CN201189448Y - 一种新型废气生物处理用的填料 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于废气生物处理技术领域，特别涉及一种新型废气生物处理用的填料，由两层波浪形支板通过中间圆环一体成型，两层支板相互垂直；支板与圆环采用改性高分子聚合物经注塑一次成型。本新型废气生物处理用的填料具有空隙率大、比表面积大的优点。

Description

一种新型废气生物处理用的填料

【技术领域】

本实用新型属于废气生物处理技术领域，特别涉及一种新型废气生物处理用的填料。

【背景技术】

在废气生物处理领域，填料和设备是气液相间接触并完成转化的场所，是至关重要的。填料是生物的载体，填料性能直接影响生物的附着，***的运行效果。废气生物处理技术即废气生物过滤净化处理技术，其基本原理是附着在生物填料介质上生长的微生物，在适宜的环境条件下，利用废气中的污染物作为碳源和能源，维持其生命活动，将废气中的污染物分解为CO₂、H₂O和如硫酸盐等无机盐，从而使废气得到净化。

已有废气生物处理中，许多天然或人造材料作为微生物载体得到应用，如火山岩、木屑、堆肥、塑料及金属板波纹填料、多孔陶瓷、多孔碳、聚砜中空纤维、碳纤维、聚氨酯泡沫等；天然填料如堆肥、碎木片、秸秆、泥炭等，本身具有营养成分，无需外加养料，但容易堵塞、压实；而多孔陶瓷、多孔碳、聚砜中空纤维、碳纤维、聚氨酯泡沫等人造材料则无生物生长所需的营养成分，在废气处理过程中，需外加养料。近年来，还出现了一些处理“三苯”的玻璃钢材质填料等。虽然其都能起到一定的处理效果，但仍存在价高易堵、动力消耗大、易结团、断丝、使用寿命短、培菌挂膜速度缓慢、投产起动时间较长等问题。

生物滴滤床(BTF)工艺的发展，使得废气生物处理技术不仅仅限于处理低浓度废气或有机废气，而可应用于处理高浓度H₂S废气，如2001年美国洛杉矶污水处理厂用聚氨脂泡沫为填料的生物滴滤床，代替了原有化学碱吸收塔处理含180～260mg/m3的H2S废气，取得了成功。

目前，国外最常用的BTF填料是火山岩(lava rock)，其优点是比表面积大、多孔、微生物容易繁殖，且价格低，缺点是比重大，化学惰性不好，在低pH情况下运行观察到其重量减少。乱堆式塑料、陶瓷或不锈钢鲍尔环也广泛应用于实验室研究和工业上，此填料容易处理，但经验表明，其启动周期长，这是由于其表面的生物膜不容易挂上。

高效BTF填料，美国Bioway公司有使用寿命长达10年的聚氨酯网状泡沫填料；日本有比重0.2、气孔率83％、持水率达200％的轻质多孔陶瓷，德国有聚氨酯通孔型泡沫塑料圆片等；同济大学开发了ACOF(即纤维附着活性炭和不锈钢丝网)的BTF填料，但其阻力降较大：在气流线速为20～25mm/s时，挂膜情况下阻力降达100～200mm/m；2003～2006年间，浙江工业大学虽然结合废气生物处理课题开发的两种BTF填料，虽然其使用性能好、阻力降低，但尚存在制造成本高，在废气中污染负荷较高的情况下，随着微生物的大量生长仍有部分堵塞现象。

【发明内容】

本实用新型公开了一种新型废气生物处理用的填料，其具有空隙率大、比表面积大的优点。

本实用新型所采取的技术方案：一种新型废气生物处理用的填料，由两层波浪形支板通过中间圆环一体成型，两层支板相互垂直；支板与圆环采用改性高分子聚合物经注塑一次成型。

所述的填料，改性高分子聚合物添加抗氧化剂、亲水剂、稳定剂、吸附剂。

所述的填料，填料表面粗糙，并设有毛刺。

所述的填料，支板外边呈弧形，所有支板的弧形外边形成一球形。

所述的填料，每层设支板9片，圆环设3个。

废气生物处理技术即废气生物过滤净化处理技术，其基本原理是附着在生物填料介质上生长的微生物，在适宜的环境条件下，利用废气中的污染物作为碳源和能源，维持其生命活动，将废气中的污染物分解为CO₂、H₂O和无机盐(如硫酸盐等)，从而使废气得到净化。

废气生物处理工艺的反应器主要分生物滤床(Biofilter，简称BF)生物滴滤床(Biotrickling Filter，简称BTF)两种。

BF工艺通常用堆肥、泥炭、或经处理后的木片或树皮、锯末、植物叶杆等多孔、且有较强保持水分能力的材料作为微生物载体，填料层厚度约1.0～1.5米，面积根据处理气体量和处理效果而定；并通过废气预加湿或间歇淋洒含有无机营养盐的水溶液以使床层保持在合适的含水率范围和好的透气性，以提供适宜微生物生长和繁殖的环境。这种生物滤床能同时发生生物吸附和生物降解作用，微生物菌种能长期保存，适用于处理污染物浓度较低、废气间歇排放或水溶性较差的有机废气。图1为生物过滤(BF)***图。

BTF工艺通常用惰性材料如多孔陶瓷环、塑料球等作为微生物载体，并连续淋洒含有无机营养盐的循环水，使废气和滴滤床中的填料上附着生长的生物膜接触，发生污染物降解作用。由于营养液连续循环，故代谢产物能及时排除，且反应条件如pH可能很好得到控制，微生物数量大，故效率较BF工艺高，但投资费用和自动化控制要求高。图2为生物滴滤(BTF)***图。

二者的主要区别如下表：

项目	生物滤床	生物滴滤床
			填料	多孔，吸水率和持水率好，空隙率高，吸附性能好，一般为天然材料。	多孔、比表面积大、微生物易附着生长也容易脱落的惰性材料。
喷淋方式	间歇，如几次/日、几分钟/次	动态连续
			适用场合	适用处理浓度较低(≤1000mg/m3)、间歇排放或水溶性差的废气	适用处理浓度较高和代谢产物是酸性物质的废气
污染物去除负荷	较低	高
			运行费用	更低	低
主要缺点	床层pH等反应条件不容易控制	因微生物过度生长可能导致堵塞

填料是废气净化生物过程中气液两相的传质中介，是装置的核心，废气生物处理技术的改进和发展很大程度反映在填料的改进和发展上。根据废气生物处理的基本原理，要使填料的生物膜形成快而挂载量多且活性高，传质性能好，理想的废气生物处理填料载体要求有以下特性：

①生物膜挂载性能和传质性能好

接触比表面积大，内部空隙率高。显然，填料比表面积大，内部空隙率高可提供更多的微生物生长空间，使更多的生物膜能依附填料表面生长，也有利于而老化和活性低的生物膜能及时剥落并随淋洗水从填料空隙带走，同时清除微生物代谢产物。

高的比表面积还可促进废气中的污染物从气相到液相的转移，有利于去除率提高。然而，比表面积(m2/m3)也不是越大越好，因经长期运行后，由于生物膜的生长会导致孔隙减少，床层阻力增加。同时也要有利于氧和污染物基质的传递。

填料的传质性能主要决定于填料的形状、比表面积、空隙率、堆积结构及表面亲水性。填料的表面只有被流动的液相润湿，才能构成有效的传质面积，因此要获得高的传质速率，除大的比表面积外，还要求填料有良好的润湿性能即亲水性。同时安装的填料层结构空隙率要高，使气液流畅通且气流压降低，操作弹性范围宽。此外，填料层要具备利于气液均匀分布的形状和结构，以提高填料间的水流流态及氧转移速率，进而促进传质过程，实现生物膜的不断更新。

此外，填料载体表面的粗糙程度、静电作用和亲水性，在一定程度上也影响挂膜速度，一般认为粗糙度大容易挂膜；细菌属亲水性粒子，故载体表面的亲水性也可促进生物膜的形成及附着；由于细菌表面等电点Pi多在2～5之间，当循环水或喷淋水的pH＞pi时，细菌表面带负电，反之则带正电，故载体表面的电极性，对形成生物膜会有一定影响。

②气流压力损失小且稳定

使用高空隙率的填料，可降低气流通过填料层的阻力降，较低的密度和足够的物理强度和刚性可降低填料层的堆积压力并保持床层整体物化性质的稳定，从而使生物填料床层始终保持低的气流阻力损失。显然这也是非常重要的填料性能，因BFP技术的能耗和运行费用主要是风机的功率和电耗。

③能提供最佳的微生物生长环境

微生物最佳生长环境，主要是保持合适的温度(25～35℃最佳)和水份、一定的pH范围、足够使微生物细胞生长必需的碳源和无机营养。

微生物生长和代谢过程离不开水，保持合适的水份含量是维持微生物活性基本条件。

在BTF工艺中，上述因素均可以通过循环水(即保持循环水一定的温度、pH范围和无机营养成份浓度)来控制。但在BF工艺中，这些因素主要依赖于BF填料的性质，其中有：保水性能、pH缓冲性能、是否含有营养物质等。

④化学和物理性质稳定

要求它们在潮湿、腐蚀性甚至酸性环境下能长期保持稳定的物化性质，耐腐蚀和不易分解腐烂，特别是要求其长期保持一定物理强度和刚性，合适的比表面积、密度和空隙率。以能在长期使用情况下，生物填料床层不变形，填料床层不被压实，始终保持微生物生长的良好环境。显然，只有填料化学和物理性能的稳定，才有生物填料床反应器去除效果的稳定。

填料化学和物理性能的稳定的另一作用，是可始终保持淋出水较为洁净，因此，BTF填料通常采用惰性或合成材料制作，而在选择和开发BF填料的原料时，也需考虑这一因素。

⑤成本费用

由于填料的费用占废气生物处理工程总投资的比例较大，因此选择价廉易得的原料来制作生物填料是必须考虑的重要因素。

通过本实用新型的技术方案，本填料具有以下优点：

1、生物膜挂载性能和传质性能好

该填料表面粗糙且略带小毛刺，接触比表面积大，内部空隙率高，可提供更多的微生物生长空间，使更多的生物膜能依附填料表面生长，也有利于老化和活性低的生物膜能及时剥落并随淋洗水从填料空隙带走，同时清除微生物代谢产物，促进生物膜良好的新陈代谢，又不堵塞。高的比表面积还可促进废气中的污染物从气相到液相的转移，有利于去除率提高。

填料的传质性能主要取决于填料的形状、比表面积、空隙率、堆积结构及表面亲水性。填料的表面只有被流动的液相润湿，才能构成有效的传质面积，因此要获得高的传质速率，除大的比表面积外，还要求填料有良好的润湿性能即亲水性。其次，细菌属亲水性粒子，故载体表面的亲水性也可促进生物膜的形成及附着。本新型高效废气生物处理用的填料添加的亲水剂，正是通过以上原理，明显提高了填料的传质性能。同时该填料层结构空隙率高，气液流畅通且气流压降低，操作弹性范围宽。此外，该填料层具备利于气液均匀分布的形状和结构，提高了填料间的水流流态及氧转移速率，进而促进传质过程，实现生物膜的不断更新。再者，填料载体表面的粗糙程度和亲水性，在一定程度上也提高了挂膜速度。

2、气流压力损失小且稳定

该填料空隙率高，可降低气流通过填料层的阻力降。较低的密度和足够的物理强度和刚性可降低填料层的堆积压力并保持床层整体物化性质的稳定，从而使生物填料床层始终保持低的气流阻力损失。由于BFP技术的能耗和运行费用主要是风机的功率和电耗，因此该填料在降低能耗方面也有着一定的优势。

3、能提供最佳的微生物生长环境

微生物最佳生长环境，主要是保持合适的温度(25～35℃最佳)和水分、一定的pH范围、足够使微生物细胞生长必需的碳源和无机营养。该填料中添加了抗氧化剂、亲水剂、稳定剂、吸附剂等添加剂，能提供微生物细胞所需的营养物质，大大提高了挂膜的速度。

4、化学和物理性质稳定

该填料在潮湿、腐蚀性甚至酸性环境下能长期保持稳定的物化性质，耐腐蚀、不易分解腐烂，特别是其能长期保持一定物理强度和刚性，合适的比表面积、密度和空隙率。在长期使用情况下，生物填料床层不变形，填料床层不被压实，始终保持微生物生长的良好环境，使用寿命长。

该填料稳定的化学和物理性能，有效地保障了生物填料床反应器去除效果的稳定性，并可始终保持淋出水较为洁净。

5、成本费用低。

综上所述，该填料是一种性能好、成本低、阻力降小，性质稳定，不易堵塞且使用寿命长的废气处理高效生物填料。

【附图说明】

图1为生物过滤(BF)***图。

图2为生物滴滤(BTF)***图。

图3为本实用新型的立体结构示意图。

图4为本实用新型的另一立体结构示意图。

图5为本实用新型的俯视图。

图6为本实用新型的局部剖视图。

图7为本实用新型的半剖视图。

图8为本实用新型的局部视图。

【具体实施方式】

下面结合附图对本实用新型作详细说明。

如图1、2所示，61是进气、62是增湿塔、63是净化气体、64是填料区、65循环液。

如图3-8所示，本填料包括上下两层1、2，每层平行设置9片波浪形支板3，两层支板间通过中间圆环4(包括三个圆环41、42、43)相连，支板3与三个圆环相垂直，且两层支板也相互垂直；每层支板的最外一片支板还与一弧形支板5相连，每层各有两块弧形支板51、52，弧形支板5又与圆环43相连。各支板外边呈弧形，所有支板的弧形外边构成一球形。填料采用高分子聚合物，并加以抗氧化剂、亲水剂、稳定剂、吸附剂等添加剂经特殊注塑工艺一次成型，其表面粗糙，且略带小毛刺。

Claims (4)

1、一种新型废气生物处理用的填料，其特征是，由两层波浪形支板通过中间圆环一体成型，两层支板相互垂直；支板与圆环采用改性高分子聚合物经注塑一次成型。

2、根据权利要求1所述的填料，其特征是，填料表面粗糙，并设有毛刺。

3、根据权利要求1所述的填料，其特征是，支板外边呈弧形，所有支板的弧形外边形成一球形。

4、根据权利要求1所述的填料，其特征是，每层设支板9片，圆环设3个。

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