或多种微生物不易挂膜的无机填料。该部分主要目的是为增加循环液对目标污染物的吸收，并非令微生物挂膜，因此选用可堆积得更为紧密的且不适宜微生物挂膜的无机填料，增强气液传质效果。所述的无机填料具体可采用玻璃弹簧填料。
所述的微孔曝气器与进气管相连接，置于生物降解段中心位置，具反应器底部保持一定距离，即所述的微孔曝气器位于所述底座的中部。该设计目的是：(1)增强生物降解段液相的循环，使液相保持流动状态；(2)不将生物曝气器置于反应器底部，防止曝气过程对生物降解段中生物填料的过度冲击，导致生物填料中生物膜脱落；(3)不将生物曝气器置于反应器底部，降低生物降解段液相造成的压力降；(4)在反应器底部和生物曝气器之间预留一段空间，使生物填料中被冲刷下来的已失活微生物沉降于反应器底部，每隔一段时间可打开排泥口将其排出。
一种采用吸收-降解分段式生物反应装置处理有机废气的方法，包括以下步骤：
1)将菌种接种到无机盐培养液中培养，通入有机废气曝气驯化，得到具有降解能力的微生物群落的营养液；
2)将具有降解能力的微生物群落的营养液加入到吸收-降解分段式生物反应装置中，并采用液体循环系进行循环，体系pH值维持在6～8，体系温度在30±4℃，从进气口通入有机废气，有机废气在吸收-降解分段式生物反应装置中停留处理，实现有机废气降解。
步骤1)中，所述的菌种采用混合菌种，采用中国工业微生物菌种保藏管理中心(CICC)的市售菌种，由以下个数百分数的菌种混合而成；
最优选，由以下个数百分数的菌种混合而成；
本实用新型采用特定混合菌种，能够高效降解有机废气，当有机废气为含氯挥发性有机物的废气，特别是二氯甲烷，特定混合菌种能体现出更高的降解效率。
无机盐培养液用于提供微生物的生长环境。所述的无机盐培养液以1L计，由以下质量的组分组成：
所述的无机盐培养液以1L计，由以下质量的组分组成：
步骤2)中，体系pH值维持在6～7，体系温度在30±1℃。
与现有技术相比，本实用新型有益效果是：
本实用新型中，有机废气从进气口进入反应器，经由微孔曝气器进入生物降解段，被生物降解段中的液相吸收一部分后，进入填料吸收段。同时，优选技术方案中，位于生物降解段的无机培养液被液体循环计量泵带入液体分布器进入填料吸收段，与有机废气接触后，吸收有机废气并返回生物降解段，目标污染物在生物降解段内被生物填料中的微生物代谢矿化成CO2、H2O、HCl等小分子无机物排出。本实用新型强化了液相对有机污染物的吸收，避免了微生物在填料层中的过度生长从而产生的堵塞情况，提高了反应体系中微生物的总含量，实现了对含氯有机废气的高效吸收、降解和去除。
附图说明
图1为本实用新型吸收-降解分段式生物反应装置结构示意图；
图中，1为进气口；2为气阀；3为生物降解段；4为生物填料；5为碱液注入口；6为填料吸收段；7为出气口；8为液体分布器；9为pH传感器；10为液体循环计量泵；11为微孔曝气器；12为排泥口；
图2为停留时间50s时，该吸收-降解分段式生物反应器处理二氯甲烷去除效率随进气浓度的变化趋势图；
图中，左侧纵坐标表示二氯甲烷浓度，mg/m3；右侧纵坐标表示二氯甲烷去除效率，％；横坐标表示时间，d。图中，▲表示二氯甲烷进气浓度,mg/m3；◆表示二氯甲烷出气浓度,mg/m3；○表示去除效率。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本实用新型作进一步说明，但本实用新型的保护范围并不限于此。
实施例1：
如图1所示，一种吸收-降解分段式生物反应装置,包括底座和设置在底座上的填料吸收塔，底座的顶部与填料吸收塔的底部连通；底座内填有生物填料4，为生物降解段3；填料吸收塔内填有无机填料，为填料吸收段6；底座内设有微孔曝气器11，微孔曝气器11位于底座中心位置，微孔曝气器11的进气一端通过进气管连接有进气口1，该进气管上还安装有气阀2；填料吸收塔6设有出气口7。
底座的顶部设有碱液注入口5，用于注入碱液，调节反应装置中液相pH值。
底座的顶部设有pH传感器9，用于实时监测反应装置中液相pH值。
碱液注入口5和pH传感器9均与pH在线调节装置相连，pH在线调节装置通过pH传感器9实时监测反应装置中液相pH值，同时，通过碱液注入口5注入碱液，调节反应装置中液相pH值。用于中和反应装置体系酸性的NaOH溶液浓度为0.2～1.0mol L-1，即碱液为浓度0.2～1.0mol L-1的NaOH水溶液，使用蠕动泵从生物降解段碱液注入口5注入，并将pH维持在6～7。
吸收-降解分段式生物反应装置还包括液体循环系统，液体循环系统包括液体循环计量泵10，液体循环计量泵10的进水端与底座连通，液体循环计量泵10的出水端通过管道从填料吸收塔顶部伸入并且伸入端连接有液体分布器8，即液体分布器8设置在填料吸收塔的顶部内。
出气口7位于填料吸收塔的顶部侧面。
底座的底部设有排泥口12。
生物填料4可具体采用申请号201210146421.6(公开号为102671615A)专利申请公开说明书中实施例1中公开拉西环与多孔介质的组合式生物填料。
无机填料具体可采用玻璃弹簧填料。
微孔曝气器11与进气管相连接，置于生物降解段3中心位置，即微孔曝气器11位于底座的中部。
本实用新型吸收-降解分段式生物反应装置，包括将有机废气引入反应器内部的进气口1和微孔曝气器11、阀门2、装有生物填料4的生物降解段3、监测与调节体系酸碱度的pH传感器9和碱液注入口5、用于强化吸收有机废气的填料吸收段6，位于反应装置顶部的出气口7，用于液相循环的液体循环计量泵10和液体分布器8、设置在反应装置底部的排泥口12等。
气态污染物从进气口1进入反应器，经由微孔曝气器11进入生物降解段3，被生物降解段3中的液相吸收一部分后，进入填料吸收段6。同时，位于生物降解段3的无机培养液被液体循环计量泵10带入液体分布器8进入填料吸收段6，与有机废气接触后，吸收有机废气并返回生物降解段3，目标污染物在生物降解段3内被生物填料4中的微生物代谢矿化成CO2、H2O、HCl等小分子无机物排出。同时，pH传感器9和碱液注入口5与一台pH在线调节装置相连以实时控制体系pH值。反应器运行一段时间后，产生的污泥经由底部排泥口12排出。
应用例1：
一种采用吸收-降解分段式生物反应装置处理有机废气的方法，包括以下步骤：
1)将菌种接种到无机盐培养液中培养，通入有机废气曝气驯化，得到具有降解能力的微生物群落的营养液；
所述的菌种采用混合菌种，采用中国工业微生物菌种保藏管理中心(CICC)的市售菌种，由以下个数百分数的菌种混合而成；
无机盐培养液用于提供微生物的生长环境。所述的无机盐培养液以1L计，由以下质量的组分组成：
所述的无机盐培养液以1L计，由以下质量的组分组成：
2)将具有降解能力的微生物群落的营养液加入到吸收-降解分段式生物反应装置中，并采用液体循环系进行循环，碱液注入口的碱液为浓度0.2～1.0mol L-1的NaOH水溶液，体系pH值维持在6～7，体系温度在30±1℃，从进气口通入有机废气，有机废气在吸收-降解分段式生物反应装置中停留处理，实现有机废气降解。
为了说明本实用新型涉及的一体化装置能达到较好的处理效果，使用实施例1的吸收-降解分段式生物反应器进行了含氯有机废气的处理，实验条件如下：实验中的模拟废气为二氯甲烷废气，气体组成：二氯甲烷+空气，通过空气泵鼓泡得到。二氯甲烷浓度控制在100～2000mg/m3之间；反应器生物降解段高200mm，直径180mm，填料吸收段高400mm，直径100mm，两段均为有机玻璃材质，并以法兰结合在一起。填料吸收段采用玻璃弹簧填料(深圳市蓝泰兴环保材料有限公司，直径3mm-8mm，长度6-20mm)，填料层高250mm，生物降解段液相总体积4.4L(即无机盐培养液4.4L)，其中添加了3L生物填料，(授权专利号：ZL201210146421.6专利说明书中实施例1中公开拉西环与多孔介质的组合式生物填料)。体系pH值维持在6～7，体系温度在30±1℃。将有机废气的进气量控制在0.3m3/h，对应反应器的停留时间RT＝50s；反应器持续运行，每天三次，每次间隔两小时测定进出口气体中二氯甲烷的浓度。
运行结果如附图2所示，在二氯甲烷进气浓度100～2000mg/m3波动范围内，去除效率保持在97％左右，该吸收-降解分段式生物反应器保持了十分稳定并高效的二氯甲烷去除效果。

Claims (10)

1.一种吸收-降解分段式生物反应装置，其特征在于，包括底座和设置在底座上的填料吸收塔；
所述的底座内填有生物填料，为生物降解段；
所述的填料吸收塔内填有无机填料，为填料吸收段；
所述的底座内设有微孔曝气器，所述的微孔曝气器的进气一端连接有进气口；
所述的填料吸收塔设有出气口。
2.根据权利要求1所述的吸收-降解分段式生物反应装置，其特征在于，所述的底座的顶部与填料吸收塔的底部连通。
3.根据权利要求1所述的吸收-降解分段式生物反应装置，其特征在于，所述的底座的顶部设有碱液注入口。
4.根据权利要求3所述的吸收-降解分段式生物反应装置，其特征在于，所述的底座的顶部设有pH传感器。
5.根据权利要求4所述的吸收-降解分段式生物反应装置，其特征在于，所述的碱液注入口和pH传感器均与pH在线调节装置相连。
6.根据权利要求1所述的吸收-降解分段式生物反应装置，其特征在于，所述的吸收-降解分段式生物反应装置还包括液体循环系统，所述的液体循环系统包括液体循环计量泵，所述的液体循环计量泵的进水端与所述底座连通，所述的液体循环计量泵的出水端通过管道从所述填料吸收塔顶部伸入并且伸入端连接有液体分布器。
7.根据权利要求1所述的吸收-降解分段式生物反应装置，其特征在于，所述的出气口位于所述填料吸收塔的顶部侧面。
8.根据权利要求1所述的吸收-降解分段式生物反应装置，其特征在于，所述的底座的底部设有排泥口。
9.根据权利要求1所述的吸收-降解分段式生物反应装置，其特征在于，所述的生物填料采用拉西环与多孔介质的组合式生物填料；
所述的无机填料具体采用玻璃弹簧填料。
10.根据权利要求1所述的吸收-降解分段式生物反应装置，其特征在于，所述的微孔曝气器位于所述底座的中部。
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