一種同時脫除NO_X、SO₂和PM_2.5的裝置的製作方法

2023-06-24 09:01:56 1

專利名稱：一種同時脫除NOX、SO2和PM2.5的裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及環保領域的大氣環境汙染治理、生物過濾技術、環境汙染治理技術，具體是指一種中溫好氧條件下同時脫除N0X、SO2和PM2.5的裝置。
背景技術：
能源生產過程直接排放了相當數量的固體顆粒，顆粒的排放與鍋爐爐型、功率、主要燃料和除塵分離裝置等因素密切相關。燃煤排放的可吸入顆粒物尤其是PM2.5不同於自然源的塵土等穎粒物，通常富集各種重金屬元素和PAHs、VOCs等有機汙染物。在燃煤電廠中，雖然傳統的除塵方式已經具有較高的除塵效率，但是仍然不能很好的控制小顆粒特別是粒徑小於2.5μπι的顆粒(ΡΜ2.5)排放。現在研究的關鍵是要通過有效的途徑來提高對PM2.5的脫除效率。現有開發的脫硫技術有上百種，其中比較實用可行的技術方案僅原煤洗選、流化床燃燒技術、爐內噴吸收劑/N溼活化脫硫工藝、溼式石灰/石灰石脫硫工藝、海水脫硫工藝、簡易溼法脫硫工藝、噴霧乾燥脫硫工藝、吸收劑再生脫硫工藝、煙道噴吸收劑脫硫工藝、電子束輻照法等10餘種技術。煙氣脫硫機理主要分為SO2的吸收、吸附及SO2的催化轉化。在煙氣脫硫中，SO2的吸收主要是通過直接溶解於溶劑或與溶劑發生化學反應而實現，溼法脫硫技術脫硫的主要原理為化學吸收。SO2的吸附主要是利用較大孔體積和比表面積的吸附劑進行吸附，幹法脫硫技術大都運用此原理。SO2的催化轉化一般都是在固體催化劑床層上發生的，如常見的催化氧化法，利用釩基催化劑將SO2氧化成硫酸，以及催化還原法將SO2轉化為單質硫。目前，煙氣脫硫技術中，溼法煙氣脫硫工藝仍是技術主流。由於我國對燃煤鍋爐汙染物控制的重點放在了 SO2的治理上，目前我國NOx排放研究剛剛起步，控制手段落後。目前NOx的控制主要有燃燒前處理、燃燒方式的改進及燃燒後處理等3種途徑，但燃燒後煙氣脫氮技術是控制NOx排放的重要方法，大部分煙氣中的NOx都是通過該法進行處理。燃燒後處理也就是對燃燒產生的含NOx的煙氣進行處理的方法，即煙氣脫硝。煙氣脫硝技術包括液體吸收法、吸附法、催化法、等離子體治理技術等幾類。生物過濾方法作為一種廢氣治理工藝，在揮發性有機物(VOC)的治理方面獲得成功。該工藝主要設備是生物濾塔，這是一種內部通常裝有固定的有機或無機填料物質的容器，構成一個含有大量微生物的生物過濾系統。目前，此裝置常被用於含乙醇、石油碳氫化合物和硫化物廢氣的處理。在該處理過程中，具有一定溼度的揮發性有機廢氣進入生物濾池，通過具有生物活性的填料層，有機汙染物從氣相轉移到生物層，從而被微生物氧化分解，將其中的有機汙染物氧化分解為二氧化碳、水和其它最終產物。生物濾塔也已用於含氨氣體的硝化過程，並取得了一定的效果。國內、外有許多研究者試圖採用相同的生物濾塔來分別脫除燃燒廢氣中的NOx和S02。考慮到NOx和SO2分開處理存在設備耗資大、運行過程複雜、能耗大等缺點，對其處理研究逐漸發展為NOx和SO2的同時去除。但現有的生物濾塔設備都是一個開放的系統，隨著其內部生物膜因衰老而脫落，環境中其它雜菌會利用營養物質而替代目標菌種成為優勢菌。現有的工業廢氣生物法同步脫硫脫氮的技術很少，目前國內外採用的方法是通過脫氮硫桿菌和硫酸鹽還原菌共同處理，從而達到硫氮氣體的同步脫除。但是這種方法的實施因廢氣中氧的濃度而困擾，大多數的微生物都由於氧的抑制作用而降低了活性，從而導致SO2和NOx的去除效率大大降低。尤其是，目前生物法都是在常溫條件下進行，而在中溫條件下SO2和NOx的處理則受到抑制。
發明內容本實用新型的目的就是為了解決上述現有技術的缺點，提供一種同時脫除煙氣中NOx, SO2和PM2.5的生物裝置。該裝置有效的解決了廢氣中氧及溫度的抑制問題，能夠在中溫有氧條件下使NOx和SO2脫除率達到90%以上，PM2.5去除率達到80%以上，且能保證裝置內目標菌種一直佔優勢，從而保持裝置長久運行的高效率。本實用新型通過如下技術方案來實現:一種同時脫除N0x、S02和PM2.5的裝置，包括控制系統、生物滴濾塔和微生物活性再生器，生物滴濾塔內設有負載生物膜的填料層，微生物活性再生器內裝有微生物營養液；生物滴濾塔的底部與微生物活性再生器連通，生物活性再生器通過泵與生物滴濾塔頂部連通，生物滴濾塔頂部還設有排氣口 ；由控制系統控制將煙氣送入生物滴濾塔底部，控制系統還控制將微生物活性再生器內的液體泵入生物滴濾塔頂部。將煙氣通過風機輸送到生物滴濾塔底部，之後再通過濾塔中的填料，在環境存在氧且溫度在40-50°C的條件下，氣相中的NOx、SO2和PM2.5通過填料層的過程中被液相吸收繼而在耐重金屬且嗜溫好氧反硝化菌和脫氮硫桿菌的協同作用下被脫除，處理後的氣體從塔頂排出；所述生物滴濾塔還連通有微生物活性再生器，循環液經過反應器主體部分後，進入微生物活性再生器，循環液被脫氧氣，創造出暫時的厭氧環境供厭氧菌生長，並且很好地提高了反硝化菌的再生速度和活性，經過再生的微生物重新進入到生物滴濾塔主體後，繼續生長並附著在填料上，以替代因衰老及反衝洗脫落的生物膜。優選地，所述生物滴濾塔內填料層的上方設置了一圈分布器，與微生物活性再生器相通。優選地，所述生物滴濾塔填料層為f 3層。優選地，所述控制系統還控制微生物活性再生器內液體的溫度在40-50°C。優選地，還定期向微生物活性再生器內添加新培養的目標菌液。優選地，所述生物膜上的微生物為異養型好氧反硝化菌、脫氮硫桿菌和硫酸鹽還原菌的混合菌群。優選地,所述反硝化菌為鰲撞球菌(Chelatococcus daeguensis) TAD1,由中國微生物菌種保藏管理委員會普通微生物中心保藏，地址:北京市朝陽區北辰西路I號院3號，其簡稱為CGMCC，其保藏編號是CGMCC N0.5226，保藏日期為2011年9月6日。優選地，所述微生物營養液的成分包括葡萄糖5g / L、NaCl 4.6g / L、磷酸鹽緩衝液 pH = 6.8 7.2、MgSO4.7H20 200mg / L、KN03lg/L、微量元素 2ml/L。優選地，所述微生物營養液中還加入1.0g/L KNO3作為氮源，氮源含量根據煙氣量的大小進行調節，保持在C/N為6 9。微生物營養液通入空氣維持溶解氧在7.6mg/L。[0020]煙氣進入裝有填料的生物滴濾塔中。生物滴濾塔的主體是填料層，為微生物提供必需的營養物質，塔底逆流進氣。可根據進氣濃度的高低來調節循環液的流量，以達到最好的處理效果。氣相中的NOx、SO2和PM2.5與循環液接觸被液相吸收，經過由氣相進入液相的傳質過程。尤其是，經過馴化的塔內生長的微生物可以在中溫條件下去除N0x、S02和PM2.5，省去了經過洗滌塔降溫的過程。在煙氣中存在氧且溫度在40-50°C的條件下，進入液相中的N0x、S02和PM2.5經過填料層的過程中被馴化的嗜溫且能耐重金屬特性的好氧微生物吸附吸收利用，處理後的氣體從塔頂排出。如圖1所示，煙氣通過氣泵輸送到生物滴濾塔的底部，煙氣中有害氣體包括NOx、SO2和PM2.5。煙氣進入到生物滴濾塔中，與填料接觸後，氣態的汙染物先經過從氣相轉移到液相或固相表面的液膜的傳質過程，可以在中溫條件下被微生物利用。經過淨化的煙氣，NOx和SO2的去除率均可達到90%以上，PM2.5的去除效果可達到80%以上。循環液經過主塔後進入微生物活性再生器。該裝置為厭氧菌的生長提供了條件，並且新加入的菌液有更好的活性，返回到生物滴濾塔主體後，繼續生長並附著在填料上，以替代因衰老及反衝洗脫落的生物膜，保持了填料上生物的高活性。循環液中需要定期加入微生物生長所需的營養物質以及新培養的目標菌液。循環液的組分和配比如下:葡萄糖5g / L、NaCl 4.6g / L、磷酸鹽緩衝液pH = 6.8 7.2、MgSO4WH2O IOOmg / L、微量元素2ml/L。菌液的營養液在循環液的基礎上加入1.0g/L KNO3作為氮源，並在溫度為45°C條件下于振蕩箱中培養24h。由於煙氣中含有氮氧化物，可供微生物作為氮源，故加入循環液中的氮源含量根據進氣中氮氧化物的濃度進行調節，一般保持C/N為6-9最好。裝置運行過程中要考慮到pH值的變化、有害物質的積累等對微生物生長的影響，循環液應定期更換並且補充新的菌液，避免環境因素抑制微生物的生長及外界易生長的雜菌佔據優勢。本實用新型中，在裝置開始運行前，需要利用經過馴化的菌液進行掛膜。在掛膜前期，循環液中營養物質包括葡萄糖5g / L、NaCl 4.6g / L、磷酸鹽緩衝液pH = 6.8 7.2、MgSO4.7Η20 200mg / L、KN03lg/L、微量元素2ml/L。掛膜採用滴濾與浸泡間歇或填料與培養液混合培養的方式，以保證循環液與填料充分接觸的同時，有充足的溶解氧。填料上附著有一層肉眼可見的生物膜表示掛膜完成。掛膜完成以後，開始通入煙氣。在運行前期，循環液中的KNO3逐漸減少，通入的煙氣量逐漸增多。這樣可以讓微生物對氮源的改變有一個適應的過程。本實用新型中，生物滴濾塔內生長的微生物是一個複合體系，其中的微生物在接入裝置前經過高濃度重金屬及中溫好氧條件的馴化，使其處理NOx和SO2的效果達到90%以上。體系中存在著能在高濃度重金屬和中溫條件下生長的異養型好氧反硝化菌、脫氮硫桿菌、硫酸鹽還原菌。本實用新型中的目標菌株就是在中溫條件下進行馴化後篩選出來的有去除NOx和SO2功能的複合菌株。好氧反硝化菌吸收並還原了進入液相或固相的大部分NOx,同時消耗了環境中的部分氧。環境中的有機碳源大部分被好氧反硝化菌及硫酸鹽還原菌消耗。系統的微生物活性再生器設有抽氣口，可以脫除循環液中的氧氣，加上好氧反硝化菌消耗了環境中的部分氧氣，導致生物膜的最內層出現無氧或厭氧區，為脫氮硫桿菌和硫酸鹽還原菌的生長提供了條件。在幾種微生物的協同作用下，最終硫化物被氧化為可回收利用的單質硫，NOx被還原為無毒害的N2。並且好氧反硝化菌及脫氮硫桿菌會產鹼，與溶解入水中的部分SO2發生中和反應，從而達到NOx和SO2同時去除的目的，並且對環境中pH的變化有緩衝作用，避免微生物因為環境中PH的急劇變化失去活性甚至死亡。本實用新型相對於現有技術具有如下的優點及有益效果:(I)本實用新型採用的是生物法脫除N0x、S02和PM2.5，具有工藝設備簡單，能耗低，運行費用低，二次汙染少等優點。( 2 )本實用新型採用生物滴濾塔裝置，並設計有微生物活性再生器，可以根據進氣中汙染物濃度的大小調整循環液的流量，保證了系統能夠長時間高效運行。(3)本實用新型採用了經過馴化的複合微生物體系，使煙氣中NOx、SO2和PM2 5可以同時被脫除，並且克服了環境中氧及溫度的抑制問題，適合於燃煤電廠煙氣的淨化。

圖1為本實用新型裝置的結構示意圖。
具體實施方式
下面結合實施例對本實用新型作進一步詳細的描述，但實用新型的實施方式不限於此。實施例1一種同時脫除NOx、SO2和PM2.5的裝置，如圖1所示，包括控制系統1、生物滴濾塔2和微生物活性再生器3，生物滴濾塔2內設有負載生物膜的填料層，微生物活性再生器3內裝有微生物營養液和新培養的目標菌液；生物滴濾塔2的底部與微生物活性再生器3連通，生物活性再生器3通過泵與 生物滴濾塔2頂部連通，生物滴濾塔2頂部還設有排氣口 ；由控制系統I控制將煙氣送入生物滴濾塔2底部，控制系統I還控制將微生物活性再生器3內的液體泵入生物滴濾塔2頂部。所述生物滴濾塔2內填料層的上方布置了一圈分布器，與微生物活性再生器3相通。人工合成廢氣:N0x10mg/m3、S027mg/m3、025%、CO212% 進氣溫度為 40_50°C，廢氣平均體積流量為20m3/h。(I)根據待處理氣體量，確定生物滴濾塔填料層為一層。循環液的流量為5L/h。(2)將培養好的複合菌種接種到填料上，採用浸泡與滴濾的方式循環掛膜半個月後測試廢氣淨氣效率達到90%，掛膜成功。主塔部分用保溫帶綁定，保持其溫度在45°C。(3)循環液溫度用水浴保持在45°C，並且通入空氣維持溶解氧在7.6mg/L，循環液中每隔3天接入新培養的菌液。循環液由泵輸送到兩層填料上方的分布器，出口氣體NOx濃度 0.32mg / m3, SO2 濃度為 0.21mg/m3。實施例2某小型鍋爐廢氣主要組分及濃度:NOx100mg/m3、S0280mg / m3、028%、C02ll%、PM2 5含量為420μ8/πι3，進氣溫度為40-50°C，廢氣平均體積流量為IOOOm3 / h。(I)根據待處理氣體量確定生物滴濾塔填料層為兩層，循環液流量為250L/h，將培養好的複合菌種接種到填料上，掛膜採用填料與培養液混合培養的方法，使微生物很好負載在填料表面，之後再裝入填料塔內。然後再繼續掛膜一段時間，填料上生長出一層生物膜，表不掛膜成功。[0040](2)循環液用加熱棒使溫度保持在45°C，並且通入空氣維持溶解氧在7.6mg/L，循環液中每隔3天接入新培養的菌液，以保證不會由於微生物體內PM2.5的累積而導致系統效率下降。(3)廢氣進入生物過濾塔，操作溫度為45 °C ;pH為6.8 7.2。出口 NOx濃度
10.72mg/m3,脫氮率達到89.28%，SO2濃度為10.04mg/m3,脫硫率達到87.45%，PM2.5脫除率為87%。並且在測試的兩個月內效果保持穩定。實施例3某燃煤電廠的煙氣主要組分及濃度:N0 700mg/m3、S025 20mg / m3、028%、C0210%、PM2.5含量為530μ8/πι3。進氣溫度為40-50°C，廢氣體積流量約為IOOOOm3 / h。(I)根據待處理氣體量以及廢氣氮氧化物濃度，確定生物滴濾塔填料層為三層。循環液的總流量為1000L/h。(2)將培養好的複合菌種接種到填料上，掛膜採用填料與培養液混合培養的方法，使微生物很好負載在填料表面，之後再裝入填料塔內。然後在塔內再繼續掛膜一段時間，填料上生長出一層生物膜，表不掛膜成功。(3)循環液溫度保持在45°C，並且通入空氣維持溶解氧在7.6mg/L，循環液中每隔3天接入新培養的菌液，以保證不會由於微生物體內PM2.5的累積而導致系統效率下降。(4)廢氣進入生物過濾塔，操作溫度為45°C ；pH為6.8 7.2。出口 NOx濃度為89.2mg/m3,脫氮率達到87.25%，SO2濃度為69.8mg/m3,脫硫率達到86.58%，PM2.5脫除率為84%,並且在測試的半年內效果穩定。實施例4某燃煤電廠的煙氣主要組分及濃度:N0 1500mg/m3, SO2IOOOmg / m3、028%、C0210%、PM2.5含量為650yg/m3。廢氣體積流量約為IOOOOOm3 / h。(I)根據待處理氣體量，確定生物滴濾塔填料層為三層。循環液流量調為6000L/h0(2)將培養好的複合菌種接種到填料上，掛膜採用填料與培養液混合培養的方法，使微生物很好負載在填料表面，之後再裝入填料塔內。然後在塔中再掛膜一段時間，填料上生長出一層生物膜，表不掛膜成功。(3)循環液溫度保持在45°C，並且通入空氣維持溶解氧在7.6mg/L，循環液中每隔3天接入新培養的菌液，以保證不會由於微生物體內PM2.5的累積而導致系統效率下降。(4)廢氣進入生物過濾塔，操作溫度為45°C ；pH為6.8 7.2。出口 NOx濃度為260mg/m3,脫氮率達到82.6%，SO2濃度為210mg/m3，脫硫率達到79%，PM2.5脫除率為81%，並且在測試的一年內效果穩定。上述實施例為本實用新型較佳的實施方式，但本實用新型的實施方式並不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本實用新型的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本實用新型的保護範圍之內。
權利要求1.一種同時脫除N0x、S02和PM2.5的裝置，其特徵在於，包括控制系統、生物滴濾塔和微生物活性再生器，生物滴濾塔內設有負載生物膜的填料層，微生物活性再生器內裝有微生物營養液；生物滴濾塔的底部與微生物活性再生器連通，生物活性再生器通過泵與生物滴濾塔頂部連通，生物滴濾塔頂部還設有排氣口 ；由控制系統控制將煙氣送入生物滴濾塔底部，控制系統還控制將微生物活性再生器內的液體泵入生物滴濾塔頂部。
2.根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述生物滴濾塔內填料層的上方設置了一圈分布器，與微生物活性再生器相通。
3.根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述生物滴濾塔填料層為I 3層。
4.根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述控制系統還控制微生物活性再生器內液體的溫度在40-50°C。
5.根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述控制系統還控制生物滴濾塔內的溫度在 40-50°C。
6.根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，還向微生物活性再生器內添加新培養的目標菌液。
專利摘要本實用新型公開了一種同時脫除NOx、SO2和PM2.5的裝置，包括控制系統、生物滴濾塔和微生物活性再生器，生物滴濾塔內設有負載生物膜的填料層，微生物活性再生器內裝有微生物營養液；生物滴濾塔的底部與微生物活性再生器連通，生物活性再生器通過泵與生物滴濾塔頂部連通，生物滴濾塔頂部還設有排氣口；由控制系統控制將煙氣送入生物滴濾塔底部，控制系統還控制將微生物活性再生器內的液體泵入生物滴濾塔頂部。本實用新型裝置能使煙氣中NOx、SO2和PM2.5可以同時被脫除，並且克服了環境中氧及溫度的抑制問題，適合於燃煤電廠煙氣的淨化；具有工藝設備簡單,能耗低，運行費用低，二次汙染少等優點。
文檔編號B01D53/84GK203155087SQ20122071145
公開日2013年8月28日 申請日期2012年12月20日 優先權日2012年12月20日
發明者黃少斌, 吳智導, 張永清, 邱灼華 申請人:華南理工大學