专利名称：一种处理挥发性有机废气的生物滴滤装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种处理挥发性有机废气的生物滴滤装置及方法，属于挥发性有机废气的处理领域。
背景技术：
挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds，以下简称VOCs是一大类气态有机污染物，主要是指在常温下饱和蒸气压约大于70Pa，常压下沸点小于260℃的有机化合物。VOCs种类繁多，分布广，毒性大。VOCs废气来源广泛，部分来自于大型固定源(如石油化工、废水处理设施、制药等，阀门、泵处的泄漏，低沸点有机化合物的贮存、运输等；大量来自交通工具、电镀、喷漆以及有机溶剂使用等所排放的废气，具有污染面广，气量大，浓度低等特点。在强烈紫外线作用下，VOCs与氮氧化物、碳氢化合物等发生光化学反应，生成光化学烟雾；吸收地面辐射的红外线引起温室效应；卤烃类VOCs还可破坏臭氧层形成臭氧空洞；此外有些VOCs还具有三致性(致癌、致畸变、致突变、毒性、恶臭味。VOCs废气污染日益广泛，日趋严重。它不仅严重危害着人类的生存环境，而且也无时无刻不在侵害着人类的身体健康。
生物法是近20年来兴起的一种处理方法，针对于这类既无回收价值又严重污染环境的工业低浓度VOCs废气的净化处理，主要通过微生物的代谢活动，将废气中的VOCs转化为简单的无机物(CO2，水等及细胞组成物质的过程。生物法可以分为生物洗涤法、生物过滤法以及生物滴滤法。生物滴滤法改进了传统生物过滤法在运行中遇到的一些问题，如填料降解需要更新、酸化导致pH值降低、废气湿度低使得填料干化等，成为近年来研究最为活跃的一种VOCs净化方法。
生物滴滤法普遍采用的设备为立式生物滴滤塔(如图1，滴滤塔内具有一定高度的多孔填料床层，营养液从滴滤塔填料的顶部喷淋下来，并逐步地流过滴滤塔的填料，需净化废气由滴滤塔底部或顶部进入，在多孔的填料床内液相和气相可以以逆流或顺流接触的方式流动，净化后的废气由塔顶或塔底排出。填料上附着生长的生物以VOCs作为碳源，以营养液作为氮源进行自身生长繁殖。近年来公开了一些有关生物滴滤塔的专利，如专利200410013545.2公开了一种多用生物滴滤塔脱臭装置，集臭气和污水处理功能于一体。专利200510095104.6也公开了一种用于去除空气中恶臭污染物的生物滴滤塔，它采用了不同规格的填料填充滴滤塔。然而，由于滴滤塔有一定高度，营养液中营养物质随着塔高被微生物吸收利用，浓度分布将会随着塔轴线降低，从而不能保证营养液的分布均匀性，即导致滤塔内湿度和生物量分布不均，有效降解空间减少，影响了其去除效果，产生了压降高、易堵塞的问题，这些问题的存在增大了设备体积和投资费用，给操作管理带来不便，极大的限制了生物滴滤塔在工业实际中的进一步应用，上述所公开的生物滴滤塔专利都存在着这些问题。专利ZL200420085369.9提供的治理恶臭的生物滴滤装置，可以为立式圆筒或卧式矩形结构，其卧式矩形结构装置见图2，装置由折流板分为4个串联的腔室，气体上下折流通过整个装置，与液体交替进行逆流和顺流接触。这实际上相当于将几个生物滴滤塔串连起来，气流在装置内分布的均匀性不能保证，存在死角太多，不容易使脱落的生物膜及时排除，易发生堵塞、压降高等问题，堵塞后反冲洗操作较为困难。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种处理挥发性有机废气的生物滴滤装置及方法，减少了营养液的流经高度，强化了气液传质和生物降解能力，具有占地面积小，操作管理方便，长期运行不会出现生物膜堵塞的特点。
一种处理挥发性有机废气的生物滴滤方法，挥发性有机废气通过进气管1进入反应器主体7，被附着在反应器主体7中多孔填料4上的微生物降解净化后，由排气管9排出；提供微生物生长所需营养物质的营养液11通过营养液自动定量供给系统17，定时定量地由营养液滴加分布装置18进入到反应器主体7中；其特征在于挥发性有机废气的进入和排出沿着反应器主体7的水平中心线，营养液11由反应器主体7上部自上而下流动，在反应器主体7中形成气、液错流接触。
一种处理挥发性有机废气的生物滴滤装置，包括进气管1、反应器主体7、营养液自动定量供给装置17、营养液滴加分布装置18、液封装置5以及排气管9；反应器主体7内部装填可以附着生物膜的多孔填料4，营养液滴加分布装置18位于反应器主体7的顶部，由喷淋管19和布水器20组成，液封装置5位于反应器主体7的底部，由锥形收集区6与U型液封管10连接组成；营养液自动定量供给装置17由储液箱12、水泵13、定容器16和电磁阀15依次连接组成，通过储液箱12与U型液封管10相连，通过电磁阀15与喷淋管19相连；其特征在于进气管1和排气管9分别位于反应器主体7的两侧，三者水平中心线重合，进气管1和反应器主体7之间设有渐扩进气装置3和导流区22，反应器主体7和排气管9之间设有导流区22和渐缩排气装置8。
所述渐扩进气装置3和渐缩排气装置8为水平放置的四棱台，四个侧面为梯形，水平放置棱台的上、下侧面与水平面夹角范围为30°-60°。
在所述进气管1和所述排气管9上分别设置有测压取样口2。
所述布水器20为双层且在这双层之间设有隔室21。
水泵13和电磁阀15分别由一个微电脑时间控制器23控制，定容器16设有营养液回流管24与储液箱12相通。
本发明具有以下有益效果(1)挥发性有机废气与营养液在该反应器主体中错流接触，减少了营养液的流经高度，并在纵向均匀分布，增加了单位体积填料的去除负荷能力，强化了气液传质和生物降解能力，从而充分利用了生物滴滤器的有效空间。
(2)结构的设计保证了气体在反应器内分布的均匀性，进、出气口可以定期调换，从而保证反应器主体内生物量分布的均匀性，反应器处理气量大，占地面积小，操作管理方便，安装位置灵活，既可以在地面上作业，又能将其置于地面下恒温层，环境条件(如湿度等)易控制。
(3)进气管和排气管上分别设置有测压取样口，可以及时准确地测定反应器的处理性能、压降以及反应器前后温、湿度变化。
(4)双层布水器以及隔室的结构，既达到了均匀布液的目的，又防止了气体从反应器主体顶部短路的问题。
(5)通过控制营养液的供给，较好地控制了反应器主体内的温、湿度和生物膜的积累，保证了反应器处理性能的稳定性，长期运行不会出现生物膜堵塞，无需反冲洗，节约了能耗。
图1为传统生物滴滤法处理工艺装置示意图。
图中1—进气管；4—填料；7—反应器主体；9—排气管；26—喷淋装置；27—营养液入口；28—营养液出口图2为专利ZL200420085369.9提供的治理恶臭的卧式矩形装置示意图。
图中1—进气管；7—反应器主体；9—排气管；25—折流板；26—喷淋装置；27—营养液入口；28—营养液出口图3为本发明处理挥发性有机废气的生物滴滤装置结构示意图。
图中1—进气管；2—测压取样口；3—渐扩进气装置；4—填料；5—液封装置；6—锥形收集区；7—反应器主体；8—渐缩排气装置；9—排气管；10—U型液封管；11—营养液；12—储液箱；13—水泵；14—进液管；15—电磁阀；16—定容器；17—营养液自动定量供给系统；18—营养液滴加分布装置；19—喷淋管；20—布水器；21—隔室；22—导流区；23—微电脑时间控制器；24—回流管图4为生物滴滤装置的挂膜启动运行情况。
图5为生物滴滤装置连续运行处理挥发性有机废气的情况。
具体实施例方式
图3所示处理挥发性有机废气的生物滴滤装置，由进气管1、反应器主体7、营养液自动定量供给装置17、营养液滴加分布装置18、液封装置5以及排气管9组成。该生物滴滤装置整体外观为卧式，进气管1和排气管9分别位于反应器主体7的两侧，三者水平中心线重合，进气管1通过渐扩进气装置3、导流区22与反应器主体7相接，而排气管9通过导流区22、渐缩排气装置8与反应器主体7相接，结构的设计适合于处理大气量的挥发性有机废气，渐扩进气装置3与渐缩排气装置8为水平放置的四棱台，四个侧面为梯形，水平放置棱台的上、下侧面与水平面夹角范围为30°-60°，导流区22可拆卸，长度与反应器主体7长度之比为1∶5，起到了均匀布气的作用，装置进、出气口可以定期调换，从而保证反应器主体内生物量分布的均匀性，而渐缩排气装置8则起到了很好的收集处理后气体的作用。在进气管1和排气管9上分别设置有测压取样口2，起到的作用是可以及时准确地测定该生物滴滤装置的处理性能、压降以及反应器前后温、湿度变化，从而有利于控制该生物滴滤装置的运行。在反应器主体7内部装填有可以附着生长生物膜的多孔填料4，位于反应器主体7上部的营养液滴加分布装置18包括喷淋管19和双层布水器20，且在这双层布水器20之间设有隔室21，布水器20采用双层结构，既可以更加有效的均匀布液，还可以用来解决防止气体从顶部短路这一问题，保证装置的密闭性。反应器主体7底部为锥形收集区6底部与U型液封管10相连接组成的液封装置5，U型液封管10一端浸入到储液箱12中，储液箱12、水泵13、定容器16和电磁阀15依次相连接，组成了营养液自动定量供给装置17，储液箱12与水泵13进口相连，水泵13出口通过进液管14与定容器16上部相连，定容器16底部与电磁阀15相连，电磁阀与位于反应器主体7顶部的喷淋管19相连，不仅保证了整个生物滴滤装置良好的气密性，同时锥形收集区6的结构有利于脱落生物膜的排出，使得整个生物滴滤装置的压降较低，不易出现生物膜堵塞，可以节约反冲洗费用，减少运行成本和初期投资。储液箱12内温度恒温可调，设有微电脑时间控制器23进行水泵13和电磁阀15的控制，定容器16侧面设有营养液回流管24与储液箱12相通，操作管理方便，较好地控制了反应器主体内的温、湿度和生物膜的积累，保证了反应器长期运行处理性能的稳定性。
挥发性有机废气依次通过进气管1、渐扩进气装置3，导流区22，水平进入反应器主体7中，在反应器主体7中装填有可附着具有降解能力的生物的多孔填料4，营养液11提供了这种具有降解能力的微生物生长所需的氮源，营养液11通过由储液箱12、水泵13、定容器16和电磁阀15依次连接组成的营养液自动定量供给装置17，自动定时定量地流经营养液滴加分布装置18，最终进入到反应器主体7中。水泵13与电磁阀15的开启与关闭通过微电脑时间控制器23自动控制，水泵13开启后营养液11通过进液管14由上部进入定容器16中，当回流管24中有营养液11流出时，水泵13自动关闭，然后电磁阀15自动开启，具有一定体积和适宜温度的营养液11便通过营养液滴加分布装置18均匀地滴加到了反应器主体7中，电磁阀15自动关闭。营养液滴加分布装置18包括喷淋管19和双层布水器20，喷淋管19和双层布水器20均在反应器主体7的上部密封空间内。营养液自上而下均匀地滴入到反应器主体7中，与水平进入到反应器主体7中的挥发性有机废气错流接触，附着在多孔填料4上具有降解能力的微生物以营养液11和挥发性有机废气作为自身生长繁殖所需要的基质，于是，废气中的污染物得到了降解，利用导流区22和渐缩排气装置8收集净化后的气体后，由排气管9排出。而脱落的生物膜以及少量剩余营养液则进入到位于反应器主体7底部的锥形收集区6中，最终进入储液箱12。气、液错流接触，减少了营养液的流经高度，并在纵向均匀分布，强化了气液传质和生物降解能力，增加了单位体积填料的去除负荷能力，充分利用了生物滴滤器的有效空间，反应器占地面积小，操作管理方便，安装位置灵活，既可以在地面上作业，又能将其置于地面下恒温层，环境条件(如湿度等)易控制，处理气量大。
处理某挥发性有机废气，其中甲苯浓度为967—1390mg/m3，在该生物滴滤装置内的停留时间为24s，属于低浓度大气量废气。温度随环境温度变化而变化，变化范围为17—28℃，进口浓度在一定范围内波动，该反应器长期连续运行。反应器主体7内装载填料为优选后的陶粒，多孔且具有较大的比表面积。
填料表面附着的生物膜菌源为恶臭假单胞菌。将制备菌悬液滴入到填料4中，开始接种微生物，定时向反应器主体7中滴入营养液，同时向反应器主体7中通入废气。菌悬液中的细菌附着在填料表面开始生长繁殖，并逐渐形成生物膜。通过定期从测压取样口2取样进行甲苯浓度分析测试，以去除效率来反映系统的净化能力。
图4所示为该生物滴滤装置挂膜启动情况。细菌加入初期，整个系统处于挂膜启动阶段，随着微生物的不断繁殖生长，填料表面逐渐出现乳白色生物膜，颜色逐渐加深，呈淡黄色，如图4所示，该装置的去除效率由启动第1天的11％逐渐增加，在第6天达到80％，并继续增加达到稳定，去除效率维持在90％以上，挂膜启动完成，挂膜启动时间比传统生物滴滤塔两周挂膜启动时间缩短将近一周，在以后两个月的连续运行中，装置处理性能较为稳定，如图5所示，使用该生物滴滤装置在挂膜成功启动后，连续运行处理挥发性有机废气，其平均去除效率为97％，单位体积填料最大去除负荷能力为253.2g/m3·h，出口气体检测到的甲苯浓度均低于《大气污染物综合排放标准》(GB16297-1996中规定的最高排放浓度。
合理的结构设计与营养液自动定量供给系统合理的营养液供给，使得反应器内生物量较为稳定，脱落的生物膜能够及时排出，整个系统的压降均在10Pa以下，没有出现填料生物膜堵塞问题，不需要反冲洗，适合于处理低浓度大气量的工业挥发性有机废气。
本发明不局限于上述具体实施方式
，只要挥发性有机废气在反应器主体中横向流动，挥发性有机废气与营养液在反应器主体中错流接触，均落在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种处理挥发性有机废气的生物滴滤方法，挥发性有机废气通过进气管(1)进入反应器主体(7)，被附着在反应器主体(7)中多孔填料(4)上的微生物降解净化后，由排气管(9)排出；提供微生物生长所需营养物质的营养液(11)通过营养液自动定量供给系统(17)，定时定量地由营养液滴加分布装置(18)进入到反应器主体(7)中；其特征在于挥发性有机废气的进入和排出沿着反应器主体(7)的水平中心线，营养液(11)由反应器主体(7)上部自上而下流动，在反应器主体(7)中形成气、液错流接触。
2.一种处理挥发性有机废气的生物滴滤装置，包括进气管(1)、反应器主体(7)、营养液自动定量供给装置(17)、营养液滴加分布装置(18)、液封装置(5)以及排气管(9)；反应器主体(7)内部装填可以附着生物膜的多孔填料(4)，营养液滴加分布装置(18)位于反应器主体(7)的顶部，由喷淋管(19)和布水器(20)组成，液封装置(5)位于反应器主体(7)的底部，由锥形收集区(6)与U型液封管(10)连接组成；营养液自动定量供给装置(17)由储液箱(12)、水泵(13)、定容器(16)和电磁阀(15)依次连接组成，通过储液箱(12)与U型液封管(10)相连，通过电磁阀(15)与喷淋管(19)相连；其特征在于进气管(1)和排气管(9)分别位于反应器主体(7)的两侧，三者水平中心线重合，进气管(1)和反应器主体(7)之间设有渐扩进气装置(3)和导流区(22)，反应器主体(7)和排气管(9)之间设有导流区(22)和渐缩排气装置(8)。
3.按照权利要求2所述的一种处理挥发性有机废气的生物滴滤装置，其特征在于所述渐扩进气装置(3)和渐缩排气装置(8)为水平放置的四棱台，四个侧面为梯形，水平放置棱台的上、下侧面与水平面夹角范围为30°-60°。
4.按照权利要求2所述的一种处理挥发性有机废气的生物滴滤装置，其特征在于在所述进气管(1)和所述排气管(9)上分别设置有测压取样口(2)。
5.按照权利要求2所述的一种处理挥发性有机废气的生物滴滤装置，其特征在于所述布水器(20)为双层且在这双层之间设有隔室(21)。
6.按照权利要求2所述的一种处理挥发性有机废气的生物滴滤装置，其特征在于水泵(13)和电磁阀(15)分别由一个微电脑时间控制器(23)控制，定容器(16)设有营养液回流管(24)与储液箱(12)相通。
全文摘要
一种处理挥发性有机废气的生物滴滤装置及方法，属于挥发性有机废气的处理领域。现有滴滤塔内湿度和生物量分布不均，影响去除效果，存在压降高、易堵塞的问题。技术方案挥发性有机废气通过进气管(1)进入反应器主体(7)，降解净化后由排气管(9)排出；营养液(11)定时定量地由营养液滴加分布装置(18)进入到反应器主体(7)中；其特征在于挥发性有机废气的进入和排出沿着反应器主体(7)的水平中心线，营养液(11)由反应器主体(7)上部自上而下流动，在反应器主体(7)中形成气、液错流接触。本发明减少了营养液流经高度，并在纵向均匀分布，强化了气液传质和生物降解能力，占地面积小，操作方便安装灵活，处理气量大。
文档编号B01D53/84GK1994533SQ20061016555
公开日2007年7月11日 申请日期2006年12月21日 优先权日2006年12月21日
发明者李坚, 张书景, 金毓峑, 李依丽, 杨一鸣, 孙莉 申请人:北京工业大学