專利名稱：含親水和疏水性混合揮發(fā)有機(jī)物的廢氣生物過(guò)濾處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到處理含親水和疏水性混合性揮發(fā)有機(jī)物的廢氣生物過(guò)濾工藝方法，屬于廢氣治理技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)是指室溫下飽和蒸汽壓超過(guò)13332Pa的有機(jī)物，其沸點(diǎn)在50℃和250℃，在常溫下可以蒸汽的形式存在于空氣中。揮發(fā)性有機(jī)物與人們的生活密切相關(guān)，在很多工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，均有大量的揮發(fā)性有機(jī)物排放到大氣中，破壞周圍的環(huán)境質(zhì)量，損害人們的身體健康。常見的揮發(fā)性有機(jī)物主要有，苯、甲苯等同系物、甲醇、乙醇等醇類物質(zhì)、乙酸乙酯等酯類物質(zhì)、丙稀腈、以及一些臭味污染物。這些大氣污染物主要來(lái)源于一些溶劑、香水、洗滌劑、墻紙、粘合劑、油漆等。目前已經(jīng)測(cè)出300余種危害人體健康的揮發(fā)性有機(jī)物，其毒性、刺激性、致癌性和特殊的氣味均可以損傷人體皮膚和粘膜，對(duì)人體產(chǎn)生急性損傷，引起免疫、消化系統(tǒng)失調(diào)，重者甚至?xí)p傷肝臟和造血系統(tǒng)，誘發(fā)癌癥。因而，嚴(yán)格控制廢氣中揮發(fā)性有機(jī)物的含量對(duì)于提高環(huán)境質(zhì)量，保障人們生活健康水平有著極其重要的意義。
揮發(fā)性有機(jī)物的傳統(tǒng)治理技術(shù)有燃燒法、冷凝法、吸收法、吸附法、催化氧化法等。傳統(tǒng)的治理工藝技術(shù)有許多缺點(diǎn)，燃燒法燃燒不完全，易產(chǎn)生有毒的VOCs中間產(chǎn)物；冷凝法工藝雖可回收有用組分，但對(duì)入口VOCs要求嚴(yán)格，工藝復(fù)雜；在吸收法中當(dāng)操作壓力低時(shí)，吸收率很低，需回收溶液；吸附法運(yùn)行費(fèi)用高，廢液需要二次處理。
尤其是當(dāng)污染物濃度低于5mg/m3時(shí)，用傳統(tǒng)的技術(shù)進(jìn)行治理難度很大。我國(guó)的國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)很多揮發(fā)性有機(jī)物的限量非常低，例如，國(guó)標(biāo)中規(guī)定室內(nèi)空氣中苯的最高限量為0.087mg/m3，排放區(qū)周圍外界濃度最高點(diǎn)的限量為0.4mg/m3。因此利用傳統(tǒng)的處理技術(shù)，很難滿足目前的排放和控制標(biāo)準(zhǔn)。因而亟待找到一種可靠的治理技術(shù)，來(lái)滿足揮發(fā)性有機(jī)物的治理要求。
生物廢氣處理技術(shù)基本解決了傳統(tǒng)治理技術(shù)中運(yùn)行成本高、工藝復(fù)雜、污染物處理不徹底等缺點(diǎn)。生物過(guò)濾法作為一種廢氣治理工藝，從60年代開始在國(guó)外就受到重視，而將該項(xiàng)技術(shù)用于處理?yè)]發(fā)性有機(jī)物則是從二十世紀(jì)80年代開始。在該處理過(guò)程中，具有一定濕度的揮發(fā)性有機(jī)廢氣進(jìn)入生物濾池，通過(guò)具有生物活性的填料層，有機(jī)污染物從氣相轉(zhuǎn)移到生物層，進(jìn)而被氧化分解，將有機(jī)廢氣中的污染物氧化分解為CO2、H2O和其它終產(chǎn)物，達(dá)到廢氣凈化的目的。該工藝處理過(guò)程中的主要單元是生物過(guò)濾床，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行成本低，無(wú)二次污染。目前生物過(guò)濾廢氣治理技術(shù)在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)得到廣泛的重視和利用。但是，當(dāng)所處理的廢氣中同時(shí)含有親水性和疏水性的有機(jī)物質(zhì)時(shí)，生物過(guò)濾床的操作往往受到限制。因?yàn)槿绻H水性污染物的濃度較大，其生物降解過(guò)程會(huì)抑制疏水性污染物在生物過(guò)濾中的降解。一般認(rèn)為當(dāng)親水性污染物的濃度大于0.5g/m3時(shí)就會(huì)對(duì)疏水性有機(jī)物質(zhì)的生物降解產(chǎn)生明顯的抑制作用。因此目前的生物過(guò)濾床多用來(lái)處理有機(jī)碳濃度低于0.5g/m3的廢氣。
工業(yè)生產(chǎn)中的廢氣成分往往比較復(fù)雜，比如煉油和油田廢氣中可能含有幾種到幾十種組分，且組分間的水溶性差異也比較大。因此，尋找和開發(fā)同時(shí)處理含有親水性和疏水性揮發(fā)性有機(jī)物的廢氣生物過(guò)濾處理工藝，在國(guó)民生產(chǎn)和環(huán)境保護(hù)中是亟待解決的問(wèn)題。而乙酸乙酯和甲苯作為酯類和苯類污染物的代表，被廣泛用于各類工業(yè)生產(chǎn)中，因此這兩種污染物常被看作親水和疏水性混合揮發(fā)有機(jī)物的典型。但是受水溶性和生物降解性的影響，在生物過(guò)濾過(guò)程中，乙酸乙酯的降解過(guò)程會(huì)對(duì)甲苯的降解過(guò)程產(chǎn)生抑制作用，使得生物過(guò)濾工藝在處理含有這兩種污染物的廢氣時(shí)操作效率降低。
Marc Deshusses，Camdon T.Johnson和Gero Leson于1999年8月在《Journal of Air & Waste Management Association》上發(fā)表了題為《Biofiltration of High Loads of Ethyl Acetate in the Presence of Toluene》的文章，考察了兩個(gè)裝有不同填料的生物過(guò)濾床，在相同操作條件下對(duì)乙酸乙酯和甲苯混合廢氣的處理效果。其工藝流程是將具有一定濕度的上述兩種混合氣體，從生物過(guò)濾床上方進(jìn)入，經(jīng)過(guò)填料后從其下方排出。
在該工藝過(guò)程中，用兩個(gè)生物過(guò)濾床作了比較試驗(yàn)，其填料分別為體積比為80/10的木屑和堆肥混合物(填料A)，以及一種由聚苯乙烯環(huán)和堆肥混合的商業(yè)填料(填料B)。氣體在過(guò)濾床中停留時(shí)間為3分鐘，試驗(yàn)中的兩個(gè)生物過(guò)濾床，對(duì)乙酸乙酯的去除負(fù)荷分別為100g/m3·h和300g/m3·h，由于在該過(guò)程中乙酸乙酯的降解抑制了甲苯的降解，文章中沒有對(duì)甲苯的降解及其降解負(fù)荷進(jìn)行詳細(xì)的討論。上述工藝在處理甲苯和乙酸乙酯兩種氣體時(shí)，存在如下不足(1)填料的持水能力低，使用中生物過(guò)濾床的傳質(zhì)面積和有效生物反應(yīng)區(qū)域降低，(2)生物過(guò)濾床出口區(qū)域的填料溫度較低，濕度大，使氣體通過(guò)填料層時(shí)的阻力增加，傳質(zhì)阻力也大，對(duì)污染物的去除能力降低，(3)生物過(guò)濾床操作性能惡化，壽命低，(4)不能完全解決含親水性和疏水性混合揮發(fā)性的廢氣同時(shí)處理的問(wèn)題。
存在上述問(wèn)題的原因是堆肥雖然具有較高的孔隙率，但是具有疏水性，其內(nèi)的微孔收縮后不能通過(guò)補(bǔ)充水分而恢復(fù)。
生物過(guò)濾床的上部加入一定量的水，會(huì)有一部分的水分從上層滲漏到下層。
從上層來(lái)的氣體中有一部分水蒸氣在靠近生物過(guò)濾床的出口區(qū)域處凝結(jié)。
上述問(wèn)題較好的解決辦法就是改善填料的性能，增加其持水能力，從而增加填料的使用壽命；在給生物過(guò)濾床補(bǔ)充水分后，使多余的水分不流進(jìn)下層填料，就可以在一定程度上避免下層填料濕度的過(guò)度增加；同時(shí)如果溫度較高的氣體不在下層填料中冷凝，下層填料濕度的過(guò)度增加就可以得到控制。為了達(dá)到上述目的，可以采取如下措施改變填料組成結(jié)構(gòu)；增加脫水單元；采用多段生物過(guò)濾床；改變進(jìn)出廢氣的流動(dòng)方向。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的和任務(wù)是要克服現(xiàn)有技術(shù)存在的，(1)填料的持水能力低；(2)生物過(guò)濾床進(jìn)口區(qū)域溫度高，濕度低，而出口區(qū)域則填料溫度低，濕度大，導(dǎo)致氣體通過(guò)填料層時(shí)阻力大，傳質(zhì)阻力也大，降低對(duì)污染物的去除能力；(3)生物過(guò)濾床的壽命低；(4)不能完全處理親水和疏水性混合揮發(fā)性有機(jī)廢氣的不足，并提供一種成本低廉，操作簡(jiǎn)單，生物床使用壽命長(zhǎng)，能同時(shí)處理親水和疏水性混合揮發(fā)性有機(jī)廢氣的生物過(guò)濾方法，特提出本發(fā)明的技術(shù)解決方案。
本發(fā)明所提出的含親水和疏水性混合揮發(fā)有機(jī)物的廢氣生物過(guò)濾處理方法，主要包括含混合揮發(fā)性有機(jī)物的廢氣[1]、其內(nèi)裝有填料[3]的生物過(guò)濾床[2]、停留時(shí)間和排放[6]，其特征在于工藝處理方案中，所采用的生物過(guò)濾床[2]，是兩段或三段的結(jié)構(gòu)形式，并在最后一段生物過(guò)濾床[2]與其相鄰的前一段生物過(guò)濾床[2]之間，加有脫水單元[4]結(jié)構(gòu)，而混合揮發(fā)性有機(jī)廢氣[1]，在加有脫水單元[4]前面的生物過(guò)濾床[2]，按排序從其上方進(jìn)入，經(jīng)過(guò)填料[3]層，再?gòu)南路匠鰜?lái)進(jìn)入脫水單元[4]，然后，由出氣口[8]在進(jìn)入最后一段生物過(guò)濾床[2]之前，改變進(jìn)氣方向，即從最后一段生物過(guò)濾床[2]的底部向上進(jìn)入其內(nèi)，經(jīng)過(guò)填料[3]層后，再由其上方排放[6]出去，在生物過(guò)濾床中的總停留時(shí)間為1～1.5分鐘；裝在生物過(guò)濾床[2]里的填料[3]，是由堆肥、土壤和火山灰所組成的混合物，其混合的程序和配比是第一步，將堆肥與土壤的體積比以1∶1～1.5∶1的比例均勻混合成肥-土混合物，第二步，將上述的肥-土混合物與火山灰以2∶1～4∶1的體積比，均勻混合成肥-土-灰混合物，第三步，將肥-土-灰混合物與用污染物作為碳源，在好氧條件下培養(yǎng)一周的活性污泥或者從活性污泥中分離出來(lái)的上清液，以體積比為20∶1～40∶1的比例混合成均勻的填料[3]；最后用自來(lái)水調(diào)節(jié)填料[3]的濕度，在脫水單元[4]前面的生物過(guò)濾床[2]中的填料濕度在40～60％之間，在脫水單元[4]后面的生物過(guò)濾床[2]中的填料濕度在50～70％之間。
本發(fā)明的進(jìn)一步特征在于填料[3]中的土壤是呈弱酸性或中性，并富含腐殖質(zhì)的花卉營(yíng)養(yǎng)土，或者是腐殖質(zhì)的總量占土壤總重量不小于15～30％的土壤，當(dāng)土壤中腐殖質(zhì)含量較低時(shí)，可以加入木屑來(lái)調(diào)節(jié)；活性污泥是取自廢水處理廠再生后的活性污泥，該污泥中含固量應(yīng)小于10％，在常溫常壓下為液體，或者取自廢水處理廠再生后的活性污泥進(jìn)行離心分離后取其上清液，在好氧條件下，用被降解的污染物作為碳源培養(yǎng)一周；如果被處理的廢氣中，易溶于水的污染物濃度超過(guò)2000mg/m3時(shí)，則活性污泥或者離心分離后的活性污泥上清液，應(yīng)該用易溶于水的污染物作為碳源培養(yǎng)一周；所配制的填料[3]其酸堿性較大時(shí)，可加入適量的稀Ca(OH)2溶液或者稀HNO3溶液調(diào)整，其pH值范圍為6.5～7.5；進(jìn)入第一段生物過(guò)濾床[2]的廢氣[1]，其溫度應(yīng)在10～50℃之間，否則應(yīng)加溫度調(diào)節(jié)器；脫水單元[4]的溫度應(yīng)保持在10～40℃之間，否則應(yīng)加溫度調(diào)節(jié)器。
當(dāng)其廢氣中易溶于水的污染物總濃度超過(guò)6000mg/m3時(shí)，應(yīng)采用三段生物過(guò)濾床，脫水單元[4]應(yīng)加在最后一段生物過(guò)濾床[2]的前面，而此時(shí)，有機(jī)廢氣改變方向由最后一段生物過(guò)濾床[2]的底部進(jìn)入，最后從其上部排放[6]。
本發(fā)明是針對(duì)已有技術(shù)生物過(guò)濾去除混合廢氣的不足而進(jìn)行的改進(jìn)，在堆肥中加入一定量的某種土壤，土壤雖然孔隙率較低，但是具有很好的親水性，在干燥后，通過(guò)噴淋水可以使其性能恢復(fù)，為了改善填料的親水性能將堆肥與腐殖質(zhì)含量較高的花卉培養(yǎng)土混合，再與火山灰混合均勻后與廢水處理廠的活性污泥接種；改變廢氣的流通方式，在兩個(gè)生物過(guò)濾床之間增加一個(gè)脫水單元，這樣從上一段過(guò)濾床滲漏的水可以在脫水單元中積聚，并可以定期排放，而從上一段濾床出來(lái)的溫度較高的廢氣，在通過(guò)溫度較低的脫水單元時(shí)，一部分水在此處冷凝。通過(guò)冷凝后，進(jìn)入下一段生物過(guò)濾床的廢氣在濕度上是飽和的，滿足生物過(guò)濾廢氣進(jìn)口濕度要求(≥95％)。進(jìn)口廢氣的溫度應(yīng)低于揮發(fā)性有機(jī)物在常壓下的沸點(diǎn)，一般在10～50℃。兩段生物過(guò)濾床外層與環(huán)境直接相通，不進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)。該方法中對(duì)廢氣的壓力沒有嚴(yán)格要求，因?yàn)樘幚砗蟮臍怏w直接排放，所以只要原始的風(fēng)壓可以保證廢氣在生物過(guò)濾床中的流通即可。一般生產(chǎn)車間的尾氣都帶有一定壓力，可以滿足流程要求。
揮發(fā)性有機(jī)物在生物過(guò)濾工藝中降解的難易程度與該污染物的亨利常數(shù)有很大關(guān)系，即較易溶于水的污染物更容易在生物過(guò)濾過(guò)程中被除去。親水性污染物由于易被微生物降解而在第一段生物過(guò)濾床中被除去。如果在被處理的廢氣中親水性污染物的濃度較高，第一段過(guò)濾床的去除負(fù)荷勢(shì)必較大，因此應(yīng)當(dāng)從第一段過(guò)濾床的頂部噴淋一定的水以彌補(bǔ)生物反應(yīng)過(guò)程中損失的水分。廢氣從第一段生物過(guò)濾床的頂部進(jìn)入，正是為了方便補(bǔ)充水。
少量的水可能會(huì)從第一段生物過(guò)濾床滲漏到脫水單元，另外因?yàn)樯镞^(guò)濾床的導(dǎo)熱性較差，因而從第一段生物過(guò)濾床出來(lái)的氣體溫度較高且水含量是飽和的。這部分氣體在通過(guò)脫水單元后，成為溫度較低的飽和氣體。該單元的溫度應(yīng)保持在10～40℃之間，根據(jù)處理現(xiàn)場(chǎng)的情況，該單元可以直接和周圍環(huán)境相通，也可以增加溫度調(diào)節(jié)措施。在實(shí)踐中當(dāng)廢氣中易溶于水的污染物總濃度超過(guò)6000mg C/m3時(shí)，應(yīng)采用三段生物過(guò)濾床，在第二段過(guò)濾床后面加脫水單元，因?yàn)橐咨锝到獾奈廴疚镆话闱闆r下可以在前兩段生物過(guò)濾床內(nèi)被降解，而本工藝中需要脫水單元的主要原因就是有較高濃度的親水性污染物。廢氣只在最后一個(gè)過(guò)濾床前面改變走向，在實(shí)踐中過(guò)濾床的數(shù)量一般很少超過(guò)三個(gè)。
經(jīng)過(guò)脫水單元后的廢氣，其中應(yīng)當(dāng)不含或含少量的親水性污染物，而且含水量是飽和的，因此最后一段生物過(guò)濾床在正常生產(chǎn)時(shí)，不需要經(jīng)常補(bǔ)充水，廢氣從生物過(guò)濾床的底部進(jìn)入，經(jīng)最后一段過(guò)濾床處理后，可以直接排放。在這種流通方式下，最后一段生物過(guò)濾床可以設(shè)計(jì)成上部敞口式，不但節(jié)省了材料費(fèi)用和安裝成本，而且極大地方便了生物過(guò)濾床的維護(hù)工作。
所用的活性污泥一般取自廢水處理廠再生后的活性污泥，其中固體含量較低，在常溫常壓下為液體。如果具有離心分離污泥中微生物的條件也可以將廢水處理池中的污泥進(jìn)行離心分離，取上清液，以上污泥或上清液在好氧條件下用被處理的污染物馴化一周左右，即在好氧條件下以被降解的污染物作為碳源培養(yǎng)一周左右，如果被處理的廢氣中，易溶于水的污染物濃度超過(guò)2000mg/m3，則活性污泥或者離心分離后的活性污泥上清液，應(yīng)該用易溶于水的污染物作為碳源培養(yǎng)一周。
從脫水單元[4]出來(lái)的廢氣中，易溶于水污染物的含量已經(jīng)很低，或者是為零，不再影響難溶于水污染物的降解，并且從脫水單元[4]出來(lái)的廢氣含水量是飽和的，可以滿足難降解污染物在降解過(guò)程中所需要的水分，因此氣體從最后一個(gè)生物過(guò)濾床[2]的底部進(jìn)入，可以減少因?yàn)闅怏w向下流動(dòng)時(shí)造成的填料中營(yíng)養(yǎng)物的損失以及水分的損失，增加了填料對(duì)污染物的降解能力，延長(zhǎng)了填料的使用壽命，同時(shí)也極大地方便了最后一段生物過(guò)濾床的維護(hù)工作。
進(jìn)入第一段生物過(guò)濾床[2]的廢氣[1]溫度主要是根據(jù)生產(chǎn)尾氣溫度而定的，如果尾氣溫度介于15～50℃之間，則一般不需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，如果尾氣溫度在70℃以上，則應(yīng)該將廢氣冷卻到50℃以下，如果尾氣溫度低于10℃，則應(yīng)將其升溫到10℃以上。
脫水單元[4]前面的生物過(guò)濾床[2]中的填料濕度，當(dāng)廢氣中易溶于水的污染物濃度大于10000mg/m3時(shí)應(yīng)采用上限(60％)，在易溶于水的污染物濃度低于1000mg/m3且進(jìn)入第一段生物過(guò)濾床[2]的廢氣[1]溫度低于15℃時(shí)應(yīng)采用下限(40％)。脫水單元[4]后面的生物過(guò)濾床[2]中的填料濕度是根據(jù)廢氣中難溶于水的污染物濃度和廢氣的溫度確定的，如果進(jìn)口廢氣中難溶于水污染物的濃度超過(guò)1000mg/m3，且進(jìn)口氣體溫度超過(guò)45℃，則應(yīng)采用上限(70％)，如果進(jìn)口廢氣中難溶于水污染物的濃度低于100mg/m3，且進(jìn)口氣體溫度低于15℃，則采用下限(50％)為宜。
如果堆肥的孔隙率超過(guò)70％，在配制肥-土混合物時(shí)，堆肥與土壤的比應(yīng)采用下限，即1∶1的體積比，如果堆肥的孔隙率低于55％，應(yīng)該采用上限，即1.5∶1的體積比。
在實(shí)踐中，采用三段生物過(guò)濾床且難溶于水的污染物濃度低于100mg C/m3時(shí)，肥-土混合物與火山灰的比例應(yīng)該采用2∶1的下限，當(dāng)被處理的氣體中難溶于水的污染物濃度超過(guò)3000mg C/m3時(shí)，應(yīng)采用4∶1的上限。肥-土-灰混合物與活性污泥或者從活性污泥中離心分離所得的上清液混合比例的上下限是根據(jù)填料的濕度確定的，如果填料的濕度大，則用20∶1的下限，如果填料的濕度小，則用40∶1的上限。
當(dāng)采用三段式生物過(guò)濾床結(jié)構(gòu)時(shí)，可以采用1.5分鐘的停留時(shí)間，其他情況下的停留時(shí)間不超過(guò)1.5分鐘，一般為1分鐘。
本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)是(1)由于本發(fā)明工藝方法采用簡(jiǎn)單的生物過(guò)濾床裝置，其填料都是十分廉價(jià)的材料，因此工藝操作簡(jiǎn)單，成本低廉，無(wú)污染，與已有技術(shù)相比，成本只相當(dāng)于原有技術(shù)的1/3，(2)由于本工藝方法采用了多個(gè)生物過(guò)濾床的結(jié)構(gòu)形式，并加有脫水單元，以及改變廢氣的流動(dòng)方向和改善填料成分的結(jié)構(gòu)，因此，可以同時(shí)完成親水性和疏水性多種有害揮發(fā)性有機(jī)氣體污染物的降解，無(wú)需分離就可以處理，(3)本工藝方法處理上述污染物時(shí)，一次處理即可完成，無(wú)需二次處理，(4)本發(fā)明的工藝方法，在處理含有甲苯平均濃度300mg/m3和乙酸乙酯平均濃度2500mg/m3的廢氣，停留時(shí)間1min時(shí)，兩種物質(zhì)的去除率利用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)方法均為100％，因此濃度變化影響很小，(5)填料在使用前經(jīng)過(guò)馴化，其中含有足夠數(shù)量的污染物降解微生物，且填料持水能力強(qiáng)，孔隙率高，增加了反應(yīng)和傳質(zhì)面積，因此反應(yīng)時(shí)間只有1分鐘，較已有技術(shù)縮短了三倍。


下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的細(xì)節(jié)。
圖1是本發(fā)明方法中設(shè)有兩段生物過(guò)濾床的工藝流程框圖示意圖。
圖中所示，在兩段生物過(guò)濾床[2]中間加有脫水單元[4]，并且，其兩端與生物過(guò)濾床[2]的底部相連通，有機(jī)廢氣[1]從第一段生物過(guò)濾床[2]的上方進(jìn)入，在其內(nèi)通過(guò)填料[3]后，從其下方進(jìn)入脫水單元，爾后，再?gòu)牡诙紊镞^(guò)濾床[2]的底部進(jìn)入其內(nèi)，經(jīng)過(guò)填料[3]層后，從第二段生物過(guò)濾床[2]的上方排放[6]。箭頭表示廢氣的流動(dòng)方向。
圖2是本發(fā)明采用的具有三段生物過(guò)濾床的工藝流程框圖示意圖。
圖中顯示，與圖1不同之處在于，其第一段生物過(guò)濾床[2]的底部與第二段生物過(guò)濾床[2]的頂部相連通，而脫水單元[4]是設(shè)在第二段生物過(guò)濾床[2]與第三段生物過(guò)濾床[2]之間。并且，其兩端與第二段和第三段生物過(guò)濾床[2]的底部相連通，廢氣[1]沿箭頭方向運(yùn)行，其他符號(hào)同圖1。
圖3是本發(fā)明所設(shè)計(jì)的脫水單元結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中顯示，脫水單元[4]是一個(gè)帶有入氣口[7]和出氣口[8]的箱體狀結(jié)構(gòu)。它的下方設(shè)有可定期排放其箱體內(nèi)積水[9]用的閥門[10]。從前一段生物過(guò)濾床下方排出的廢氣，經(jīng)入氣口[7]進(jìn)入脫水單元[4]箱中，經(jīng)冷凝后，廢氣又從其出氣口[8]進(jìn)入最后一段生物過(guò)濾床的底部，而后從其上部排放出去。箭頭表示廢氣[1]的進(jìn)出方向。
圖4是已有技術(shù)的單一生物過(guò)濾床的工藝流程框圖示意圖。
圖中顯示，該工藝技術(shù)只有一段生物過(guò)濾床[2]，廢氣[1]從其上方進(jìn)入，而從下方排放[6]出去。符號(hào)[3]為填料，箭頭為廢氣[1]的流動(dòng)方向。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1我國(guó)某彩印廠生產(chǎn)車間測(cè)出乙酸乙酯和甲苯的濃度的平均濃度為1000mg/m3和100mg/m3。過(guò)去采用已有技術(shù)處理，停留時(shí)間三分鐘后，經(jīng)測(cè)定乙酸乙酯和和甲苯的濃度分別為40mg/m3和5mg/m3，后來(lái)改用本發(fā)明所提出的“含親水和疏水性混合揮發(fā)有機(jī)物的廢氣生物過(guò)濾處理方法”，采用二段結(jié)構(gòu)式的生物過(guò)濾床[2]，其脫水單元[4]設(shè)在兩個(gè)生物過(guò)濾床[2]之間，脫水單元的入氣口[7]與第一段生物過(guò)濾床[2]的下方相連通，而其出氣口[8]則與第二段生物過(guò)濾床[2]的底部相連通。有機(jī)廢氣[1]從第一段生物過(guò)濾床[2]的上方進(jìn)入，經(jīng)過(guò)填料[3]后從下方進(jìn)入脫水單元[4]從出氣口[8]出來(lái)，然后改變方向，從第二段生物過(guò)濾床[2]的底部進(jìn)入而從其上方排放[6]出去。填料[3]采用堆肥、土壤、火山灰組成的混合物，其混合程序和配比是將堆肥與土壤按1.2∶1的體積比均勻混合成肥-土混合物，然后，將肥-土混合物與火山灰以2∶1的體積比混合成肥-土-灰混合物，最后，再將肥-土-灰混合物與在好氧條件下，用乙酸乙酯培養(yǎng)一周后的廢水處理廠活性污泥中離心分離出的上清液以40∶1的體積比混合成均勻的填料[3]。該填料的濕度為55％，pH值為7.1，因此不需進(jìn)行含水量和pH調(diào)節(jié)。
生產(chǎn)車間里的尾氣，其溫度為20℃由鼓風(fēng)機(jī)經(jīng)管道，將混合廢氣經(jīng)過(guò)增濕后(濕度≥95％)，從第一段生物過(guò)濾床[2]的上方進(jìn)入其內(nèi)，通過(guò)具有生物活性的填料[3]層，有機(jī)污染物從氣相轉(zhuǎn)移到生物層，主要進(jìn)行乙酸乙酯的氧化分解，之后，廢氣[1]從其下方進(jìn)入到脫水單元[4]，冷凝后，再?gòu)牡诙紊镞^(guò)濾床[2]的底部進(jìn)入，與其內(nèi)的具有生物活性的填料接觸，繼續(xù)被氧化分解，最后從其頂部排放出去，總停留時(shí)間為1分鐘。經(jīng)過(guò)氣相色譜法測(cè)定，生物過(guò)濾床對(duì)兩種污染物的去處率均為100％，通過(guò)質(zhì)譜分析確定，凈化后的氣體中除了CO2和H2O外，沒有其他的降解產(chǎn)物。
實(shí)施例2我國(guó)某涂料生產(chǎn)工廠，生產(chǎn)尾氣中含有乙酸乙酯、異丙醇、乙醇和其他易溶于水的污染物，以及苯、甲苯、二甲苯、正己烷等難溶于水的污染物。其濃度分別為乙酸乙酯1500mg/m3、異丙醇2000mg/m3、乙醇2000mg/m3，再加上其他一些易溶于水的污染物，廢氣中易溶于水的污染物總濃度為7000mg C/m3、氣體中苯的濃度為50mg/m3、甲苯和二甲苯的總濃度為300mg/m3、正己烷的濃度為20mg/m3，要求經(jīng)過(guò)處理后，乙酸乙酯和異丙醇的總濃度低于500mg/m3、苯的濃度值低于20mg/m3、甲苯和二甲苯的總濃度值低于50mg/m3，使用原有技術(shù)沒有達(dá)到要求。采用本發(fā)明的工藝方法，技術(shù)實(shí)施如下
第一步，選擇三段生物過(guò)濾床，在第二段與第三段生物過(guò)濾床[2]之間加有脫水單元[4]。
進(jìn)氣路線是車間里的廢氣[1]，溫度45℃，用鼓風(fēng)機(jī)帶到第一段生物過(guò)濾床[2]，從其上方進(jìn)入，通過(guò)生物填料[3]層的氧化降解后，從其下方出來(lái)，又從其第二段生物過(guò)濾床[2]的上方進(jìn)入，再經(jīng)過(guò)生物填料[3]層的氧化降解后，從其下方出來(lái)，進(jìn)入到脫水單元[4]，冷凝后，廢氣從第三段生物過(guò)濾床[2]的底部進(jìn)入，通過(guò)生物填料[3]層后，從其上方排放[6]。
第二步，填料的配制將堆肥與土壤以1∶1的體積比均勻混合成肥-土混合物，將肥-土混合物以3∶1的體積比均勻混合成肥-土-灰的混合物，再將肥-土-灰混合物與經(jīng)過(guò)乙酸乙酯、異丙醇和乙醇異丙醇作為碳源培養(yǎng)一周的廢水處理廠再生后的活性污泥以30∶1的體積比均勻混合成填料[3]。用自來(lái)水將前兩段生物過(guò)濾床[2]的濕度調(diào)整到50％，第三段生物過(guò)濾床[2]的填料濕度調(diào)整到60％。
在生物過(guò)濾床里停留時(shí)間為1.5分鐘，在最后一段生物過(guò)濾床[2]的出口處利用國(guó)家GB/T16067-1995(車間空氣中乙酸乙酯的直接進(jìn)樣氣相色譜測(cè)定方法)和GB16230-1996(車間空氣中異丙醇?xì)庀嗌V測(cè)定法)檢測(cè)不到乙酸乙酯和異丙醇，利用GB/T16043-1995(車間空氣中苯的直接進(jìn)樣氣相色譜測(cè)定方法)檢測(cè)到苯的濃度值低于2mg/m3，利用GB/T16046-1995(車間空氣中甲苯的直接進(jìn)樣氣相色譜測(cè)定方法)和GB/T16049-1995(車間空氣中二甲苯的直接進(jìn)樣氣相色譜測(cè)定方法)，檢測(cè)到甲苯和二甲苯的總濃度為5mg/m3。在停留時(shí)間為1.0分鐘時(shí)，利用上述國(guó)標(biāo)方法檢測(cè)不到乙酸乙酯和異丙醇，苯的濃度值低于5mg/m3，甲苯和二甲苯的總濃度低于10mg/m3。遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于所要求的濃度標(biāo)準(zhǔn)。
實(shí)施例3我國(guó)東部地區(qū)某一乙酸丁酯生產(chǎn)工廠，所排放的污染物中含有乙酸丁酯、丙烯腈和臭味氣體污染物，其中總有機(jī)碳的濃度為1500mg C/m3采用本發(fā)明工藝的具體實(shí)施如下采用本發(fā)明的工藝方法，其第一步生物過(guò)濾床及工藝路線的選擇完全同實(shí)施例1，采用兩段生物過(guò)濾床[2]和在兩段生物過(guò)濾床之間加有脫水單元[4]，其工藝路線是，將車間中溫度為30℃廢氣通過(guò)空壓機(jī)從第一段生物過(guò)濾床[2]的上部進(jìn)入，在生物填料[3]層進(jìn)行氧化分解后，從其底部進(jìn)入脫水單元[4]冷凝后，再?gòu)牡诙€(gè)生物過(guò)濾床[2]的底部進(jìn)入，經(jīng)過(guò)填料[3]層后，由微生物轉(zhuǎn)化或降解為代謝產(chǎn)物或合成新的細(xì)胞物質(zhì)，最后將污染物降解為CO2和H2O等無(wú)污染的產(chǎn)物，從第二段生物過(guò)濾床[2]的上部排放[6]出去。第二步填料的配制采用堆肥與土壤的體積比以1.5∶1的比例均勻混合成肥-土混合物，然后，肥-土混合物與火山灰以3.8∶1的體積比均勻混合成肥-土-灰混合物，再將肥-土-灰混合物與在好氧條件下，用乙酸丁酯和甲苯作為碳源培養(yǎng)一周的廢水處理廠再生活性污泥，以20∶1的體積比均勻混合成填料[3]。最后用自來(lái)水將第一段生物過(guò)濾床[2]中的填料濕度調(diào)整為50％，第二段生物過(guò)濾床[2]中的填料[3]的濕度調(diào)整為55％。
廢氣在兩段生物過(guò)濾床[2]中的總停留時(shí)間為1分鐘，經(jīng)過(guò)處理后的氣體利用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)方法GB/T16069-1995檢測(cè)不到乙酸丁酯，利用氣相色譜法檢測(cè)不到丙烯腈，而且利用國(guó)標(biāo)方法GB 14554-93檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果是，被處理后的廢氣滿足臭味污染物的排放標(biāo)準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.含親水和疏水性混合揮發(fā)有機(jī)物的廢氣生物過(guò)濾處理方法，主要包括含混合揮發(fā)性有機(jī)物的廢氣[1]、其內(nèi)裝有填料[3]的生物過(guò)濾床[2]、停留時(shí)間和排放[6]，其特征在于a)處理方法中，所采用的生物過(guò)濾床[2]，是兩段或三段的結(jié)構(gòu)形式，并在最后一段生物過(guò)濾床[2]與其相鄰的前一段生物過(guò)濾床之間，加有脫水單元[4]結(jié)構(gòu)，而混合揮發(fā)性有機(jī)廢氣[1]，在加有脫水單元[4]前面的生物過(guò)濾床[2]是按排序從其上方進(jìn)入，經(jīng)過(guò)填料[3]層從下方出來(lái)進(jìn)入脫水單元[4]，然后，由其出氣口[8]進(jìn)入最后一段生物過(guò)濾床之前，改變進(jìn)氣方向，即從最后一段生物過(guò)濾床的底部向上進(jìn)入其內(nèi)，經(jīng)過(guò)填料[3]層后，再由其上方排放[6]出去，在過(guò)濾床中的總停留時(shí)間為1～1.5分鐘，b)裝在生物過(guò)濾床[2]里面的填料[3]，是由堆肥、土壤和火山灰所組成的混合物，其混合的程序和配比是第一步，將堆肥與土壤的體積比以1∶1～1.5∶1的比例均勻混合成肥-土混合物，第二步，將上述肥-土混合物與火山灰以2∶1～4∶1的體積比，均勻混合成肥-土-灰混合物，第三步，肥-土-灰混合物與活性污泥或與由活性污泥分離出來(lái)的上清液以20∶1～40∶1的體積比混合成均勻的填料[3]，c)用自來(lái)水調(diào)節(jié)填料的濕度，在脫水單元[4]前面的生物過(guò)濾床，其填料濕度在40～60％之間，在脫水單元[4]后面的生物過(guò)濾床填料濕度在50～70％之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的含親水和疏水性混合揮發(fā)有機(jī)物的廢氣生物過(guò)濾處理方法，其特征在于填料[3]中的土壤是呈弱酸性或中性，并富含腐殖質(zhì)的花卉營(yíng)養(yǎng)土，或者是腐殖質(zhì)的重量占土壤總重量不小于15～30％的土壤，當(dāng)土壤中腐殖質(zhì)含量較低時(shí)，可以加入木屑調(diào)節(jié)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含親水和疏水性混合揮發(fā)有機(jī)物的廢氣生物過(guò)濾處理方法，其特征在于活性污泥是取自廢水處理廠再生后的活性污泥，該污泥的含固量應(yīng)小于10％，在常溫常壓下為液體，或者取自廢水處理廠再生后的活性污泥進(jìn)行離心分離后取其上清液，它們應(yīng)在好氧條件下，用被降解的污染物作為碳源培養(yǎng)一周。如果被處理的廢氣中，易溶于水的污染物濃度超過(guò)2000mg/m3時(shí)，則活性污泥或者離心分離后的活性污泥上清液，應(yīng)該用易溶于水的污染物作為碳源培養(yǎng)一周。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含親水和疏水性混合揮發(fā)有機(jī)物的廢氣生物過(guò)濾處理方法，其特征在于所配制的填料酸堿度較大時(shí)，可加入適量的稀Ca(OH)2溶液或者稀的HNO3溶液調(diào)整其pH值范圍為6.5～7.5。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含親水和疏水性混合揮發(fā)有機(jī)物的廢氣生物過(guò)濾處理方法，其特征在于進(jìn)入第一段生物過(guò)濾床的廢氣，其溫度應(yīng)在10～50℃之間，否則應(yīng)加溫度調(diào)節(jié)器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含親水和疏水性混合揮發(fā)有機(jī)物的廢氣生物過(guò)濾處理方法，其特征在于脫水單元[4]的溫度應(yīng)保持在10～40℃之間，否則應(yīng)加溫度調(diào)節(jié)器。
全文摘要
廢氣治理領(lǐng)域中的含親水和疏水性混合揮發(fā)有機(jī)物的廢氣生物過(guò)濾處理方法，包括，含混合揮發(fā)性有機(jī)物的廢氣[1]、裝有填料[3]的生物過(guò)濾床[2]、停留時(shí)間和排放[6]，其特征生物過(guò)濾床采用二段或三段的結(jié)構(gòu)，并加有脫水單元[4]，廢氣從加有脫水單元前面的生物過(guò)濾床，按序從其上方進(jìn)入，下方排除，在脫水單元之后，則廢氣改變方向，從底部向上進(jìn)入其內(nèi)，由上方排放[6]，停留時(shí)間為1～1.5分鐘；填料[3]是由堆肥、土壤、火山灰組成的混合物，并且肥－土－灰混合物與活性污泥或上清液以20∶1～40∶1的體積比混合而成。優(yōu)點(diǎn)工藝簡(jiǎn)單、成本低廉無(wú)污染，可以同時(shí)處理含有親水性和疏水性的揮發(fā)性有機(jī)污染物，一次去除率可達(dá)100％，時(shí)間節(jié)省3倍。
文檔編號(hào)B01D53/84GK1460538SQ03128410
公開日2003年12月10日 申請(qǐng)日期2003年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月23日
發(fā)明者全夑, 陳景文, 楊鳳林, 趙雅芝, 劉永慧 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)