專利名稱：一種板式生物過濾塔及其廢氣處理工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種板式生物過濾塔，以及運(yùn)用其進(jìn)行廢氣處理的工藝方法。
背景技術(shù)：
廢氣生物氧化處理技術(shù)因具有傳統(tǒng)方法(如吸收、吸附、燃燒等)不可比擬地費(fèi)用低廉、對(duì)環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，正在成為一項(xiàng)在廢氣污染控制領(lǐng)域迅速推廣的高新技術(shù)，尤其在較低濃度、較大氣量的有機(jī)廢氣和惡臭氣體治理中。至今為止，廢氣生物處理對(duì)象已從最初的臭味、簡單有機(jī)化合物拓展到芳香烴、鹵代烴甚至無機(jī)類等氣態(tài)污染物的控制。
根據(jù)微生物存在形式，廢氣生物處理技術(shù)可分為懸浮型和附著型兩類，附著型因系統(tǒng)壓降小而率先在廢氣凈化領(lǐng)域得到推廣應(yīng)用，如生物過濾，生物滴濾，生物轉(zhuǎn)鼓等。這些技術(shù)都有各自的特點(diǎn)，但存在一個(gè)普遍性的問題是填料層厚(單層高度通常2m左右)，填料層上的污染負(fù)荷、營養(yǎng)物質(zhì)、水分和生物量等分布不均，填料床層堵塞引起的溝流現(xiàn)象嚴(yán)重，這直接影響了系統(tǒng)的處理效率。眾多的實(shí)踐和研究表明，附著型生物過濾系統(tǒng)運(yùn)行不良的原因75％是由于氣流、生物量、養(yǎng)分分布不均造成的。
近10年國內(nèi)外公開發(fā)表文獻(xiàn)資料檢索顯示，養(yǎng)分(包括水分)控制不均、引起局部生物量過大是填料床層堵塞的主要原因，而溝流現(xiàn)象的出現(xiàn)則導(dǎo)致了氣液接觸不均，進(jìn)一步惡化了系統(tǒng)整體效果。因此，填料層養(yǎng)分均勻控制是一個(gè)關(guān)鍵。大量研究結(jié)果表明，附著型生物過濾系統(tǒng)養(yǎng)分和生物量沿填料層高度(軸向)呈不均勻分布，在研究生物過濾甲苯廢氣時(shí)發(fā)現(xiàn)，填料層濕分隨系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間推移逐漸減小，濕分降低區(qū)域從氣流進(jìn)口逐漸擴(kuò)展到整個(gè)填料層，單位高度填料層污染負(fù)荷差異很大。另外，實(shí)踐應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，生物滴濾系統(tǒng)出口氣流帶水現(xiàn)象嚴(yán)重(為使養(yǎng)分分布均勻，要求養(yǎng)分霧化噴淋)，管道脫水器經(jīng)常堵塞(生物堵塞)，清洗強(qiáng)度大。
專利申請(qǐng)?zhí)?00420037051.3、專利名稱自控廢氣凈化器提供了一種多層填料層的廢氣凈化裝置，該裝置通過噴淋堿液達(dá)到去除廢氣中酸性污染物的目的。由于生物處理的特殊性，裝置設(shè)置需要考慮生物膜附著、微生物養(yǎng)分供給、以及廢氣成分、溫度、濃度、濕度等物性參數(shù)等多種因素，多層填料層的結(jié)構(gòu)目前還尚未應(yīng)用于生物氧化處理設(shè)備中。

發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有生物氧化處理設(shè)備填料層厚、填料層上的污染負(fù)荷、營養(yǎng)物質(zhì)、水分和生物量等分布不均、管道脫水器容易堵塞等不足，本發(fā)明提供了一種氣液接觸充分均勻、填料層支撐強(qiáng)度小、集脫水系統(tǒng)于一體的板式結(jié)構(gòu)廢氣生物過濾塔及其廢氣處理工藝。
為達(dá)到發(fā)明目的本發(fā)明采用的技術(shù)方案是
一種板式生物過濾塔，主要包括塔體、位于塔體底部的進(jìn)氣口、位于塔頂?shù)某鰵饪?、置于塔?nèi)的生物膜載體填料層、以及養(yǎng)分循環(huán)系統(tǒng)。所述生物膜載體填料層設(shè)置為多層，層厚與塔徑比為0.2～0.5，所述塔徑是指塔體的內(nèi)直徑；頂層生物膜載體填料層為脫水器，上部設(shè)置清洗液噴淋管；除頂層外的其它生物膜載體填料層上部設(shè)置養(yǎng)分噴淋管、底部設(shè)置養(yǎng)分收集管；所述養(yǎng)分噴淋管均設(shè)置有流量控制計(jì)；所述養(yǎng)分噴淋管與養(yǎng)分收集管分別與位于塔體底層的養(yǎng)分循環(huán)槽相連，通過循環(huán)泵構(gòu)成養(yǎng)分循環(huán)系統(tǒng)。
這樣，每層生物膜載體填料層為一塊“塔板”，整個(gè)生物過濾塔由若干塊“塔板”組成，構(gòu)成一個(gè)板式結(jié)構(gòu)廢氣生物過濾系統(tǒng)，養(yǎng)分液直接噴淋在每塊“塔板”上，與從塔底進(jìn)入的廢氣呈逆向接觸，去除廢氣中的污染物質(zhì)，使污染物被氧化分解成CO2、H2O及其它簡單化合物。頂層“塔板”作為氣流脫水器(板)，不噴淋養(yǎng)分，而改作噴淋清洗液，視脫水“塔板”壓降情況，間隙性對(duì)生物膜載體填料“塔板”進(jìn)行清洗。所述的養(yǎng)分是指維持微生物生長活性的物質(zhì)，組成隨分解污染物的生物種類不同而變化；清洗液指清洗附著在固體填料表面生物膜的溶液，通常為質(zhì)量百分濃度1％的稀堿溶液，如氫氧化鈉溶液、氫氧化鉀溶液等；生物膜載體填料是指供微生物層附著的載體。通常的，所述生物膜載體填料層為3～6層。優(yōu)選的，所述生物膜載體填料層為4層，層厚與塔徑比為0.2～0.5。
所述生物膜載體填料為下列之一①天然堆肥類，②天然碎木塊類，③塑料類填料，④陶瓷類填料。
一種運(yùn)用所述的板式生物過濾塔的廢氣生物處理工藝，生物膜載體填料層上附著有微生物優(yōu)勢(shì)菌，所述工藝為在空床氣速0.05～0.2m/s，空床停留時(shí)間10～30s，填料層溫度25～35℃，液相pH值3.0～7.5條件下，將廢氣由進(jìn)氣口通入板式生物過濾塔，處理后的廢氣經(jīng)出氣口排出。
具體的，當(dāng)處理的廢氣為含甲苯0.1～1.0g/m3的氣體污染物時(shí)，微生物優(yōu)勢(shì)菌為假甲胞桿菌屬，在空床氣速0.05m/s，空床停留時(shí)間20s，填料層溫度25～30℃，液相pH值6.5～7.5條件下，將廢氣由進(jìn)氣口通入板式生物過濾塔，處理后的廢氣經(jīng)出氣口排出。
當(dāng)所述廢氣為含H2S0.1～0.5g/m3的氣體污染物時(shí)，微生物優(yōu)勢(shì)菌為氧化硫桿菌屬，在空床氣速0.05m/s，空床停留時(shí)間20s，填料層溫度25～30℃，液相pH值3.0～4.0的條件下，將廢氣由進(jìn)氣口通入板式生物過濾塔，處理后的廢氣經(jīng)出氣口排出。
本發(fā)明所述的板式結(jié)構(gòu)廢氣生物塔及其工藝的有益效果主要體現(xiàn)在(1)填料層呈“板式結(jié)構(gòu)”，每個(gè)“塔板”養(yǎng)分強(qiáng)度可依據(jù)處理負(fù)荷單獨(dú)控制，提高了單位填料處理負(fù)荷；(2)改善填料層堵塞問題，避免了溝流現(xiàn)象，氣液接觸均勻、充分；(3)單層填料厚度下降，填料支撐架強(qiáng)度要求降低；(5)頂層填料“塔板”作脫水器，實(shí)現(xiàn)了生物過濾系統(tǒng)脫水器內(nèi)置，無需另設(shè)管道脫水器；(6)因采用“塔板式”結(jié)構(gòu)，填料更換更為方便。
(四)說明書附圖


圖1為本發(fā)明所述生物過濾塔結(jié)構(gòu)示意圖2為不同填料層的生物過濾塔結(jié)構(gòu)示意圖；a為一層填料層，b為兩層填料層，c為4層填料層。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明重點(diǎn)是一種板式結(jié)構(gòu)的廢氣生物過濾塔，對(duì)不同廢氣具有通用性，能被微生物分解的廢氣污染物均適用；對(duì)不同填料也通用，如前所述的凡是用于生物處理的可散裝填料均適用。故實(shí)施例以兩類有代表意義的污染物進(jìn)行試驗(yàn)，這兩類物質(zhì)分別是H2S(代表污水站臭氣)、甲苯(代表VOCs)；為不同試驗(yàn)結(jié)果有可比性，填料均選用塑料扁三角。
所述板式生物過濾塔結(jié)構(gòu)參見圖1，主要包括塔體、位于塔體底部的進(jìn)氣口1、位于塔頂?shù)某鰵饪?、置于塔內(nèi)的生物膜載體填料層3、以及養(yǎng)分循環(huán)系統(tǒng)，所述生物膜載體填料層設(shè)置為多層，層厚與塔徑比為0.2～0.5，頂層生物膜載體填料層上部設(shè)置清洗液噴淋管4，除頂層外的其它生物膜載體填料層頂部設(shè)置養(yǎng)分噴淋管5、底部設(shè)置養(yǎng)分收集管6，所述養(yǎng)分噴淋管均設(shè)置有流量控制計(jì)7，所述養(yǎng)分噴淋管與養(yǎng)分收集管分別與位于塔體底層的養(yǎng)分循環(huán)槽8相連，通過循環(huán)泵9構(gòu)成養(yǎng)分循環(huán)系統(tǒng)。
系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，需先對(duì)填料進(jìn)行掛膜，獲得生物填料。事先準(zhǔn)備的菌懸濁液(質(zhì)量濃度約10％)由養(yǎng)分液噴淋系統(tǒng)呈霧狀噴灑在每個(gè)填料層上，與廢氣逆向接觸，廢氣中污染物作為微生物碳源或能源。啟動(dòng)期，廢氣污染負(fù)荷(由濃度和氣量控制)從低逐漸升高(具體數(shù)值視污染物種類而定)，填料層溫度25～30℃，液相pH值范圍視微生物種類而定。對(duì)于天然類填料，菌懸液采用間隙性噴淋(3天一個(gè)周期，每次時(shí)間以填料層底部透水為準(zhǔn))，保持填料層濕度55％以上；對(duì)于人工填料(塑料類和陶瓷類)，因填料孔隙較大，建議采用連續(xù)噴淋。當(dāng)污染物去除率維持在85％以上時(shí)，顯示系統(tǒng)處于穩(wěn)定。
下面接合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步描述，為便于描述清楚，指出試驗(yàn)填料層具體厚度，實(shí)際工程上應(yīng)以層厚與塔徑比確定更合適
實(shí)施例1
本發(fā)明的實(shí)施方案和工作原理為含甲苯0.75～1.00g/m3廢氣的板式生物過濾處理工藝，空床氣速0.05m/s，空床停留時(shí)間20s，填料層溫度25～30℃，液相pH值范圍6.5～7.5(微生物優(yōu)勢(shì)菌為假甲胞桿菌屬，生物膜載體填料為塑料扁三角)。塔體內(nèi)徑均為800mm，生物膜載體填料按一層(厚度1.0m)、兩層(厚度各500mm)、四層(厚度各250mm)三種方式放置，養(yǎng)分與甲苯廢氣逆向接觸，養(yǎng)分噴淋強(qiáng)度控制一樣，即20L/m2.h，如圖2所示。廢氣處理結(jié)果見表1。
表1甲苯廢氣處理結(jié)果
表1結(jié)果表明，同樣操作條件下，板式填料層結(jié)構(gòu)有利于廢氣污染物的去除，四層“塔板”生物過濾塔單位填料污染負(fù)荷最高(平均152g/m3.h)。另外，養(yǎng)分噴淋強(qiáng)度相同情況下，“板式結(jié)構(gòu)”生物過濾塔總壓降與單體填料結(jié)構(gòu)基本相同。
實(shí)施例2
本發(fā)明的實(shí)施方案和工作原理為含H2S 0.175～0.228g/m3廢氣的板式生物過濾處理工藝，空床氣速0.05m/s，空床停留時(shí)間20s，填料層溫度25～30℃，液相pH值范圍3.0～4.0(微生物優(yōu)勢(shì)菌為氧化硫桿菌屬，生物膜載體填料為塑料扁三角)。塔體內(nèi)徑均為800mm，生物膜載體填料仍按一層(厚度1.0m)、兩層(厚度各500mm)、四層(厚度各250mm)三種方式放置，養(yǎng)分與H2S廢氣逆向接觸，養(yǎng)分噴淋強(qiáng)度控制一樣，即20L/m2.h，如圖2所示。廢氣處理結(jié)果見表2。
表2H2S廢氣處理結(jié)果
表2結(jié)果表明，同樣操作條件下，板式填料層結(jié)構(gòu)同樣有利于H2S廢氣的凈化，四層“塔板”生物過濾塔單位填料污染負(fù)荷仍然最高(平均35.2g/m3.h)，總壓降仍相同(11mmH2O)。
實(shí)施例3
本發(fā)明的實(shí)施方案和工作原理為操作條件同實(shí)施例1，塔體內(nèi)徑均為800mm，生物膜載體填料塔板共四層，每層厚度250mm，養(yǎng)分噴淋按三種模式控制模式一，四層噴淋強(qiáng)度一樣，均為20L/m2.h；模式二，頂層塔板不噴淋，其余三層噴淋強(qiáng)度一樣，即20L/m2.h；模式三，頂層塔板不噴淋，其余三層從底層進(jìn)氣端開始，噴淋強(qiáng)度依次按30％遞減，即底層20L/m2.h，二層14L/m2.h，三層9.8L/m2.h。廢氣處理結(jié)果見表3。
表3甲苯廢氣處理結(jié)果
表3結(jié)果表明，板式結(jié)構(gòu)的廢氣生物過濾塔有利于廢氣污染物的去除，每塊“塔板”養(yǎng)分噴淋強(qiáng)度可以進(jìn)行合理調(diào)整，基本不會(huì)對(duì)污染物去除效果構(gòu)成影響，而且總噴淋量可以得到有效削減，塔總壓降也可以得到有效控制，這再次驗(yàn)證了養(yǎng)分的作用主要是維持生物活性，養(yǎng)分過多導(dǎo)致生物大量繁殖，引起填料層壓降上升。
實(shí)施例4
本發(fā)明的實(shí)施方案和工作原理為含甲苯1.8～2.0g/m3廢氣的板式生物過濾處理工藝，空床氣速0.05m/s，填料層溫度25～30℃，液相pH值范圍6.5～7.5(微生物優(yōu)勢(shì)菌為假甲胞桿菌屬，生物膜載體填料為塑料扁三角)。塔體內(nèi)徑均為800mm，生物膜載體填料塔板數(shù)量分別為四層(每層厚度250mm)、五層(每層厚度250mm)、六層(每層厚度250mm)，相應(yīng)空床停留時(shí)間為20s、25s、30s，養(yǎng)分按實(shí)施例第三種模式噴淋控制，即頂層塔板不噴淋，其余三～五層從底層進(jìn)氣端開始，噴淋強(qiáng)度依次按20％遞減，即底層20L/m2.h，二層16L/m2.h，三層12.8L/m2.h，四層10.2L/m2.h，五層8.2L/m2.h。廢氣處理結(jié)果見表4。
表4甲苯廢氣處理結(jié)果
表4結(jié)果表明，對(duì)于較高濃度廢氣(廢氣濃度大于1500mg/m3)，可以通過增加塔板的方式提高去除效果。在本實(shí)施例中，當(dāng)填料塔板增至六層時(shí)，去除效率達(dá)到98.5％，出口甲苯濃度維持在27.7～30.7mg/m3之間，滿足GB16297-96《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》要求，即甲苯有組織排放濃度小于40mg/m3，而總噴淋強(qiáng)度僅為67.2L/m2.h。當(dāng)然，隨著塔板數(shù)增加，塔總壓降也相應(yīng)上升。
注本發(fā)明涉及的氣相甲苯、H2S濃度監(jiān)測(cè)方法采用國家環(huán)?？偩志幹摹犊諝夂蛷U氣監(jiān)測(cè)分析方法》中規(guī)定的相應(yīng)方法。
綜上所述，本發(fā)明所述的板式結(jié)構(gòu)廢氣生物過濾塔有利于廢氣污染物的去除，填料層呈“板式結(jié)構(gòu)”，每個(gè)“塔板”養(yǎng)分噴淋強(qiáng)度可依據(jù)污染處理負(fù)荷靈活控制，大大減少了養(yǎng)分噴淋強(qiáng)度，降低了塔總體壓降，實(shí)現(xiàn)了生物過濾層系統(tǒng)模塊化設(shè)計(jì)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所述的板式結(jié)構(gòu)廢氣生物過濾塔氣液接觸充分、均勻，填料層支撐強(qiáng)度小，內(nèi)置式脫水系統(tǒng)，市場應(yīng)用前景廣闊。
權(quán)利要求
1.一種板式生物過濾塔，主要包括塔體、位于塔體底部的進(jìn)氣口、位于塔頂?shù)某鰵饪?、置于塔?nèi)的生物膜載體填料層、以及養(yǎng)分循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于所述生物膜載體填料層設(shè)置為多層，層厚與塔徑比為0.2～0.5；頂層生物膜載體填料層為脫水器，上部設(shè)置清洗液噴淋管；除頂層外的其它生物膜載體填料層頂部設(shè)置養(yǎng)分噴淋管、底部設(shè)置養(yǎng)分收集管；所述養(yǎng)分噴淋管均設(shè)置有流量控制計(jì)；所述養(yǎng)分噴淋管與養(yǎng)分收集管分別與位于塔體底層的養(yǎng)分循環(huán)槽相連，通過循環(huán)泵構(gòu)成養(yǎng)分循環(huán)系統(tǒng)。
2.如權(quán)利要求1所述的板式生物過濾塔，其特征在于所述生物膜載體填料層為3～6層。
3.如權(quán)利要求1所述的板式生物過濾塔，其特征在于所述生物膜載體填料層為4層，層厚與塔徑比為0.2～0.5。
4.如權(quán)利要求1所述的板式生物過濾塔，其特征在于所述生物膜載體填料為下列之一①天然堆肥類，②天然碎木塊類，③塑料填料，④陶瓷填料。
5.如權(quán)利要求1所述的板式生物過濾塔，其特征在于所述的清洗液為質(zhì)量百分濃度1％的稀堿溶液。
6.一種運(yùn)用如權(quán)利要求1所述的板式生物過濾塔的廢氣生物處理工藝，生物膜載體填料層上附著有微生物優(yōu)勢(shì)菌，其特征在于所述工藝為在空床氣速0.05～0.2m/s，空床停留時(shí)間10～30s，填料層溫度25～35℃，液相pH值3.0～7.5條件下，將廢氣由進(jìn)氣口通入板式生物過濾塔，處理后的廢氣經(jīng)出氣口排出。
7.如權(quán)利要求6所述的廢氣生物處理工藝，其特征在于所述廢氣為含甲苯0.1～1.0g/m3的氣體污染物，微生物優(yōu)勢(shì)菌為假甲胞桿菌屬，在空床氣速0.05m/s，空床停留時(shí)間20s，填料層溫度25～30℃，液相pH值6.5～7.5條件下，將廢氣由進(jìn)氣口通入板式生物過濾塔，處理后的廢氣經(jīng)出氣口排出。
8.如權(quán)利要求6所述的廢氣生物處理工藝，其特征在于所述廢氣為含H2S0.1～0.5g/m3的氣體污染物，微生物優(yōu)勢(shì)菌為氧化硫桿菌屬，在空床氣速0.05m/s，空床停留時(shí)間20s，填料層溫度25～30℃，液相pH值3.0～4.0的條件下，將廢氣由進(jìn)氣口通入板式生物過濾塔，處理后的廢氣經(jīng)出氣口排出。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種板式生物過濾塔及其廢氣處理工藝，以層厚與塔徑比為0.2～0.5設(shè)置“塔板”，整個(gè)生物過濾塔由若干塊“塔板”組成，構(gòu)成一個(gè)板式結(jié)構(gòu)廢氣生物過濾系統(tǒng)，養(yǎng)分液直接噴淋在每塊“塔板”上，與從塔底進(jìn)入的廢氣呈逆向接觸，去除廢氣中的污染物質(zhì)，使污染物被氧化分解成CO2、H2O及其它簡單化合物。頂層“塔板”作為氣流脫水器，間隙性噴淋清洗液(一般為1％稀堿液)。本發(fā)明所述的板式結(jié)構(gòu)廢氣生物過濾塔及其工藝氣液接觸充分、均勻，每個(gè)“塔板”養(yǎng)分噴淋強(qiáng)度可依據(jù)污染處理負(fù)荷靈活控制，大大減少了養(yǎng)分噴淋強(qiáng)度，降低了塔總體壓降，填料層支撐強(qiáng)度小，脫水系統(tǒng)內(nèi)置，實(shí)現(xiàn)了生物過濾層系統(tǒng)模塊化設(shè)計(jì)，具有重大的市場應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)B01D53/84GK1864818SQ20061005034
公開日2006年11月22日 申請(qǐng)日期2006年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月14日
發(fā)明者王家德, 高增梁, 陳建孟, 黃奕平, 褚淑祎 申請(qǐng)人:浙江工業(yè)大學(xué)