一种含醇废气处理装置及方法与流程

1.本发明属于废气处理领域，具体涉及一种含醇废气处理装置及方法。


背景技术：

2.金属纳米材料如镍粉、铜粉、银粉等金属粉末的制造过程中，需使用乙醇与水混合溶液分散后离心分级，沉降后加氨，然后烘干。其中主要在烘干工艺中会产生含醇废气，废气中还伴有少量氨气。产生的废气具有气量大、浓度低的特点，废气成分均以乙醇为主，含一定量的氨和极少量颗粒物，废气排量为12000～18000m3/h，其中乙醇浓度为200～300mg/m3，氨浓度为30～40mg/m3。依据废气中污染物的物性及其浓度，对有机废气进行处理的基本方法包括冷凝、吸收、吸附、直接燃烧(也即高温焚烧)等。冷凝法可用于回收高浓度和冷凝温度较高的有机物蒸汽，通常用于高浓度废气的一级处理。吸收法包括物理吸收和化学吸收两大类，均是采用溶剂吸收净化废气中污染物的处理方法，但吸收法产生的废水量大，还需要一套相应的废水处理设施。吸附法主要是采用活性炭、分子筛、活性氧化铝等物质净化废气中低浓度污染物质，并可用于选择性浓缩回收废气中的有机化合物组分及其它污染物。当废气中湿含量较大时，易使吸附剂饱和，从而影响吸附剂的吸附容量和吸附效果；另外，更换的吸附剂也增加了固废的处理量。直接燃烧法(或称高温焚烧法)通常用于净化含有有机可燃污染物、并且有机污染物浓度较高(也即具有较高热值，一般情况下可维持燃烧温度)的连续排放废气，其基本原理为将有机化合物在高温条件下(大于800℃)氧化，转化为co2和水，从而达到净化的目的，同时还可回收利用污染物燃烧产生的能量；但对于有机污染物浓度较低时则需要补加燃烧剂提高炉内温度才能处理完全。但是针对生产金属纳米材料产生的含醇废气，采用上述方法处理固定设施投资大，运行维护成本高，都不是最佳的方案。急需一套固定设施投资小，运行维护成本低，不产生废水、固废等二次污染物的新方法。


技术实现要素：

3.为克服上述技术问题，本发明提供了一种含醇废气处理装置，通过生物滤池中的微生物菌吸收废气中绝大多数小分子醇，再通过喷淋吸收剩余的醇，达到废气处理的目的。
4.为达到上述目的，本发明是通过以下的技术方案来实现的。
5.本发明提供了一种含醇废气处理装置，包括串联的生物滤池和喷淋吸收装置；所述生物滤池中设有生物填料，生物填料为附着有微生物菌群的多孔材料，生物填料两端分别设置滤池进气口及滤池出气口；所述生物滤池设有增湿装置，增湿装置包括滤池循环水箱、增湿水泵、增湿喷头，增湿喷头位于生物滤池中，生物滤池底部设有增湿排液口，增湿水泵连接增湿排液口、滤池循环水箱、增湿喷头形成闭路循环系统；所述喷淋吸收装置包括喷淋塔、喷淋塔循环泵、喷淋循环水箱、喷淋循环水泵；喷淋塔底部设有喷淋排液口，下部设有喷淋进气口，喷淋塔中部设有填料层及喷淋头，喷淋塔上部设有除雾器，顶部设有排气口，喷淋循环水泵连接喷淋排液口、喷淋循环水箱、喷淋头形成闭路循环系统。
6.废气经收集系统收集后，在风机作用下，进入生物处理区段，在附着于生物填料上的微生物作用下，废气中的大部分污染成分降解为co2、h2o以及其它无毒无害物质，去除率不低于80％，净化后的气体再进入喷淋装置进一步吸收处理，控制净化效率不低于95％，最终尾气通过排气筒达标排放。
7.生物滤池工艺是一种安全可靠的处理方法，对简单低浓度污染物和除臭效率较高。其原理是废气经过收集系统收集后集中送至生物滤池中进行处理，通过湿润、多孔和充满活性微生物的滤层，利用微生物细胞对污染物的吸附、吸收和降解功能，微生物的细胞个体小、表面积大、吸附性强、代谢类型多样的特点，将污染物吸附后分解成co2、h2o等简单无机物。
8.生物反应处理废气，要经过三个阶段，即污染物质的溶解过程、污染物质的生物吸附吸收过程、污染物质的生物降解过程。第一阶段，污染物质的溶解过程。污染物与水或固相表面的水膜接触，污染物溶于水，成为液相中的分子或离子，即污染物质由气相转移到液相，相平衡过程遵循亨利定律。第二阶段，污染物质的生物吸附吸收过程。水溶液中的污染成分被微生物吸附、吸收，污染成分从水中转移至微生物体内。作为吸收剂的水被再生复原，继而再用以溶解新的臭气成分。被吸附的疏水性的有机物通过微生物胞外酶对不溶性和胶体状有机物的溶解作用后，才能相继地被微生物摄入体内。如淀粉、蛋白质等大分子有机物在微生物细胞外酶(水解酶)的作用下，被水解为小分子后再进入细胞体内。第三阶段，污染物质的生物降解过程。计入微生物细胞的污染成分作为微生物生活活动的能源或养分被分解和利用，从而使污染物得以去除。
9.进入微生物细胞体内的有机物，在各种细胞胞内酶(如脱氢酶、氧化酶等)的催化作用下，微生物对其进行氧化分解，同时进行合成代谢产生新的微生物细胞。一部分有机物通过氧化分解最终转化为h2o和co2等稳定的无机物质，并从中获取合成新细胞物质(原生质)所需要的能力。此过程可用下式表示：
10.c
xhy
oz (x y/4-z/2)o2→
x co2 (y/2)h2o δh
11.与此同时，微生物利用另一部分有机物及分解代谢过程中所产生的能力进行合成代谢以形成新的细胞物质。此过程可用下式表示：
12.ncxhyoz nnh3 n(x y/4-z/2-5)o2
→
(c5h7no2)n n(x-5)co2 (n/2)(y-4)h2o δh
13.上述转化过程中，当底物的含量充足时，微生物处于快速增长的阶段，有大量新的细胞合成，生物膜逐渐增厚，但随着底物不断氧化分解及微生物和细胞物质数量的不断增长，微生物生长对底物的需求量逐渐得不到满足，微生物将进入体内源呼吸阶段。此时微生物对自身细胞物质进行氧化分解，并产生能力，成为维持其生长繁殖提供能量的主要方式。见下式：
14.nc5h7no2 5no2→
5nco2 2nh2o nnh3 δh
15.进入内源代谢的微生物失去其粘附在填料上的性能，脱落下来随水流出滤池，滤料表面再重新长出新的生物膜，如此循环。
16.因此在生物滤池整个使用周期内都无需另外加投营养液，仅依靠废气中的有机物即可满足微生物的活性，大大降低了运行成本。特别是废气中的小分子醇类物质(如甲醇、乙醇)，其本身可以作为碳源，极易被微生物吸收、降解。
17.进一步地所述多孔材料为竹炭填料、火山岩、陶粒组成的混合填料，其中竹炭填料
含量不低于10v％；所述微生物菌群为硫杆菌、硝杆菌、假单细胞、丝状菌、芽孢杆菌等微生物。填料具有调节ph的措施和功能，防止填料酸化，无需另外添加调节溶液，其通透性和结构稳定性良好。填料是不易腐烂的，且有良好的吸附功能，确保微生物的生长。臭气处理过程中无需投加营养液。在生物滤池启用前，该填料用含有微生物菌种的溶液进行浸泡处理。该混合填料具有以下优点：
18.1)结构稳定性高，耐压实，微生物易附着；
19.2)抗酸碱性腐蚀，及适宜微生物生长的特性，不易板结和老化；
20.3)压损小，初始压力损失不超过800pa；
21.4)废气在生物填料层内有足够的停留时间，停留时间不小于20s；
22.5)对人体无害，不会造成二次污染
23.6)使用寿命不少于10年，减少更换频次。
24.菌种可以市面上直接购买，购买的的菌种包含硫杆菌、硝杆菌、假单细胞、丝状菌、芽孢杆菌等微生物，将菌种置于生物滤池后，通入待处理的废气，菌种中的适宜微生物会随着废气中污染物不同而发生改变，随着运行时间的增加，适宜的微生物会逐渐增加成为优势微生物，而不适应环境的微生物会被淘汰，即完成微生物的自动筛选增殖。该过程所需时间一般在半个月至三个月。
25.进一步地所述生物滤池前端设有预洗装置，预洗装置包括预洗池、预洗循环水箱、预洗循环水泵、预洗喷头，预洗池两端分别设有预洗进气口和预洗出气口，预洗池底部设有预洗排液口，预洗喷头置于预洗池内，预洗循环水泵连接预洗排液口、预洗循环水泵、预洗喷头形成闭路循环系统。通过预洗用水喷淋去除废气中的颗粒灰尘，并将废气中部分可溶性的污染物去除，同时对废气进行增湿和调温，有利于后续生物处理。
26.进一步地所述滤池循环水箱中设有ph仪和液位计。分解废气中乙醇、氨的微生物适宜的环境ph值为4～8；由于微生物分解过程中会产生酸性物质，运行时间一长，往往会导致ph值过低，出现酸化现象影响微生物的生长，降低去除效果。针对此情况，设置ph仪实时监测滤池循环水箱中ph值变化，发现超出范围时及时调整。
27.进一步地还设有废水处理回用装置，所述废水处理循环装置包括依次连接的调节池、a/o处理池、二沉池、清水池；调节池与滤池循环水箱、喷淋循环水箱、预洗循环水箱通过管道连接；清水池接有回用泵，回用泵与滤池循环水箱、喷淋循环水箱、预洗循环水箱通过管道连接。预洗用水、增湿用水、喷淋用水虽以做到循环使用，但达到一定使用极限时必须更换，这些废水中的主要污染物为乙醇和氨，其cod为140～300mg/l，乙醇70～150mg/l，氨氮10～25mg/l。污水处理的生物除磷脱氮工艺按照构筑物的组成形式、运行性能以及运行操作方式的不同，可分为悬浮型活性污泥法和固着型生物膜法两大类，悬浮型活性污泥法污水处理工艺主要有：a/o、a2/o工艺、序批式工艺(包括传统sbr法、cass工艺、改良sbr法等)等；固着型生物膜法工艺主要为曝气生物滤池工艺。通过上述工艺机理、工艺流程及特点，综合考虑使用a/o工艺能在最小的投资小完成废水处理目标。处理达标后的废水能够回用至生物滤池和喷淋吸收装置及预洗装置，真正做到零排放。
28.进一步地还设有自动控制装置，所述自动控制装置包括plc控制器及若干电控阀门，电控阀门安装于各水路管道的进水端及出水端，plc控制器与各电控阀门及增湿水泵、喷淋塔循环泵、预洗循环水泵、回用泵、ph仪和液位计电性连接。采用plc控制，所有设备的
运行状态、系统各检测仪表数据均进入plc。plc采用西门子或施耐德品牌，水泵、电控阀门根据设定程序和相关联锁要求启停，各循环水箱安装液位控制开关，通过液位控制电控阀门的启闭，从而实现对水箱液位的控制，当水箱液位低于设定液位时，联锁关停水泵，以免长时间空转造成水泵损坏。滤池循环水箱安装在线ph计，实时监测滤池循环水箱内ph值，以控制水箱ph值在设定范围内。当水箱内ph值超出设定ph值范围时，通过电控阀门实现水箱自动换水，以维持适合微生物生长的ph值。
29.进一步地还提供一种含醇废气处理方法，包括以下步骤：
30.1)将废气通入预洗池，用水喷雾洗涤；
31.2)将经过预洗的废气通入生物滤池，增湿后利用微生物菌群对废气进行吸附、吸收和降解；
32.3)将经过生物滤池的废气通入喷淋吸收装置中，通过循环水喷淋吸收废气，处理达标后的废气排空。
33.进一步地将使用后预洗用水、增湿用水、喷淋用水通入废水处理回用装置，采用a/o工艺处理，经过处理的水回用至预洗池、生物滤池及喷淋吸收装置。
34.进一步地所述步骤1)中预洗用水在预洗池中循环使用，当预洗用水ph值小于4.5时，更换预洗用水；所述步骤2)中增湿用水在生物滤池中循环使用，当增湿用水ph值小于4.5时，更换增湿用水；所述步骤3)中喷淋用水在喷淋吸收装置中循环使用，当喷淋用水cod≥10mg/l时，更换喷淋用水。
35.有益效果：与现有技术相比，本发明的优点在于：
36.1)采用生物滤池加水洗喷淋的组合处理工艺，废气处理彻底；
37.2)运行、维护成本低，主要功耗为3台水泵处理，生物填料使用寿命长；
38.3)产生的废水经处理后回用，不产生二次污染，节约用水量；
39.4)运行条件温和，系统安全、稳定；
40.5)废气处理系统可以即开即停，既适用于连续化运行，也适用于间歇运行。
附图说明
41.图1为预洗装置结构示意图；
42.图2为生物滤池结构示意图；
43.图3为喷淋吸收装置结构示意图；
44.图4为含醇废气处理装置整体结构示意图；
45.其中11.预洗池，12.预洗循环水箱，13.预洗循环水泵，14.预洗喷头，15.预洗进气口，16.预洗填料，17.预洗出气口，18.预洗排液口，21.生物滤池，22.生物填料，23.滤池进气口，24.滤池出气口，25.滤池循环水箱，26.增湿水泵，27.增湿喷头，28.增湿排液口，29.ph仪，31.喷淋塔，32.喷淋塔循环泵，33.喷淋循环水箱，34.喷淋排液口，35.喷淋进气口，36.填料，37.喷淋头，38.除雾器，39.排气口，41.调节池，42.a/o处理池，43.二沉池，44.清水池，45.回用泵。
具体实施方式
46.下面结合实例对本发明作进一步的详细说明。本发明所用的菌种为市售产品。可
以采购南京农业大学的除臭、脱氮、脱硫菌，南京瑞特莱生态科技有限公司的除臭专用菌和营养剂，上海臻丰环保科技有限公司的除臭专用菌和营养剂，也可以使用一般市政污水处理厂的活性污泥。
47.实施例1
48.江苏某纳米材料产生单位，生产镍粉、铜粉、银粉等金属粉末。其废气排量为12000～18000m3/h，其中乙醇浓度为200～300mg/m3，氨浓度为30～40mg/m3，颗粒物浓度为0.8～1.2mg/m3。
49.本发明采用一种含醇废气处理装置，包括串联的预洗装置、生物滤池和喷淋吸收装置，以及将上述装置产生的方式进行处理并回用的废水处理回用装置和整个系统的自动控制装置。
50.预洗装置包括预洗池、预洗循环水箱、预洗循环水泵、预洗喷头，预洗池下部设有预洗进气口，中部设两层预洗填料，填料为φ50pp多面空心球，每层填料上部设置预洗喷头，预洗池上部设有预洗出气口，预洗池底部设有预洗排液口，预洗循环水泵连接预洗排液口、预洗循环水泵、下层填料的预洗喷头形成闭路循环系统，上层填料的预洗喷头与喷淋吸收装置的循环水系统相连。
51.生物滤池所述生物滤池中部设有生物填料，生物填料为附着有微生物菌群的多孔材料，生物填料一端设置滤池进气口、上部设置滤池出气口；所述生物滤池设有增湿装置，增湿装置包括滤池循环水箱、增湿水泵、增湿喷头，增湿喷头位于生物填料上方，生物滤池底部设有增湿排液口，增湿水泵连接增湿排液口、滤池循环水箱、增湿喷头形成闭路循环系统。多孔材料为竹炭填料、火山岩、陶粒组成的混合填料，其中竹炭填料含量不低于10v％；所述微生物菌群为硫杆菌、硝杆菌、假单细胞、丝状菌、芽孢杆菌等微生物。在生物滤池启用前，该填料用含有微生物菌种的溶液进行浸泡处理。滤池循环水箱中设有ph仪和液位计。实时监测滤池循环水箱中ph值及水位变化，发现超出范围时及时调整。生物滤池中废气有效停留时间≥20s，表面负荷：≤350m3/(m2·
h)。
52.喷淋吸收装置包括喷淋塔、喷淋塔循环泵、喷淋循环水箱、喷淋循环水泵；喷淋塔底部设有喷淋排液口，下部设有喷淋进气口，喷淋塔中部设有填料层及喷淋头，填料为φ50pp多面空心球分两层布置，每层填料上部设置喷淋头。在喷淋塔上部设有除雾器，顶部设有排气口，喷淋循环水泵连接喷淋排液口、喷淋循环水箱、喷淋头形成闭路循环系统；喷淋循环管路中分出一支与预洗装置的上层填料的预洗喷头相连。
53.废水处理回用装置包括依次连接的调节池、a/o处理池、二沉池、清水池。调节池与滤池循环水箱、喷淋循环水箱、预洗循环水箱通过管道连接；清水池接有回用泵，回用泵与滤池循环水箱、喷淋循环水箱、预洗循环水箱通过管道连接。
54.自动控制装置包括plc控制器及若干电控阀门，电控阀门安装于各水路管道的进水端及出水端，plc控制器与各电控阀门及增湿水泵、喷淋塔循环泵、预洗循环水泵、回用泵、ph仪和液位计电性连接。采用plc控制，所有设备的运行状态、系统各检测仪表数据均进入plc。plc采用西门子或施耐德品牌，水泵、电控阀门根据设定程序和相关联锁要求启停，各循环水箱安装液位控制开关，通过液位控制电控阀门的启闭；通过在线ph计实时监测滤池循环水箱内ph值，当水箱内ph值不在设定ph值范围时，通过电控阀门实现水箱自动换水，以维持适合微生物生长的ph值。
55.一种含醇废气处理方法，包括以下步骤：
56.1)将废气通入预洗池，用水喷雾洗涤；预洗用水一部分由预洗循环水箱提供，一部分由喷淋吸收装置的循环水提供；预洗装置中废气有效停留时间≥2s，表面负荷：≤350m3/(m2·
h)；预洗循环水箱中当水的ph小于4.5时，自动换水；
57.2)将经过预洗的废气通入生物滤池，利用微生物菌群对废气进行吸附、吸收和降解，使用滤池循环水箱及增湿喷头等对生物填料增湿；预洗装置中废气有效停留时间≥2s，表面负荷：≤350m3/(m2·
h)，滤池循环水箱ph值为4～8，当水箱内ph小于4.5时，自动换水；在生物滤池中污染物去除率不低于80％；
58.3)将经过生物滤池的废气通入喷淋吸收装置中，通过循环水喷淋吸收废气，处理达标后的废气排空。循环水的一部分进入预洗装置，由预洗装置的上层填料的预洗喷头喷出，循环水的其余部分在喷淋吸收装置中循环使用；当循环水cod≥10mg/l时，更换喷淋用水。在喷淋吸收装置中污染物的去除率不低于95％。
59.表1处理后排放的废气中污染物含量
[0060][0061]
表2废水处理回用装置污染物去除数据
[0062][0063]
含醇废气处理装置运行成本估算：
[0064]
经过核算，本次整改方案实施后，全厂预计运行成本为：
[0065]
(1)电费：e1
[0066]
经核算，本方案实施后，废气工程电气设备总运行负荷约为72kw，理论日耗电量为1728kwh，功率因数0.80，则实际日耗电量为1380kwh。平均电价按0.70元/kwh、年生产300天计算，则电费为：
[0067]
e1＝1380
×
300
×
0.70＝28.98万元/a
[0068]
(2)水费：e2
[0069]
本方案实施后，喷淋废水经废水站处理后，返回系统套用，废气处理系统仅需定期补充挥发消耗的新鲜水，估算量约300t/a。
[0070]
水费单价按3元/吨计算，则自来水费为：
[0071]
e2＝300
×
3＝900元/a。
[0072]
(3)总费用：e
[0073]
综上，本此废气方案实施整改后的处理成本为：e＝e1 e2≈29万元/a；
[0074]
表3废水处理回用装置运行成本
[0075][0076]
由上表说明，本发明所采用的装置及方法能够高效、经济的处理该单位的含醇废气。
[0077]
本发明按照上述实施例进行了说明，应当理解，上述实施例不以任何形式限定本发明，凡采用等同替换或等效变换方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。