一種廢氣處理工藝及用於該工藝的流化床生物反應器的製作方法

2023-10-05 19:03:54 2

專利名稱：一種廢氣處理工藝及用於該工藝的流化床生物反應器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種廢氣處理工藝及用於該工藝的流化床生物反應器，具體的說涉及 一種低濃度廢氣的淨化處理工藝及用於該工藝的流化床生物反應器。
背景技術：
隨著現代工業的快速發展，進入大氣環境中的汙染物日益增多，許多有機汙染物 還具有一定的致癌性，對人體健康造成嚴重危害，日益引起人們的廣泛關注。各國紛紛尋求 有效的廢氣控制和淨化技術，對於高濃度廢氣大多採用吸收法、吸附法、焚燒法、氧化法等 物理化學法處理，而對於低濃度廢氣的淨化處理難度較大，生物處理法以其高效、費用低、 設備簡單、無二次汙染等特點，特別是處理生物降解性好的廢氣時顯示出明顯的優越性。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。現有成熟廢氣生物處理設備及工藝分別為生物濾池、生物洗滌塔和生物滴濾池三 種，它們各有特點和應用條件限制。生物濾池廢氣處理工藝由氣體增溼設備和內部填充活性填料的固定式生物反應 器構成，廢氣經增溼後，進入固定式生物反應器，被附著在填料上的微生物降解為水和二氧 化碳氣體等，然後排出系統。生物濾池處理設備的優點是設備簡單，運行費用低，適於處理 低濃度汙染物，主要為親水性的及少量疏水性的廢氣。缺點是停留時間長，佔地面積較大， 處理效率低，在生物反應器前需加氣體增溼設備，每隔1 2. 5年需要更換填料，不適於處 理汙染物濃度較高的廢氣；有時溼度和PH難以控制，顆粒物質會堵塞生物濾池。生物洗滌塔廢氣處理工藝通常由一個裝有填料的洗滌器和一個具有活性汙泥的 生物反應器構成。洗滌器為氣體吸收裝置，廢氣中的汙染物被微生物降解。這種設備易於 控制反應條件，適於處理低濃度汙染物為親水性的廢氣。但在生物反應器前需要氣體洗滌 裝置，設備較複雜，佔地面積較大，運行費用及能耗高。生物滴濾池廢氣處理工藝只有一個內部填充填料的固定式生物反應器，所述的填 料是長有生物膜的惰性填料。循環水不斷噴灑在填料上，填料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。生物滴濾池設備簡單，廢氣中 汙染物的吸收和生物降解同時發生在一個反應器內，它適用於處理低濃度汙染物為親水性 的廢氣。但不能處理高濃度的汙染物，設備投資和運行費用高，營養物添加不當，易造成微 生物大量繁殖堵塞床層。這三種廢氣生物處理設備及工藝的共同缺點是首先傳統工藝都是在常壓下氣、 液兩相流體非強化逆流接觸，反應效率低，反應時間長，需3 lOmin，反應器佔地面積大。 其次，傳統工藝除吸收主體設備外還需要輔助設備。再者，傳統工藝生物反應器微生物系統 不穩定，啟動時間長，易堵塞。處理的汙染物濃度範圍較窄生物洗滌塔適合處理濃度低於 0. 5g · m_3的廢氣，生物濾池適合處理的汙染物濃度範圍為0. 5 Ig · m_3，生物滴濾池適合 處理的汙染物濃度範圍為1 5g · m_3。
CN1994533 一種處理揮發性有機廢氣的生物滴濾裝置及方法，介紹了一種用於廢 氣處理的新型生物滴濾裝置，該裝置通過改變吸收方式，降低反應器的高度，減少了營養液 的流經高度。該方法是在傳統生物滴濾床基礎上的改進與優化，反應器未能根本解決床層 易堵塞等問題。CN200966982高效低阻型廢氣生物淨化器。一種高效低阻型廢氣生物淨化器，其特 徵高效低阻型廢氣生物淨化器三部分組成中間通風道，進風口位於淨化器的一側面；上 下部生物填料層與出風口，上下二層填料及排風都呈對稱，水噴淋加溼和循環系統，廢氣與 進入風道後的霧化器噴出的霧水相混合，然後分岔進入上下層填料，廢氣經過填料時，生物 填料上的大量固定化的高效菌種能將廢氣中的汙染物極快的速度降解成為無毒無害的物 質如CO2和水，達到廢氣淨化的目的。該設備是一種新型填料吸收設備，主要通過增加接觸 時間，來提高反應效率，該反應為非強化反應，且存在床層堵塞的可能。

發明內容
本發明要解決的技術問題是現有生物處理工藝處理的汙染物濃度範圍較窄，反應 效率低，反應時間長，反應器佔地面積大，反應器啟動時間長，易堵塞等問題，提供了一種廢 氣處理工藝及用於該工藝的流化床生物反應器，該工藝及流化床生物反應器具有處理的汙 染物濃度範圍寬，反應效率高，反應時間短，反應器佔地面積小，反應器啟動快，不易堵塞等 優點。為解決上述技術問題，本發明提供了一種廢氣處理工藝，該工藝包括按下述順序 的步驟(a)將含有汙染物的廢氣增壓後引入流化床生物反應器；(b)在流化床生物反應器內廢氣中的汙染物質被液相微生物與固相生物膜吸收， 然後再進行代謝反應，降解或轉化為無害或低害類物質，代謝反應溫度為15 40°C ；(c)代謝反應後的廢氣分離出夾帶的水分後，一部分從流化床生物反應器排出處 理系統，另一部分通過循環管線返回流化床生物反應器進行循環處理。所述的流化床生物反應器內部反應區充有懸浮固體填料的液體，微生物附著在填 料上生長，反應區分為上升區和下降區兩部分，廢氣經上升區進入下降區，簡化了反應器內 流體的流型，在上升區和下降區之間循環流化，氣、液、固三相強化傳質，充分與微生物反 應，反應後的廢氣最後經分離區逸出。本發明還提供了一種用於上述廢氣處理工藝的流化床生物反應器，該反應器由殼 體、氣體分布器、導流筒、帽罩、氣液分離器、密封罩及殼體縱向不同位置的採樣口組成，氣 體分布器位於反應器的底部，伸入導流筒的下端，其外緣與導流筒的內壁保持適當空隙；帽 罩位於導流筒的上方，呈傘狀，與導流筒的上端部保持適當空隙；氣液分離器位於密封罩 上、反應器的頂部、反應器氣體出口處；氣液分離器、帽罩、導流筒和氣體分布器自上而下位 於反應器的中軸線上。所述的流化床生物反應器內部的導流筒和帽罩將反應器內部空腔分成了上升區、 下降區和分離區三個區域，上升區位於導流筒內部，下降區位於導流筒外部、帽罩下方，上 升區和下降區構成了生物反應器的反應區，分離區位於帽罩上方。氣體分布器是將氣體均勻分散、溶解於液相中的重要設備，分布器對總體氣含率和內筒中的兩相速度分布有很大影響；導流筒是氣、液、固三相能夠成功流化的重要設備， 導流筒的使用將流化床內反應區分為上升區和下降區兩部分，將氣、液、固三相的運動規範 為上升和下降，簡化了反應器內流體的流型；帽罩起著強化傳質的作用；氣液分離器分離 液相，減少液相的夾帶，提高氣體的純度。本發明的流化床生物反應器與弓I風機、進料泵和循環處理管線共同組成廢氣處理 系統，引風機給氣體提供動力，進料泵向反應器輸送新鮮水及微生物生長所需的營養物質， 循環管線供經氣液分離器分離水分後的部分廢氣使用。本發明的反應器啟動前向裝置中加入佔液固總體積5 60%的固體填料，固體填 料為一定形狀的塑料環，密度接近於水的密度。固體填料懸浮於液體中，微生物可以附著在 填料上生長，填料上的生物膜裡微生物種類多，能夠同時吸收降解多種汙染物質，廢氣中的 有機物質被液相微生物與固相生物膜吸收，然後再進行代謝反應。另外填料上的生物膜受 系統衝擊小，對穩定處理起重要作用。而固體填料同時也起到破碎氣泡的作用，有利於氣體 均勻分散。反應器內載有生物膜的流化介質能均勻分布在全床，與上升水流接觸良好，因此 它兼有活性汙泥法均勻接觸所形成的高效率和生物膜法能承受負荷變動衝擊的優點。生物 流化床兼有介質的流化機理、吸附機理和生物工程機理。本發明在反應器啟動之初，通過進料泵輸送細菌生長所必需要的營養物質主要是 有機化合物、氮化物、磷元素的化合物等，同時輸送1 10重量％的活性汙泥，並進少量氣 體(正常運行氣體流量的1 20重量％ )進行馴化培養。培養馴化期間需要定期向反應 器中投加營養物質，培養過程中根據微生物生長情況逐步提高氣體流量。通過分析微生物 的生長狀況以及固體填料表面的微生物附著生長及掛膜情況，綜合判斷微生物培養是否完 成。通常固體填料表面通過肉眼可以清晰看到有較多微生物附著時，表明培養馴化基本結 束，可以逐步提高氣體流量進行正常運行。正常運行期間視情況補充新鮮水與營養物質。在 日常操作過程中要提供適合微生物生長的適宜的溫度15 40°C。反應器正常運行期間，含汙染物的廢氣經增壓後引入反應器底部的氣體分布器， 經氣體分布器均勻分布後進入反應器的導流筒內，廢氣通過自身的動力沿導流筒上升，在 離開導流筒上端出口後遇到帽罩的阻擋，沿帽罩傘狀邊緣折而向下，一部分繼續向下回到 導流筒循環，另一部分上升經帽罩上方逸出；逸出的廢氣經反應器頂部的氣液分離器分離 水分後，一部分打回進氣口進行循環處理，另一部分由排氣口排出。在上述流程中，廢氣先進入由導流筒內部構成的上升區，然後進入導流筒外部、帽 罩下方的下降區，由於帽罩的折流作用，廢氣在上升區和下降區之間循環流化，氣、液、固三 相強化傳質，使廢氣中的汙染物質吸收效率提高，反應時間縮短，可使反應時間從現有技術 的3 IOmin減小到小於Imin即可達到良好的處理效果，這樣處理相同流量的氣體，所需 要的反應器體積降低，進而減小佔地面積。汙染物質吸收率的提高、反應時間的縮短也使處 理的汙染物濃度範圍變寬，達到了 0 50g ·πΓ3，而現有技術僅適合處理濃度低於5g ·πΓ3的 廢氣。同時，由於本發明具有循環流化和強化傳質吸收作用，完全克服了因生物膜過度繁殖 而導致的反應器堵塞現象，同時反應器內填料表面附著生長的活性生物膜在流化狀態下能 夠進行自動更新，使生物膜不至於因老化而影響吸收處理效果。液相活性微生物與固相生 物膜結合使裝置內的微生物系統更加穩定，液相活性生物，一定程度能夠促進填料表面生 物膜的形成，提高了反應器啟動速度。本發明提供的廢氣處理工藝及用於該工藝的流化床生物反應器實現了生物處理設備的小型化，集成化，高效化。


下面結合附圖對本發明作進一步闡述圖1是本發明的廢氣處理工藝流程示意圖；圖2是用於本發明的廢氣處理工藝的流化床生物反應器的結構示意圖。
具體實施例方式參照圖1，本發明的廢氣處理工藝包括廢氣增壓、廢氣的反應、循環處理和廢氣的 分離排出等過程，首先含汙染物的廢氣通過引風機11增至一定壓力後進入流化床生物反 應器12，在流化床生物反應器12內，廢氣經循環流化、強制傳質作用與微生物充分反應，反 應溫度保持在15 40°C，反應後的廢氣經分離液相後一部分從反應器排氣口排出，另一部 分返回引風機經增壓後循環處理。在反應器啟動之初和正常運行期間，通過進料泵13向反 應器內輸入細菌生長所必須的營養物質及補充新鮮水。參照圖2，在上述工藝過程中，經增壓後的含汙染物的廢氣由流化床生物反應器底 部進氣口 9進入，經氣體分布器1均勻分布後進入導流筒3，廢氣通過自身的動力沿導流筒 上升，在離開導流筒上端出口後遇到帽罩4的阻擋，沿帽罩4傘狀邊緣折流向下，一部分繼 續向下回到導流筒3循環，另一部分上升經帽罩4上方逸出，逸出的廢氣經位於反應器頂部 密封罩5上的氣液分離器6分離水分後，由排氣口 8排出。運行期間，通過殼體7縱向位置 的採樣口 5進行採樣分析，監測反應器的運行狀況。
權利要求
一種廢氣處理工藝，其特徵在於包括按下述順序的步驟(a)將含有汙染物的廢氣增壓後引入流化床生物反應器；(b)在流化床生物反應器內廢氣中的汙染物質首先被液相微生物與固相生物膜吸收，然後再進行代謝反應，降解或轉化為無害或低害類物質，代謝反應溫度為15～40℃；(c)代謝反應後的廢氣分離出夾帶的水分後，一部分從流化床生物反應器排出處理系統，另一部分通過循環管線返回流化床生物反應器進行循環處理。
2.根據權利要求1所述的廢氣處理工藝，其特徵在於所述的流化床生物反應器內部 反應區充有懸浮固體填料的液體，微生物附著在填料上生長，反應區分為上升區和下降區 兩部分，廢氣經上升區進入下降區，在上升區和下降區之間循環流化，氣、液、固三相強化傳 質，充分與微生物反應，反應後的廢氣最後經分離區逸出。
3.根據權利要求2所述的廢氣處理工藝，其特徵在於所述的固體填料佔液固總體積的 5 60%，固體填料為一定形狀的塑料環，密度接近於水的密度。
4. 一種用於權利要求1所述的廢氣處理工藝的流化床生物反應器，其特徵在於該反應 器由殼體(2)、氣體分布器(1)、導流筒(3)、帽罩(4)、密封罩(5)、氣液分離器(6)及殼體 縱向不同位置的採樣口(7)組成，氣體分布器(1)位於反應器的底部，伸入導流筒(3)的下 端，其外緣與導流筒(3)的內壁保持適當空隙；帽罩(4)位於導流筒(3)的上方，呈傘狀，與 導流筒(3)的上端部保持適當空隙；氣液分離器(6)位於密封罩(5)上、反應器的頂部、反 應器氣體出口處；氣液分離器(6)、帽罩(4)、導流筒(3)和氣體分布器(1)自上而下位於反 應器的中軸線上。
5.根據權利要求4所述的流化床生物反應器，其特徵在於導流筒(3)和帽罩(4)將反 應器內部空腔分成了上升區(A)、下降區⑶和分離區(C)三個區域，上升區㈧位於導流 筒(3)內部，下降區(B)位於導流筒(3)外部，上升區(A)和下降區(B)構成了生物反應器 的反應區，分離區(C)位於帽罩(4)上方。
全文摘要
本發明提供了一種廢氣處理工藝及用於該工藝的流化床生物反應器，本發明的廢氣處理工藝包括廢氣增壓、廢氣反應、廢氣分離循環和廢氣的分離排出等過程，廢氣在反應器內經循環流化、強制傳質作用與微生物充分反應，反應溫度控制在15～40℃；提供的用於該廢氣處理工藝的流化床生物反應器由殼體、氣體分布器、導流筒、帽罩、氣液分離器、密封罩及殼體縱向不同位置的採樣口組成，導流筒和帽罩將反應器內部空腔分為上升區、下降區和分離區，從而實現了廢氣在上升區和下降區之間循環流化，氣、液、固三相強化傳質功能。該工藝及流化床生物反應器處理的汙染物濃度範圍寬，反應效率高，反應時間短，反應器佔地面積小，啟動快且不易堵塞。
文檔編號B01J8/24GK101992020SQ200910065759
公開日2011年3月30日 申請日期2009年8月13日 優先權日2009年8月13日
發明者何慶生, 劉獻玲, 張建成, 曹玉紅 申請人:中國石化集團洛陽石油化工工程公司