本發(fā)明屬于含VOCs和惡臭廢氣的處理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于VOCs和惡臭氣體處理的內(nèi)循環(huán)生物流化床系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

大氣污染是目前最突出的環(huán)境問題之一。特別是近年來，揮發(fā)性有機(jī)物(Volatile Organic Compounds,VOCs)和惡臭廢氣的大量排放引起了城市灰霾、光化學(xué)煙霧等區(qū)域大氣環(huán)境問題，嚴(yán)重干擾了居民的日常生活，威脅人類健康與生態(tài)安全?！笆濉币?guī)劃將VOCs納入總量控制指標(biāo)，到2020年排放量要下降到10％以上。2016年，上海、北京、廣東等多省市已啟動(dòng)征收VOCs排放費(fèi)。因此，研究工業(yè)VOCs和惡臭廢氣有效處理技術(shù)成為了目前科學(xué)研究的熱點(diǎn)之一。而含VOCs及惡臭廢氣因其成分復(fù)雜，濃度較低，波動(dòng)較大等因素限制了常規(guī)的方法處理或降解，而廢氣生物凈化技術(shù)的應(yīng)用獲得了較好的效果。

但隨著生物凈化技術(shù)的應(yīng)用，其一系列弊端也逐漸暴露出來。首先，在固定化床層填料表面，微觀氣速低、氣-固-液界面較為穩(wěn)定、界面更新較慢，傳質(zhì)系數(shù)和傳質(zhì)速率低，阻礙了污染物分子的降解。其次，由于污染物濃度沿固定填料層遞減，進(jìn)氣端填料層生物量會(huì)明顯高于出氣端。即使在同一高度填料層，由于噴淋液分布不均勻，部分填料表面由于過度干燥而無法形成有效的生物膜，微生物分布不均勻的狀況會(huì)影響反應(yīng)器氣流分布、降低污染物去除效率、形成堵塞并提高壓降。因此，傳質(zhì)效率低和微生物分布不均勻已經(jīng)成為固定填料層的兩大弊端。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種用于VOCs和惡臭氣體處理的內(nèi)循環(huán)生物流化床系統(tǒng)，傳質(zhì)效率大大提高，且微生物分布均勻，從而使得處理效果提升，且運(yùn)行費(fèi)用降低；本發(fā)明工藝簡單，裝置輕便，經(jīng)濟(jì)高效，克服了傳統(tǒng)廢氣生物凈化裝置存在的傳質(zhì)效率低、微生物分布不均勻的弊端，可用于工業(yè)、市政、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域的VOCs和惡臭氣體凈化。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種用于VOCs和惡臭氣體處理的內(nèi)循環(huán)生物流化床系統(tǒng)，包括采用內(nèi)外套筒結(jié)構(gòu)的生物流化床反應(yīng)器，其中，內(nèi)套筒用于形成流化填料的升流區(qū)，內(nèi)套筒外壁與外套筒內(nèi)壁之間作為流化填料的降流區(qū)，生物流化床反應(yīng)器中的填料層2為高分子輕質(zhì)填料，生物流化床反應(yīng)器的進(jìn)氣口4位于底部，與加濕單元5連接。

所述生物流化床反應(yīng)器的內(nèi)層套筒直徑為外層套筒直徑的0.6-0.8倍，或者內(nèi)筒橫截面積是反應(yīng)器橫截面積的30％-70％。

所述生物流化床反應(yīng)器中設(shè)置豎直的內(nèi)層套筒7作為內(nèi)套筒，反應(yīng)器外殼作為外套筒，進(jìn)氣口4設(shè)置在內(nèi)層套筒7的底部，流化填料在內(nèi)層套筒7中上升至頂端后從頂部懸空處流出，再向下流動(dòng)至底端后從內(nèi)層套筒7底部懸空處回流，實(shí)現(xiàn)循環(huán)，所述內(nèi)層套筒7的中部通過隔板支架8連接在生物流化床反應(yīng)器的側(cè)壁上。所述內(nèi)層套筒7可以有多個(gè)，均布在生物流化床反應(yīng)器中。

所述生物流化床反應(yīng)器的內(nèi)層套筒頂部應(yīng)距離反應(yīng)器頂部高度差50cm以上，底部距離反應(yīng)器底部高度差30cm以上，從而使在內(nèi)層套筒頂端躍出的填料顆粒因重力作用而回流到外層套筒，實(shí)現(xiàn)內(nèi)部循環(huán)。

所述生物流化床反應(yīng)器的進(jìn)氣口4設(shè)置帶孔隔板3，用于在反應(yīng)器停止運(yùn)行時(shí)防止填料進(jìn)入進(jìn)氣管道。進(jìn)氣口4距離內(nèi)層套筒底部高度差不超過10cm。

所述高分子輕質(zhì)填料為泡沫聚苯乙烯或泡沫聚丙烯，堆積密度0.005～0.05kg/L，填料顆粒粒徑為0.5-5.0mm，通過接種，填料表面可附著生長微生物，微生物菌種采用對(duì)相應(yīng)VOCs或惡臭物質(zhì)具備強(qiáng)降解能力的細(xì)菌或真菌。真菌對(duì)干燥和酸性環(huán)境具有更加強(qiáng)的耐受能力。

通入氣流時(shí)，當(dāng)內(nèi)筒流速達(dá)到0.2m/s時(shí)，填料可實(shí)現(xiàn)流化狀態(tài)?？杀３终麄€(gè)反應(yīng)器平均空塔氣速在0.1-0.3m/s范圍內(nèi)，同時(shí)壓降控制在200-500Pa/m。

所述加濕單元5采用超聲波霧化或噴霧加濕方式，通過加濕單元5向氣體中添加水分和營養(yǎng)鹽，加濕后氣體濕度不低于95％，其中含有微小液滴，內(nèi)含無機(jī)氮、磷和微量營養(yǎng)元素，供微生物生長所需。

所述加濕單元5采用連續(xù)運(yùn)行或間歇運(yùn)行方式，間歇運(yùn)行的時(shí)間用時(shí)間控制器6加以控制。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的采用了高分子輕質(zhì)填料，生物流化床反應(yīng)器內(nèi)部附著有微生物的填料處于流化狀態(tài)，且在反應(yīng)器內(nèi)部循環(huán)，使氣-固-液界面不斷更新，微觀表面氣速加大，顆粒之間接觸和碰撞幾率增加，有利于污染物的傳質(zhì)和微生物的擴(kuò)散，加快生化反應(yīng)和污染物的降解與去除。同時(shí)，由于填料的流化實(shí)現(xiàn)了微生物分布均勻度提高，有效避免了生物量過于集中導(dǎo)致的氣流不均勻、填料層堵塞與壓降升高等現(xiàn)象，克服了現(xiàn)有生物處理方法的缺陷。所采用的超聲波或噴霧加濕方法可以向氣體中均勻添加水分、營養(yǎng)鹽，支持微生物的生長和代謝。與傳統(tǒng)生物固定床反應(yīng)器相比，生物流化床的VOCs和惡臭處理效率高、穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)間長、壓降和運(yùn)行費(fèi)用低。

附圖說明

圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖(側(cè)視圖)。

圖2是圖1中虛線處的截面圖。

圖3是有多個(gè)進(jìn)氣口的生物流化床示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式。

如圖1和圖2所示，本發(fā)明為一種用于VOCs和惡臭氣體處理的內(nèi)循環(huán)生物流化床系統(tǒng)，生物流化床反應(yīng)器采用內(nèi)外套筒結(jié)構(gòu)，其中，內(nèi)層套筒7用于形成流化填料的升流區(qū)，套筒外層作為流化填料的降流區(qū)，生物流化床反應(yīng)器中的填料層2為高分子輕質(zhì)填料，生物流化床反應(yīng)器的進(jìn)氣口4位于底部，與加濕單元5連接，出氣口1位于頂部，與進(jìn)氣口4對(duì)應(yīng)。

其中，生物流化床反應(yīng)器的內(nèi)層套筒頂部應(yīng)距離反應(yīng)器頂部高度差50cm以上，底部距離反應(yīng)器底部高度差30cm以上，從而使在內(nèi)層套筒頂端躍出的填料顆粒因重力作用而回流到外層套筒，實(shí)現(xiàn)內(nèi)部循環(huán)，內(nèi)層套筒直徑為外層套筒直徑的0.6-0.8倍。

具體地，生物流化床反應(yīng)器中設(shè)置豎直的內(nèi)層套筒7，將反應(yīng)器內(nèi)部分為套筒內(nèi)、外區(qū)域，進(jìn)氣口4設(shè)置在內(nèi)層套筒的底部，流化填料在內(nèi)層套筒7中上升至頂端后從頂部懸空處流出套筒，再向下從底部懸空處回流至內(nèi)層套筒7，實(shí)現(xiàn)循環(huán)，所述內(nèi)層套筒7的中部通過隔板支架8連接在生物流化床反應(yīng)器的側(cè)壁上。

在生物流化床反應(yīng)器的進(jìn)氣口4設(shè)置帶孔隔板3，用于在反應(yīng)器停止運(yùn)行時(shí)防止填料進(jìn)入進(jìn)氣管道。進(jìn)氣口4距離內(nèi)層套筒底部高度差不超過10cm。

本發(fā)明中，選擇高分子輕質(zhì)填料(泡沫聚苯乙烯、泡沫聚丙烯等)為輕質(zhì)易流化材料，堆積密度0.005～0.05kg/L，填料顆粒粒徑為0.5-5.0mm，通過接種，填料表面可附著生長微生物，微生物菌種采用對(duì)相應(yīng)VOCs或惡臭物質(zhì)具備強(qiáng)降解能力的真菌。真菌對(duì)干燥和酸性環(huán)境具有更加強(qiáng)的耐受能力。

通入氣流時(shí)，當(dāng)內(nèi)層套筒流速達(dá)到0.2m/s時(shí)，填料可實(shí)現(xiàn)流化狀態(tài)?？杀３终麄€(gè)反應(yīng)器平均空塔氣速在0.1-0.3m/s范圍內(nèi)，同時(shí)壓降控制在200-500Pa/m。

加濕單元5采用超聲波霧化或噴霧加濕方式，通過加濕單元5向氣體中添加水分和營養(yǎng)鹽，加濕后氣體濕度不低于95％，其中含有微小液滴，內(nèi)含無機(jī)氮、磷和微量營養(yǎng)元素，供微生物生長所需。加濕單元5采用連續(xù)運(yùn)行或間歇運(yùn)行方式，間歇運(yùn)行的時(shí)間用時(shí)間控制器6加以控制?？赏ㄟ^進(jìn)水口9和出水口10對(duì)加濕單元5內(nèi)營養(yǎng)液進(jìn)行添加和更換。

本發(fā)明中，內(nèi)層套筒7可以有多個(gè)，均布在生物流化床反應(yīng)器中，此時(shí)，加濕單元5通過多個(gè)并聯(lián)的進(jìn)氣口4分別向各個(gè)內(nèi)層套筒7進(jìn)行加濕。

本發(fā)明VOCs氣體生物流化床處理工藝的啟動(dòng)流程如下：

1)將填料裝入反應(yīng)器。

2)接種。將真菌孢子懸濁液、水、營養(yǎng)鹽加入加濕單元。

3)啟動(dòng)。通入含VOCs和惡臭物質(zhì)氣體，使填料床成功流化。開啟加濕單元。經(jīng)過1-3天，微生物在填料表面附著并生長。完成啟動(dòng)。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，構(gòu)建了以泡沫聚苯乙烯(粒徑1-2mm)為填料的生物流化床，接種真菌，流化床內(nèi)平均空塔氣速0.2m/s，氣體停留時(shí)間為5s，采用超聲波加濕方式，加濕系統(tǒng)每10分鐘進(jìn)行加濕25秒，以保證微生物生長所需水分和無機(jī)鹽。進(jìn)氣中含有500～700mg/m³的乙醇，經(jīng)生物流化床處理后，出口濃度低于50mg/m³，去除率大于90％。填料層壓降不超過300Pa/m。