CN104689709A - 一种挥发性有机废气的生物处理设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种挥发性有机废气的生物处理设备，包括用于去除粉尘的预处理装置（1）、利用微生物进行生物降解的生物净化装置（2）和降低废气中水分的除雾装置（3）。本发明提供的挥发性有机废气的生物处理设备采用连贯的预处理、生物净化、除雾处理对有机废气进行处理，预处理、生物净化和除雾处理均针对有机废气中不同的有害物质进行处理或降解，针对性强且处理效率高，而且各处理装置均根据有机废气实时的性质来设置内部的结构，本生物各处理装置内部的结构布局合理，且各处理装置的连贯通道也最短化，不仅提高了处理的效率，而且使得整个设备的体积最小。

Description

一种挥发性有机废气的生物处理设备

技术领域

本发明属于废气处理技术领域，具体涉及一种挥发性有机废气的生物处理设备。

背景技术

工业生产中，多数产品或者原料都使用有机化合物，所以存在挥发性有机物（VOCs）排放问题。大多数VOCs有毒，有恶臭或刺激气味，易燃易爆，一部分VOCs有致癌性，是环境污染的重要污染源，也对人们的健康产生危害。目前针对此类污染物的治理，主要的处理方法包括：

一、催化燃烧法：是指有机废气在催化剂的催化作用下，在300～400℃的温度下燃烧。此方法多采用具有较高的耐热和抗毒的性能的铂金等贵金属的催化剂，以保证催化剂的活性，成本高；燃烧处理时还须对有机废气进行预加热处理以维持催化燃烧温度，能耗大、运行成本高；同时须严格控制燃烧温度以防止焚烧时产生其他有害物质，这不仅对焚烧炉本身的技术提出了更多的要求，而且也难以绝对保证无二次污染物质产生；焚烧时还存在***的潜在危险，尤其是易挥发性可燃气体。

二、吸收法（水吸收法、酸吸收法、碱吸收法）：此类方法的原理是将有机污染物进行收集和转移，并没有对有机废气进行有效处理。此类方法须采用与有机废气有相同互溶性且具有一定的溶解度的特定有机溶剂，然而单一的有机溶剂只能针对地吸收特定的有机物，无法处理成分复杂的废气，而且待有机溶剂吸收到饱和状态时，还须及时更换有机溶剂，处理成本较高。

三、活性炭吸附法：该方法属于物理转移，其利用活性炭的多孔性，将废气中的有机物污染物吸附储存在活性炭的孔隙间，即将污染物从一个物体转移到另一个物体中或者将污染物从一个地方转移到另一个地方，其实质上是污染物转移并没有对废气进行根本性的处理。而饱和后的活性炭属于危险固体废弃物，更换频率高，消耗量极大，此类方法已经逐渐被环保行业淘汰。

四、等离子体－催化氧化法：该方法的原理是利用臭氧的强氧化作用，将废气中的有机废气物氧化分解为新的化学物质和无机物。利用臭氧的强氧化作用时，须通入过量的臭氧，而过量的臭氧会伴随尾气排放到空气中，会对人体健康产生较大的危害；而且臭氧发生器需要在强电压的作用下产生臭氧，在强电压的作用下，臭氧发生设备易产生电火花，存在消防安全隐患；而且在强氧化过程中，氧化反应的生成物具有不确定性，极易生成新的、更难处理的二次污染物。

相对以上处理方法，生物处理技术有其独特的优势，其利用微生物在一定的环境下以废气中的有机物为能源，通过捕捉、吸收、降解并转化为无毒无害的CO₂和H₂O。在吸收降解的过程中，附着在固体填料表面的微生物一方面以废气中的污染物为养料, 进行生长繁殖逐步形成一定厚度的生物膜；另一方面将废气中的有机物质进行生物分解及脱臭处理，转化成为无毒无味的CO₂和H₂O后排出，从而达到净化废气的目的。

然而，目前市面上针对挥发性有机废气的生物处理技术的结构不合理，使得有机废气在多个处理步骤中均得不到完全的处理，而且造成有机废气在多个连贯处理步骤中的输送路径过长，难以实现对有机废气的高效、完全无害化的处理；而且不合理的结构也使得设备体积庞大，成本高。

发明内容

本发明要解决的技术问题，是提供一种布局合理、结构紧凑且可对挥发性有机废气高效地进行完全处理的生物处理设备。

本发明要解决的技术问题，可以采用以下的技术方案：一种挥发性有机废气的生物处理设备，包括用于去除粉尘的预处理装置1、利用微生物进行生物降解的生物净化装置2和降低废气中水分的除雾装置3；

所述预处理装置1由上至下设有的第一喷淋口13、第一填料层14和液体15，还设有没入液体15的第一入口12和位于所述第一喷淋口13上部的第一出口11；废气通入第一入口12，首先进入液体15去除杂质，逸出后自下而上流动穿过第一填料层14，同时液体15经循环泵17抽取，从第一喷淋口13喷洒至第一填料层14上，处理得到的废气从第一出口11 排出；

所述生物净化装置2包括由上至下设置的第二出口21、第二喷淋口23、附着有微生物的第二填料层24、第二入口22和培养液25，其中第二喷淋口23和附着有微生物的第二填料层24组成处理单元，所述处理单元中的第二喷淋口23位于第二填料层24的上方，所述生物净化装置2的第二入口22位于培养液25之上并连通所述预处理装置1的第一出口11，废气从生物净化装置2下部的第二入口22进入，经过第二填料层24时与微生物接触并被降解；所述培养液25由一循环泵26输送至第二喷淋口23；

所述除雾装置3包括与所述生物净化装置2的第二出口21连通的第三入口31和连通外界的第三出口32，所述第三入口31和第三出口32之间设有用于吸收水分的第三填料层33；废气经过微生物降解后，从第二出口21排出，通过第三入口31进入除雾装置3内，废气经过第三填料层33，从第三出口32排放。

本生物处理设备使用前，预先根据有机废气的性质选取经被有机物驯化的微生物菌种在实验室中进行培植，在培养液中接种了选取出来的优势菌种，从生物净化装置2中的顶部第二喷淋口23而下，与进入生物净化装置2的有机废气异向流动，微生物利用溶解于液相中的有机物质，进行代谢繁殖，并附着于第二填料层表面，形成微生物膜，完成生物挂膜过程。

使用本生物处理设备时，将含有大颗粒的粉尘等杂质、质量较大的挥发性有机废气经过已完成生物挂膜的第二填料层24时与微生物接触并被降解，实现无污染化处理；同时处理单元中的第二喷淋口23不断地将培养液25喷向第二填料层，可保证整个生物净化装置内部，尤其是第二填料层的湿度始终保持在微生物繁衍生存的最佳水平。

本发明提供的挥发性有机废气的生物处理设备采用连贯的预处理、生物净化、除雾处理对有机废气进行处理，预处理、生物净化和除雾处理均针对有机废气中不同的有害物质进行处理或降解，针对性强且处理效率高，而且各处理装置均根据有机废气实时的性质来设置内部的结构，即预处理装置根据进入其内部的有机废气因为含有大颗粒粉尘而质量较大，将第一入口设置成没入液体15中，可首先对有机废气内的大颗粒粉尘等杂质进行过滤，以便减轻有机废气的质量，而且预处理装置中其他的组成部分设置成上下结构，布局合理，便于有机废气逸出液体15后不断上升时与第一填料层14接触，液体15喷洒至第一填料层14，当第一填料层14饱满时液体还可直接下滴回流到液体中循环利用。有机废气经预处理装置去除粉尘并降低浓度后从生物净化装置2的下部进入到生物净化装置2内，同理生物净化装置2内部的布局也适应不含大颗粒粉尘、质量较轻的废气在不断上升的特性，此时的废气无需其他附加的动力便可不断上升，并由生物净化装置2的第二填料层的微生物降解；而且由于培养液25位于生物净化装置2的最底层，当培养25液喷洒量超过第二填料层饱和度时，多出来的培养液可回流到最下方的培养液，也无需其他处理装置或者工序。经过无害处理的废气降解成CO₂和H₂O也是在不断上升的过程中顺势从生物净化装置顶部的第二出口21直接进入除雾装置3。本生物各处理装置内部的结构布局合理，且各处理装置的连贯通道也最短化，不仅提高了处理的效率，而且使得整个设备的体积最小。

所述预处理装置1的第一入口12没入液体15的端部设有若干突起16，所述突起16为三角形突起。有机废气经第一入口12的端部进入液体15时，这些三角形突起可对有机废气进行切割，从而形成小气泡逸出，以增加有机废气与液体15接触面积，提高过滤的效率。

所述生物净化装置2还包括恒温装置30，恒温装置30在第二入口下方，位于生物净化装置2底部。恒温装置浸没于培养液中，能够使培养液的温度维持在微生物的最适温度，使微生物保持良好的生长状态，以便更好地分解有机废气。

所述预处理装置1的液体15为2%氢氧化钠溶液或3%氢氧化钙溶液。2%氢氧化钠溶液和3%氢氧化钙溶液能够有效的吸收废气中的有害物质，特别是含硫和含氮物质。

所述生物净化装置2包括设置的处理单元为两个或两个以上，多个处理单元呈上下排列；实际设计时，可根据待处理的有机废气的性质确定生物净化装置2所需的第二填料层的总和，以保证后续微生物能够完全降解有机废气，然后根据生物净化装置内部的空间将第二填料层划分成合适厚度的多层，不仅可避免第二填料层因厚度过厚导致填料层中间微生物产生厌氧反应，而且可延长废气与微生物接触的时间、增大废气与微生物接触面，有利于提高废气的净化效率。多层的第二填料层结构形成多重屏障，能够更好地吸收有害气体。

所述处理单元中的第二填料层24厚度上限为300mm。

所述处理单元还包括液体再分布装置27，所述液体再分布装置27为喇叭状的套筒，该套筒27以其较大一端的端面固定在该处理单元的第二填料层24的底面；培养液的浓度过大，如果生物净化装置的内壁长时间与培养液接触容易出现壁体腐蚀现象，喇叭状管筒可使培养液从第二填料层渗透下来后聚集于套筒的筒壁从而顺着筒壁流下来最终回流到生物净化装置2最底层的培养液中，避免了培养液直接沿生物净化装置2的内壁向下流动；而套筒式的液体再分布装置拆换简单，方便维修和维护。

所述液体再分布装置27的侧壁与所述生物净化装置的内壁成30°的夹角，经试验验证，侧壁与所述生物净化装置的内壁成30°夹角时布水密度较大，有利于下层填料受水面积基本均匀。

所述除雾装置3的第三填料层与水平面成15~60°的夹角。将直接吸收水分的第三填料层设置成倾斜，可增加其过滤面积，提高过滤速度，而且该第三填料层将气体中的液雾进行捕捉、拦截、碰撞、凝聚成液滴，液滴顺着其倾斜的方向流到除雾装置的侧壁，达到过滤消除液雾的效果。

所述第二填料层24由塑料球、塑料环、塑料蜂窝状填料和塑料波纹半填料中的一种或几种填充而成；上述的填料材料的物理性质均不具吸附性，且填料之间的空隙很大，有利于微生物的生长代谢，微生物膜的形成，可以保证废气在生物净化装置中的高效处理。第一填料层14为拉西环。第三填料层（33）由聚丙烯酸盐吸水材料、纤维素黄原酸盐吸水材料和羧甲基化纤维素碳酸盐吸水材料中的一种或几种填充而成。这几种吸水材料的吸水性强，能够有效吸收废气中的水分，使废气达到排放标准。

本发明还包括离心机4，所述离心机4与所述预处理装置1的第一入口12连通；便于收集有机废气并导入至预处理装置1的第一入口12。

所述微生物为硫细菌、硝化细菌、纳豆芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌。

所述培养液100mL中加入0.3g胰蛋白胨，0.15g酵母粉，0.4g甘油，0.08g维生素，20mM Na₂HPO₄，40mM NH₄Cl，8mM MgSO₄，0.045 mM FeCl₃。

所述微生物能够通过协同作用有效地分解废气中的有机物质，经过培养液的培养，微生物能够维持良好的生长状态，高效地分解废气中的有机物质。

所述生物净化装置（2）还包括第一阀门（19）和第二阀门（20），第一阀门（19）位于第一出口和第二入口（22）通道中间，第二阀门（20）位于第二出口（21）上方。

所述的一种挥发性有机废气的生物处理方法，包括以下步骤：

a．废气通过第一入口12进入预处理装置1通入液体15去除杂质，逸出后自下而上流动穿过第一填料层14，同时液体15经循环泵17，从第一喷淋口13喷洒至第一填料层14上，处理得到的废气从第一出口11 排出；

b．废气从生物净化装置2下部的第二入口22进入，关闭第一阀门19和第二阀门20，废气与附着于第二填料层24的微生物接触并被降解，所述培养液25由一循环泵26输送至第二喷淋口23，喷淋至第二填料层24，恒温装置30使培养液维持温度在28℃，持续1小时，打开阀门；

c．废气经过微生物降解后，从第二出口21排出，从第三入口31进入除雾装置3内，废气经过第三填料层33，从第三出口32排放。

废气进入生物净化装置2，通过关闭第一阀门19和第二阀门20，给微生物充足的时间，使微生物对进入生物净化装置2中的气体进行充分的反应与降解。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1中B部液体再分布装置27的结构示意图；

图3是图1中B部液体再分布装置27的放大图。

具体实施方式

如图1~3所示的挥发性有机废气的生物净化装置生物处理设备是本发明的实施例，它包括用于去除粉尘的预处理装置1、利用微生物进行生物降解的生物净化装置2、降低废气中水分的除雾装置3和离心机4。

其中预处理装置1由上至下设有的第一喷淋口13、第一填料层14和2%氢氧化钠溶液或3%氢氧化钙溶液15，液体15经第一喷淋口13喷洒至第一填料层14，预处理装置1还设有沒入液体15的第一入口12和位于第一喷淋口13上部的第一出口11。第一入口12没入液体15的端部设有若干三角形突起16，第一填料层14为拉西环。离心机4与预处理装置1的第一入口12连通。

生物净化装置2包括由上至下设置的第二出口21、第二阀门20、第二喷淋口23、附着有微生物的第二填料层24、液体再分布装置27、第一阀门19、第二入口22和培养液25。其中第二喷淋口23、附着有微生物的第二填料层24和液体再分布装置27为一个处理单元。两处理单元呈上下排列，且处理单元中的第二喷淋口23位于第二填料层24的上方，第二填料层24由塑料球、塑料环、塑料蜂窝状填料和塑料波纹半填料中的一种或几种填充而成，第二填料层24的厚度上限为300mm。液体再分布装置27为喇叭状的套筒，该套筒27以其较大一端的端面固定在该处理单元的第二填料层24的底面；液体再分布装置27的侧壁与生物净化装置的内壁成30°的夹角。培养液25由一循环泵26输送至处理单元的第二喷淋口23，生物净化装置2的第二入口22位于培养液25之上并连通预处理装置1的第一出口11。所述生物净化装置2还包括恒温装置30，恒温装置30在第二入口下方，位于生物净化装置2底部。

除雾装置3包括与生物净化装置2的第二出口21连通的第三入口31和连通外界的第三出口32，第三入口31和第三出口32之间设有用于吸收水分的第三填料层33，第三填料层33与水平面成15~60°的夹角。第三填料层33由聚丙烯酸盐吸水材料、纤维素黄原酸盐吸水材料和羧甲基化纤维素碳酸盐吸水材料中的一种或几种填充而成。

本生物处理设备使用前，可预先根据有机废气的性质选取经被有机物驯化的硫细菌、硝化细菌、纳豆芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌在实验室中进行培植成功后，在培养液中接种了选取出来的优势菌种，从生物净化装置2中的顶部第二喷淋口23而下，与进入生物净化装置2的有机废气异向流动，微生物利用溶解于液相中的有机物质，进行代谢繁殖，并附着于第二填料层24表面，形成微生物膜，完成生物挂膜过程。所述培养液100mL中加入0.3g胰蛋白胨，0.15g酵母粉，0.4g甘油，0.08g维生素，20mM Na₂HPO₄，40mM NH₄Cl，8mM MgSO₄，0.045 mM FeCl₃。

使用本生物处理设备时，将含有大颗粒的粉尘等杂质、质量较大的挥发性有机废气通入预处理装置1的第一入口12，有机废气经第一入口12的端部进入液体15时，三角形突起16可对有机废气进行切割，从而形成小气泡逸出，以增加有机废气与液体15接触面积，提高过滤的效率，此时有机废气的质量也较轻，可以自下而上流动穿过第一填料层14，同时液体15通过第一喷淋口13成喷雾状附着在第一填料层14上，从而增加液体15与有机废气的接触面积，以便在有机废气到达位于预处理装置1下部的第一出口11时其中的大颗粒粉尘等杂质已经去除且浓度已经初步降低，此时有机废气的质量较轻。这些质量较轻的有机废气从生物净化装置2下部的第二入口22进入生物净化装置2的内部后同样也逐渐上升，并经过已完成生物挂膜的第二填料层24时与微生物接触并被降解，实现无污染化处理；同时处理单元中的第二喷淋口23不断地将培养液25喷向第二填料层。

本发明预处理装置根据进入其内部的有机废气因为含有大颗粒粉尘而质量较大，将第一入口设置成没入液体15中，可首先对有机废气内的大颗粒粉尘等杂质进行过滤，以便减轻有机废气的质量，而且预处理装置中其他的组成部分设置成上下结构，布局合理，便于有机废气逸出液体15后不断上升时可与第一填料层14接触，液体15作为经第一喷淋口13喷洒至第一填料层14的溶液，当第一填料层14饱满时液体还可直接下滴回流到液体中循环利用，无需其他处理装置或者工序。有机废气经预处理装置去除粉尘并降低浓度后从生物净化装置2的下部进入到生物净化装置2内，同理生物净化装置2内部的布局也适应不含大颗粒粉尘、质量较轻的废气在不断上升的特性，此时的废气无需其他附加的动力便可不断上升，并由生物净化装置2的第二填料层的微生物降解；而且由于培养液25位于生物净化装置2的最底层，当培养25液喷洒量超过第二填料层饱和度时，多出来的培养液可回流到最下方的培养液，也无需其他处理装置或者工序。经过无害处理的废气降解成CO₂和H₂O也是在不断上升的过程中顺势从生物净化装置顶部的第二出口21直接进入除雾装置3。本生物各处理装置内部的结构布局合理，且各处理装置的连贯通道也最短化，不仅提高了处理的效率，而且使得整个设备的体积最小。

一种挥发性有机废气的生物处理方法，包括以下步骤：

a．废气通过第一入口12进入预处理装置1通入液体15去除杂质，逸出后自下而上流动穿过第一填料层14，同时液体15经循环泵17，从第一喷淋口13喷洒至第一填料层14上，处理得到的废气从第一出口11 排出；

b．废气从生物净化装置2下部的第二入口22进入，关闭第一阀门19和第二阀门20，废气与附着于第二填料层24的微生物接触并被降解，所述培养液25由一循环泵26输送至第二喷淋口23，喷淋至第二填料层24，恒温装置30使培养液维持温度在28℃，持续1小时，打开阀门；

c．废气经过微生物降解后，从第二出口21排出，从第三入口31进入除雾装置3内，废气经过第三填料层33，从第三出口32排放。

Claims (10)

1.一种挥发性有机废气的生物处理设备，包括用于去除粉尘的预处理装置（1）、利用微生物进行生物降解的生物净化装置（2）和降低废气中水分的除雾装置（3），其特征在于：

所述预处理装置（1）由上至下设有第一喷淋口（13）、第一填料层（14）和液体（15），还设有没入液体（15）的第一入口（12）和位于所述第一喷淋口（13）上部的第一出口（11）；

所述生物净化装置（2）包括由上至下设置的第二出口（21）、第二喷淋口（23）、附着有微生物的第二填料层（24）、第二入口（22）和培养液（25），其中第二喷淋口（23）和附着有微生物的第二填料层（24）组成处理单元，所述处理单元中的第二喷淋口（23）位于第二填料层（24）的上方，所述生物净化装置（2）的第二入口（22）位于培养液（25）之上并连通所述预处理装置（1）的第一出口（11）；

所述除雾装置（3）包括与所述生物净化装置（2）的第二出口（21）连通的第三入口（31）和连通外界的第三出口（32），所述第三入口（31）和第三出口（32）之间设有用于吸收水分的第三填料层（33）。

2.根据权利要求1所述的挥发性有机废气的生物处理设备，其特征在于：所述预处理装置（1）的第一入口（12）没入液体（15）的端部设有若干突起（16）；所述突起（16）为三角形突起。

3.根据权利要求1所述的挥发性有机废气的生物处理设备，其特征在于：所述生物净化装置（2）还包括恒温装置（30），恒温装置（30）在第二入口下方，位于生物净化装置（2）底部。

4.根据权利要求1所述的挥发性有机废气的生物处理设备，其特征在于：所述预处理装置（1）的液体（15）为2%氢氧化钠溶液或3%氢氧化钙溶液。

5.根据权利要求1所述的挥发性有机废气的生物处理设备，其特征在于：所述生物净化装置（2）包括设置的处理单元为两个或两个以上，多个处理单元呈上下排列。

6.根据权利要求1所述的挥发性有机废气的生物处理设备，其特征在于：所述处理单元还包括液体再分布装置（27），所述液体再分布装置（27）为喇叭状的套筒，该套筒（27）以其较大一端的端面固定在该处理单元的第二填料层（24）的底面。

7.根据权利要求6所述的挥发性有机废气的生物处理设备，其特征在于：所述液体再分布装置（27）的侧壁与所述生物净化装置的内壁成30°的夹角。

8.根据权利要求1所述的挥发性有机废气的生物处理设备，其特征在于：所述第一填料层（14）为拉西环；所述第二填料层（24）由塑料球、塑料环、塑料蜂窝状填料和塑料波纹半填料中的一种或几种填充而成；所述第三填料层（33）由聚丙烯酸盐吸水材料、纤维素黄原酸盐吸水材料和羧甲基化纤维素碳酸盐吸水材料中的一种或几种填充而成。

9.根据权利要求1所述的挥发性有机废气的生物处理设备，其特征在于：所述除雾装置（3）的第三填料层（33）与水平面成15~60°的夹角。

10.根据权利要求1所述的挥发性有机废气的生物处理设备，其特征在于：所述微生物为硫细菌、硝化细菌、纳豆芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌；

所述培养液100mL中加入0.3g胰蛋白胨，0.15g酵母粉，0.4g甘油，0.08g维生素，20mM Na₂HPO₄，40mM NH₄Cl，8mM MgSO₄，0.045 mM FeCl。