一种低浓度恶臭挥发性有机气体的处理工艺及其装置的制作方法

1.本发明涉及废气处理技术领域，具体涉及一种低浓度恶臭挥发性有机气体的处理工艺及其装置。


背景技术：

2.有机化工、煤化工、洗涤剂和化妆品、医药和农药等涉及合成反应的生产过程，以及油漆喷涂、橡胶再生、烟草加工和食品加工等涉及物理变化的工业过程中，存在低浓度有机废气(vocs)，vocs是在正常状态下(20℃，101.3kpa)，蒸气压在10.0pa以上，沸点小于260℃的有机化合物，vocs的挥发和恶臭气体的排放，易对周边大气环境造成污染，并对相关人员的身体造成危害。
3.目前，我国对低浓度有机废气(vocs)和恶臭气体的末端处理措施常见的有燃烧法、吸收法、吸附法、冷凝回收法、等离子体法和生物法等，各有优缺点：
①
燃烧可以将有害物质转化为无害物质，还可以用来消除恶臭，但不适合于低浓度废气的净化处理。为此推出了饱和吸附-高温解析-燃烧处理新工艺技术，但设备利用率低。
②
采用低挥发或不挥发性溶剂对废气进行吸收以实现气体净化，但因气体夹带或废液(水)而导致二次污染。
③
采用多孔性固体材料处理吸附废气中的vocs或恶臭成分，然后通过解析再生获得高浓度的废气。不仅不能从根本上解决问题，而且会因材料表面活性降低而难以再生并由此形成固废。
④
采用降低温度、提高系统的压力或者即降低温度又提高压力的方法，使vocs冷凝并与废气分离。但其不适宜处理低浓度的有机气体，常需要与其他净化方法合用。
⑤
低温等离子体中的高能电子和o
·
，oh
·
等活性粒子和臭氧会与vocs发生化学反应，使碳氢化合物在极短时间内氧化分解成co2和h2o。但对系统要求和运行费用较高，且易产生爆炸等危险。
4.因co2气无法燃烧，需用数倍的空气稀释或加入一定量的纯氧才能使其中有机物燃烧，这样势必要加大废气的处理量，在此选用燃烧法是不合适的。由于co2气体本身的极性而具有溶解能力使得环氧丙烷等难以被完全吸收，同时解析过程依然有低沸点环氧丙烷进入废气排放系统而产生二次污染。因此，使用有机溶剂吸收处理金泰化工碳酸丙烯酯岗位废气是不太合理的。另外，环氧丙烷具有高的反应活性，使得活性炭等吸附材料易与之结合而难以再生，由此会产生固体废弃物。
5.基于安全和处理成本考虑，废气处理以选用生物滤池法为宜。该技术方法依据的是吸附-生物膜理论。按吸附一生物膜双膜理论生化法处理低浓度挥发性有机废气一般要经历以下几个步骤：1)废气中的有机污染物首先从气相中扩散，通过气膜到达湿润的生物膜表面；2)到达生物膜表面的有机物直接被吸附至湿润的生物膜表面，被微生物捕获；3)被捕获的有机物参与微生物的生长代谢并最终被分解为简单无毒的无机物(如co2和h2o)；4)生化反应的气态产物从生物膜表面脱附并扩散进入大气，h2o仍被保留在生物膜内。但需要根据实际情况对生物滤池(塔)进行构造，以达到公司实际生产情况的处理效果。因此，目前需要一种经济有效地处理低浓度的vocs，尤其适用于碳酸丙烯酯合成工段释放的废气处理的工艺及装置。
6.针对此方面的技术缺陷，现提出一种解决方案。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于提供一种低浓度恶臭挥发性有机气体的处理工艺及其装置，用于解决现有技术中经济有效地处理低浓度的vocs，尤其适用于碳酸丙烯酯合成工段释放的废气处理的工艺及装置的技术问题。
8.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
9.一种低浓度恶臭挥发性有机气体的处理工艺，包括以下步骤：
10.活性污泥培养：取环氧丙烷及丙烯酯类化工产品生产企业的废水沉积浓缩污泥，以废水回流浓缩污泥作为新鲜污泥，将二者混合培养并补充基础营养物质，得到含有大量活性微生物的活性污泥混合物；
11.目标污染物压力选择及筛选：利用环氧丙烷和丙二醇作为目标污染物，按照不同比例加入活性污泥混合物中得到目标污染物活性污泥，营造压力筛选环境，逐步提高污染物浓度，利用微生物的定向驯化原理进行筛选：
12.优势菌株测序鉴定：使用马铃薯葡萄糖琼脂培养对cod检测结果达到评判标准值的滤液池内的菌液进行分离得到单个菌落，菌落接入种子培养基，活化两天，对菌种进行测序；
13.生物滤塔设计运行：设计具有进气管、排液孔的滤液池，以及上端具有进液管和排气口的塔体的生物滤塔，生物滤塔内部设有负载生物膜的填料层；
14.生物滤塔现场验收：使用碳酸丙烯酯合成工段释放的含有不凝有机物的二氧化碳废气评估生物滤塔的吸收降解除臭处理效果。
15.进一步的，目标污染物压力选择及筛选具体包括以下步骤：
16.驯化：向生物滤塔底端的滤液池中加入cod数值为500
±
50mg/l的目标污染物活性污泥的初始塔滤液600ml，以51l/h的空气流量进行曝气；生物滤塔的尾气使用600ml的纯水吸收，定时检测滤液池和尾气吸收液中的cod变化，并在定时取样后使用600ml的纯水更换尾气水吸收液，直至cod检测结果达到评判标准值；评判方法与标准为待尾气吸收液在前2小时内的cod累计不超过50mg/l，2小时后的水吸收液中的cod检测值为0mg/l；
17.耐受性评估：初始塔滤液cod数值为800
±
50mg/l、1200
±
100mg/l，试验显示在3小时内将塔滤液中的cod数值降到500mg/l下的同时生物滤塔尾气基本未检测到cod。
18.进一步的，碳酸丙烯酯合成工段以环氧丙烷和二氧化碳为原料，在溴化锌-离子液体复合催化剂的催化下合成碳酸丙烯酯。
19.进一步的，生物滤塔现场验收包括单级塔试验和串联二级塔试验，单级塔试验通过气泵将新鲜空气和碳酸丙烯酯合成工段释放的废气引入生物滤塔底端混合，经生物滤塔填料层吸收降解后，尾气从塔顶排气口排出被纯水吸收，定时检测水样cod并使用纯水更换吸收用水。
20.进一步的，串联二级塔试验通过气泵将新鲜空气和来自碳酸丙烯酯合成工段释放的废气引入一级生物滤塔底端混合，经一级生物滤塔填料层吸收降解后，尾气从塔顶排气口至二级生物滤塔底端，经二级生物滤塔填料层吸收降解后，尾气从塔顶排气口排出被纯水吸收，定时检测水样cod并使用纯水更换吸收用水。
21.一种低浓度恶臭挥发性有机气体的处理装置，包括生物滤塔，生物滤塔包括从上到下依次设置的顶盖、吸附分解区、筛板和滤液区，顶盖的中心设有排气口；筛板设于吸附分解区的底端，吸附分解区和滤液区的顶端分别设有第一密封板和第二密封板，第一密封板与顶盖之间通过若干个螺栓紧固，第二密封板与筛板之间通过若干个螺栓紧固；筛板上分布有致密的滤孔；吸附分解区内伸入有进液管，滤液区内伸入有进气管；吸附分解区和滤液区上分别设有取样孔和排液孔；吸附分解区内腔位于筛板上方设有负载生物膜的填料层。
22.进一步的，负载生物膜的填料层包括安装板，安装板位于进液管的下方，安装板的中心顶部设有驱动马达，安装板上位于驱动马达外贯穿设有致密的通孔，驱动马达连接有向下延伸的搅拌轴，搅拌轴的径向设有多个生物膜附着板，生物膜附着板包括与搅拌轴固定连接的固定部以及设于固定部外围的附着部，附着部上分布有多根环形阵列分布的加固板以及若干圈连接板，连接板内均匀分布有滤料孔，滤料孔内装填有球形陶粒与蛭石组成的填料。
23.本发明具备下述有益效果：
24.1、本发明的处理工艺，包括活性污泥培养、目标污染物压力选择及筛选、生物滤塔设计运行、生物滤塔现场验收，依据吸附-生物膜理论处理低浓度挥发性有机废气，将到达生物膜表面的有机物直接吸附至湿润的生物膜表面，被捕获的有机物参与微生物的生长代谢并最终分解为简单无毒的无机物如二氧化碳和水，经济有效地处理低浓度的vocs，尤其适用于碳酸丙烯酯合成工段释放的废气处理。
25.2、本发明的处理装置，采用生物净化手段，附着在滤料介质中的微生物以废气中的有机物作为碳源和能源，维持其生命活动，将有机物同化为二氧化碳、水和细胞质，经济有效地处理低浓度的vocs(＜1000mg/m3)，处理气量大(＞17000m3/h)，处理装置的建造成本低、运行费用低，不会形成二次污染。
附图说明
26.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.图1为本发明实施例中生物滤塔的结构示意图；
28.图2为本发明实施例中第一密封板的俯视图；
29.图3为本发明实施例中顶盖的俯视图；
30.图4为本发明实施例中筛板的俯视图；
31.图5为本发明实施例中单级塔试验时的结构示意图；
32.图6为本发明实施例中串联二级塔试验时的结构示意图；
33.图7为本发明实施例中负载生物膜的填料层示意图；
34.图8为本发明实施例中生物膜附着板的俯视图。
35.附图标记：10、生物滤塔；11、顶盖；12、吸附分解区；13、筛板；14、滤液区；15、第一密封板；16、第二密封板；17、螺栓；18、进液管；19、进气管；20、取样孔；21、排液孔；22、纯水
箱；23、第一通气管；24、第二通气管；25、微型气泵；26、安装板；27、驱动马达；28、搅拌轴；29、生物膜附着板；30、固定部；31、附着部；32、加固板；33、连接板；34、滤料孔；111、排气口；112、排气管；131、圆形开孔区。
具体实施方式
36.下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
37.实施例1
38.本实施例提供一种低浓度恶臭挥发性有机气体的处理工艺，包括以下步骤：
39.活性污泥培养：取环氧丙烷及丙烯酯类化工产品生产企业的废水沉积浓缩污泥，以废水回流浓缩污泥作为新鲜污泥，将二者混合培养并补充基础营养物质，得到含有大量活性微生物的活性污泥混合物。基础营养物质选自葡萄糖、尿素或磷酸盐等碳源、氮源、磷源物质。
40.目标污染物压力选择及筛选：利用环氧丙烷和丙二醇作为目标污染物，按照不同比例加入活性污泥混合物中得到目标污染物活性污泥，营造压力筛选环境，逐步提高污染物浓度，利用微生物的定向驯化原理进行筛选：
41.具体包括以下步骤：
42.驯化：向生物滤塔底端的滤液池中加入cod数值为500
±
50mg/l的目标污染物活性污泥的初始塔滤液600ml，以51l/h的空气流量进行曝气；生物滤塔的尾气使用600ml的纯水吸收，定时检测滤液池和尾气吸收液中的cod变化，并在定时取样后使用600ml的纯水更换尾气水吸收液，直至cod检测结果达到评判标准值。评判方法与标准为待尾气吸收液在前2小时内的cod累计不超过50mg/l，2小时后的水吸收液中的cod检测值为0mg/l。
43.耐受性评估：初始塔滤液cod数值为800
±
50mg/l、1200
±
100mg/l，试验显示在3小时内将塔滤液中的cod数值降到500mg/l下的同时生物滤塔尾气基本未检测到cod。
44.优势菌株测序鉴定：使用马铃薯葡萄糖琼脂培养对cod检测结果达到评判标准值的滤液池内的菌液进行分离得到单个菌落，菌落接入种子培养基，活化两天，对菌种进行测序。种子培养基包括2％葡萄糖、2％蛋白胨和1％酵母粉。
45.生物滤塔设计运行：设计具有进气管、排液孔的滤液池，以及上端具有进液管和排气口的塔体的生物滤塔，生物滤塔内部设有负载生物膜的填料层。其中，负载生物膜的填料考虑因素为比表面积、孔隙率、表面成膜率、直径等，最终确定选择粒径5～10mm的球形陶粒和粒径1～5mm的蛭石。球形陶粒外表面经粗化处理、清洗洗涤后使用，蛭石使用清水洗涤后直接使用。
46.生物滤塔现场验收：使用碳酸丙烯酯合成工段释放的含有不凝有机物的二氧化碳废气评估生物滤塔的吸收降解除臭处理效果。
47.其中，碳酸丙烯酯合成工段以环氧丙烷和二氧化碳为原料，在溴化锌-离子液体复合催化剂的催化下合成碳酸丙烯酯。
48.生物滤塔现场验收包括单级塔试验和串联二级塔试验，单级塔试验通过气泵将新
鲜空气和碳酸丙烯酯合成工段释放的废气引入生物滤塔底端混合，经生物滤塔填料层吸收降解后，尾气从塔顶排气口排出被纯水吸收，定时检测水样cod并使用纯水更换吸收用水。
49.串联二级塔试验通过气泵将新鲜空气和来自碳酸丙烯酯合成工段释放的废气引入一级生物滤塔底端混合，经一级生物滤塔填料层吸收降解后，尾气从塔顶排气口至二级生物滤塔底端，经二级生物滤塔填料层吸收降解后，尾气从塔顶排气口排出被纯水吸收，定时检测水样cod并使用纯水更换吸收用水。
50.本实施例低浓度恶臭挥发性有机气体的处理工艺，包括活性污泥培养、目标污染物压力选择及筛选、生物滤塔设计运行、生物滤塔现场验收，依据吸附-生物膜理论处理低浓度挥发性有机废气，将到达生物膜表面的有机物直接吸附至湿润的生物膜表面，被捕获的有机物参与微生物的生长代谢并最终分解为简单无毒的无机物如二氧化碳和水，经济有效地处理低浓度的vocs，尤其适用于碳酸丙烯酯合成工段释放的废气处理。
51.实施例2
52.如图1-6所示，本实施例提供一种低浓度恶臭挥发性有机气体的处理装置，包括生物滤塔10，生物滤塔10包括从上到下依次设置的顶盖11、吸附分解区12、筛板13和滤液区14，顶盖11的中心设有直径13mm的排气口111。筛板13设于吸附分解区12的底端，吸附分解区12和滤液区14的顶端分别设有第一密封板15和第二密封板16，第一密封板15与顶盖11之间通过若干个螺栓17紧固，第二密封板16与筛板13之间通过若干个螺栓17紧固。筛板13上分布有致密的滤孔。吸附分解区12内伸入有进液管18，滤液区14内伸入有进气管19。吸附分解区12和滤液区14上分别设有取样孔20和排液孔21。吸附分解区12内腔位于筛板13上方设有负载生物膜的填料层。
53.当采用单个生物滤塔10时，其上的进气管19分别通过第一通气管23通入新鲜空气，通过第二通气管24通入废气，第一通气管23和第二通气管24上均设有微型气泵25，排气口111通过排气管112与纯水箱22连通。当采用多个生物滤塔10串联时，排气口111通过排气管112与相邻的生物滤塔10上的进气管19连通或者与纯水箱22连通。
54.该低浓度恶臭挥发性有机气体的处理装置，当新鲜空气和废气在微型气泵25的负压作用下，分别通过第一通气管23和第二通气管24沿进气管19进入滤液区14，初始塔滤液沿进液管18通入，负载生物膜的填料层对废气进行吸收降解，废气中的有机物被捕获并参与微生物的生长代谢，最终分解为简单无毒的无机物如二氧化碳和水，气态产物从排气口111排出后经排气管112进入下一生物滤塔吸附分解并最终被纯水吸收。该处理装置采用生物净化手段，附着在滤料介质中的微生物以废气中的有机物作为碳源和能源，维持其生命活动，将有机物同化为二氧化碳、水和细胞质，经济有效地处理低浓度的vocs(＜1000mg/m3)，处理气量大(＞17000m3/h)，处理装置的建造成本低、运行费用低，不会形成二次污染。
55.具体地，第一密封板15的外径为130mm，内径为110mm，其上分布有螺纹孔，螺纹孔的孔径为5mm，距离边缘距离为5mm。吸附分解区12的内径为110mm，高度为300mm，在距离顶端20mm处设置直径13mm的进液管18，进液管18的长度为100mm，进液管18的下部分布直径2mm、间隔2mm的小孔。
56.筛板13为长度为160mm的正方形板，中心分布有直径110mm的圆形开孔区131，圆形开孔区131内的滤孔孔径为2mm，相邻滤孔之间间隔2mm。
57.滤液区14的内径为110mm，高度为100mm，在距离顶端20mm处设置有直径13mm的进
气管19，进气管19的长度为100mm，进气管19的上部分布直径2mm、间隔2mm的气孔。滤液区14在距离底端10mm处设有直径13mm的排液孔21。
58.如图7-8所示，负载生物膜的填料层包括安装板26，安装板26位于进液管18的下方，安装板26的中心顶部设有驱动马达27，安装板26上位于驱动马达27外贯穿设有致密的通孔，驱动马达27连接有向下延伸的搅拌轴28，搅拌轴28的径向设有多个生物膜附着板29，生物膜附着板29包括与搅拌轴28固定连接的固定部30以及设于固定部30外围的附着部31，附着部31上分布有多根环形阵列分布的加固板32以及若干圈连接板33，连接板33内均匀分布有滤料孔34，滤料孔34内装填有球形陶粒与蛭石组成的填料。
59.该负载生物膜的填料层设计，通过滤料孔34装填填料，促进微生物附着形成生物膜，驱动马达27驱动搅拌轴28、生物膜附着板29转动的过程中，废气经过滤料孔34被生物膜吸附降解，转动的生物膜附着板29缩短了废气的附着时间，延长了废气的路径，经过多个生物膜附着板29上填料的吸附降解，提高了废气吸附降解的效率，减少所需提供的空气量。
60.实验例
61.如图5-6所示，本实验例分别从黄山绩溪、黄山歙县、安徽宿州、江西九江、江苏扬州等五家从事类似环氧丙烷及丙烯酯类化工产品生产的企业废水沉积浓缩污泥，另从合肥经开区废水处理厂取回流浓缩污泥作为新鲜污泥。在实验室按照一定比例将上述污泥混合培养，并补充基础营养物质如葡萄糖、尿素、磷酸盐。
62.铜陵金泰化工有限公司碳酸丙烯酯生产过程中形成的废气，为一定量环氧丙烷等低沸点有机物与co2混合气体[658m
3(
标准co2) 75kg(环氧丙烷等)/h]，其中vocs浓度高，并具恶臭等特点。
[0063]
一、单级塔试验
[0064]
通过微型气泵25将新鲜空气和碳酸丙烯酯合成工段释放的废气引入生物滤塔底端混合，经生物滤塔填料层吸收降解后，尾气从塔顶排气口111排出被纯水吸收，定时检测水样cod并使用纯水更换吸收用水。
[0065]
气流量分别为40l/h和2.8l/h时，水样cod和尾气气味的检测结果见下表：
[0066]
累积处理时间(h)24614水样cod(mg/l)40153254尾气气味无刺激性无刺激性无刺激性无刺激性
[0067]
从上表可以看出，现场废气经生物滤塔尾气水样cod数据正常，与模拟废气实验结果无明显差异，且尾气无刺激性气味。生物滤塔具有处理废气的初步能力。
[0068]
气流量23
±
0.5l/h，运行数小时后，停止泵送废气并通入空气，交替进行，水样cod和尾气气味的检测结果见下表：
[0069][0070]
由上表可以看出，生物滤塔在第一个4h连续处理流量达23
±
0.5l/h的废气时，尾
气水吸收液的累积cod值仅在104mg/l，结果表明所构建的生物滤塔处理废气能力以流量计不低于23
±
0.5l/h。但间歇补加空气是不能保持原有能力的，因此需要同步配置一定量的空气进入生物滤塔进行生物膜吸收降解有机废气。
[0071]
二、串联二级塔试验
[0072][0073]
为了改善气体在塔内分布的均匀性，在不增加生物滤塔内总的填料量的情况下，采用串联二级生物滤塔以提高其降解有机物的效率。
[0074]
通过微型气泵25将新鲜空气和来自碳酸丙烯酯合成工段释放的废气引入一级生物滤塔底端混合，经一级生物滤塔填料层吸收降解后，尾气从塔顶排气口111至二级生物滤塔底端，经二级生物滤塔填料层吸收降解后，尾气从塔顶排气口111排出被纯水吸收，定时检测水样cod并使用纯水更换吸收用水，检测结果见下表：
[0075]
从上表可以看出，同步配置适量的空气可确保构建的生物滤塔能够处理流量达32l/h的废气，不仅尾气无异味，而且尾气水吸收液的累积cod值低。
[0076]
以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
[0077]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0078]
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。