推流組合式生物反應器廢氣處理設備的製作方法
2023-09-16 19:32:00 4
專利名稱：推流組合式生物反應器廢氣處理設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及環保技術領域，屬於利用生物反應器處理廢氣的設備，特別涉及一種推流組合式的生物反應器廢氣處理設備。
背景技術：
目前針對工業廢水、城市生活汙水、大氣中煙塵、二氧化硫、氮氧化物以及固體廢棄物等常規汙染物的治理，進行了大量的研究開發和工程實踐，取得了很好的進展。上述汙染物的產生、排放或治理過程都會有惡臭物質以及揮發性有機物產生。雖然濃度較低，但會產生強烈的感官刺激，有些臭氣和揮發性有機廢氣具有毒性，嚴重危害人體健康和生態環境。逸散到空氣中的惡臭物質對人類的危害已成為世界上七大環境公害之一。發達國家在常規汙染物基本得到治理的情況下，已開始進行臭氣和揮發性有機廢氣治理技術的研究與開發，成為目前環境治理的研究方向和熱點之一，我國這方面的研究工作起步較晚，近年來才開始進行一些惡臭和揮發性有機廢氣生物處理的研究工作。
對於廢氣中汙染物的處理，人們早已開始研究，而且已經開發出一些卓有成效的控制技術。近年來通過引進一些高新技術手段，形成了許多新的處理方法。其中，廢氣的生物處理是利用微生物將廢氣中有機汙染物或惡臭物質降解或轉化為無害或低害類物質的過程。與其它物理化學方法相比，用生物法處理廢氣投資少，運行費用低，汙染物不會被轉移到其它地方，不產生二次汙染。以往的廢氣生物處理設備主要分為生物濾池、生物洗滌塔和生物滴濾池三種。它們各有特點和應用條件。
生物濾池23(見圖2)由氣體預溼設備22和內部充填活性填料24的固定式生物反應器構成，廢氣經預溼後，進入固定式生物反應器，被附著在填料24上的微生物降解為水和二氧化碳氣體等，然後排出。圖2中，8為循環水泵，25為礫石，30為噴頭。生物濾池23處理設備的特點是只有一個生物反應器，設備簡單，運行費用低。適於處理濃度介於0.5-1.0g/m3、汙染物主要為親水性的及少量疏水性的廢氣。但佔地面積較大，在生物反應器前需加氣體預溼設備22，不適於處理汙染物濃度較高的廢氣。
生物洗滌塔通常由一個裝有填料27的洗滌器26和一個具有活性汙泥的生物反應器28構成(見圖3)。洗滌器26為氣體吸收裝置，廢氣中的汙染物與填料27表面的水接觸，被水吸收，並隨水流入生物反應器28內；在生物反應器28內被活性汙泥中的微生物分解。圖3中，8為循環水泵，29為沉澱池。這種設備易於控制反應條件，適於處理濃度介於1.0-5.0g/m3、汙染物為親水性的廢氣。但在生物反應器28前需加氣體洗滌裝置，設備較複雜。不適於處理疏水性汙染物。
生物滴濾池只有一個內部填充填料的固定式生物反應器(見圖4)，所述的填料是長有生物膜的惰性填料31。循環水不斷噴灑在填料31上，填料31表面被微生物形成的生物膜所覆蓋。廢氣通過反應器時，廢氣中的汙染物被微生物降解。圖4中，8為循環水泵。生物滴濾池設備較簡單，廢氣中汙染物的吸收和生物降解同時發生在一個反應裝置內，它適於處理濃度低於0.5g/m3、汙染物為親水性的廢氣。但不能處理高濃度的汙染物，也不適於處理廢氣中的疏水性汙染物。
這三種廢氣生物處理設備共同的缺陷是對於混有水溶性差別較大、濃度不同的多種汙染物的廢氣，依靠上述單一一種處理設備難以同時有效地去除。將三種設備同時運行，又會帶來佔地面積大、設備複雜、投資多、運行費用高等問題。這三種處理設備的生物反應器中，培養的微生物均以細菌為主，因此，適於處理的汙染物多為親水性的。另外，生物濾池中的氣體預溼設備、生物洗滌塔的氣體洗滌設備以及生物滴濾池均需大量循環水，能耗較大。
發明內容
本發明的目的在於克服上述的生物廢氣處理設備的缺陷，提供一種操作簡便、能耗較低、能有效地將濃度範圍大、廢氣中含有親水性和疏水性物質同時去除，並能有效地延長廢氣的停留時間，提高汙染物的去除效果的推流組合式生物反應器廢氣處理設備。
本發明的另一目的是提供推流組合式生物反應器廢氣處理設備的操作方法。
本發明的一種推流組合式生物反應器廢氣處理設備，包括裝有填料的生物反應器、循環泵；其生物反應器的容腔內，縱向平分面上設置有隔離板，隔離板的兩側邊和下端與生物反應器的兩側壁和底面固接，上側邊懸空；隔離板將生物反應器的容腔分為左右兩部分，左側為上向流式生物反應區，右側為下向流式生物反應區；上向流式生物反應區與下向流式生物反應區的上部連通；上向流式生物反應區內部下方安裝有有孔隔板，有孔隔板下部區域側壁開有進氣口和出水口，在進氣口的內端處安裝有穿孔管；有孔隔板上部區域內填充有填料；下向流式生物反應區的內部下方安裝有有孔隔板，有孔隔板下部區域側壁開有出水口和排氣口；有孔隔板上部區域內填充有填料；生物反應器的上部兩個側壁上相對設有噴淋液進口，兩個噴淋液進口由穿孔管相連；兩循環泵通過管路分別與出水口和噴淋液進口相連；在進氣口、排氣口、出水口、以及噴淋液進口上均設有閥門。
所述的設備，其所述的上向流式生物反應區安裝在下向流式生物反應區的前端。
所述的設備，其所述的下向流式生物反應區內的帶有孔的有孔隔板低於上向流式生物反應區內的帶有孔的有孔隔板。
所述的設備，其所述的穿孔管為多孔管，其孔徑為1～5mm。
所述的設備，其所述的有孔隔板是多孔板，其孔徑為2～10mm。
所述的設備，其所述的上向流式生物反應區有孔隔板的下部區域內的進氣口低於出水口。
所述的設備，其所述的下向流式生物反應區有孔隔板的下部區域內的排氣口高於出水口。
所述的設備，其所述的填料，為海綿或珍珠巖。
本發明區別於其他廢氣處理設備的特點是帶有兩個生物反應區，依據氣體流動方式，分為上向流式生物反應區和下向流式生物反應區。在上向流式生物反應區內，帶有孔的隔板的下部區域降解汙染物的微生物是懸浮分散在水中，以細菌為主；帶有孔的隔板的上部區域內填充填料，降解汙染物的微生物是附著生長在填料表面，微生物以真菌為主。在下向流式生物反應區內，帶有孔的隔板的上部區域內填充填料，降解汙染物的微生物也是附著生長在填料表面，微生物以真菌為主。因此，本發明的設備可以利用細菌和真菌的協同作用，有效地將廢氣中親水性和疏水性汙染物同時去除。本發明的設備將上向流式與下向流式兩種氣體運行方式相結合，形成推流式組合生物反應器，可以延長廢氣在生物反應器內的停留時間，有效地提高了廢氣中汙染物的去除效果。
在本發明的生物反應器中，降解廢氣中汙染物的微生物是不相同的，它們是依據廢氣中汙染物的水溶性的差異，有選擇地培養的。懸浮生長的微生物以適於在水中生長的、有利於廢氣中親水性汙染物降解的細菌為主；附著在填料表面生長的微生物以真菌為主。真菌在空氣中會生成菌絲，菌絲向四周分布形成菌絲網，有助於增大氣相中汙染物與菌類的接觸面積，使氣相中的汙染物在生物反應器中直接與真菌充分接觸，更好地完成傳質過程，有利於廢氣中疏水性汙染物的去除。特別是對於某些有機廢氣，真菌的降解能力高於細菌。真菌可以在酸鹼值(pH)較低、周圍環境相對乾燥的條件下生存。
本發明推流組合式生物反應器廢氣處理設備的操作方法是廢氣從上向流式生物反應區的底部進入帶有孔的隔板的下部區域內，廢氣中易溶於水的物質被水中的微生物吸收降解；同時氣體被預溼。未被降解的疏水性汙染物向上流動，通過帶有孔的隔板進入裝有填料的上部區域內，被附著在填料上的真菌微生物降解。殘留的未被降解的汙染物從上向流式生物反應區頂部進入下向流式生物反應區內，並改為向下流動方式。殘留的汙染物被下向流式生物反應區內生長的微生物降解。淨化後的氣體向下流動，通過帶有孔的隔板，從排氣口排出。
推流組合式生物反應器上部兩側的噴淋口定期向填料噴灑無碳源營養液。對於上向流式生物反應區，過量的營養液通過隔板流入隔板下部區域內，為懸浮式生長的微生物提供營養。多餘的營養液從出水口排出，或根據需要用循環泵經噴淋口回流到隔板上部區域。對於下向流式生物反應區，帶有孔的隔板的下部區域中可留存多餘的噴淋液，留存的營養液對該生物反應區內的填料具有增溼作用。多餘的營養液從出水口排出，或根據需要用循環泵經噴淋口回流到隔板上部區域。
本發明的設備具有如下優點1.將兩種氣體流動方式的生物反應區結合，形成推流式組合生物反應器，結構緊湊、構造簡潔、佔地面積小，運行操作與維護簡單。
2.在反應器中不同的區域，依據廢氣中的汙染物水溶性的差異，選擇性地培養不同種類的微生物，從而實現將廢氣中的多種汙染物同時有效地去除。
3.上向流式生物反應區內，帶有孔的隔板的下部區域中可同時實現曝氣、氣體預溼和易溶於水的汙染物從氣相到水相的轉移與降解，減少輔助設備，減少能耗。
4.下向流式生物反應區內，帶有孔的隔板的下部區域中可留存多餘的噴淋液，留存的營養液對該生物反應區內的填料具有增溼作用。
5.裝有填料的生物反應區中用真菌代替細菌降解廢氣。一方面，使氣相中的廢氣在生物反應器中直接與真菌充分接觸，更好地完成傳質過程。另一方面，真菌對溼度和pH值的適應性更強。
6.推流組合式生物反應器無需循環水，營養液是定期供給，噴淋次數少，減少能耗。
圖1.本發明推流組合式生物反應器廢氣處理設備的縱剖面示意圖。
圖2.現有生物濾池設備示意圖。
圖3.現有生物洗滌塔設備示意圖。
圖4.現有生物滴濾池設備示意圖。
具體實施例方式
請參見圖1，為推流組合式生物反應器廢氣處理設備縱剖面示意圖。本發明包括裝有填料的推流組合式生物反應器21、循環泵8和13等；其中，推流組合式生物反應器21的容腔內，縱向平分面上設置有隔離板20，隔離板20的兩側邊和下端與生物反應器21的兩側壁和底面固接，上側邊懸空。隔離板20將生物反應器21的容腔分為左右兩部分，左側為上向流式生物反應區1，右側為下向流式生物反應區19。上向流式生物反應區1與下向流式生物反應區19的上部連通。
上向流式生物反應區1內部下方安裝有帶有孔的隔板6，有孔隔板6上的孔的孔徑為5-8mm；有孔隔板6下部區域5側壁開有一進氣口3，在進氣口3的內端處安裝有穿孔管2；進氣口3上方同一側壁設有出水口4，出水口4應低於帶有孔的有孔隔板6；有孔隔板6上部區域7內填充有海綿或珍珠巖等填料9，微生物在填料9上附著生長。。
下向流式生物反應區19的內部下方安裝有帶有孔的隔板15，有孔隔板15上的孔的孔徑為5-8mm；下向流式生物反應區19內的帶有孔的有孔隔板15低於上向流式生物反應區1內的帶有孔的有孔隔板6；有孔隔板15下部區域18側壁開有一出水口17，同一側壁還設有排氣口16，排氣口16低於帶有孔的有孔隔板15，高於出水口17；有孔隔板15上部區域14內填充有海綿或珍珠巖等填料9，微生物在填料9上附著生長。。
推流組合式生物反應器21的上部兩個側壁上相對設有噴淋液進口11和12，兩個進口11和12有穿孔管10相連，穿孔管10上的孔的孔徑為2-5mm。
循環泵8通過管路與出水口4和噴淋液進口10相連；循環泵13通過管路與出水口17和噴淋液進口12相連。
在進氣口3、排氣口16、出水口4和17以及噴淋液進口11和12上均設有閥門。
工藝流程是打開閥門後，廢氣從進氣口3經由穿孔管2進入上向流式生物反應區1的底部，向上流動，經有孔隔板6、填料9，從上方連通處進入下向流式生物反應區19的上部，此時的廢氣已經過部分處理和水淋，轉向向下流動，經填料9、有孔隔板15後，廢氣中易溶於水的物質被水中的微生物吸收降解，不易溶於水的物質被填料9上的真菌微生物降解，經處理的潔淨氣體從排氣口16排出。
實施例1請參見圖1。
塑料板製成的推流組合式生物反應器廢氣處理設備，其長、寬、高分別為70cm、50cm、1000cm，總體積為0.35m3，包括裝有填料的推流組合式生物反應器21、循環泵8和13等；由上向流式生物反應區1和下向流式生物反應區19構成。
廢氣從上向流式生物反應區1的底部進氣口3進入帶有孔的隔板6的下部區域5內，廢氣中易溶於水的物質被水中的微生物吸收降解；同時氣體被預溼。未被降解的疏水性汙染物向上流動，通過帶有孔的隔板6進入裝有填料9的上部區域7內，被附著在填料9上的真菌微生物降解。殘留的未被降解的汙染物從上向流式生物反應區1頂部進入下向流式生物反應區19內，並改為向下流動方式。殘留的汙染物被下向流式生物反應區19內附著在填料9上生長的微生物降解。淨化後的氣體向下流動，通過帶有孔的隔板15，從排氣口16排出。
推流組合式生物反應器21上部兩側的噴淋液進口11和12定期向填料9噴灑無碳源營養液。對於上向流式生物反應區1，過量的營養液通過有孔隔板6流入隔板下部區域5內，為懸浮式生長的微生物提供營養。多餘的營養液從出水口4排出，或根據需要用循環泵8經噴淋液進口11回流到有孔隔板6的上部區域7內，噴淋填料9。對於下向流式生物反應區19，帶有孔的隔板15的下部區域18中可留存多餘的噴淋液，留存的營養液對下向流式生物反應區19內的填料9具有增溼作用。多餘的營養液從出水口17排出，或根據需要用循環泵13經噴淋液進口12回流到有孔隔板15的上部區域14內，噴淋填料9。
濃度為2.53mg/m3乙硫醇類廢氣，從進氣口進入推流組合式生物反應器，停留時間為1-3mins。室溫條件下操作，排氣口16的濃度為0.25＜mg/m3，去除率＞91％。
實施例2請參見圖1。
塑料板製成的推流組合式生物反應器廢氣處理設備，其長、寬、高分別為70cm、50cm、1000cm，總體積為0.35m3，包括裝有填料的推流組合式生物反應器21、循環泵8和13等；由上向流式生物反應區1和下向流式生物反應區19構成。
廢氣從上向流式生物反應區1的底部進氣口3進入帶有孔的隔板6的下部區域5內，廢氣中易溶於水的物質被水中的微生物吸收降解；同時氣體被預溼。未被降解的疏水性汙染物向上流動，通過帶有孔的隔板6進入裝有填料9的上部區域7內，被附著在填料9上的真菌微生物降解。殘留的未被降解的汙染物從上向流式生物反應區1頂部進入下向流式生物反應區19內，並改為向下流動方式。殘留的汙染物被下向流式生物反應區19內附著在填料9上生長的微生物降解。淨化後的氣體向下流動，通過帶有孔的隔板15，從排氣 16排出。
推流組合式生物反應器21上部兩側的噴淋液進口11和12定期向填料9噴灑無碳源營養液。對於上向流式生物反應區1，過量的營養液通過有孔隔板6流入隔板下部區域5內，為懸浮式生長的微生物提供營養。多餘的營養液從出水口4排出，或根據需要用循環泵8經噴淋液進口11回流到有孔隔板6的上部區域7內，噴淋填料9。對於下向流式生物反應區19，帶有孔的隔板15的下部區域18中可留存多餘的噴淋液，留存的營養液對下向流式生物反應區19內的填料9具有增溼作用。多餘的營養液從出水口17排出，或根據需要用循環泵13經噴淋液進口12回流到有孔隔板15的上部區域14內，噴淋填料9。
濃度為957mg/m3中鄰-二甲苯廢氣，從進氣口進入下向流運行方式的推流組合式生物反應器，停留時間為1-3mins。室溫條件下操作。排氣口16的鄰-二甲苯濃度為70.2mg/m3，低於國家制定的車間空氣中有害物質的最大容許濃度，去除率達92.6％。
實施例3請參見圖1。
塑料板製成的推流組合式生物反應器廢氣處理設備，其長、寬、高分別為70cm、50cm、1000cm，總體積為0.35m3，包括裝有填料的推流組合式生物反應器21、循環泵8和13等；由上向流式生物反應區1和下向流式生物反應區19構成。
廢氣從上向流式生物反應區1的底部進氣口3進入帶有孔的隔板6的下部區域5內，廢氣中易溶於水的物質被水中的微生物吸收降解；同時氣體被預溼。未被降解的疏水性汙染物向上流動，通過帶有孔的隔板6進入裝有填料9的上部區域7內，被附著在填料9上的真菌微生物降解。殘留的未被降解的汙染物從上向流式生物反應區1頂部進入下向流式生物反應區19內，並改為向下流動方式。殘留的汙染物被下向流式生物反應區19內附著在填料9上生長的微生物降解。淨化後的氣體向下流動，通過帶有孔的隔板15，從排氣口16排出。
推流組合式生物反應器21上部兩側的噴淋液進口11和12定期向填料9噴灑無碳源營養液。對於上向流式生物反應區1，過量的營養液通過有孔隔板6流入隔板下部區域5內，為懸浮式生長的微生物提供營養。多餘的營養液從出水口4排出，或根據需要用循環泵8經噴淋液進口11回流到有孔隔板6的上部區域7內，噴淋填料9。對於下向流式生物反應區19，帶有孔的隔板15的下部區域18中可留存多餘的噴淋液，留存的營養液對下向流式生物反應區19內的填料9具有增溼作用。多餘的營養液從出水口17排出，或根據需要用循環泵13經噴淋液進口12回流到有孔隔板15的上部區域14內，噴淋填料9。
濃度為1131.7mg/m3苯乙烯類廢氣，從進氣口進入生物反應器，停留時間為1-3mins。室溫條件下操作。排氣口16的苯乙烯濃度為106.8mg/m3，低於惡臭汙染物排放標準，去除率達90.6％以上。
權利要求
1.一種推流組合式生物反應器廢氣處理設備，包括裝有填料的生物反應器、循環泵；其特徵是生物反應器的容腔內，縱向平分面上設置有隔離板，隔離板的兩側邊和下端與生物反應器的兩側壁和底面固接，上側邊懸空；隔離板將生物反應器的容腔分為左右兩部分，左側為上向流式生物反應區，右側為下向流式生物反應區；上向流式生物反應區與下向流式生物反應區的上部連通；上向流式生物反應區內部下方安裝有有孔隔板，有孔隔板下部區域側壁開有進氣口和出水口，在進氣口的內端處安裝有穿孔管；有孔隔板上部區域內填充有填料；下向流式生物反應區的內部下方安裝有有孔隔板，有孔隔板下部區域側壁開有出水口和排氣口；有孔隔板上部區域內填充有填料；生物反應器的上部兩個側壁上相對設有噴淋液進口，兩個噴淋液進口由穿孔管相連；兩循環泵通過管路分別與出水口和噴淋液進口相連；在進氣口、排氣口、出水口、以及噴淋液進口上均設有閥門。
2.如權力要求1所述的設備，其特徵是所述的上向流式生物反應區安裝在下向流式生物反應區的前端。
3.如權力要求1所述的設備，其特徵是所述的下向流式生物反應區內的帶有孔的有孔隔板低於上向流式生物反應區內的帶有孔的有孔隔板。
4.如權力要求1所述的設備，其特徵是所述的穿孔管為多孔管，其孔徑為1～5mm。
5.如權力要求1所述的設備，其特徵是所述的有孔隔板是多孔板，其孔徑為2～10mm。
6.如權力要求1所述的設備，其特徵是所述的上向流式生物反應區有孔隔板的下部區域內的進氣口低於出水口。
7.如權力要求1所述的設備，其特徵是所述的下向流式生物反應區有孔隔板的下部區域內的排氣口高於出水口。
8.如權力要求1所述的設備，其特徵是所述的填料，為海綿或珍珠巖。
全文摘要
本發明涉及環保技術領域，屬於利用生物反應器處理廢氣的設備。該設備由兩個生物反應區構成，按氣體流動的方向分為上向流式生物反應區和下向流式生物反應區。兩個生物反應區之間安裝有隔離板，隔離板上部連通。在上向流式生物反應區和下向流式生物反應區內都設有有孔隔板，有孔隔板的下部區域懸浮生長有微生物，上部區域填充有填料，微生物在填料上附著生長。反應器的上部兩個側壁設有噴淋液進口，兩個噴淋液進口由穿孔管相連。本發明利用真菌和細菌協同作用，有效地將廢氣中親水性和疏水性汙染物同時去除，並且，將上向流式和下向流式兩種氣體運行方式結合，形成推流式生物反應器，可有效地延長廢氣在反應器內停留時間，提高汙染物質的去除效果。
文檔編號B01D53/84GK1698935SQ200410038290
公開日2005年11月23日 申請日期2004年5月20日 優先權日2004年5月20日
發明者李琳, 劉俊新 申請人:中國科學院生態環境研究中心